DE69709207T2

DE69709207T2 - Gegossener polygonaler Wärmetauscher aus Leichtmetall mit spiralförmiger Wasserleitung

Info

Publication number: DE69709207T2
Application number: DE69709207T
Authority: DE
Inventors: Jan Hubertus Deckers
Original assignee: Dejatech Bv
Current assignee: Bekaert Combustion Technology BV
Priority date: 1996-03-08
Filing date: 1997-03-10
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2017-03-11
Also published as: NL1002562C2; EP0794393A1; DE69709207D1; EP0794393B1; ATE211245T1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher, der durch Gießen aus einem Leichtmetall hergestellt ist, mit wenigstens einer Wasserleitung, einem Brennerraum und Elementen, welche die Wärmeübertragungsfläche vergrößern. Ein derartiger Wärmetauscher ist aus der europäischen Patentschrift 0 547 641 bekannt.
Dieser bekannte Wärmetauscher enthält zwei miteinander verbundene schachtelförmige Teile, wobei die offenen Seiten einander gegenüberliegen, und wobei der Brennerraum eingeschlossen ist. Jedes Teil enthält an der dem Brennerraum gegenüberliegenden Seite eine Anzahl von Reihen und Säulen von Vorsprüngen, die die Wärmeübertragungsfläche vergrößern. Alle diese Vorsprünge erstrecken sich in der gleichen Richtung, gegeneinander im montierten Zustand des Wärmetauschers, und stoßen mit ihren freien Enden beinahe aneinander an. An der Außenseite im Abstand von den Vorsprüngen enthält jedes Teil eine Wasserleitung, die sich zickzackförmig vom Boden aufwärts erstreckt. Die Seiten des Wärmetauschers sind aus im wesentlichen geschlossener, flachen Wänden gebildet. Während des Betriebs werden mittels eines Brenners erhitzte Verbrennungsgase von der Oberseite des Wärmetauschers durch den Brennerraum entlang der Vorsprünge geleitet, während Wärme an die Vorsprünge abgegeben wird. Die Vorsprünge leiten die Wärme an das in den Wasserleitungen fließende Wasser weiter. Dieser bekannte Wärmetauscher ist einfach herzustellen, kompakt und praktisch im Gebrauch, und hat eine günstige Leistung.
Dieser bekannte Wärmetauscher hat den Nachteil, dass die Wärmeübertragungsfläche im Vergleich zu den Ausmaßen des Wärmetauschers relativ klein ist. Folglich ist die Leistung nicht optimal. Nur auf zwei Seiten des Wärmetauschers erstreckt sich eine Wasserleitung, die anderen Seiten sind frei davon und wirken als Strahlungsoberfläche für die Umgebung, so dass Wärme verloren geht, insbesondere wenn keine oder ungenügende Isolierungsmaßnahmen unternommen werden. Die Vorsprünge sind so angeordnet, dass sie die Wärme auf günstige Weise an die oder jede Wasserleitung weiterleiten, was bedeutet, dass sie alle mit den Teilen jedes Wärmetauscherteils in Verbindung stehen, die der Wasserleitung gegenüberliegen. Während des Betriebs können wegen des Unterschieds in der Wärmeübertragung der verschiedenen Teile des Wärmetauschers Spannungen im Material auftreten, die Schäden oder sogar einen Bruch hervorrufen können.
Die FR-A-694.311 offenbart einen Wärmetauscher, der eine geschlossene, zylindrische Innenwand und eine sich spiralförmig um die Innenwand erstreckende und einstückig damit ausgebildete Rippe aufweist. Von der Innenseite der Innenwand erstrecken sich Elemente, die die Wärmeübertragungsfläche vergrößern, radial in den von der Innenwand umgebenen Raum, in dem auch ein Brenner vorgesehen sein kann. Eine zylindrische Außenhülle ist unabhängig davon hergestellt und befindet sich über der Innenhülle und der Rippe, um eine sich spiralförmig erstreckende Wasserleitung zu bilden. Eine Wasserzuführpumpe erstreckt sich durch die Rippe zwischen der Innenwand und der Außenwand vom unteren Teil des Wärmetauschers zum oberen Teil der Wasserleitung, um Wasser in die Wasserleitung einzuführen. Eine Verschlußkappe ist an der Oberseite des Wärmetauschers angebracht, um den Brennerraum wenigstens teilweise zu verschließen. Dieser bekannte Wärmetauscher weist eine Reihe von Teilen auf, die zusammengebaut werden müssen, wobei wenigstens die Außenhülle und die Verschlußkappe aus metallischem Flachmaterial hergestellt sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmetauscher der im Oberbegriff des Hauptanspruchs genannten Art zu schaffen, wobei die genannten Nachteile vermieden werden, die Vorteile jedoch beibehalten werden. Zu diesem Zweck weist der erfindungsgemäße Wärmetauscher die Merkmale des Anspruchs 1 auf.
Die im wesentlichen polygonale Form des Wärmetauschers führt zu einem günstigen Verhältnis zwischen dem Inhalt und der Wandoberfläche des Wärmetauschers. In diesem Zusammenhang bedeutet ein polygonaler Querschnitt einen Querschnitt, der wenigstens zwei, und insbesondere vier oder mehr Winkel aufweist und/oder teilweise aus gebogenen Linien besteht. Die Winkel können spitz sein, können jedoch auch einen gebogenen Radius aufweisen. Außerdem erstreckt sich die Wasserleitung entlang wenigstens nahezu der gesamten Außenseite des Wärmetauschers, so daß die Wärme der Verbrennungsgase optimal genutzt und die Wärmeabstrahlung an die Umgebung minimiert wird. Im Betrieb ist der Wärmetauscher sozusagen durch einen Wassermantel isoliert. Des weiteren wird, da die die Wärmeübertragungsfläche vergrößernden Elemente sich von der Innenwand wenigstens in einen Teil des Wärmetauschers erstrecken, verteilt über den Umfang des Querschnitts die Wärme der Verbrennungsgase optimal aufgenommen und über den Umfang der Innenwand verteilt und somit zur Wasserleitung weitergeleitet. Folglich werden wesentliche Temperaturunterschiede entlang der Innenwand auf einfache Weise verhindert. Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher kann einfach hergestellt und verwendet werden und ist sparsam in Herstellung, Gebrauch und Wartung.
Bei der Herstellung des Wärmetauschers ist es von Vorteil, daß von der Wasserleitung, die spiralförmig um die Innenwand gewunden ist, der Gußkern oder Teile des Gußkerns leicht entfernt werden können, weil sich darin keine oder zumindest wenige Biegungen befinden, die, wenn sie vorhanden sind, zudem nur gering sind. Die Wasserleitung erstreckt sich fließend wie eine Schlange um die Innenwand herum. Dies verhindert, daß das Kernmaterial, z. B. Sand, Wachs oder Kunststoff, teilweise hinter dei Wasserleitung verbleibt und die Vorrichtung verunreinigt und beschädigt. Im Betrieb hat eine derartige spiralförmig gewundene Wasserleitung den Vorteil, daß der Wasserwiderstand des Wärmetauschers gering ist, zumindest geringer als im Fall einer sich zickzackförmig erstreckenden Wasserleitung. Die daraus resultierenden Vorteile sind z. B., daß eine Wasserpumpe mit geringerer Leistung verwendet werden kann, daß eine exaktere Steuerung erfolgen kann, daß eine längere Wasserleitung oder größere Energien verwendet werden können, und ähnliche Vorteile. Zudem kann die Wasserleitung besser gesäubert werden, und Verunreinigungen hängen sich während des Betriebs nicht so leicht in der Wasserleitung fest.
Ein weiterer Vorteil einer spiralförmigen Wasserleitung ist, daß der dafür erforderliche Gußkern ein einfacher in einer Form angepasst und gestützt werden kann, so daß die Herstellung eines derartigen Wärmetauschers einfacher ist, zumal die Anzahl der in der Wasserleitung nach dem Gießen fertigzustellenden und abzudichtenden Kernlöcher geringer ist, als im Fall der bekannten Wärmetauscher. So können z. B. mit einer Kernhalterung jeweils zwei nebeneinanderliegende Windungen der Wasserleitung gestützt werden.
In diesem Zusammenhang bedeutet spiralförmig im wesentlichen fortlaufend, so daß im Betrieb Wasser in einer sich um den Innenraum erstreckenden Bewegung von einer dem einen Ende des Wärmetauschers benachbarten Position in Richtung des gegenüberliegenden Endes fließen kann, ohne daß die Fließrichtung stark abgelenkt wird. Jegliche in der Wasserleitung vorhandenen Biegungen sind gering, auf jeden Fall weniger als 1800, und vorzugsweise weniger als 90º. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, in der keine anderen Biegungen vorhanden sind, als solche, die einen Biegungsradius haben, der nicht kleiner ist, als der Querschnitt der Wasserleitung an dieser Stelle, oder die ca. 45º oder weniger betragen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Wärmetauscher des weiteren durch die Merkmale des Anspruchs 4 gekennzeichnet.
Ein einstückig aufgebauter Wärmetauscher hat den Vorteil, daß während der Herstellung einer damit gestalteten Heizvorrichtung weniger Montagearbeiten erforderlich sind, und daß außerdem Abdichtprobleme der Teile eines Wärmetauschers vermieden werden. Demgemäß ist ein derartiger Wärmetauscher billiger und in Herstellung und Gebrauch zuverlässiger.
In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Wärmetauscher weiterhin durch die Merkmale des Anspruchs 5 gekennzeichnet.
Eine wenigstens teilweise symmetrische Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers liefert u. a. den Vorteil, daß während des Betriebs eine einheitliche Wärmeverteilung erreicht wird, was hinsichtlich der Wärmetechnik und des Materials von Vorteil ist. Außerdem kann ein Gußkernaufbau für die Herstellung desselben aus gleichen Teilen aufgebaut werden, was hinsichtlich der Herstellung von Vorteil ist. Dies verringert die Möglichkeit von Zusammensetzungsfehlern des Gußkernaufbaus oder schließt sie sogar aus.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher weiterhin durch die Merkmale des Anspruchs 7 gekennzeichnet.
Ein derartiger Wärmetauscher kann wie folgt hergestellt werden. Mittels einer Form wird ein Gußkern für die Wasserleitung durch Formen eines Abdrucks der Wasserleitung z. B. in Sand oder Wachs gebildet. Dieser Gußkern wird dann z. B. in einem oder mehreren Teilen von der oder jeder Form entfernt. Sodann werden die Teile, wenn mehr als einer vorliegt, miteinander zu einem vollständigen ersten Gußkern verbunden. Wenn sich die Wände der Wasserleitung völlig spiralförmig und ohne die vorgenannten Entfernungsabstände um die Innenwand herum erstrecken würden, würden die Kernteile während des Entfernens beschädigt werden, weil ein Teil davon hinter einem nicht entfernten Teil jeder Windung dieser Wand stecken bleiben würde. Durch Vorsehen der Entfernungsabstände auf einer Teilungsnaht der ersten Gußkernform, d. h. auf der Höhe der oder jeder Fläche, die die Kontaktfläche zwischen den Gußkernformteilen bildet, so daß jedes Gußkemformteil in annähernd radialer Richtung abgezogen werden kann, kann der erste Gußkern oder jedes Gußkernteil ohne Schaden entfernt werden. Daher wird der Vorteil erreicht, daß auf einfache Weise ein unbeschädigter erster Gußkern erhalten werden kann, ohne daß z. B. Gleitteile oder Teile, die in der oder jeder Form anderweitig bewegt werden können, erforderlich sind.
In einer ersten weiteren Ausfihrungsform wird ein derartiger erfindungsgemäßer Wärmetauscher durch die Merkmale des Anspruchs 8 gekennzeichnet.
In dieser Ausführungsform ist die Wasserleitungswand im wesentlichen völlig spiralförmig gewunden, und die Entfernungsabstände werden durch Profile in der Wasserleitungswand gebildet. Es ist natürlich auch möglich, die Wasserleitung abwechselnd geneigt und rechtwinklig im Verhältnis zur Längsachse des Wärmetauschers vorzusehen, so daß der rechtwinklige Teil jeweils einen Raum bildet, der in tangentialer Richtung freigemacht werden kann. Dies führt zu einer geringfügig größeren Anzahl von Biegungen in der Wasserleitung, aber diese Biegungen können relativ gering sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher durch die Merkmale des Anspruchs 9 gekennzeichnet.
In einer derartigen Ausführungsform kann ein Gußkern für wenigstens den Brennerraum, die die Wärmeübertragungsfläche vergrößernden Elemente, und die Innenwand auf besonders einfache Weise ohne das Erfordernis beweglicher Teile in der Form hergestellt werden. Außerdem können die Elemente, die die Wärmeübertragungsfläche vergrößern, auf diese Weise einfach und optimal über die Oberfläche der Innenwand verteilt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher durch die Merkmale des Anspruchs 12 gekennzeichnet.
In dieser Ausführungsform erhöht sich der Fließwiderstand der erhitzten Gase durch den Wärmetauscher in vom Brenner weggerichteter Richtung. Demgemäß erhöht sich die Wärmeübertragung, zumindest die Intensität des Kontakts mit den Elementen, die die Wärmeübertragung erhöhen, in der gleichen Richtung. Der Grad der Abkühlung der Gase wird dadurch verringert. Dies ist vom energetischen Standpunkt her von Vorteil.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher weiterhin durch die Merkmale des Anspruchs 13 gekennzeichnet.
Ein polygonaler Brenner bietet den Vorteil, daß er optimal an die Form des Brennerraums des Wärmetauschers angepasst werden kann. Außerdem kann ein derartiger Brenner eine Reihe von flachen oder mit nur einer Biegung versehenen Brenneroberflächen aufweisen, wodurch ein Brenner mit günstigem Brennermuster auf wirtschaftliche Weise erhalten werden kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Gußkernvorrichtung zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers nach den Merkmalen der Ansprüche 14 oder 15.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers, wenigstens durch die Merkmale des Anspruchs 16 gekennzeichnet.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Heizvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher.
Zur Erläuterung der Erfindung werden nachfolgend beispielhafte Ausführungsformen eines Wärmetauschers und einer Heizvorrichtung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine Ausfihrungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers in seitlicher Schnittansicht;
Fig. 2 in Schnittansicht eine Draufsicht von oben auf den Wärmetauscher entlang der Linie II-II in Fig. 1
Fig. 3 in Schnittansicht eine Draufsicht von oben auf den Wärmetauscher entlang der Linie III-III in Fig. 1;
Fig. 4 in Schnittansicht eine Draufsicht von oben auf eine erfindungsgemäße Gußkernvorrichtung;
Fig. 5 einen Teil eines Gußkerns für eine Wasserleitung;
Fig. 5a eine Detailansicht eines Entfernungsabstands in einer Wasserleitung in einer ersten Ausfihrungsform;
Fig. 5b in geschnittener perspektivischer Ansicht einen Teil einer Form zum Formen eines Gußkernteils für eine Wasserleitung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers;
Fig. 6 eine Seitenansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung;
Fig. 7A-E in Schnittansicht Draufsichten entlang der Linie VII-VII in Fig. 6 auf eine Anzahl alternativer Ausführungsformen eines Wärmetauschers mit einem erfindungsgemäßen Brenner.
Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen in Schnittansicht einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher 1. Der Wärmetauscher 1 weist eine Innenwand 2 und eine Außenwand 3 auf, die die Innenwand 2 umgibt und nach ihr ausgerichtet ist. Zwischen der Innenwand 2 und der Außenwand 3 ist eine Wasserleitungswand 4 eingeschlossen, wobei eine spiralförmige Wasserleitung 5 an der Außenseite der Innenwand 2 ausgebildet ist. Vom Inneren der Innenwand 2 erstrecken sich Elemente 6, die die Wärmeübertragungsfläche erhöhen, nach innen, annähernd im rechten Winkel zur Längsrichtung des Wärmetauschers 1. Im oberen Bereich des Wärmetauschers werden diese Elemente 6 von Trennwänden 34 gebildet, die sich parallel zueinander in Längsrichtung des Wärmelauschers erstrecken, d. h. im normalen Betrieb vertikal nach innen. Im unteren Bereich des Wärmetauschers 1 werden diese Elemente 6 von Vorsprüngen 35 gebildet, die in versetzten Reihen und/oder Säulen angeordnet sind. Die Form und die Positionen der Elemente 6 werden nachfolgend erörtert. Der Wärmetauscher 1 ist durch Gießen einstückig ausgebildet und ist aus Leichtmetall hergestellt. Leichtmetall bedeutet zumindest Aluminium und Aluminiumlegierungen, Messing und Messinglegierungen.
Der Wärmetauscher 1 ist von im wesentlichen spiegelsymmetrischer Blockform und in der Draufsicht von oben annähernd rechteckig, wie es in der Ausführungsform gezeigt ist. Dies bedeutet, daß zwischen Inhalt, Wärmeübertragungsfläche und Wasserleitungsinhalt ein sehr günstiges Verhältnis besteht. Der Wärmetauscher 1 wird mittels einer in Fig. 4 gezeigten Gußkernanordnung 7 geformt. In Fig. 4 wurde ein Viertel der Gußkernanordnung 7 weggelassen. Zur Verdeutlichung ist dieses Viertel (im Umriβ) schematisch mit gestrichelten Linien dargestellt. Die Gußkernanordnung 7 ist von dem Typ, der während oder nach dem Gießen des Wärmetauschers 1 verloren geht und ist z. B. aus Sand, Wachs oder synthetischem Material wie Polystyrol, oder aus Kombinationen davon gebildet. Außerdem können selbstverständlich bei Bedarf Teile wie Schlitten verwendet werden, die natürlich wiederverwendet werden können.
Die Gußkernanordnung 7 weist einen Außenkasten B auf, in dem die äußere Form des Wärmetauschers im wesentlichen festgelegt ist. Des weiteren weist die Gußkernanordnung 7 einen Innenkern 8 und einen Wasserleitungskern 9 auf. Diese Kerne werden nachfolgend beschrieben.
Der Innenkern 8 kann in Teilen hergestellt und dann aus den Teilen zusammengebaut werden, oder er kann aus einem Stück aufgebaut sein. Der Vorteil der Herstellung des Innenkerns 8 in Teilen ist, daß die hierfür benötigte Ausstattung relativ billig ist, jedenfalls hinsichtlich des Anschaffungspreises, die damit verbundenen Herstellungskosten sind jedoch relativ hoch. Zur Herstellung des Innenkerns in einem Teil ist eine relativ teuere Ausstattung nötig, doch ein so hergestellter Innenkern 8 erfordert relativ wenig Endbearbeitung.
Bei der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform besteht der Kern 8 aus vier Abschnitten I-IV, die als Segmente 10 bezeichnet werden. Jedes Segment 10 umfaßt ungefähr ein Viertel des Querschnitts des von der Innenwand 2 umschlossenen Raums 11, wobei die gegenüberliegenden Abschnitte I und III im wesentlichen spiegelsymmetrisch sind, ebenso wie die gegenüberliegenden Abschnitte II und IV. Natürlich können die vier Abschnitte I-IV auch gleich sein, In diesem Fall kann zur Herstellung der Abschnitte nur eine Form genügen und zudem werden Fehler beim Zusammensetzen des Innenkerns 8 vermieden. Jeder Abschnitt I-IV umfaßt eine große Zahl von Elementen 6, die sich im wesentlichen parallel zueinander im rechten Winkel zur Längsrichtung des in Rede stehenden Abschnitts I-IV erstrecken. Die Elemente 6 erstrecken sich so, daß sie abgezogen werden können, nämlich derart, daß der in Rede stehende Abschnitt nach seiner Herstellung von einer Form, die für die Herstellung verwendet wird, in Richtung der Längskante C abgezogen werden kann, die in einem zusammengesetzten Innenkern 8 auf die anderen Abschnitte hin gerichtet ist. Daher hat ein so geformtes Segment 10 annähernd die Form des Viertels eines Quadrats und weist in seiner Außenfläche 12 eine große Zahl paralleler Ausnehmungen 13 auf, von denen jede die Form der zu bildenden Elemente 6 aufweist. Die seitlichen Flächen 14 der Abschnitte I-IV, d. h. die Flächen, die in dem zusammengesetzten Innenkern 8 aneinander anliegen, sind ungleichmäßig geformt. Eine Anzahl von Ausnehmungen 13' erstreckt sich über die (fiktive) Grenzlinie 15 des von dem jeweiligen Sektor 10 umfaßten Viertels hinaus. Diese Ausnehmungen 13', die sich darüber hinaus erstrecken, sind so vorgesehen, daß sie in einem zusammengesetzten Innenkern 8 zwischen Ausnehmungen 13 in den benachbarten seitlichen Flächen 14 des benachbarten Abschnitts liegen. Dies bedeutet, daß in dem gegossenen Wärmetauscher 1 eine Anzahl von Vorsprüngen 35 sich an der Stelle kreuzen, an der zwei Abschnitte des zusammengesetzten Innenkerns 8 während des Gießens aneinander angelegen sind. So wird eine geeignete Dichte von Vorsprüngen 35 an den verschiedenen Teilen der Innenwand 2 erhalten, wodurch während des Betriebs keine wesentlichen Unterschiede in der Wärmeübertragung auftreten, was hinsichtlich Wärmetechnik und Konstruktion von Vorteil ist.
Die Abschnitte I-IV sind mit den seitlichen Flächen 14 aneinandergeklebt oder anderweitig verbunden, um den in Fig. 4 gezeigten zusammengesetzten Innenkern 8 zu erhalten. In der gezeigten Ausführungsform wurden vier Abschnitte I-IV gewählt, es kann jedoch selbstverständlich auch eine andere Anzahl gewählt werden, z. B. zwei, drei oder mehr als vier, was insbesondere im Fall relativ großer Abmessungen des Wärmetauschers von Vorteil sein kann. Die Richtung der Trennwände 34 und der Vorsprünge 35 muß jeweils nach der Anzahl der Abschnitte gewählt werden.
Wird ein Innenkern. 8 in einem Stück hergestellt, wird ein Werkzeug mit verschiedenen beweglichen Teilen (vier in der gezeigten Ausführungsform) verwendet. Zu Beginn wird ein Schlauch, dessen entsprechender Innenquerschnitt dem Inneren der Innenwand 2 entspricht, wobei Elemente 6 sich in dem gewünschten Muster nach innen erstrecken, z. B. mit Formsand, der gehärtet wird, gefüllt. Darm werden die Elemente 6 nach außen in Abschnitten zurückgezogen, bis sie sich ganz aus dem Formsand heraus erstrecken, Zu diesem Zweck kann der Schlauch in vier Quadranten aufgeteilt werden, von denen jeder Elemente 6 umfaßt, die fest damit verbunden sind, gemäß den Abschnitten I-1 V des in Abschnitten vorliegenden Innenkerns 8. Wenn diese vier Quadranten abgezogen werden, liegt der ganze Innenkern 8 unmittelbar frei. Die Elemente 6 können jedoch auch durch die Schlauchwand abgezogen werden, wonach der Innenkern 8 dann vom Schlauch entfernt werden sollte. Der Schlauch kann zu diesem Zweck natürlich auch teilbar sein. Dies gestattet auch die. Verwendung von Elementen 6, die derart im Verhältnis zueinander positioniert sind, daß sie nicht gemeinsam abgezogen werden können, z. B. schräge Vorsprünge. Sie können dann gleichzeitig oder einzeln in geeigneter Richtung abgezogen werden, wenn sie unabhängig voneinander bewegt werden können. Als Folge davon können ähnliche Vorsprünge verwendet werden, was für die Wärmeübertragung von Vorteil ist und Spannungen in dem gegossenen Wärmetauscher minimiert. Der in der Zeichnung dargestellte Wärmetauscher kann selbstverständlich auch auf diese Weise hergestellt werden.
Je nach der Form des Brenners, der im Betrieb (wie nachfolgend näher erläutert wird) in die Oberseite des Brennerraums 11 zwischen die Trennwände 34 eingesetzt wird, können alle Elemente 6 annähernd dieselbe Länge haben, z. B. wenn ein im wesentlichen quadratischer oder polygonaler Brenner in einen Wärmetauscher eingesetzt wird, dessen Querschnitt eine ähnliche Form aufweist, oder unterschiedliche Längen, z. B. wenn ein Brenner mit einem unterschiedlich geformten Querschnitt in einem Wärmetauscher von annähernd quadratischem Querschnitt verwendet wird. U. a. die Länge, der Querschnitt, die Form und der gegenseitige Abstand und die Position der Elemente 6 zueinander bestimmen die Wärmeübertragung zwischen den Verbrennungsgasen und dem Wasser in der Wasserleitung während des Betriebs.
In der gezeigten Ausführungsform ist der Wasserleitungskern 9 zweiteilig in einer oder mehreren Formen 16 hergestellt und ist in Fig. 5B schematisch in Teilansicht dargestellt. In der gezeigten Ausführungsform besteht der Wasserleitungskern 9 aus zwei Teilen 9', 9", es kann jedoch selbstverständlich auch eine andere Anzahl von Teilen verwendet werden. Zwei Teile haben den Vorteil, daß relativ wenige Verbindungsstellen erforderlich sind und die Kernteile 9', 9" noch relativ einfach hergestellt werden können. Außerdem können diese Kernteile 9', 9" leicht um den Innenkern 8 herum vorgesehen werden. Des weiteren ist es möglich, den Wasserleitungskern 9 in einem Stück zu konstruieren, insbesondere im Fall von relativ kurzen Wärmetauschern, bei denen die Form 16 z. B. in Teilen vom Wasserleitungskern 9 entfernt werden kann.
Wie beschrieben ist die Wasserleitung 5 im wesentlichen spiralförmig um die Außenseite der Innenwand 2 des Wärmetauschers 1 gewunden. In diesem Zusammenhang bedeutet spiralförmig im wesentlichen fortlaufend, so daß während des Betriebs Wasser in einer Bewegung, die sich um den Innenraum herum erstreckt, von einer dem einen Ende des Wärmetauschers benachbarten Position in Richtung des gegenüberliegenden Endes fließen kann, ohne daß die Fließrichtung stark abgelenkt wird. Alle Biegungen in der Wasserleitung sind gering, auf jeden Fall weniger als 180º und vorzugsweise weniger als 90º. Eine Ausführungsform, bei der keine anderen Biegungen als solche, deren Biegungsradius nicht kleiner ist als der Querschnitt der Wasserleitung an dieser Stelle, oder die 45º oder weniger betragen, ist besonders vorteilhaft. Verbindungsteile für ein Zu- und Ableitungsrohr können natürlich einen relativ spitzen Winkel mit der Wasserleitung bilden, weil sie von außen her entfernt werden können. Dies ist jedoch nicht vorteilhaft. Da die Wasserleitung 5 spiralförmig ist, kann der Wasserleitungskern 9 nach dem Gießen bei Bedarf leicht entfernt werden, weil keine Biegungen von ca. 90º oder sogar 180º vorhanden sind, wie dies bei den bekannten Wärmetauschern der Fall ist. Dies bedeutet, daß weniger oder sogar keine Öffnungen zum Entfernen der Wasserleitung vorhanden sein müssen, was wiederum bedeutet, daß weniger Feinarbeiten am gegossenen Wärmetauscher 1 erforderlich sind.
In der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform sind die Ecken 40 des Wärmetauschers 1 abgerundet, so daß in der Draufsicht von oben jede Wand 2, 3 des Wärmetauschers 1 vier relativ lange, flache Wandteile 41 aufweist, die im rechten Winkel zueinander stehen und durch gebogene zweite Wandteile 42 miteinander verbunden sind. Der Biegungsradius R der zweiten Wandteile 42 beträgt vorzugsweise nicht weniger als der Querschnitt D der Wasserleitung 5.
Aufgrund dieser Merkmale kann der Kern 9 leicht entfernt werden, und außerdem wird der Widerstand in der Wasserleitung 5 während des Betriebs gering gehalten. Weitere Vorteile werden nachfolgend erörtert.
Um die Wasserleitungskernteile 9', 9" (Fig. 5) von oder aus der oder jeder Form 16 zu entfernen, sollten diese Teile eine abziehbare Konstruktion aufweisen. Die Fig. 5A und SB zeigen zwei Möglichkeiten, um ein derartiges Abziehen zu ermöglichen.
Fig. 5A stellt eine vergrößerte Ansicht eines Entfernungsabstands 17 zwischen zwei Wandteilen 4 der Wasserleitung 5 in einer ersten Ausführungsform dar.
Die Entfernungsrichtung der Kernteile 9', 9" der Form 16 ist rechtwinklig zur Zeichenebene. Die Wandteile 4 sind verstärkt, so daß der dazwischenliegende Raum jeweils zumindest in der Entfernungsrichtung keine Hinterschneidungen aufweist, d. h. wenn der Wärmetauscher 1 senkrecht gehalten wird und sich die Wasserleitung 5 demgemäß spiralförmig aufwärts/abwärts erstreckt, sind die relevanten Wandteile annähernd parallel oder weichen in Entfernungsrichtung zurück. Dies gestattet es, daß der dazwischliegende Abschnitt der Kernteile 9 in annähernd waagrechter Richtung abgezogen wird, ohne daß Teile hinter den Hinterschneidungen zurückbleiben. Dies bedeutet, daß die Kernteile 9', 9" ohne Schaden entfernt und zum gewünschten Wasserleitungskern 9 verbunden werden können.
Die Fig. 5B zeigt eine alternative Ausführungsform einer Form 16 zum Formen wenigstens der Wandteile 4 der Wasserleitung 5 für einen Wärmetauscher mit achteckigem Querschnitt. In dieser Ausführungsform wird die Entfernungsrichtung des Wasserleitungskernteils 9', 9" (nicht gezeigt) von der Form 16 durch den Pfeil P angezeigt. Zur Verdeutlichung sind drei Achsen X, Y und Z, die rechtwinklig zueinander verlaufen, strichpunktiert angezeigt. Die oberen und unteren Teile der Form 16 sind weggenommen.
Die Wasserleitungswand 4 weist in jeder Windung W15 zwei erste Wasserleitungswandteile 4A auf, die an gegenüberliegenden Seiten vorgesehen sind und sich in einer zur X-Achse und zur Y-Achse parallelen Ebene parallel zur Entfernungsrichtung P erstrecken. Jedes Paar von ersten Wasserleitungswandteilen 4A ist mit einem zweiten Wasserleitungswandteil 4B verbunden, das im Verhältnis zur Z-Achse geneigt und parallel zur Y-Achse ist. Dies bedeutet, daß sowohl der Raum 17A zwischen zwei ersten übereinanderliegenden Wasserleitungswandteilen 4A und der Raum 17B zwischen zwei zweiten übereinanderliegenden Wasserleitungswandteilen 4B in Richtung P freigemacht werden kann.
Jeder Wasserleitungskernteil 9', 9" weist eine Reihe paralleler Teile 31 auf (Fig. 5). Diese Teile sind über einen Querbalken 18, an dem die Teile 31 angeordnet sind, über Haltestifte 19 miteinander verbunden. Die Teile 31 weisen einen ersten Teil 50 auf, der in Bezug auf die Längsrichtung des Balkens 18 leicht geneigt ist, und der den geneigten Abschnitt der Wasserleitung 5 (zweiter Raum 17B) darstellt. Weiterhin weist jeder Teil 31 zwei zweite Teile 51 auf, die mit beiden Enden des ersten Teils 50 verbunden sind und sich rechtwinklig zur Längsrichtung des Balkens 18 erstrecken. Diese Teile stellen Teile eines flachen Abschnitts der Wasserleitung 5 (erster Raum 17A) dar. Der erste Teil 50 ist jeweils mit einem zweiten Teil 51 über einen dritten Teil 52 verbunden, der den Abschnitt 17C der Wasserleitung 5, der die abgeflachte oder abgerundete Kante 40 bildet, darstellt. Wenn die Kernteile 9', 9" zusammengefügt sind, bilden die Teile 31 zusammen eine Repräsentation der Wasserleitung 5, z. B. in Formsand (Fig. 5).
Es ist natürlich auch möglich, den Gußkern 9 mittels einer Form 16 zu formen, die mit Schlitten oder ähnlichem versehen ist, oder mittels einer Form 16 des verlorenen Typs, was bedeutet, daß sie während oder nach der Bildung des Gußkerns 9 verloren geht.
Die Gußkernanordnung 7 wird durch die folgenden Schritte gebrauchsfertig gemacht. In einem ersten Außenkastenteil B' wird ein Guß der ersten Hälfte der Außenkontur des Wärmetauschers vorgesehen, d. h. er wird im wesentlichen durch die Außenwand 3 bestimmt. In den so gebildeten Hohlraum wird ein erster Teil 9' des Wasserleitungskerns 9 gelegt, wobei der Balken 18 in dem ersten Außenkastenteil aufgenommen wird, so daß nur die Haltestifte 19 und die Teile 31 sich in den Hohlraum erstrecken. Die Haltestifte 19 sind so lang, daß die Teile vom Inneren des Hohlraums in dem der gewünschten Wandstärke der Außenwand 3 entsprechenden Abstand, z. B. einige Millimeter, entfernt sind. Dann wird der Innenkern 8 in die Teile 3a gelegt und davon in dem der gewünschten Stärke der Innenwand 2 entsprechenden Abstand beabstendet. Sodann wird der zweite Teil 9" des Wasserleitungskerns 9 und der zweite Außenkasten B", der einen Guß der zweiten Hälfte der Außenkontur des Wärmetauschers enthält, in ähnlicher Weise über dem Innenkern vorgesehen, um einen im wesentlichen geschlossenen Gußkasten B zu erhalten. Eine Reihe von Eingußlöchern und Gußzapfen (nicht gezeigt) sind in einem oder jedem Außenkasten B', B" vorgesehen, um die Gußschmelze, z. B. Aluminium oder Messing oder Legierungen eines oder beider Metalle, zuzuführen.
Nach Abkühlen und Härten des Wärmetauschers wird der Gußkasten geöffnet, und die Gußkerne werden entfernt, d. h. soweit sie nicht bereits während des Gießens verschwunden sind. Weil die Wasserleitung 5 in fortlaufender Form gebildet ist, ist zumindest das Entfernen des Wasserleitungskerns 9 einfach, während zum Entfernen des Innenkerns genügend Platz im Wärmetauscher vorhanden ist. Nach dem Entfernen der Gußkerne werden die Öffnungen in den Wänden des Wärmetauschers geschlossen, wo es nötig ist, und der Wärmetauscher kann endbearbeitet und z. B. in eine Heizvorrichtung eingesetzt werden.
Fig. 6 zeigt in Seitenansicht einen Teil einer Heizvorrichtung 20, die einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher 1 aufweist. In dieser Heizvorrichtung 20 ist der Wärmetauscher 1 senkrecht angeordnet, d. h. seine Längsachse erstreckt sich in senkrechter Ebene. Es ist jedoch auch möglich, einen derartigen Wärmetauscher 1 anders anzuordnen, z. B. in waagrechter oder geneigter Position. An seinem oberen Ende ist ein Brenner 21 in den Wärmetauscher 1 eingesetzt, der beispielsweise eine mantelförmiges Brennerabdeckung 22 aufweist. Der Brenner ist im Vergleich zum Wärmetauscher 1 relativ kurz. Die Oberseite des Wärmetauschers ist über dem Brenner 21 mittels einer Abdeckkappe 36 geschlossen, die sich teilweise entlang der Rückseite des Wärmetauschers erstreckt und dort mit einem Lüfter 24 verbunden ist. Die Abdeckklappe 36 bildet so ein Zuführrohr 23 für den Brenner 21. Mittels des Lüfters 24 wird brennbares Gas oder Gas-Luft-Gemisch unter Druck dem Brenner 21 zugeführt, wo es verbrannt wird. Die heißen Verbrennungsgase werden sodann zwischen die Elemente 6 gedrückt.
Ein Flügelrad 25 (in Fig. 1 gestrichelt dargestellt) ist im Innenraum des Wärmetauschers zwischem die Elemente 6 nahe des Brenners 1 eingesetzt. Dieses Flügelrad 25 füllt den Raum 11 unterhalb des Brenners 21 zwischen den Elementen 6 weitgehend aus, wodurch die Verbrennungsgase gezwungen sind, zwischen den Trennwänden 34 und dann zwischen den versetzten Vorsprüngen 35 zu fließen, wobei sie Wärme auf die Trennwände 34, die Vorsprünge 35 und, unmittelbar oder mittelbar, auf die Innenwand 2 übertragen. Die radiale Höhe der Trennwände 34 ist so, daß zwischen deren Längskanten entfernt von der Innenwand 2 und dem Flügelrad 25 etwas Platz frei bleibt. An den dem Brenner gegenüberliegenden Enden sind die Trennwände 34 in Richtung der Innenwand 2 abgeschrägt. Die Höhe des Flügelrads 25 ist so, dass dessen dem Brenner 21 gegenüberliegendes Ende mit dem Anfang der abgeschrägten Enden der Trennwände 34 nahezu bündig ist, so dass zwischen dem Brenner 21 und dem Flügelrad 25 ein freier Raum bleibt. Da die Trennwände 34 vom Flügelrad beabstandet sind und außerdem wenig Fließwiderstand bieten, können die Verbrennungsgase während des Betriebs relativ frei mit geringem Wärmeaustausch entlang der Trennwände 34 fließen. Die Verbrennungsgase werden daher langsam abgekühlt, was für das Emissionswerte der Heizvorrichtung von Vorteil ist.
Da die Vorsprünge in versetzten Reihen und/oder Säulen angeordnet sind, wird im unteren Bereich ein labyrinthförmiger Fließweg für die Verbrennungsgase gebildet, so dass die Wärmeübertragung während des Betriebs verbessert wird. Das Flügelrad 25 ist beispielsweise eine mit feuerfesten, wärmebeständigen Fasern gefülltee oder eine keramische Buchse. Wenigstens eine Anzahl der Vorsprünge 6 liegt beinahe an der Außenseite des Flügelrads 25 an. An seinem unteren Ende stellt eine Verbrennungsgasentladungsvorrichtung 26 eine Verbindung mit dem Innenraum des Wärmetauschers 1 her. Die Verbrennungsgase können im Wärmetauscher 1 kondensieren und werden über die Verbrennungsgasentladevorrichtung 26 entladen. Nahe der Unterseite steht die Verbrennungsgasentladevorrichtung 26 mit dem Wärmetauscher an einer seiner Seitenwände in Verbindung und kann mit einer Kondensatentladeöffnung versehen sein, die durch eine Verschlußkappe verschließbar ist. Die Verbrennungsgasentladevorrichtung 26 kann einstückig mit dem Wärmetauscher 1 gegossen sein, kann jedoch auch unter Zwischenschaltung einer Dichtung nachträglich vorgesehen werden. So wird eine größere Wahlfreiheit bei der Positionierung der Verbrennungsgasentladevorrichtung 26 im Verhältnis zum Wärmetauscher 1 erreicht. In der gezeigten Ausführungsform ist die Verbrennungsgasentladevorrichtung 26 außen abgerundet, wodurch eine besonders komplette Heizvorrichtung mit besonders günstigen Betriebseigenschaften erhalten wird.
Nahe ihrem unteren Ende ist die Wasserleitung 5 mit einem Rückführrohr 29 verbunden, und nahe dem oberen Ende ist sie mit einem Zuführrohr 30, beispielsweise eines (nicht gezeigten) Wärmekreislaufs, verbunden. Während des Betriebs wird Wasser durch die Wasserleitung 5 geführt und mittels der von den Verbrennungsgasen abgegebenen Wärme erwärmt. Da die Wasserleitung 5 nahezu den gesamten Wärmetauscher 1 umgibt, wird wenig Wärme an die Umgebung verloren, wobei keine besonderen Isolierungsmaßnahmen erforderlich sind. Da sich die Wasserleitung 5 spiralförmig erstreckt und keine spitzen Winkel aufweist, hat sie einen geringen Wasserwiderstand, so daß eine Pumpe mit relativ geringer Leistung und/oder eine relativ lange Wasserleitung 5 eingesetzt werden können, was bedeutet, daß mit einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung relativ hohe Leistungen erzielt werden können. Dadurch kann auch die Reinigung der Wasserleitung 5 auf relativ einfache Weise erfolgen.
Die Heizvorrichtung kann des weiteren in bekannter Weise gestaltet sein, z. B. mit Radiatoren, einem Thermostat, einer Kontrollvorrichtung und ähnlichem bekanntem Zubehör. Eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung, insbesondere ein dafür geeigneter Wärmeboiler, ist kompakt und hat einen hohen Wirkungsgrad, wobei sie auf einfache und verhältnismäßig vorteilhafte Weise hergestellt und eingesetzt werden kann. Die Einsatzzeit, d. h. die Zeit zwischen dem Auftreten und der Erfüllung eines Wärmeerfordernisses, ist relativ kurz, wodurch die Komfortwirkung erhöht wird.
In der beispielhaft gezeigten Ausführungsform weist der Brenner eine Brennerabdeckung 22 auf, die sich im wesentlichen quer zur Längsrichtung des Wärmetauschers 1, parallel zum Abschnitt II-II in Fig. 1, erstreckt. Es ist jedoch auch möglich, einen Brenner zu verwenden, der sich wenigstens teilweise zwischen den Trennwänden 34 uni ggf. den Vorsprüngen 35 erstreckt, und dessen nach außen weisende Seiten mit Brennerflächen 22 versehen sind. Unterschiedliche Ausführungsformen hiervon sind in den Fig. 7A-7E gezeigt. Eine derartige Ausführungsform bietet u. a. den Vorteil, daß die gesamte Brenneroberfläche 22 in Richtung der Elemente 6 zeigt, die die Wärmeübertragungsfläche vergrößern. In diesem Fall erstreckt sich das Flügelrad rächt so weit und weist vorzugsweise eine Endfläche auf, die an einer Endfläche des Brenners 21 anliegt oder benachbart dazu ist.
Die Fig. 7A-E sind eine schematische Schnittdarstellung einer Reihe von Draufsichten von oben auf einen Wärmetauscher 1 mit einem Brenner 21. Aus Gründen der Klarheit wurden die die Wärmeübertragungsfläche vergrößernden Elemente 6 weggelassen, und die inneren 2 und äußeren Wände 3 jeweils als eine einzige Linie gezeigt.
Die Fig. 7A zeigt einen achteckigen Wärmetauscher 101 mit einem achteckigen Brenner 121. Der Brenner 121 weist eine geschlossene Endfläche 129 und acht Brennerflächen 122 auf, die parallel zur Längsachse des Brenners 121 im rechten Winkel zu den Endflächen 129 angeordnet sind. Die Längskanten der Brennerflächen 122 sind gleitend in gelenkförmigen Verbindungsteilen 130 angeordnet. Dadurch können sich die Brennerflächen 122 frei in Parallelrichtung zu ihrer eigenen Ebene verformen, so daß Spannungen verhindert werden. Die Brennerflächen 122 sind flach, was eine einfache und demgemäß relativ kostengünstige Herstellung des Brenners 121 ermöglicht, wobei die Brennerflächen 122 optimal im Verhältnis zu den Elementen 6 positic'niert sind; die alle annähernd dieselbe Länge und Wärmeübertragungskapazität haben können. Dieser Wärmetauscher hat z. B. acht symmetrische Ebenen.
Die Fig. 7E zeigt einen sechseckigen Wärmetauscher 201 mit sechs gleichlangen Seitenflächen mit einem runden, zylindrischen Brenner. Dieser Brenner 221 weist eine zylindrische Brennerfläche 222 und eine geschlossene Endfläche 229 auf. Die Brennerfläche 222 ist von Gleitverbindungen umgeben, und hinter der Brennerfläche 222 befindet: sich eine Verteilerplatte 231 zum Verteilen des Gasstroms oder des Gas-Luft-Stroms über die Brennerplatte 222, so daß ein besseres, ruhigeres Brennermuster erzielt wird.
Die Fig. 7C zeigt einen Wärmetauscher 301, der mit dem Wärmetauscher nach Fig. 7B vergleichbar ist, jedoch abgerundete Ecken aufweist. Folglich hat die Wasserleitung 5 eine noch bessere Fließstruktur. Zwei gegenüberliegende Seiten 332 sind länger als die anderen Seiten, so daß der Wärmetauscher in einer Richtung relativ flach ist. Der Brenner 321 ist wie der Brenner 121 gemäß Fig. 7A gestaltet, jedoch in sechseckiger Form und mit sechs Brennerflächen 322.
Die Fig. 7D zeigt einen im wesentlichen rechteckigen Wärmetauscher 401 mit einem ebenfalls rechteckigen Brenner 421. Dieser Wärmetauscher kann gut beispielsweise an eine Wand angepasst werden und ist relativ flach. Der Brenner 421 weist jeweils eine Brennerfläche 422A an den gegenüberliegenden kurzen Seiten und zwei Brennerflächen 422B an den beiden Längsseiten auf. Daher sind die Brennerflächen 422A und B relativ kurz, so daß sie sich während des Betriebs relativ wenig verformen.
Die Fig. 7E zeigt einen Wärmetauscher 501 mit einer flachen (Rück-)Seite 532 und einer gebogenen zweiten (Vorder-)Seite 533. Der Brenner 521 weist einen ähnlich geformten Querschnitt mit fünf Brennerflächen 522 auf. Dieser Wärmetauscher 501 hat den Vorteil einer flachen Seite zur einfachen Montage und ein vorteilhaftes Verhältnis zwischen Volumen und Wärmeübertragungsfläche.
Kombinationen von Formen und Zusammenstellungen von Wärmetauschern und Brennern sind selbstverständlich möglich und können je nach gewünschter Anwendung gewählt werden.
Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher kann selbstverständlich auch aus Teilen zusammengesetzt werden. Eine derartige Ausführungsform hat jedoch den Nachteil, daß zusätzliche Dichtungen, Montagehandlungen und/oder Montagemittel erforderlich sind.
Die Erfindung ist keineswegs auf die in der Zeichnung und der Beschreibung gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Viele Variationen hiervon sind möglich.
Die Wasserleitung kann z. B. in Doppelwindung vorliegen, d. h. aus zwei oder mehr Wasserleitungen bestehen, die Seite an Seite oder übereinander gewickelt sind, wobei jede Wasserleitung an denselben oder an getrennte Wärmekreisläufe angeschlossen werden kann. Die Länge und der Durchflussbereich der Wasserleitungen kann, ebenso wie deren Lage im Verhältnis zum Brenner, unterschiedlich sein, so daß im Betrieb Wasser unterschiedlicher Temperatur aus den verschiedenen Wasserleitungen erhalten werden kann. Weiterhin können die Vorsprünge unterschiedlich geformt oder z. B. als Trennwände oder Rippen ausgebildet sein. Die Vorsprünge können überall dieselbe Länge haben oder wesentlich in der Länge abweichen. Die Länge und der Durchmesser des Wärmetauschers und des Durchflussbereichs und die Steigung der Wasserleitung können gemäß den gewünschten Leistungen unterschiedlich gewählt werden, wobei auch ein anderer Brennertyp verwendet werden kann. Außerdem kann der Wärmetauscher auf verschiedenen Ebenen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen, z. B. um den Durchflussbereich für die Verbrennungsgase einzuschränken oder zu erweitern, oder um Raum für den Einbau z. B. von Steuerungs- und Regulierungsmitteln und/oder einer Pumpe innerhalb der Umfangsfläche des Wärmetauschers zu schaffen, damit er in einer noch kompakteren Heizvorrichtung eingesetzt werden kann. Anstelle des Flügelrads können andere Mittel zum selben Zweck eingesetzt werden, z. B. ein mit Wasser gefüllter Kessel, der als Boiler fungieren kann, oder eine Wasserleitung, die als Anzapfspirale fungieren kann. Der Zuführschlauch für den Brennstoff, die Zufuhr und Ableitung von Wasser, und die Verbrennungsgasentladungsvorrichtung können eine andere Konstruktion aufweisen.

Claims

1. Wärmetauscher (1), der durch Gießen aus einem Leichtmetall hergestellt ist, mit wenigstens einer Wasserleitung, einem Brennerraum (11) und Elementen (6), welche die Wärmeübertragungsfläche vergrößern,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Wärmetauscher (1) eine geschlossene, polygonale oder teilweise gebogene Innenwand (2) aufweist, wobei sich die Wasserleitung (5) spiralförmig entlang der Außenseite der Innenwand (2) und der Brennerraum (11) sich innerhalb der Innenwand (2) erstreckt, wobei wenigstens in einem Teil des Wärmetauschers (1) auf der Innenseite die die Wärmeübertragungsfläche vergrößernden Elemente (6), wie Vorsprünge (35) und/oder Trennwände (34), sich von der Innenwand (2) aus erstrecken.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wasserleitung (5) spiralförmig um die gesamte Innenwand (2) erstreckt.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Wärmeübertragungsfläche vergrößernden Elemente (6) sich in wenigstens zwei Richtungen erstrecken, die miteinander einen Winkel einschließen.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (1) einstückig ist.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher wenigstens eine und vorzugsweise eine Reihe von Symmetrieebenen aufweist.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher zwei Symmetrieebenen hat.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserleitung (S) wenigstens zwei Windungen aufweist, wobei jede Windung an einer Anzahl von Positionen mit einem Bereich versehen ist, der von zwei Wandteilen (4) umschlossen ist, die in bezug zur Längsrichtung des Wärmetauschers rechtwinklig verlaufen, wobei der Raum (17) zwischen den Wandteilen (4) derart ausgebildet ist, daß er in tangentialer Richtung freigemacht werden kann, wobei die Anordnung derart ausgeführt ist, daß wenigstens eine Form (16) zumindest zur Bildung eines ersten Gußkerns (9) für die Wasserleitung (5) verwendet werden kann, wobei der erste Gußkern (9) während oder nach dem Gießen des Wärmtauschers (1) verloren geht.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserleitung (5) von der Innenwand (2), einer Außenwand (3) und einer sich zwischen der Innen- und der Außenwand erstreckenden Wasserleitungswand (4) umschlossen ist, wobei die Wasserleitungswand (4) sich spiralförmig um die Innenwand (2) erstreckt und in jeder Windung an mindestens zwei Positionen mit einer derartigen Verdickung und/oder einem Profil versehen ist, daß infolgedessen zwei gegenüberliegende Wasserleitungswandteile ausgebildet sind, die wenigstens parallel zueinander sind und vorzugsweise in zwei entgegengesetzte Richtungen geringfügig nach außen und im wesentlichen transversal zu einem Abschnitt divergieren, der rechtwinklig zur Längsrichtung des Wärmetauschers (1) verläuft.

9. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Wärmeübertragungsfläche vergrößernden Elemente (6) in Abschnitten (I-IV) angeordnet sind, wobei die Elemente (6) in jedem Abschnitt (I-IV) sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken, wobei die Anordnung derart ausgebildet ist, daß jeder Abschnitt (I-IV) mittels eines abziehbaren zweiten Gußkernteil s (8) herstellbar ist, wobei die zweiten Gußkernteile zur Bildung eines einstückigen zweiten Gußkerns (8) miteinander verbindbar sind, welcher während oder nach dem Gießen des Wärmetauschers (1) verloren geht.

10. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Wärmeübertragungsfläche vergrößernden Elemente die Form von Vorsprüngen (35) haben und in versetzten Reihen und/oder Säulen angeordnet sind, wobei zwischen den freien Enden wenigstens eines Teils der Vorsprünge (35) ein polygonaler freier Raum (11) gebildet ist.

11. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der Vorsprünge (35) zweier benachbarter Abschnitte (I-IV) zumindest zum Teil zwischeneinander liegen und einander kreuzen.

12. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nahe einem Ende innerhalb der Innenwand (2) ein Aufnahmeraum für einen Brenner (21), vorzugsweise vom Vormisch-Typ, vorgesehen ist, wobei in wenigstens einem Teil des Wärmetauschers (1) die die Wärmeübertragungsfläche vergrößernden Elemente (6) in vom Aufnahmeraum weggerichteter Richtung eine zunehmende Fläche und/oder Dichte und/oder Länge aufweisen, wobei die Anordnung derart ist, daß im Betrieb an den Elementen (6) vorbeiströmende Verbrennungsgase relativ ruhig abkühlen.

13. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufnahmeraum für einen Brenner, vorzugsweise vom Vormisch-Typ, vorgesehen ist, wobei der Brenner im wesentlichen einen polygonalen Querschnitt aufweist.

14. Gußkernvorrichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Wärmetauschers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit wenigstens einer ersten Gußkernanordnung (9) mit der Form wenigstens einer spiralförmigen Wasserleitung (5) und einer zweiten Gußkernanordnung (8) mit der Form wenigstens eines Brennerraums (11) mit die Wärmeübertragungsfläche vergrößernden Elementen (6), wobei die zweite Gußkernanordnung (8) in der ersten Gußkernanordnung (9) enthalten ist, wobei zwischen der ersten (9) und der zweiten Gußkernanordnung (8) ein Raum zur Bildung wenigstens der Innenwand (2) eingeschlossen ist, wobei wenigstens eine der Gußkernanordnungen (8, 9) aus Teilen aufgebaut ist, und wobei die Gußkernvorrichtung (B, 8, 9) wenigstens im wesentlichen von dem Typ ist, der während oder nach dem Gießen des Wärmetauschers (1) verloren geht.

15. Gußkernvorrichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 1-13, mit wenigstens einer ersten Gußkernanordnung (9) mit der Form wenigstens einer spiralförmigen Wasserleitung (5) und einer zweiten Gußkernanordnung (8) mit der Form wenigstens eines Brennerraums (11) mit die Wärmeübertragungsfläche vergrößernden Elementen (6), wobei die zweite Gußkernanordnung (8) in der ersten Gußkernanordnung (9) enthalten ist, wobei zwischen der ersten (9) und der zweiten Gußkernanordnung (8) ein Raum zur Bildung wenigstens der Innenwand (2) eingeschlossen ist, wobei die Gußkernanordnungen (8, 9) einstückig sind, und wobei die Gußkernvorrichtung (B, 8, 9) wenigstens im wesentlichen von dem Typ ist, der während oder nach dem Gießen des Wärmetauschers (1) verloren geht.

16. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, geeignet für einen Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1-13, mit den folgenden Schritten:

- Herstellen einer ersten verlorenen Gußkernanordnung (9) mit der Form einer spiralförmigen Wasserleitung (5);

- Herstellen einer zweiten verlorenen Gußkernanordnung (8) mit der Form eines Zentralbrennerraums (11) mit die Wärmeübertragungsfläche vergrößernden Elementen (6);

- Positionieren der beiden Gußkernanordnungen (8, 9) in einem Gußkasten (18), so daß die erste Gußkernanordnung (9) im wesentlichen die zweite Gußkernanordnung (8) umgibt und von dieser beabstandet ist;

- Gießen des Wärmetauschers (1) in dem Gußkasten (B), wobei im wesentlichen die erste (9) und die zweite Gußkernanordnung (8) gleichzeitig oder nacheinander verloren gehen; und

- Entfernen des einstückigen Wärmetauschers (1), der eine durchgehende spiralförmige Wasserleitung (5) aufweist.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (9) und/oder die zweite Gußkernanordnung (8) in Teilen hergestellt wird, die miteinander verbunden werden.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gußkernanordnung (8) mittels einer Form mit bewegbaren Teilen einstückig hergestellt wird, welche nach dem Bilden der Gußkernanordnung (8) in der Form im wesentlichen radial nach außen weggezogen werden.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16-18, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gußkernanordnung (9) mittels einer Form einstückig hergestellt wird.

20. Heizvorrichtung (20) mit einem Wärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1-13.