DE2925967A1

DE2925967A1 - Verfahren zum herstellen von waermeaustauschern

Info

Publication number: DE2925967A1
Application number: DE19792925967
Authority: DE
Inventors: Tatsushi Aizawa; Masakatsu Hayashi; Shigeru Kojima; Tatsuo Natori; Takao Senshu; Takeo Tanaka
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-06-28
Filing date: 1979-06-27
Publication date: 1980-01-24
Also published as: JPS6242699B2; US4285385A; GB2024066B; JPS555152A; DE2925967C2; GB2024066A

Description

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Verfahren zum Herstellen von Wärmeaustauschern

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Wärmeaustauschern der Art mit einem Rippenblock aus porösem Metall mit einer Vielzahl zusammenhängender Poren, durch die eines der Wärmeaustauschfluide strömt. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Wärmeaustauscher werden zur Bewirkung eines Wärmeaustausches zwischen zwei Fluiden unterschiedlicher Temperaturen verwendet und finden viele Anwendungen. Beispielsweise können die Wärmeaustauscher als Wärmeaustauscher für eine Ventilator-Schlange-Einheit und Verdampfer und Kondensatoren für Kühlvorrichtungen und Klimaanlagen verwendet werden, bei denen Luft als eines der Wärmeaustauschfluide verwendet wird.

Der Stand der Technik bezüglich der Erfindung umfaßt einen Wärmeaustauscher nach der JP-OS 154 853/75, der einen Rippenblock aufweist, der aus einem geschäumten

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Metallkörper gebildet ist, der durch Zusatz eines schaumbildenden Mittels zu einer Metallschmelze zwecks Aufschäumung derselben erzeugt wurde. Auch ist ein in der JP-OS 23 848/76 beschriebener Wärmeaustauscher bekannt, der einen Metallrippenblock verwendet, der durch Verbindung von Metallteilchen z. B, durch ein Sinterverfahren hergestellt wird. Jedoch hat der erstere den Nachteil, daß der auf das durch die mit Hilfe der Poren gebildeten Kanäle strömende Fluid einwirkende Strömungswiderstand erhöht ist, da sehr dünne Verbindungsteile zwischen den zusammenhängenden Poren verengt sind und unabhängige,

unzusammenhängende Poren im Metallrippenblock zu entstehen neigen. Weiter ist es schwierig, den Schaummetall-Rippenblock mit gleichmäßiger Dichte über den gesamten Querschnitt zu erhalten. Bei dem letzteren bekannten Wärmeaustauscher liefern Spalte zwischen den Metallteilchen Kanäle für Fluide. Bei diesem Aufbau ist es schwierig, einen hohen Prozentsatz an Spaltquerschnitt im erzeugten Metallrippenblock zu erzielen- Außerdem leidet dieser bekannte Wärmeaustauscher an hoher Produktionszeit sowie hohem Preis. Wegen der bei den oben beschriebenen bekannten Wärmeaust auschern angetroffenen Probleme wurden sie praktisch auf dem zugehörigen Einsatzgebiet kaum verwendet.

Gegenwärtig ist es die übliche Praxis, Wärmeaustauscher mit plattenartigen Rippen zu verwenden. Die Mehrzahl der gegenwärtig üblicherweise verwendeten Wärmeaustauscher sind Wärmeaustauscher des Kreuzrippentyps, bei denen eine große Zahl von plattenartigen Rippen am Wärme-*

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Übertragungsrohr senkrecht zu dessen Längsachse dicht nebeneinander befestigt sind, um die Wärmeübergangsfläche weitestgehend zu steigern.

Unabhängig davon, ob das Wärmeübertragungsrohr aus einer Rohrschlange oder aus einer Mehrzahl von mittels eines Sammelrohres untereinander verbundenen parallelen Rohren besteht, müssen die Rohre untereinander verbunden werden, nachdem die Rippen daran in einer Vielzahl von Reihen befestigt wurden. Die Fertigung eines Wärmeaustauschers erfordert so zahlreiche Verfahrensschritte einschließlich des Zusammenbaues der Teile, der mühevoll ist, und die Produktivität ist gering, da diese Verfahrensschritte zu ihrer Durchführung eine lange Zeit beanspruchen. Bei Wärmeaustauschern des Kreuzrippentyps strömt Fluid durch die Spalte zwischen den Plattenrippen oder Lamellen. So ist es unmöglich, den Wärmeübergangsquerschnitt durch Verengen der Spalte und Erhöhen der Rippenzahl zu steigern, weil eine solche Maßnahme zu einer Erhöhung des auf die Fluidströmung einwirkenden Widerstandes führt und Beschränkungen der Verarbeitung der Rohre und Rippen vorliegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zum Herstellen von Wärmeaustauschern zu entwickeln, das die erwähnten Nachteile der bekannten Wärmeaustauscher durch Ausnutzung neuer Herstellungstechniken zur Fertigung von Wärmeaustauschern mit hohem Wärmeübergangswirkungsgrad, geringem Gewicht und kompakten Abmessungen überwindet.

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Nach dem Prinzip gemäß der Erfindung werden aus einem Metallkörper mit zusammenhängenden, dreidimensionalen Hohlräumen von Netzwerkform gebildete Rippenformen unter Verwendung von verzehrbaren Modellen hergestellt, eine Mehrzahl solcher Rippenformen wird mit einem vorab zu einer Schlangen- oder anderen geeigneten Form vorbereiteten Warmeübertragungsrohr derart zusammengesetzt, daß geeignete Abstandszwischenräume zwischen den Rippenformen selbst und zwischen diesen und dem Warmeübertragungsrohr definiert werden, und eine Metallschmelzencharge wird in die Hohlräume in den Rippenformen sowie in die Abstandszwischenräume gegossen. Nach der Entfernungfcles Materials der Rippenformen erhält man den Wärmeaustauscher mit einem Wärmeübertragungsrohr und einenj den Plattenrippen des Standes der Technik entsprechenden Rippenblock, der das Wärmeübertragungsrohr umgibt, wobei eine Mehrzahl von Rippenplatten an Stellen im Rippenblock angeordnet sind. Der Rippenblock und die Rippenplatten werden mit dem Wärmeübertragungsrohr einstückig verbunden, wenn die Metallschmelzencharge in die Rippenformen gegossen wird.

Gegenstand der Erfindung ist daher nach einer ersten Alternative ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmeaustauschers mit einem Warmeübertragungsrohr und Rippen, das durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

1) Gießen eines formbildenden Materials im flüssigen Zustand in zusammenhängende, dreidimensionale Hohlräume in Kunststoffmodellen zur Herstellung von modellenthaltenden Formen;

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2) Entfernung der Kunststoffmodelle aus den modellenthaltenden Formen durch Erhitzen od. dgl. zum Erhalten von Rippenformen;

3) Zusammensetzen einer Mehrzahl dieser Rippenformen mit einem Wärmeübertragungsrohr, das vorher in eine Schlangen- oder andere geeignete Gestalt derart geformt wurde, daß die Rippenformen das Wärmeübertracungsrohr mit geeigneten zwischen den Rippenformen selbst und zwischen diesen und dem Wärneübertragungsrohr definierten Abstandszwischenräumen umgeben, um dadurch eine Rippenblockform mit darin ausgebildeten zusammenhängenden, dreidimensionalen Hohlräumen herzustellen;

4) Gießen von Metallschmelze unter Druck in die zusammenhängenden, dreidimensionalen Hohlräume in der Rippenblockform und in die Abstandszwischenräume und Erstarrenlassen der Metallschmelze; und

5) Entfernung des Materials der Rippenblockform und dadurch Fertigstellung des Wärmeaustauschers, in dem ein poröser Metallblock mit darin ausgebildeten zusammenhängenden, dreidimensionalen Poren und mit dem porösen Metallblock verbundene Rippenplatten einstückig an dem Wärmeübertragungsrohr befestigt sind.

Nach einer zweiten Alternative ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmeaustauschers mit einem Wärmeübertragungsrohr und Rippen, das durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

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1) Gießen eines formbildenden Materials im flüssigen Zustand in zusammenhängende/ dreidimensionale Hohlräume in Kunststoffmodellen zur Herstellung von modellenthaltenden Formen;

2) Zusammensetzen einer Mehrzahl dieser modellenthaltenden Formen mit einem Wärmeübertragungsrohr, das vorher in eine Schlangen- oder andere geeignete Gestalt derart geformt wurde, daß die modellenthaltenden Formen das Wärmeübertragungsrohr mit geeigneten zwischen den modellenthaltenden Formen selbst und zwischen diesen und dem Wärmeübertragungsrohr definierten Abstandszwischenräumen umgeben;

3) Entfernung der Kunststoffmodelle aus den modellen thaiienden Formen durch Erhitzen od. dgl. zum Erhalten einer Rippenblockform mit darin ausgebildeten zusammenhängenden, dreidimensionalen Hohlräumen;

4) Gießen von Metallschmelze unter Druck in die zusammenhängenden, dreidimensionalen Hohlräume in der Rippenbloekform und in die Äbstandszwischenräume und Erstarrenlassen der Metallschmelze; und

Für die Metallschmelze verwendet man vorzugsweise Metall hoher Wärmeleitfähigkeit.

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Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht einer Form des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Wärmeaustauschers;

Fig. 2 bis 6 Perspektivansichten mit einigen weggeschnittenen Teilen anderer Formen von dach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Wärmeaustauschern;

Fig. 7 und 8 in vergrößertem Maßstab Darstellungen der Rippenblöcke, die einen Teil der in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Wärmeaustauscher bilden;

Fig. 9A, 9B, 9C und 9D Schnittdarstellungen zur beispielsweisen Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen von Wärmeaustauschern;

Fig. 10 «ine Schnittansicht zur beispielsweisen Veranschaulichung der Art, in der eine Metallschmelzencharge in die Rippenblöcke nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eingeführt wird;

Fig. ]] und 12 Perspektivansichten zur Darstellung von bei der Herstellung des in Fig. 1 dargestellten Wärmeaustauschers verwendeten Rippenformen;

Fig. 13 eine Perspektivansicht zur Darstellung der Rippenformen nach Fig. 11 und 12 nach dem Zusammenbau mit einem schlangenförmigen Wärmeübertragungsrohr zur Herstellung des in Fig. 1 dargestellten Wärmeaustauschers;

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Fig. 14 eine Schnittdarstellung zur Veranschaulichung der Lagebeziehung zwischen dem Wärmeübertragungsrohr und den Rippenformen, die in Fig. 13 dargestellt sind;

Fig. 15 und 16 Perspektivdarstellungen zur Veranschaulichung äußerer bzw. innerer Rippenformen, die zur Herstellung der in Fig. 2 bis 6 dargestellten Wärmeaustauscher verwendet werden; und

Fig. 17 bis 21 Perspektivdarstellungen zur Veranschaulichung der Rippenformen nach Fig. und 16 nach dem Zusammenbau mit einem schlangenförmigen Wärmeübertragungsrohr zur Herstellung der in den Fig. 2 bis 6 dargestellten Wärmeaustauscher.

Fig. 1 bis 6 zeigen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Wärmeaustauscher. Wie dargestellt, weist jeder ,Wärmeaustauscher ein vorab in Form eines schlangenförmigen Rohres hergestelltes Wärmeübertragungsrohr 1, einen Rippenblock 2 großer Dicke, dar das Wärmeübertragungsrohr 1 derart umgibt, daß die Enden des Rohres 1 unbedeckt gelassen sind und nach außen freiliegen, und eine Mehrzahl von Rippenplatten 3 auf, die jeweils in einer geeigneten Lage im Rippenblock liegen und am Wärmeübertragungsrohr 1 befestigt sind. Der Rippenblock 2 und die Rippenplatten 3 sind mit dem Wärmeübertragungsrohr 1 einstückig durch Gießen verbunden. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Wärmeaustauscher sind gerade Teile des Rohres 1 im Rippenblock 2 eingebettet.

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während die Krümmungen des Rohres 1 unbedeckt und nach außen freiliegend wie die Enden des Rohres 1 gelassen sind. Bei den in Fig. 2 bis 6 dargestellten Wärmeaustauschern sind sowohl die geraden Teile als auch die Krümmungen des Rohres 1 im Rippenblock 2 eingebettet. Der Rippenblock 2 ist aus porösem Metall mit Rippen 4 von Faserlinienform gebildet, die in einem Skelettaufbau zur Bildung einer Vielzahl von Poren im Rippenblock 2 angeordnet sind. Die Rippen 4 können von einfacher Faserlinienform sein, wie in vergrößertem Maßstab in Fig. 7 dargestellt ist, oder eine unregelmäßige Faserlinienform mit Vorsprüngen und Vertiefungen aufweisen, wie in veraößertem Maßstab in Fig. 8 dargestellt ist. Luft strömt durch die Poren 5, und Wärmeaustausch findet zwischen der Luft und einem Fluid, wie z. B. Wasser und Kühlmittel, das durch .das Wärmeübertragungsrohr 1 fließt, durch die Rippen 4 im Rippenblock 2 und die am Wärmeübertragungsrohr 1 und den Rippen 4 befestigten Rippenplatten 3 statt.

Es soll nuntdas erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen der in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Wärmeaustauscher beschrieben werden.

Der in Fig. 1 gezeigte Wärmeaustauscher ist von der Art, bei der nur die geraden Teile des Wärmeübertragungsrohres 1, das in der Form einer Rohrschlange hergestellt ist, vom Rippenblock 2 eingeschlossen sind, während die Krümmungen und die Enden des Rohres 1 vom Rippenblock 2 unbedeckt und nach außen freiliegend gelassen sind.

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Zur Herstellung des in Fig. 1 dargestellten Wärmeaustauschers wird ein Modell 6 für den Rippenblock 2 gemäß Fig. 9A aus einem porösen Kunststoff hoher Luftdurchlässigkeit, wie z. B. aufgeschäumten Polyurethan, gebildet, der zusammenhängende Hohlräume aufweist. Das Modell 6 wird mit einer Nut an dessen einer Seite oder an dessen beiden Seiten ausgebildet, um eine Einpassung des geraden Teils des Wärmeübertragungsrohrs zu ermöglichen. Das Modell 6 wird dann/ wie in Fig. 9B gezeigt ist, in einen Rahmen 7 eingepaßt, und ein formbildendes Material 8 in fluidem oder flüssigem Zustand wird in Hohlräume 6a im Modell- 6 eingefüllt, um dadurch eine modellenthaltende Torm zu schaffen. Als "formbildendes Material können eine Gipspulver und Wasser enthaltende Trübe, eine mit Kochsalz und Wasser versetztes Gipspulver enthaltende Trübe, ein SIG^-Puiver einer Teilchengröße -von unter Q,O53 mm und -ein aus fiJhylsilikat bestehendes Bindemittel enthaltende Trübe,..industrieller-Äthylalkohol und Wasser oder ein anderes übliches formbildendes Material verwendet werden-Die nach vorstehender Erläuterung hergestellte modellen thai tende Form, in der das Kunst stoff modell 6 mit dem formbildenden Material 8 gefüllt ist, wird einem Brennen od. dgl. unterworfen, um das Kunststoff modell heraus zubrennen oder zu entfernen, um dadurch ilie zusammenhängenden Dendritenrippen 4 des Skelettaufbaus mit den darin vorhandenen Poren S zu bilden.

In dieser Weise stellt man eine Rippenform 9 (Fig. 11), die an ihren beiden Seiten mit je einer Nut 11 zur

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passenden Aufnahme eines geraden Teils des Wärmeübertragungsrohres 1 ausgebildet ist, und eine Rippenform (Fig. 12) her, die nur an ihrer einen Seite mit einer Nut 11 zur passenden Aufnahme eines geraden Teils des Rohres 1 ausgebildet ist. Die Rippenformen 9 und"10 werden vorzugsweise mit den jeweiligen Gestalten versehen ,wenn die Kunststoffmodelleö hergestellt werden. Jedoch können die Rippenformen 9 und 1O mit ihren Gestalten auch versehen werden, nachdem die Kunststoffmodelle 6 mit dem formbildenden Material gefüllt und die mode11enthaltenen Formen hergestellt sind. Die Nuten werden derart geformt, daß ihr Durchmesser etwas größer als der Durchmesser <les Wärmeübertragungsrohres ist.

Eine Mehrzahl der Rippenformen 9 und 10 wird mit dem Wärmeübertragungsrohr 1 der Schlangenform unter Anordnung längs zur Längsrichtung des Rohres 1 zusammengesetzt, wie Fig. 13 zeigt. Seim Zusammensetzen der Rippenformen 9 und 1D mit dem schlangenförmigen Wärmeübertragungsrohr 1 werden Abstandszwischenräume 12 zwischen den Rippenformen 9 und 1O selbst und a/ischen den Rippenformen9 und 10 und dem Rohr 1 definiert, wie Fig. 14 zeigt. Anschließend an das Zusammensetzen der Rippenformen 9 und 10 mit dem Wärmeübertragungsrohr 1 entsprechend Fig. 13 zur Herstellung einer Rippenblockform wird der Rippenblockform in einem Metallrahmen 13 angeordnet, wie Fig. UC zeigt, und man gießt oder füllte Metallschmelze 14 in die Hohlräume in der Rippenblockform, nachdem der Druck in den Hohlräumen entweder erhöht oder verringert wurde. Man kann ein Metall guter Wärme-

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leitfähigkeit, wie ζ. Β. Aluminium, Kupfer, Eisen usw., als Material für die Metallschmelze verwenden. Man kann hierfür auch irgendeine Eisenbasislegierung oder ein Nichteisenmetall, wie z. B, Blei, Zinn, Zink, Magnesium usw., einsetzen. Eine Metallschmelzencharge kann in die Hohlräume in der Rippenblockform beispielsweise gegossen oder gefüllt werden, wie in Fig. gezeigt ist. Nach der Darstellung wird der Metallrahmen mit der darin eingesetzten Rippenblockform in einem Druckkessel 16 angeordnet, der .in seinem unteren Teil einen Tiegel 15 enthält. Der Tiegel 15 ist mit der Metallschmelze 14 gefüllt, die durch Erhitzen und Schmelzen des Metalls mittels einer elektrischen' Heizung oder einer anderen Heizquelle 17 erzeugt wuide. Die Metallschmelze 14 wird durch Druckluft od. dgl. unter Druck gesetzt, die'in den Druckkessel 16 durch ein-Einspeisungsrohr 18 eingeführt wird, und durch einen Kanal 19 in die Hohlräume in der Rippenblockform und in die Abstandszwischenräume 12 gegossen. Nachdem die in die Hohlräume und die Abstandszwischenräume gegossene

Metallschmelze erstarrt ist, wird die Rippenblockform aus dem Metallrahmen 13 entnommen, und das Formmaterial wird beseitigt, indem man die Rippenblockform in Wasser entsprechend Fig.'9D eintaucht, die Rippenblockform in Vibrationen versetzt, die Rippenblockform auf hohe Temperatur erhitzt oder ein anderes geeignetes Verfahren anwendet. In dieser Weise erhält man einen Wärmeaustauscher, der das schlangenförmige Wärmeübertragungsrohr 1, den Rippenblock 2 aus porösem Metall, der aus den Rippen 4 von Faserlinienform zusammengesetzt ist, die

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in einem Skelettaufbau zur Bildung der Vielzahl von zusammenhängenden, dreidimensionalen Poren 5, wie in Fig. ι oder 8 dargestellt ist, angeordnet sind, und die Rippenplatten 3 enthält, die im Rippenblock 2 an den geraden Teilen des schlangenform!aen Rohres 1 zur Festlegung des Rippenblocks am schlangenförmigen Rohr 1 angeordnet sind. Der Rippenblock 2 schließt im wesentlichen das ganze Wärmeübertragungsrohr 1 mit Ausnahme dessen Enden und Krümmungen ein, die unbedeckt und nach außen freiliegend gelassen sind. Nach der vorstehenden Beschreibung sind die vorab erzeugten Rippenformen als mit dem Wärmeübertragungsrohr unter geeigneten Abstandszwischenräumen zwischen den Formen selbst und zwischen den Formen und dem schlangenförmigen Wärmeübertragunqsrohr zusammengebaut erläutert. Jedoch ist die Erfindung auf dieses Verfahren nicht beschränkt, und modellenthaltende Formen können in der in Fig. und 12 gezeigten Form gestaltet, danach entsprechend Fig .13 zusammengesetzt und danach der Erhitzung oder der anderen Beseitigungsart der Kunststoffmodelle ohne Zurücklassen eines Rückstands unterworfen werden, um dadurch eine Rippenblockform mit zusammenhängenden Hohlräumen zu erhalten.

Die in Fig. 2 bis 6 gezeigten Wärmeaustauscher weisen sowohl die geraden Teile als auch die Krümmungen des Wärmeübertragungsrohres 1 im Rippenblock 2 nach Formung des Rohres 1 zur Schlangenform eingebettet auf. Bei der Herstellung dieser Art von Wärmeaustauschern werden eine äußere Rippenform 20 und eine innere Rippenform 21, die in Fig. 15 bzw. 16 gezeigt sind, als Formteile verwendet, die um die Krümmungen des schlangenförmigen

Wärmeübertragungsrohres 1 anzuordnen sind, und die Rippenformen 9 und 1O werden als Formteile verwendet, die um die geraden TeiLe des Rohres 1 anzuordnen sind. Kunststoffmodelle und formbildendes Material werden zur Herstellung der in Fig. 11 und 12 gezeigten Rippenformen 9 und IO und der äußeren Rippenform 20 sowie der innere»Rippenform 21, die in Fia. 15 bzw. gezeigt sind, in der gleichen Weise, wie im Zusammenhang mit dem Wärmeaustauscher nach Fig. 1 beschrieben ist verwendet. Wenn der herzustellende Wärmeaustauscher so gestaltet ist, wie Fig. 2 zeigt, werden die Rippenformen 9 und 10, die äußere Rippenform 20 und die innere Rippenform 21 mit dem Rohr 1 zusammengesetzt, wie Fig. 17 zeigt, wobei die Abstandszwischenräume zwischen den Formen selbst und zwischen den Formen tind dem Rohr vorgesehen werden, wie sie Fig. 14 zeigt. Danach gießt oder füllt man Metallschmelze in die Rippenblockform, und dann wird das Formmaterial in der gleichen Weise, wie im Zusammenhang mit dem in Fig. 1 dargestellten Wärmeaustauscher beschrieben, entfernt, um den in Fig. 2 dargestellten Wärmeaustauscher herzustellen, der das Wärmeübertragungsrohr 1, den die geraden . Teile und die Krümmungen des Rohres 1 einschließenden Rippenblock 2 und die Rippenplatten 3 enthält, die im Rippenblock 2 im wesentlichen horizontal in den geraden Teilen des Rohres 1 entsprechenden Lagen angeordnet sind, um den Rippenblock 2 am Rohr 1 festzulegen, wobei der Rippenblock 2 und die Rippenplatten 3 einstückig mit dem Rohr 1 verbunden werden.

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Bei dem in Fig. 3 dargestellten Wärmeaustauscher werden die Rinpenplatten 3 vertikal in zur Länge des Warmeubertragungsrohrs 1 senkrechten Säulen angeordnet. Bei der Herstellung dieser Art des Wärmeaustauschers werden die in Ficr. 11 bzw. 12 dargestellten Rippenformen

»/-und 10 ,

V jeweils längs in eine Mehrzahljvon Formteilen unterteilt, die mit dem Wärmeübertragungsrohr 1 derart zusammengesetzt werden, daß die Abstandszwischenräume in der Rippenblockform zur Länge des Wärmeübertragungsrohres 1 senkrecht ausgebildet werden, wie Fig. 18 zeigt. Danach folgen gleiche Verfahrensschritte wie die, die im Zusammenhang mit dem in Fig. 1 dargestellten Wärmeaustauscher beschrieben wurden.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Wärmeaustauscher sind die Rippenplatten 3 sowohl parallel zum Wärmeübertragungsrohr 1 als auch senkrecht zur Länge des Rohres angeordnet. Bei der Herstellung dieser Art des Wärmeaustauschers werden die in Fig. 11 bzw. 12 gezeigten Rippenformen 9 und 10 jeweils längs in eine Mehrzahl von Formteilen unterteilt, die mit dem Wärmeübertragungsrohr 1 in der Weise zusammengesetzt werden, daß die Abstandszwischenräume 12 in der Rippenblockform sowohl parallel zum Wärmeübertragungsrohr 1 als auch senkrecht zur Länge des Rohres 1 geformt werden, wie Fig. 19 zeigt. Danach folgen gleiche Verfahrensschritte wie die im Zusammenhang mit dem in Fig. 1 dargestellten Wärmeaustauscher beschriebenen.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Wärmeaustauscher sind die Rippenplatten 3 unterbrochen in vertikal unterbrochenen Säulen senkrecht zur Länge des Wärmeübertragungs-

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rohres 1 angeordnet und die Rippenplatten 3 in den benachbarten Säulen sind gestaffelt vorgesehen. Bei dem in Fig. 6 dargestellten Wärmeaustauscher sind die Rippenplatten 3 sowohl parallel zum Wärmeübertragungsrohr 1 als auch senkrecht zur Länge des Rohres 1 angeordnet. Die Rippenplatten 3 sind unterbrochen in vertikalen unterbrochenen Säulen in der Weise angeordnet, daß die Rippenplatten 3 in den benachbarten Säulen gestaffelt vorgesehen sind. Die in den Fig. 5 und 6 dargestellten Wärmeaustauscher werden in der Weise hergestellt, daß die Abstandszwischenräume 12 in der Rippenblockform in Lagen gebildet werden, wo die Rippenplatten 3 die in Fig. 20 bzw. 21 dargestellten Lagen erhalten, indem man nach einem dem im Zusammenhang mit dem in Fig. 1 dargestellten Wärmeaustauscher beschriebenen ähnlichen Verfahrensschritt vorgeht-.

Bei dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Wärmeaustauschern macht die in die Abstandszwischenräume 12 zwischen den Rippenformen 9 und 10 und den äußeren und inneren Rippenformen 20 und 21 selbst und zwischen diesen Formen 9, 10, 20 und 21 und dem Rohr 1 gefüllte Metallschmelze eine Schrumpfung durch, wenn sie sich abkühlt und so erstarrt. Zu dieser Zeit formt sich die Metallschmelze rings um das Wärmeübertragungsrohr zu einer Rohrförm und übt einen hohen Kontaktdruck"·«- auf das Rohr 1 aus, wenn eine weitere Schrumpfung derselben

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stattfindet, wodurch sich eine gute Bindung zwischen dem Rohr 1 und dem Rippenblock 2 aus porösere Metall mit Rippen 4 von Faserlinienform oder unregelmäßiger Faserlinienform ergibt, die in einen Skelettaufbau angeordnet sind, worin zusammenhängende, dreidimensionale Poren 5 gebildet sind. Als Ergebnis werden der Rippenblock 2 und die Rippenplatten 3 einstückig mit dem Wärmeübertragungsrohr 1 der Schlangenform verbunden und ergeben einen Wärmeaustausc^her besonderen Aufbaus, in dem der Rippenblock 2 und die Rippenplatten 3 mit dem Wärmeübertragungsrohr 1 mit hoher Bindefestigkeit zusammenhängen. Bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Wärmeaustauschern strömt die in Wärmeaustausch mit dem durch das Wärmeübertragungsrohr 1 fließenden Fluid tretende Luft schnell ohne wesentlichen Strömungswiderstand durch die Vielzahl von durch die Rinpen des Skelettaufbaus definierten zusammenhängenden Poren Da die Luft in dieser Weise strömt, findet der Wärmeaustausch mit hohem Wirkungsgrad zwischen der Luft und dem durch das Wärmeübertragungsrohr 1 fließenden Fluid durch die Rippen 4 des Rippenblocks 2 und die am Wärmeübertragungsrohr 1 und den Rippen 4 befestigten Rippenplatten 3 statt.

Die Rippen 4 der nach dem erfindunasgemäßen Verfahren hergestellten Wärmeaustauscher sind von netzartiger, dreidimensionaler Anordnung, die die zusammenhängenden, dreidimensionalen Poren 5 definiert. Dieses Merkmal bietet die Vorteile, daß die Wärmeübergangsfläche

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im Vergleich mit den plattenartigen kippen des Standes der Technik gesteigert- ist und daß das durch die
zusammenhängenden, durch die Rippen 4 gebildeten
Poren strömende Fluid dauernd durchgerührt wird, da
sein Weg aufgrund der netzartigen Anordnung der
Rippen 4 gewunden ist, wodurch die Entwicklung einer
Wärmegrenzschicht verhindert wird. So haben die
Wärmeaustauscher ein hohes Wärmeübergangsverhalten und ermöglichen das Stattfinden eines Wärmeaustausches mit hohem Wirkungsgrad.

Bei den üblichen Wärmeaustauschern kann die Wärmeübergangsrate bezüglich Luft durch die folgende Formel ausgedrückt werden?

h oC- d ⁿ (allgemein η > O) ,

worin h die Wärmeübergangsrate und d den Durchschnitfcsdurchmesser bedeuten. Diese gut bekannte Formel zeigt, daß die Wärmeübergangsrate umso höher ist, je geringer der Wert von d ist.

Bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Wärmeaustauschern können die Rippen eine Form sehr dünner Fasern haben,wodurch das Wärmeübergangsverhalten der Wärmeaustauscher weiter verbessert wird.

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Allgemein ist es, wenn ein Wärmeaustauscher mit sehr feinen Rippen versehen wird, um die Wärmeübergangsrate bezüglich Luft zu verbessern* nötig, daß eine große Wärmemenge von den vom Wärmeübertragungsrohr entfernten Rippen zum Wärmeübertragungsrohr und vom Wärmeübertragungsrohr zu den vom Wärmeübertragungsrohr entfernten Rippen durch die dünnen Rippen übertragen wird. Jedoch machen die dünnen faserartigen Rippen die Übertragung einer großen Wärmemenge dadurch unmöglich, um diesen Nachteil zn beseitigen, sieht die Erfindung die Rippenplatten 3 vor, die innerhalb des Rippenblocks 2 angeordnet sind, um den Wärmeübergang zwischen dem Wärmeübertragungsrohr 1 und den vom Wärmeübertragungsrohr 1 entfernten Rippen 4 mit erhöhtem Wirkungsgrad zu ermöglichen.

Bei den in Tig. 5 und 6 dargestellten Wärmeaustauschern sind die Rippenplatten 3 in vertikalen unterbrochenen Säulen derart angeordnet, daß die Rippenplatten in benachbarten Säulen zueinander gestaffelt sind. Diese Anordnung der Rippenplatten 3 macht es möglich, die zu den Rippen 4 von verschiedenen Teilen des Wärmeübertragungsrohrs 1 übertragenen Wärmemengen auszugleichen, um ein gleichmäßigen Wärmeübergang für die gesamte Länge des Rohres 1 durch Vermeiden von unregelmäßigkeiten im Wärmeübergang in verschiedenen Teilen des Rohres 1 zu erreichen und dadurch das Wärmeübergangsverhalten der Wärmeaustauscher zu verbessern.

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Aus der vorstehenden Beschreibung zeigt sich, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Wärmeaustauscher Vorteile liefern, die die bekannten Wärmeaustauscher des Kreuzrippentyps nichts zu bieten vermögen. Insbesondere haben die ersteren Wärmeaustauscher eine größere Wärmeübergangsfläche je Volumeneinheit und eine höhere Wärmeübergangskapazität als die letzteren. So ermöglicht die Erfindung die Erzielung einer kompakten Gesamtabmessung bei einem Wärmeaustauscher. Auch läßt sich, da das poröse Metall von geringem Gewicht ist, das Gesamtgewicht des Wärmeaustauschers verringern. Beim Herstellungsverfahren wird ein Wärmeübertragungsrohr zu einer Schlangen- oder einer anderen geeigneten Form vorab geformt, und Rippenformen werden verwendet, um einen Rippenblock durch Gießen herzustellen, der das Wärmeübertragungsrohr umgibt. Dies beseitigt die Notwendigkeit der Durchführung der Verfahrensschritte des Einfügens von ü-förmigen Rohren und des Ausdehnens der Rohre. Der Zusammenbau der Rippenformen mit dem Wärmeübertragungsrohr läßt sich leicht durchführen, und das Herstellverfahren ist erheblich vereinfacht. Weiter steigert, die Schrumpfung der Metallschmelze, die sich bei.der Abkühlung und Erstarrung der Metallschmelze ergibt, erheblich die Bindefestigkeit, mit der der Rippenblock mit dem Wärmeübertragungsrohr verbunden ist, so daß der Wärmeübergang zwischen den Rippen des Rippenblocks und dem Wärmeübertragungsrohr erleichtert ist.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines Wärmeaustauschers mit einem Wärmeübertragungsrohr und Rippen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

1) Gießen eines formbildenden Materials (8) im flüssigen Zustand in aisammenhängende, dreidimensionale Hohlräume (6a) in Kunststoffmodellen (6) zur Herstellung von modellenthaltenden Formen;

2) Entfernung der Kunststoffmodeile (6) aus den modellenthaltenden Formen durch Erhitzen od. dgl. zum

Erhalten von Rippenformen (9, 10);

3) Zusammensetzen einer Mehrzahl dieser Rippenformen (9, 10) mit einem Wärmeübertragungsrohr (1), das vorher in eine Schlangen- oder andere geeignete Gestalt derart geformt wurde, daß die Rippenformen (9, 10) das Wärmeübertragungsrohr (1) mit geeigneten zwischen den Rippenformen selbst und zwischen diesen und dem Wärmeübertragungsrohr (1) definierten Abstandszwischenräumen (12) umgeben, um dadurch eine Rippenblockform mit darin ausgebildeten zusammenhängenden, dreidimensionalen Hohlräumen herzustellen;

4) Gießen von Metallschmelze (14) unter Druck in die zusammenhängenden, dreidimensionalen Hohlräume in der Rippenblockform und in die Abstandszwischenräume (12) und Erstarrenlassen der Metallschmelze; und

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5) Entfernunq des Materials (8) der Rippenblockform und dadurch Fertigstellung des Wärmeaustauschers, in dem ein poröser Metallblock (2) mit darin ausgebildeten zusammenhängenden, dreidimensionalen Poren (5) und mit dem porösen Metallblock (2) verbundene Rippenplatten (3) einstückig an dem Wärmeübertragunasrohr (1) befestigt sind.

2. Verfahren zum Herstellen eines Wärmeaustauschers mit einem Wärmeübertragungsrohr und Rippen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

1) Gießen eines formbildenden Materials (8) im flüssigen Zustand ^rin zusammenhängende, dreidimensionale Hohlräame (6a) in Kunststoffmodellen (6) zur Herstellung von iüodellenthaltenden Formen;

2) Zusammensetzen einer Mehrzahl dieser modellenthaltenden Formen mit einem Wärmeübertragungsrohr (1), das vorher in eine Schlangen-oder andere geeignete Gestalt derart geformt wurde, daß die modellenthaltenden Formen das Wärmeübertragungsrohr (1) mit geeigneten zwischen den modellenthaltenden Formen selbst und zwischen diesen und dem Wärmeübertragungsrohr (1) definierten Abstandszwischenräumen (12) umgeben;

3) Entfernung der Kunststoffmodelle (6) aus den modellenthaltenden Formen durch Erhitzen od. dgl. zum Erhalten einer Rippenblockform mit darin ausgebildeten zusammenhängenden, dreidimensionalen Hohlräumen;

4) Gießen von Metallschmelze (14) unter Druck in die zusammenhängenden, dreidimensionalen Höh1räum e in der Rippenblockform und in die Abstandszwischenräume (12) und Erstarrenlassen der Metallschmelze; und

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5) Entfernung des Materials(8) der Rippenblockform und dadurch Fertigstellung des Wärmeaustauschers, in dem ein poröser Metallblock (2) mit darin ausgebildeten zusammenhängenden, dreidimensionalen Poren (5) und mit dem porösen Metallblock (2) verbundene Rippenplatten (3) einstückig an dem Wärmeübertragungsrohr (1) befestigt sind.

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