NL1002561C2 - Gegoten, lichtmetalen, in hoofdzaak cilindrische warmtewisselaar. - Google Patents

Description

Titel: Gegoten, lichtmetalen, in hoofdzaak cilindrische warmtewisselaar

De uitvinding heeft betrekking op een warmtewisselaar, met behulp van giettechniek vervaardigd uit lichtmetaal, voorzien van ten minste een waterkanaal, een branderruimte en warmte-overdragend oppervlak vergrotende elementen. Een 5 dergelijke warmtewisselaar is bekend uit het Europese octrooischrift 0 547 641.

Deze bekende warmtewisselaar omvat een tweetal doosvormige delen die met de open zijde naar elkaar gekeerd tegen elkaar zijn bevestigd, onder insluiting van een 10 branderruimte. Elk deel is aan de naar de branderruimte toegekeerde zijde voorzien van een aantal reeksen en kolommen warmte overdragend oppervlak vergrotende nokken, welke zich in steeds dezelfde, in de gemonteerde toestand van de warmtewisselaar naar elkaar gekeerde richting uitstrekken en 15 met de vrije einden ongeveer tegen elkaar liggen. Aan de van de nokken afgekeerde buitenzijde is elk deel voorzien van een van onder naar boven zig-zag verlopend waterkanaal. De zijkanten van de warmtewisselaar worden gevormd door in hoofdzaak gesloten, vlakke wanden. Tijdens gebruik worden 20 vanaf de bovenzijde van de warmtewisselaar met behulp van een brander verwarmde rookgassen door de branderruimte langs de nokken geleid, waarbij warmte wordt afgegeven aan de nokken.

De nokken dragen de warmte over aan water dat door de waterkanalen stroomt. Deze bekende warmtewisselaar is 25 eenvoudige te vervaardigen, compact en praktisch in gebruik en heeft een gunstig rendement.

Deze bekende warmtewisselaar heeft als nadeel dat het warmte-overdragend oppervlak relatief klein is ten opzichte van de afmetingen van de warmtewisselaar. Daardoor is het 30 rendement niet optimaal. Slechts aan twee zijden vein de warmtewisselaar strekt zich een waterkanaal uit, de andere zijden liggen vrij en fungeren als stralingsoppervlak naar de omgeving, waardoor warmte verloren gaat, zeker wanneer geen of onvoldoende isolatiemaatregelen worden genomen. De nokken zijn 1002561 2 zodanig opgesteld dat deze op gunstige wijze de warmte overdragen naar het of elk waterkanaal, hetgeen betekent dat deze alle aansluiten op de naar het waterkanaal gekeerde delen van elk warmtewisselaardeel. Tijdens gebruik kunnen als gevolg 5 van het verschil in warmte-overdracht van de verschillende delen van de warmtewisselaar spanningen in het materiaal optreden die tot beschadigingen of zelfs breuk kunnen leiden.

De uitvinding beoogt een warmtewisselaar van de in de aanhef van de hoofdconclusie beschreven soort, waarbij de 10 genoemde nadelen zijn vermeden, met behoud van de voordelen daarvan. Daartoe wordt een warmtewisselaar volgens de uitvinding gekenmerkt door de maatregelen volgens het kenmerkende deel van conclusie 1.

De in hoofdzaak cilindrische vorm van de 15 warmtewisselaar biedt een gunstige verhouding tussen de inhoud en het wandoppervlak van een warmtewisselaar. Bovendien strekt het waterkanaal zich langs althans nagenoeg de gehele buitenzijde van de warmtewisselaar uit, waardoor op optimale wijze gebruik wordt gemaakt van de warmte van de rookgassen en 20 straling van warmte naar de omgeving tot een minimum wordt beperkt. De warmtewisselaar wordt tijdens gebruik als het ware door een watermantel geïsoleerd. Doordat de warmte overdragend oppervlak vergrotende elementen zich althans in een gedeelte van de warmtewisselaar langs de gehele binnenomtrek van de 25 doorsnede verdeeld binnenwaarts vanaf de binnenwand uitstrekken wordt bovendien de warmte van de rookgassen op optimale wijze opgenomen en verdeeld over de volledige omtrek van de binnenwand en aldus naar het waterkanaal overgedragen. Daardoor worden sterke temperatuurverschillen over de 30 binnenwand op eenvoudige wijze verhinderd. Een warmtewisselaar volgens de uitvinding is eenvoudig te vervaardigen en te gebruiken en economisch in productie, gebruik en onderhoud.

In een voordelige uitvoeringsvorm wordt een warmtewisselaar volgens de uitvinding gekenmerkt door de 35 maatregelen volgens conclusie 2.

Het spiraalsgewijs om de binnenwand gewikkelde waterkanaal heeft tijdens productie van de warmtewisselaar het 1002561 3 voordeel dat de gietkern of gietkerndelen daaruit eenvoudig te verwijderen zijn, aangezien daarin geen of althans weinig bochten voorkomen. Het waterkanaal strekt zich vloeiend uit, als een slang om de cilindrische binnenwand. Daardoor wordt 5 verhinderd dat kernmateriaal, bijvoorbeeld zand, was of kunststof, in delen van het waterkanaal achterblijft en voor vervuiling en beschadiging van de inrichting zorgt. Tijdens gebruik heeft een dergelijk spiraalsgewijs gewikkeld waterkanaal het voordeel dat de waterzijdige weerstand van de 10 warmtewisselaar laag is, althans lager dan bij een zig-zag verlopend waterkanaal. Daardoor wordt bijvoorbeeld het voordeel bereikt dat een waterpomp met een lager vermogen toegepast kan worden, dat nauwkeuriger kan worden gestuurd, dat een langer waterkanaal of grotere vermogens kunnen worden 15 toegepast en dergelijke voordelen. Bovendien kan het waterkanaal beter worden gereinigd en wordt eenvoudiger verhinderd dat vervuilingen zich tijdens gebruik in het waterkanaal vastzetten.

Een verder voordeel van het aanbrengen van een 20 spiraalsgewijs gewikkeld waterkanaal is dat een daarvoor benodigde gietkern eenvoudiger in een gietvorm aan te brengen en af te steunen is, waardoor de vervaardiging van een dergelijke warmtewisselaar eenvoudiger is, te meer doordat daardoor het aantal na het gieten na te bewerken en af te 25 dichten kemgaten in het waterkanaal geringer is dan bij de bekende warmtewisselaars. Zo kunnen met één kernsteun bijvoorbeeld steeds twee naast elkaar gelegen wikkelingen van het waterkanaal worden ondersteund.

In een voorkeursuitvoeringsvorm wordt een 30 warmtewisselaar volgens de uitvinding voorts gekenmerkt door de maatregelen volgens conclusie 3.

Een eendelig uitgevoerde warmtewisselaar heeft het voordeel dat daardoor minder montagehandelingen noodzakelijk zijn bij de productie van een daarmee uitgevoerde 35 verwarmingsinrichting en dat bovendien afdichtproblemen van delen van een warmtewisselaar worden vermeden. Daardoor is een 1002561 4 dergelijke warmtewisselaar goedkoper en betrouwbaarder in productie en gebruik.

In een voordelige uitvoeringsvorm wordt een warmtewisselaar volgens de uitvinding voorts gekenmerkt door 5 de maatregelen volgens conclusie 4.

Een dergelijke warmtewisselaar kan als volgt worden vervaardigd. Met behulp van een mal wordt een gietkern voor het waterkanaal gevormd door een afdruk te vormen van het waterkanaal in bijvoorbeeld vormzand of was. Deze gietkern 10 wordt vervolgens in bijvoorbeeld twee delen van de of elke mal verwijderd en vervolgens worden de delen met elkaar verbonden onder vorming van een volledige eerste gietkern. Indien de wanden van het waterkanaal zich volledig spiraalsgewijs en zonder de genoemde lossende ruimten daartussen rond de 15 binnenwand zouden uitstrekken zouden de kerndelen bij het wegnemen beschadigen doordat een deel achter een niet-lossend deel van elke winding van de genoemde wand zou blijven steken. Door de lossende ruimten aan te brengen op de deelnaad van de eerste gietkern, dat wil zeggen ter hoogte van het of elk vlak 20 dat het contactvlak vormt tussen de gietkerndelen na wegnemen van de of elke mal en samenvoegen van de gietkerndelen tot de eerste gietkern, zodanig dat elk gietkerndeel lossend is in een ongeveer radiale richting, kan elk gietkerndeel zonder beschadiging worden uitgenomen. Daarmee wordt het voordeel 25 bereikt dat op eenvoudige wijze een gave eerste gietkern kan worden verkregen, zonder dat daartoe bijvoorbeeld schuivende of anderszins beweegbare delen in de of elke mal noodzakelijk zijn.

In een eerste nadere uitvoeringsvorm wordt een 30 dergelijke warmtewisselaar volgens de uitvinding gekenmerkt door de maatregelen volgens conclusie 5.

In deze uitvoeringsvorm is de waterkanaalwand wel nagenoeg geheel spiraalsgewijs gewikkeld, en zijn de lossende ruimten gevormd door profileringen op de waterkanaalwand.

35 Overigens is het uiteraard ook mogelijk het waterkanaal ten opzichte vein de lengteas van de warmtewisselaar steeds afwisselend hellend en haaks aan te brengen, zodanig dat 1002561 5 steeds het haaks gelegen deel een in tangentiële richting lossende ruimte vormt. Daarbij ontstaat wel een enigszins groter aantal bochten in het waterkanaal, doch deze kunnen relatief flauw zijn.

5 In een verdere voordelige uitvoeringsvorm wordt een warmtewisselaar volgens de uitvinding gekenmerkt door de maatregelen volgens conclusie 6.

In een dergelijke uitvoeringsvorm kan op bijzonder eenvoudige wijze een gietkern voor ten minste de 10 branderruimte, de warmte-overdragend oppervlak vergrotende elementen en de binnenwand worden gevormd, zonder dat daarvoor bewegende delen in de mal noodzakelijk zijn. Bovendien kunnen daarmee op eenvoudige wijze de warmte-overdragend oppervlak vergrotende elementen op optimale wijze over het oppervlak van 15 de binnenwand worden verdeeld.

Nadere voordelige uitwerkingen van een warmtewisselaar volgens de uitvinding zijn beschreven in de volgconclusies.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een gietkeminrichting voor het vervaardigen van een 20 warmtewisselaar volgens de uitvinding, gekenmerkt door de maatregelen volgens conclusie 10.

De uitvinding heeft bovendien betrekking op een verwarmingsinrichting, voorzien van een warmtewisselaar volgens de uitvinding.

25 Ter verduidelijking van de uitvinding zullen uitvoeringsvoorbeelden van een warmtewisselaar en een verwarmingsinrichting, onder verwijzing naar de tekening, worden beschreven. Daarin toont:

Fig. 1 in doorgesneden zij-aanzicht een 30 uitvoeringsvorm van een warmtewisselaar volgens de uitvinding;

Fig. 2 in doorgesneden bovenaanzicht een warmtewisselaar volgens de lijn II-II in fig. 1;

Fig. 3 in doorgesneden bovenaanzicht een gietkeminrichting volgens de uitvinding; 35 Fig. 4 in zij-aanzicht een gietkerndeel voor een waterkanaal van een warmtewisselaar volgens fig. 1 en 2; 1002561 6

Fig. 4A een detail van een lossende ruimte in een waterkanaal in een eerste uitvoeringsvorm;

Fig. 4B een detail van een lossende ruimte in een waterkanaal in een tweede uitvoeringsvorm; en 5 Fig. 5 in doorgesneden zij-aanzicht een gedeelte van een verwarmingsinrichting volgens de uitvinding.

In fig. 1 en 2 is een warmtewisselaar 1 volgens de uitvinding getoond, in doorgesneden aanzichten. De warmtewisselaar 1 omvat een cilindrische binnenwand 2 en een 10 concentrisch daaromheen aangebrachte buitenwand 3. Tussen de binnenwand 2 en de buitenwand 3 is een spiraalvormige waterkanaalwand 4 opgenomen, waardoor een spiraalvormig waterkanaal 5 is gevormd aan de buitenzijde van de binnenwand 2. Vanaf de binnenzijde van de binnenwand 2 strekken zich 15 binnenwaarts, ongeveer haaks op de lengterichting van de warmtewisselaar 1 warmte-overdragend oppervlak vergrotende nokken 6 uit, in ten opzichte van elkaar versprongen rijen en/of kolommen. Op de vorm en posities van de nokken 6 wordt nog nader teruggekomen. De warmtewisselaar 1 is eendelig 20 gevormd door gieten en is vervaardigd uit lichtmetaal. Onder lichtmetaal dienen ten minste te worden begrepen aluminium en aluminiumlegeringen, messing en messinglegeringen.

De warmtewisselaar 1 heeft een in hoofdzaak cilindrische vorm, hetgeen betekent dat een optimale 25 verhouding is verkregen tussen inhoud en warmte-overdragend oppervlak. De warmtewisselaar 1 is gevormd met behulp van een gietkernsamenstel 7 zoals getoond in fig. 3. In fig. 3 is een kwart van het gietkernsamenstel 7 weggelaten. Voor de duidelijkheid is dit kwart schematisch (in contour) met 30 onderbroken lijnen weergegeven. Het gietkernsamenstel 7 is van het type dat verloren gaat tijdens of na het gieten van de warmtewisselaar 1 en is bijvoorbeeld gevormd uit zand, was of kunststof zoals polystyreen, of uit combinaties daarvan. Bovendien kunnen uiteraard delen zoals schuiven zijn opgenomen 35 die eventueel wel hergebruikt kunnen worden.

Het gietkernsamentsel 7 omvat een buitenbak B waarin de vorm van de buitenzijde van de warmtewisselaar 1 in 1002561 7 hoofdzaak is vastgelegd. Voorts omvat het gietkernsamenstel 7 een binnenkern 8 en een waterkanaalkern 9. Deze worden achtereenvolgens beschreven.

De binnenkern 8 kan in gedeelten worden vervaardigd en 5 vervolgens worden samengesteld uit delen of kan eendelig worden uitgevoerd. Het in gedeelten vervaardigen van de binnenkern 8 heeft als voordeel dat het daarvoor benodigde gereedschap relatief voordelig is doch de bewerkingskosten zijn daarbij relatief hoog. Voor het vervaardigen van de 10 binnenkern in één deel is relatief kostbaar gereedschap noodzakelijk doch een op deze wijze vervaardigde binnenkern 8 behoeft relatief weinig nabewerking.

De binnenkern 8 is in de in de tekening getoonde uitvoeringsvorm samengesteld uit een viertal sectoren I-IV te 15 noemen segmenten 10. Elk segment 10 omvat ongeveer een kwart van de doorsnede van de binnen de binnenwand 2 omsloten ruimte 11, waarbij de tegenover elkaar gelegen sectoren I en III in hoofdzaak spiegelsymmetrisch zijn, evenals de tegenover elkaar gelegen sectoren II en IV. Overigens kunnen de vier sectoren 20 I - IV ook alle aan elkaar gelijk zijn, in welk geval voor de vervaardiging van de sectoren kan worden volstaan met slechts één mal en bovendien fouten worden vermeden bij het samenstellen van de binnenkern 8. Elke sector I - IV omvat een groot aantal nokken 6 die zich in hoofdzaak evenwijdig aan 25 elkaar haaks op de lengterichting van de betreffende sector I - IV uitstrekken. De nokken 6 strekken zich zodanig uit dat deze lossend zijn, in dier voege dat de betreffende sector na vorming daarvan van een voor de vorming gebruikte mal kan worden afgetrokken in de richting van de langsrand C die bij 30 een samengestelde binnenkern 8 naar de overige sectoren is gericht. Een aldus gevormd segment 10 is derhalve ongeveer kwart-cirkelvormig en heeft in het convexe buitenvlak 12 een groot aantal evenwijdige uitsparingen 13 die elk de vorm hebben van de te vormen nokken 6.

35 De zijvlakken 14 van de sectoren I - IV, dat wil zeggen de vlakken die bij de samengestelde binnenkern 8 tegen elkaar liggen, zijn onregelmatig gevormd. Een aantal 1002561 8 uitsparingen 13' strekt zich uit tot voorbij de (fictieve) begrenzingslijn 15 van de door de betreffende sector 10 ingesloten kwart cirkel. Deze zich daarbuiten uitstrekkende uitsparingen 13' zijn zodanig aangebracht dat deze bij een 5 samengestelde binnenkern 8 liggen tussen uitsparingen 13 in het aansluitende zijvlak 14 van de naastgelegen sector. Dit betekent dat bij de gegoten warmtewisselaar 1 een aantal .nokken 6 elkaar kruist, daar waar twee sectoren van de samengestelde binnenkern 8 tijdens het gieten tegen elkaar 10 lagen. Daardoor wordt een geschikte dichtheid van nokken 6 op de verschillende delen van de binnenwand 2 verkregen, met als gevolg dat tijdens gebruik geen grote verschillen in warmteoverdracht worden verkregen, hetgeen warmte- en constructietechnisch voordelig is.

15 De sectoren I - IV worden met de zijvlakken 14 tegen elkaar gelijmd of anderszins verbonden, zodanig dat de in fig. 3 getoonde samengestelde binnenkern 8 wordt verkregen. In de getoonde uitvoeringsvorm is gekozen voor een viertal sectoren I - IV, maar uiteraard kan ook een ander aantal worden 20 gekozen, bijvoorbeeld twee half-cirkelvormige of meer dan vier, hetgeen met name bij relatief grote afmetingen van de warmtewisselaar voordelig kan zijn. De richting van de nokken 6 zal daarbij steeds afhankelijk van het aantal sectoren moeten worden gekozen.

25 Bij eendelige vervaardiging van een binnenkern 8 wordt gebruik gemaakt van een gereedschap met verschillende beweegbare delen (in de getoonde uitvoeringsvorm vier). In de uitgangssituatie wordt een cilinder, waarin zich binnenwaarts nokken in het gewenste patroon uitstrekken, gevuld met 30 bijvoorbeeld vormzand, dat in staat wordt gesteld uit te harden. Vervolgens worden de nokken segmentsgewijs naar buiten toe teruggetrokken totdat deze zich geheel buiten het vormzand uitstrekken. De cilinder kan daartoe in vier kwadranten zijn gedeeld, elk voorzien van vast daarmee verbonden nokken 6, 35 overeenkomstig de segmenten I - IV van de gedeelde binnenkern 8. Bij het wegtrekken van deze vier kwadranten ligt dan direct de gehele binnenkern 8 vrij. De nokken 6 kunnen evenwel ook 1002561 9 terugtrekbaar zijn door de wand van de cilinder, waarna de binnenkern 8 vervolgens uit de cilinder moet worden genomen, welke cilinder daartoe uiteraard ook deelbaar kan zijn. Daardoor kunnen ook nokken worden gebruikt die een zodanige 5 stand hebben ten opzichte van elkaar dat ze niet te zamen lossend zijn, bijvoorbeeld radiale nokken. Deze kunnen dan in de geschikte richting tegelijkertijd of individueel worden teruggetrokken indien zij onafhankelijk van elkaar beweegbaar zijn. Daardoor kunnen gelijkvormige nokken gebruikt worden, 10 hetgeen voordelig is voor de warmte-overdracht en spanningen in de gegoten warmtewisselaar minimaliseren. Overigens kan op deze wijze uiteraard ook de in de tekening getoonde warmtewisselaar worden vervaardigd.

De waterkanaalkern 9 is in de getoonde uitvoeringsvorm 15 vervaardigd in twee delen in één of meer mallen 16 en is schematisch gedeeltelijk weergegeven in fig. 4. In de getoonde uitvoeringsvorm wordt de waterkanaalkern 9 gevormd in twee delen 9', 9", maar uiteraard kan ook een ander aantal delen worden gebruikt. Twee delen heeft het voordeel dat relatief 20 weinig verbindingen noodzakelijk zijn terwijl de kerndelen 9', 9" toch redelijk eenvoudig te vervaardigen zijn. Bovendien kunnen deze kerndelen 9', 9" eenvoudig rond de binnenkern 8 worden aangebracht. Voorts bestaat de mogelijkheid de waterkanaalkern 9 eendelig uit te voeren, met name bij 25 relatief korte warmtewisselaars, waarbij de mal 16 bijvoorbeeld van de gevormde waterkanaalkern 9 kan worden geschroefd.

Het waterkanaal 5 is zoals beschreven in hoofdzaak spiraalvormig, gewikkeld rond de buitenzijde van de binnenwand 30 2 van de warmtewisselaar 1. Doordat het waterkanaal 5 spiraalvormig is kan de waterkanaalkern 9 na het gieten eenvoudig worden verwijderd, aangezien geen bochten van ongeveer 90° of zelfs van 180° zijn opgenomen, zoals bij de bekende warmtewisselaars. Dit betekent dat minder of zelfs 35 geen openingen voor het reinigen van het waterkanaal behoeven te worden opgenomen, hetgeen betekent dat minder nabewerkingen 1002561 10 noodzakelijk zijn van de gegoten warmtewisselaar 1. Verdere voordelen zullen nog nader worden besproken.

Teneinde de waterkanaalkerndelen 9', 9" van of uit de of elke mal 16 te kunnen nemen dienen deze lossend te zijn 5 uitgevoerd. In fig. 4A en fig. 4B is een tweetal mogelijkheden gegeven voor het bereiken van een dergelijke lossing.

Fig. 4A toont in uitvergroot aanzicht een lossende ruimte 17 tussen twee wanddelen 4 van het waterkanaal 5, in een eerste uitvoeringsvorm. De lossingsrichting van de 10 kerndelen 9' , 9" van de mal 16 is haaks op het vlak van de tekening. De wanddelen 4 zijn op zodanige wijze verdikt dat de ruimte daartussen steeds in ten minste de lossingsrichting geen ondersnijdingen kent. Dat wil zeggen dat wanneer de warmtewisselaar 1 verticaal wordt gehouden en het waterkanaal 15 5 derhalve spiraalsgewijs omhoog/omlaag loopt, de betreffende wanddelen in de lossingsrichting ongeveer evenwijdig of wijkend zijn uitgevoerd. Daardoor kan het gedeelte van de kerndelen 9 daartussen worden weggetrokken zonder dat delen achter ondersnijdingen achterblijven. Dit betekent dat de 20 kerndelen 9', 9" zonder beschadiging kunnen worden uitgenomen en worden samengevoegd tot de gewenste waterkanaalkern 9.

In fig. 4B is een alternatieve uitvoeringsvorm gegeven van de wanddelen 4 van het waterkanaal 5, waarbij ter plaatse van het samenkomen van de twee delen 9' , 9" van de gietkern 9 25 de wanddelen 4 zodanig zijn gebogen dat deze de gewenste lossende ruimte 17 insluiten. De wanddelen 4 zijn daartoe ten opzichte van de lengteas van de warmtewisselaar enigszins gebogen uitgevoerd, waardoor een enigszins trapsgewijs verlopend waterkanaal 5 wordt verkregen dat zich spiraalvormig 30 rond de binnenwand 2 van de warmtewisselaar 1 uitstrekt.

Elk waterkanaalkerndeel 9, 9" omvat een reeks evenwijdig opgestelde ongeveer halfcikelvormige parten 31.

Deze parten zijn onderling verbonden door een dwarsbalk 18 waarop de parten 31 via draagpennen 19 zijn opgesteld. De 35 parten 31 staan enigszins schuin ten opzichte van de lengterichting van de balk 18 en vormen te zamen, bij 1002561 11 samengevoegde kerndelen 9', 9" een representatie in bijvoorbeeld vormzand van het waterkanaal 5.

Overigens is het ook mogelijk de gietkern 9 te vormen met behulp van een mal 16 die is voorzien van schuiven of 5 dergelijke of met behulp van een mal 16 van het verloren type, hetgeen betekent dat deze tijdens of na de vorming van de gietkern 9 verloren gaat.

Het gietkemsamenstel 7 wordt voor gebruik gereed gemaakt door de volgende stappen. In een eerste buiten-10 bakdeel B' wordt een afdruk aangebracht van een eerste helft van de buitencontour van de warmtewisselaar, dat wil zeggen dat deze in hoofdzaak wordt bepaald door de buitenwand 3. In de aldus gevormde holte wordt een eerste deel 9' van de waterkanaal kern 9 ingelegd, waarbij de balk 18 in het eerste 15 buitenbakdeel wordt opgenomen, zodanig dat slechts de draagpennen 19 en de parten 31 zich binnen de holte uitstrekken. De draagpennen 19 hebben een zodanige lengte dat de parten op een afstand van de binnenzijde van de holte komen te liggen die overeenkomt met de gewenste wanddikte van de 20 buitenwand 3, bijvoorbeeld enkele milimeters. Aansluitend wordt de binnenkern 8 in de parten 31 gelegd en op een afstand daarvan gehouden die overeenkomt met de gewenste dikte van de binnenwand 2. Over de binnenkern worden dan op overeenkomstige wijze het tweede deel 9" van de waterkanaalkern 9 en de tweede 25 buitenbak B" met daarin een afdruk van de tweede helft van de buitencontour van de warmtewisselaar aangebracht, zodanig dat een in hoofdzaak gesloten gietbak B wordt verkregen. In een of elke buitenbak B', B" is een aantal (in de tekening niet getoonde) gietkanalen en opkomers aangebracht voor het daarin 30 voeren van de gietsmelt, bijvoorbeeld aluminium of messing of legeringen van één of beide metalen.

Na het afkoelen en uitharden van de warmtewisselaar wordt de gietbak geopend en worden de gietkernen verwijderd, althans voor zover deze niet reeds tijdens het gieten zijn 35 verdwenen. Doordat het waterkanaal 5 doorlopend is gevormd is het verwijderen van ten minste de waterkanaalkern 9 eenvoudig, terwijl voor het verwijderen van de binnenkern voldoende 1002561 12 ruimte aanwezig is binnen de warmtewisselaar. Na het verwijderen van de gietkernen worden de openingen in de wanden van de warmtewisselaar waar nodig afgesloten en kan de warmtewisselaar worden afgewerkt en ingebouwd in bijvoorbeeld 5 een verwarmingsinrichting.

Fig. 5 toont in doorsnede-aanzicht een gedeelte van een verwarmingsinrichting 20, voorzien van een warmtewisselaar 1 volgens de uitvinding. In deze verwarmingsinrichting 20 is de warmtewisselaar 1 verticaal opgesteld, dat wil zeggen dat 10 de lengteas daarvan zich in een verticaal vlak uitstrekt. Het is evenwel ook mogelijk de warmtewisselaar 1 anders op te stellen, bijvoorbeeld horizontaal of hellend. Aan de bovenzijde is een cilindervormige brander 21 in de warmtewisselaar 1 gestoken, welke bijvoorbeeld een mantelvlak 15 vormig branderdek 22 heeft. De brander heeft een ten opzichte van de warmtewisselaar 1 relatief geringe lengte. Op de brander 21 is een aanvoerleiding 23 aangesloten die aan de tegenoverliggende zijde is verbonden met een ventilator 24.

Met behulp van de ventilator 24 wordt een brandbaar gas of 20 gas-luchtmengsel onder druk naar de brander 21 toegevoerd, waarin dit tot ontbranding wordt gebracht. De hete rookgassen worden vervolgens tussen de nokken 6 door gedwongen.

Vanaf de onderzijde is een verdringer 25 tussen de nokken 6 in de binnenruimte van de warmtewisselaar gestoken, 25 tot nabij de brander 21. Deze verdringer 25 vult de ruimte 11 op onder de brander 21 tussen de nokken 6, waardoor de rookgassen gedwongen worden tussen de versprongen ten opzichte van elkaar opgestelde nokken 6 door te stromen, daarbij de warmte overdragend aan de nokken 6 en direct of indirect naar 30 de binnenwand 2. Doordat de nokken in versprongen rijen en/of kolommen zijn opgesteld wordt een labyrint-vormige stromings-baan voor de rookgassen gevormd, waardoor de warmte-overdracht tijdens gebruik wordt verbeterd. De verdringer 25 is bijvoorbeeld een met vuurvaste, hittebestendige vezels gevulde 35 cilinder of een ceramische bus. Althans een aantal van de nokken 6 ligt nagenoeg aan tegen de buitenzijde van de verdringer 25. Aan de onderzijde sluit een rookgasafvoer 26 " 0 0 0 5 6 1 13 aan op de binnenruimte van de warmtewisselaar 1. De rookgassen kunnen condenseren in de warmtewisselaar 1 en worden afgevoerd via de rookgasafvoer 26. In de rookgasafvoer 26, welke in de getoonde uitvoering U-vormig is, is een condensafvoeropening 5 27 opgenomen, welke bijvoorbeeld afsluitbaar is met behulp van een dop 28. Aangezien de warmtewisselaar in hoofdzaak cilindrisch is is deze althans grotendeels symmetrisch. Dit betekent dat zowel de aanvoerleiding 23 als de rookgasafvoer 26 in nagenoeg elke richting kan worden aangebracht, hetgeen 10 een flexibele toepassing mogelijk maakt. Bovendien zijn afdichtingen eenvoudig aan te brengen.

Het waterkanaal 5 is nabij de onderzijde aangesloten op een retourleiding 29 en nabij de bovenzijde op een aanvoerleiding 30 van bijvoorbeeld een verwarmingscircuit 15 {niet getoond). Water wordt tijdens gebruik door het waterkanaal 5 gevoerd en opgewarmd met behulp van de door de rookgassen afgegeven warmte. Doordat het waterkanaal 5 nagenoeg de gehele warmtewisselaar 1 omvat gaat weinig warmte verloren naar de omgeving, terwijl geen specifieke isolerende 20 maatregelen noodzakelijk zijn. Doordat het waterkanaal 5 spiraalsgewijs verloopt en geen scherpe hoeken omvat is de waterzijdige weerstand van het waterkanaal laag, waardoor een pomp met een relatief kleine capaciteit kan worden gebruikt en/of een relatief lang waterkanaal 5 kan worden toegepast, 25 hetgeen betekent dat relatief grote vermogens mogelijk zijn met een verwarmingsinrichting volgens de uitvinding. Ook het reinigen van het waterkanaal 5 is daardoor relatief eenvoudig uitvoerbaar.

Teneinde ervoor te zorgen dat de rookgassen niet te 30 snel afkoelen, hetgeen constructieve en warmtetechnische problemen zou opleveren, is de lengte van de nokken 6 in het bovenste deel van de warmtewisselaar 1 aangepast. Rond de brander 21 zijn de nokken relatief kort, zodanig dat de einden daarvan zich op afstand bevinden van het branderdek 22. Ter 35 hoogte van het naar de verdringer 25 gekeerde einde van de brander 21 neemt de lengte van de nokken 6 in neerwaartse richting langzaam toe tot maximaal, hetgeen betekent dat de 1002561 14 nokken 6 daar ter plaatse een trapsgewijs verloop hebben. Hierdoor kunnen de rookgassen nagenoeg zonder weerstand de nokken 6 rond de verdringer 25 bereiken, waardoor de rookgassen niet direct snel worden afgekoeld. Bovendien kunnen 5 de nokken om en om van verschillende lengte zijn, hetgeen de stromingsweerstand voor de rookgassen vermindert.

De verwarmingsinrichting kan verder op bekende wijze zijn uitgevoerd met bijvoorbeeld radiatoren, een thermostaat en een regelinrichting en dergelijke bekende attributen. Een 10 verwarmingsinrichting volgens de uitvinding, in het bijzonder een daarvoor geschikte verwarmingsketel, is compact en heeft een hoog rendement terwijl deze eenvoudig en relatief voordelig te vervaardigen en te gebruiken is. De comforttijd, dat wil zeggen de tijd gelegen tussen het optreden van en het 15 voldoen aan een geconstateerde warmtebehoefte is relatief kort, hetgeen comfortverhogend werkt.

De uitvinding is geenszins beperkt tot de in de tekening en de beschrijving getoonde en beschreven uitvoeringsvormen. Vele variaties daarop zijn mogelijk.

20 Zo kan het waterkanaal rond de binnenwand trapsgewijs oplopen, waarbij bijvoorbeeld steeds een halve omgang ongeveer horizontaal loopt en twee op elkaar volgende halve rondgangen steeds door een hellend gangdeel zijn verbonden. Bovendien kan het waterkanaal bijvoorbeeld dubbelgewonden zijn, dat wil 25 zeggen bestaan uit twee naast elkaar of over elkaar gewonden waterkanalen. Verder kunnen de nokken anders zijn gevormd of bijvoorbeeld zijn uitgevoerd als schotten of ribben. De nokken kunnen overal een gelijke lengte hebben of sterker in lengte verschillen. De lengte en diameter van de warmtewisselaar en 30 het doorgangsoppervlak en de spoed van het waterkanaal kunnen al naar gelang de gewenste capaciteiten anders worden gekozen, terwijl tevens een andersoortige brander kan worden gebruikt. In plaats van de verdringer kunnen met hetzelfde doel andere middelen worden opgenomen, bijvoorbeeld een met water gevuld 35 vat dat kan functioneren als boiler of een waterkanaal dat kan functioneren als tapspiraal. De aanvoerleiding voor de brandstof en de rookgasafvoer kunnen anders worden uitgevoerd.

1001561 15

Deze en vele vergelijkbare aanpassingen en variaties worden geacht binnen het raam van de uitvinding te vallen.

1002561

Claims (16)

1. Warmtewisselaar, met behulp van giettechniek vervaardigd uit lichtmetaal, voorzien van ten minste een waterkanaal, een branderruimte en warmte-overdragend oppervlak vergrotende elementen, met het kenmerk, dat de warmtewisselaar (1) een 5 gesloten, in hoofdzaak cilindrische binnenwand (2) omvat, waarbij het waterkanaal (5) zich langs de buitenzijde van de binnenwand (2) uitstrekt en de branderruimte (11) zich binnen de binnenwand (2) uitstrekt, waarbij zich aan de binnenzijde vanaf de binnenwand (2) de warmte-overdragend oppervlak 10 vergrotende elementen (6) zoals nokken en/of schotten uitstrekken in ten minste twee richtingen die een onderlinge hoek insluiten, waarbij de warmtewisselaar (1) een in hoofdzaak cirkelvormige dwarsdoorsnede heeft en in ten minste een deel van de warmtewisselaar (1) de warmte-overdragend 15 oppervlak vergrotende elementen (6) over nagenoeg de gehele binnenomtrek van de binnenwand (2) zijn verdeeld.

2. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het waterkanaal (5) zich spiraalsgewijs rond de binnenwand (2) uitstrekt.

3. Warmtewisselaar volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de warmtewisselaar (1) eendelig is.

4. Warmtewisselaar volgens één der conclusies 1 - 3, met het kenmerk, dat het waterkanaal (5) ten minste twee windingen omvat, waarbij elke winding op een aantal posities is voorzien 25 van een gedeelte dat is ingesloten door twee zich radiaal ten opzichte van de lengterichting van de warmtewisselaar uitstrekkende wanddelen (4), waarbij de ruimte (17) tussen de genoemde wanddelen (4) in tangentiële richting lossend is uitgevoerd, één en ander zodanig dat tenminste een mal (16) 30 bruikbaar is voor althans de vorming van een gedeelde eerste gietkern (9) voor het waterkanaal (5), waarbij de delen (9', 9") van de eerste gietkern (9) na vorming van de of elke 1002561 mal (16) neembaar zijn en kunnen worden samengevoegd tot een eendelige eerste gietkern (9), welke eerste gietkern (9) tijdens of na het gieten van de warmtewisselaar (1) verloren gaat.

5. Warmtewisselaar volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het waterkanaal (5) wordt ingesloten door de binnenwand (2), een buitenwand (3) en een zich tussen de binnen- en buitenwand uitstrekkende waterkanaalwand (4), welke waterkanaalwand (4) zich spiraalsgewijs uitstrekt rond de 10 binnenwand (2) en in elke winding op ten minste twee posities is voorzien van een zodanige verdikking en/of profilering dat daardoor twee tegenover elkaar liggende waterkanaalwanddelen zijn gevormd die in twee tegenovergestelde, tangentieel ten opzichte van een haaks op de lengterichting van de 15 warmtewisselaar (1) gelegen doorsnede ten minste evenwijdig en bij voorkeur enigszins divergerend zijn.

6. Warmtewisselaar volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de warmte-overdragend oppervlak vergrotende elementen (6) zijn ondergebracht in sectoren 20 (I-IV), waarbij de elementen (6) in elke sector (I-IV) zich in hoofdzaak evenwijdig aan elkaar uitstrekken, één en ander zodanig dat elke sector (I-IV) vervaardigbaar is met behulp van een lossend tweede gietkerndeel (8), welke tweede gietkerndelen samenvoegbaar zijn tot een eendelige tweede 25 gietkern (8) die tijdens of na het gieten van de warmtewisselaar (1) verloren gaat.

7. Warmtewisselaar volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de warmte-overdragend oppervlak vergrotende elementen (6) nokvormig zijn en in ten opzichte 30 van elkaar versprongen rijen en/of kolommen zijn aangebracht, waarbij tussen de vrije einden van althans een deel van de nokken (6) een enigszins cilindervormige vrije ruimte (11) is bepaald.

8. Warmtewisselaar volgens conclusies 6 en 7, met het 35 kenmerk, dat de nokken (6) van steeds twee aaneensluitende sectoren (I-IV) althans gedeeltelijk tussen elkaar zijn gelegen en elkaar daarbij kruisen. 1002561

9. Warmtewisselaar volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat nabij één einde binnen de binnenwand (2) is voorzien in een opneemruimte voor een bij voorkeur cilindrische brander (21) van het pre-mix type, waarbij de 5 warmte overdragend oppervlak vergrotende elementen (6) in althans een deel van de warmtewisselaar (1) in de van de opneemruimte afgekeerde richting een toenemend oppervlak en/of dichtheid hebben, één en ander zodanig dat tijdens gebruik langs de elementen (6) stromende verbrandingsgassen relatief 10 rustig afkoelen.

10. Gietkerninrichting voor gebruik bij het vervaardigen van een warmtewisselaar volgens één der voorgaande conclusies, omvattende ten minste een eerste gietkernsamenstel (9) dat de vorm heeft van althans een spiraalvormig waterkanaal (5) en 15 een tweede gietkernsamenstel (8) dat althans de vorm heeft van een branderruimte (11) met warmte-overdragend oppervlak vergrotende elementen (6), waarbij het tweede gietkernsamenstel (8) is opgenomen binnen het eerste gietkernsamenstel (9), waarbij tussen het eerste (9) en het 20 tweede gietkernsamenstel (8) een ruimte is opgenomen voor de vorming van ten minste de binnenwand (2), waarbij ten minste één der gietkernsamenstellen (8, 9) uit delen is opgebouwd en waarbij de gietkerninrichting (B, 8, 9) althans in hoofdzaak van een type is dat tijdens of na het gieten van de 25 warmtewisselaar (1) verloren gaat.

11. Gietkerninrichting voor gebruik bij het vervaardigen van een warmtewisselaar volgens één der conclusies 1-9, omvattende ten minste een eerste gietkernsamenstel (9) dat de vorm heeft van althans een spiraalvormig waterkanaal (5) en 30 een tweede gietkernsamenstel (8) dat althans de vorm heeft van een branderruimte (11) met warmte-overdragend oppervlak vergrotende elementen (6), waarbij het tweede gietkernsamenstel (8) is opgenomen binnen het eerste gietkernsamenstel (9), waarbij tussen het eerste (9) en het 35 tweede gietkernsamenstel (8) een ruimte is opgenomen voor de vorming van ten minste de binnenwand (2), waarbij de gietkernsamenstellen (8, 9) eendelig zijn opgebouwd en waarbij 1002561 de gietkerninrichting (B, 8, 9) althans in hoofdzaak van een type is dat tijdens of na het gieten van de warmtewisselaar (I) verloren gaat.

12. Werkwijze voor het vervaardigen van een warmtewisselaar, 5 in het bijzonder geschikt voor een warmtewisselaar volgens één der conclusies 1-9, omvattende de volgende stappen: vervaardiging van een eerste gietkernsamenstel (9) van het verloren type, in de vorm van een spiraalvormig waterkanaal (5); 10. vervaardiging van een tweede gietkernsamenstel (8) van het verloren type, in de vorm van een centrale branderruimte (II) met warmte-overdragend oppervlak vergrotende elementen (6) ; positionering van de beide gietkernsamenstellen (8, 9} 15 binnen een gietbak (B), zodanig dat het eerste gietkernsamenstel (9) het tweede gietkernsamenstel (8) in hoofdzaak omgeeft en op afstand daarvan is gelegen; gieten van de warmtewisselaar (1) in de gietbak (B) onder tegelijkertijd of aansluitend verloren gaan van in 20 hoofdzaak het eerste (9) en tweede gietkernsamenstel (8); en uitnemen van de eendelige warmtewisselaar (1) met doorlopend, spiraalvormig waterkanaal (5).

13. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat het eerste (9) en/of het tweede gietkernsamenstel (8) in delen 25 wordt vervaardigd, welke delen worden samengevoegd.

14. Werkwijze volgens conclusie 12 of 13, met het kenmerk, dat het tweede gietkernsamenstel (8) eendelig wordt vervaardigd met behulp van een vormmal met bewegende delen, die na vorming van het gietkernsamenstel (8) in de vormmal in 30 in hoofdzaak radiale, buitenwaartse richting worden weggetrokken.

15. Werkwijze volgens één der conclusies 12 - 14, met het kenmerk, dat het eerste gietkernsamenstel (9) eendelig wordt vervaardigd met behulp van een vormmal.

16. Verwarmingsinrichting (20), voorzien van een warmtewisselaar (1) volgens één der conclusies 1-9. 1002561