NL1010300C2

NL1010300C2 - A method of manufacturing a heat exchanger, and a heat exchanger obtained by using said method.

Info

Publication number: NL1010300C2
Application number: NL1010300A
Authority: NL
Inventors: Joannes Avertanus Jozef Te Dam
Original assignee: Fasto Nefit Bv
Priority date: 1998-10-12
Filing date: 1998-10-12
Publication date: 2000-04-13
Also published as: EP0994313A1; EP0994313B1

Description

975217/Me/EKO975217 / Me / EKO

Korte aanduiding: Werkwijze voor het vervaardigen van een warmtewisselaar, en warmtewisselaar verkregen door toepassing van genoemde werkwijze.Short indication: Method for manufacturing a heat exchanger, and heat exchanger obtained by using said method.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een warmtewisselaar van metaal, zoals aluminium, koper, ijzer, staal of messing, welke warmtewisselaar omvat: een door een wand gevormde ruimte, 5 welke is voorzien van een toevoeropening voor het toevoeren van een eerste fluïdum aan de ruimte, en een afvoeropening voor het afvoeren van het eerste fluïdum uit de ruimte; een zich in hoofdzaak helicoïdaal om de ruimte uitstrekkend kanaal voor een tweede fluïdum; en een aantal zich in de ruimte vanaf 10 de wand uitstrekkende uitsteeksels. Tevens heeft de uitvinding betrekking op een door toepassing van de werkwijze verkregen warmtewisselaar.The present invention relates to a method for manufacturing a heat exchanger of metal, such as aluminum, copper, iron, steel or brass, which heat exchanger comprises: a space formed by a wall, which is provided with a supply opening for supplying a first fluid to the space, and a discharge opening for discharging the first fluid from the space; a channel for a second fluid extending substantially helically around the space; and a number of projections extending in space from the wall. The invention also relates to a heat exchanger obtained by applying the method.

Een dergelijke warmtewisselaar is bijvoorbeeld bekend uit EP-A-0 794 393. Deze publicatie beschrijft een met behulp van 15 een giettechniek uit lichtmetaal vervaardigde warmtewisselaar met een gesloten veelhoekige of gebogen binnenwand, en voorzien van ten minste een waterkanaal, een zich binnen de binnenwand uitstrekkende branderruimte voor hete rookgassen, en zich aan de binnenzijde vanaf de binnenwand uitstrekkende 20 warmte-overdragend oppervlak vergrotende elementen, zoals nokken of schotten. Het waterkanaal strekt zich helicoïdaal langs de buitenzijde van de binnenwand uit, en heeft aaneensluitende windingen.Such a heat exchanger is known, for example, from EP-A-0 794 393. This publication describes a heat exchanger manufactured by means of a casting technique of light metal with a closed polygonal or curved inner wall, and provided with at least one water channel, one located inside the inner wall. extending burner space for hot flue gases, and heat transfer surface enlarging elements such as cams or baffles extending internally from the inner wall. The water channel extends helicoidally along the outside of the inner wall and has contiguous turns.

De bekende warmtewisselaar is relatief compact. Tevens 25 heeft de bekende warmtewisselaar een gunstig rendement als gevolg van het feit dat het waterkanaal aan de buitenzijde van de branderruimte is aangebracht. Deze opbouw leidt er namelijk toe, dat de temperatuur van de warmtewisselaar aan de buitenzijde daarvan bij benadering gelijk is aan de temperatuur van 3 0 het water in het waterkanaal, terwijl de hete rookgassen zich in de branderruimte bevinden. Aldus worden de convectie- en stralingsverliezen van de warmtewisselaar geminimaliseerd.The known heat exchanger is relatively compact. The known heat exchanger also has a favorable efficiency as a result of the fact that the water channel is arranged on the outside of the burner space. Namely, this construction means that the temperature of the heat exchanger on the outside thereof is approximately equal to the temperature of the water in the water channel, while the hot flue gases are located in the burner space. Thus, the convection and radiation losses of the heat exchanger are minimized.

De bekende warmtewisselaar wordt in een conventioneel 1010300 2 gietproces gegoten, gebruikmakend van een gietkernsamenstel van zand, was of kunststof. Dergelijke gietprocessen verschaffen in principe de voor de vormgeving van de warmtewisselaar gewenste vrijheid in de bepaling van de verhouding tussen het 5 waterzijdige en het rookgaszijdige oppervlak voor een optimale warmteoverdracht tussen de rookgassen en het water.The known heat exchanger is poured in a conventional 1010300 2 casting process, using a casting core assembly of sand, wax or plastic. In principle, such casting processes provide the freedom desired for the design of the heat exchanger in determining the ratio between the water-side and the flue-gas-side surface for optimum heat transfer between the flue gases and the water.

Een bezwaar van de bekende warmtewisselaar is dat de inhoud van het waterkanaal relatief groot is, wat tot gevolg heeft dat het na het in bedrijf nemen van de warmtewisselaar 10 door de hoge warmtecapaciteit van het water relatief lang duurt voordat het water in het waterkanaal de gewenste temperatuur heeft. Dit is in het bijzonder ongewenst wanneer het water in de warmtewisselaar deel uitmaakt van een waterkringloop voor het verwarmen van tapwater, wat gebruikelijk is in 15 een zogenaamde combi-ketel, die is bestemd om zowel tapwater als water voor verwarmingsdoeleinden te verwarmen. De gewenste - tapwaterverwarming vindt pas plaats als het door de warmtewis selaar stromende water op temperatuur is. Hoe sneller dit gebeurt, des te hoger zal het comfort voor de gebruiker van de 20 ketel zijn. Ook wanneer in de combi-ketel gebruik wordt gemaakt van een warmwaterbuf fer voor het overbruggen van de tijdsduur tussen het tijdstip waarop de vraag naar warm tapwater start en het tijdstip waarop de gewenste graad van verwar-^ ming van het tapwater is bereikt, is het gewenst om het door 25 de warmtewisselaar stromende water snel op temperatuur te hebben. Hoe sneller dit namelijk gebeurt, des te kleiner kan het warmwaterbuffer zijn.A drawback of the known heat exchanger is that the content of the water channel is relatively large, as a result of which, after the heat exchanger 10 has been put into operation, it takes a relatively long time for the water in the water channel to reach the desired temperature in the water channel. temperature. This is particularly undesirable when the water in the heat exchanger forms part of a water cycle for heating tap water, which is usual in a so-called combi-boiler, which is intended to heat both tap water and water for heating purposes. The desired DHW heating only takes place when the water flowing through the heat exchanger is at the right temperature. The faster this happens, the higher the comfort will be for the user of the boiler. Even if the combi boiler uses a hot water buffer cylinder to bridge the period between the time when the demand for domestic hot water starts and the time when the desired degree of heating of the tap water is reached, desired to have the water flowing through the heat exchanger quickly up to temperature. The faster this happens, the smaller the hot water buffer can be.

Een eerste reden voor de grote inhoud van het waterkanaal in de bekende warmtewisselaar is dat het waterkanaal een 30 minimale, relatief grote dwarsdoorsnede moet hebben om dit kanaal met behulp van een traditioneel gietproces te kunnen vormen. Deze minimale afmetingen kunnen niet onderschreden worden, omdat de gietkern in dat geval althans tijdens het gietproces een onvoldoende ondersteuning aan de wanden van het 35 kanaal zou kunnen bieden. Zowel in samenhang met, als ook onafhankelijk van genoemde eerste reden is een tweede reden voor de grote inhoud van het waterkanaal, dat het waterkanaal 1010300 3 zich over nagenoeg het gehele buitenoppervlak van de brander-ruimte uitstrekt, waardoor het waterkanaal een relatief grote lengte heeft.A first reason for the large volume of the water channel in the known heat exchanger is that the water channel must have a minimal, relatively large cross-section in order to be able to form this channel using a traditional casting process. These minimum dimensions cannot be undershot, because in that case the casting core could provide insufficient support to the walls of the channel at least during the casting process. Both in connection with, and also independently of, the first reason, a second reason for the large volume of the water channel is that the water channel 1010300 3 extends over almost the entire outer surface of the burner space, so that the water channel has a relatively great length .

Het feit dat een gietkerndeel een minimale dwarsdoorsnede 5 dient te hebben om de vereiste stabiliteit daarvan te waarborgen, heeft als bijkomend nadelig effect dat de warmte-overdragend oppervlak vergrotende elementen van de bekende warmtewisselaar een in feite door het toegepaste gietproces bepaalde minimale afstand van elkaar geplaatst dienen te worden.The fact that a casting core part must have a minimum cross-section 5 in order to ensure the required stability thereof has the additional disadvantageous effect that the heat-transferring surface-enlarging elements of the known heat exchanger are placed a minimum distance actually determined by the casting process used. should be.

10 Een ander bezwaar van de bekende warmtewisselaar is dat deze, alhoewel lichtmetaal wordt toegepast, nog een relatief grote massa heeft, aangezien de verschillende delen daarvan, zoals de wand van de branderruimte, de wand van het waterkanaal en de warmte-overdragend oppervlak vergrotende elementen, 15 relatief dik zijn. De reden voor deze dikte is gelegen in de vereiste minimale ruimte tussen delen van het gietkernsamen-stel in verband met onnauwkeurigheden bij de vervaardiging van het gietkernsamenstel, de assemblage, en het gebruik daarvan. De relatief grote massa van de warmtewisselaar impliceert dat 20 de warmtecapaciteit van de warmtewisselaar relatief groot is, en dat de materiaalkosten relatief hoog zijn. De nadelige gevolgen van de grote warmtecapaciteit zijn hierboven reeds in verband met het waterkanaal toegelicht.Another drawback of the known heat exchanger is that, although light metal is used, it still has a relatively large mass, since the various parts thereof, such as the wall of the burner space, the wall of the water channel and the heat-transferring surface-increasing elements , 15 are relatively thick. The reason for this thickness lies in the required minimum space between parts of the casting core assembly due to inaccuracies in the manufacturing of the casting core assembly, assembly, and use thereof. The relatively large mass of the heat exchanger implies that the heat capacity of the heat exchanger is relatively large, and that the material costs are relatively high. The disadvantageous consequences of the large heat capacity have already been explained above in connection with the water channel.

De uitvinding beoogt een werkwijze te verschaffen om een 25 warmtewisselaar te vervaardigen op een zodanige wijze, dat de beperkingen van de traditionele vervaardigingswijze worden overwonnen, en de gunstige eigenschappen van het bekende type warmtewisselaar verder geoptimaliseerd kunnen worden.The object of the invention is to provide a method of manufacturing a heat exchanger in such a way that the limitations of the traditional production method are overcome, and the favorable properties of the known type of heat exchanger can be further optimized.

De werkwijze volgens de uitvinding omvat daartoe de 30 stappen van: het uit een kunststof vormen van een replica van de warmtewisselaar, welke kunststof althans bij de smelttempe-ratuur van het metaal verdampt; het bedekken van de oppervlakken van de replica met een gasdoorlatende, ondersteunende laag van een warmtebestendig materiaal; en het gieten van het 35 metaal in vloeibare toestand op de replica binnen de gasdoorlatende laag voor het doen verdampen van de kunststof en het vullen van de door de kunststof in beslag genomen ruimte met mi .ίοo Γ 4 het metaal.To that end, the method according to the invention comprises the steps of: forming a replica of the heat exchanger from a plastic, which plastic evaporates at least at the melting temperature of the metal; covering the surfaces of the replica with a gas permeable support layer of a heat resistant material; and pouring the liquid metal onto the replica within the gas permeable layer to vaporize the plastic and fill the space occupied by the plastic with the metal.

Voor het uit kunststof, bij voorkeur polystyreen (EPS), vormen van een replica van de warmtewisselaar kan teruggegrepen worden op op zichzelf bekende spuitgiettechnieken, met 5 behulp waarvan de replica in zijn geheel of in gedeelten kan worden vervaardigd. De vervaardiging in gedeelten zal worden gekozen indien de geometrie van de warmtewisselaar, en dus ook van de replica, complex is. De voor het vormen van de replica-gedeelten benodigde matrijs/matrijzen kunnen in dat geval 10 relatief eenvoudig worden uitgevoerd. De verschillende delen van de replica kunnen na hun vervaardiging eenvoudig met een geschikt hechtmiddel of door bijvoorbeeld lassen van de kunststof onderling worden verbonden voor het vormen van de complete replica.To form a replica of the heat exchanger from plastic, preferably polystyrene (EPS), use can be made of injection molding techniques known per se, by means of which the replica can be manufactured in whole or in parts. The part production will be chosen if the geometry of the heat exchanger, and therefore also of the replica, is complex. In that case, the mold (s) required for forming the replica parts can be made relatively simply. The various parts of the replica can be easily joined after their manufacture with a suitable adhesive or, for example, by welding the plastic, to form the complete replica.

15 De kunststof en het eventueel toegepaste hechtmiddel dienen een verdampingstemperatuur te hebben die lager is dan, of ten minste gelijk is aan de smelttemperatuur van het metaal waaruit de warmtewisselaar wordt gevormd, zodat tijdens het gieten van het metaal in vloeibare toestand op de replica de 20 door de replica gedefinieerde ruimte geleidelijk wordt ingenomen door het metaal, terwijl de kunststof en het eventuele hechtmiddel verdampen en ontwijken via de gasdoorlatende, ondersteunende laag van warmtebestendig materiaal.The plastic and any adhesive used should have an evaporation temperature lower than or at least equal to the melting temperature of the metal from which the heat exchanger is formed, so that during the casting of the metal in liquid state on the replica replica defined space is gradually occupied by the metal, while the plastic and any adhesive evaporates and escapes through the gas permeable support layer of heat resistant material.

Door in tegenstelling tot de stand van de techniek, 25 waarin een gietkernsamenstel dient als uitgangspunt voor het definiëren van de geometrie van de warmtewisselaar, nu volgens de uitvinding een kunststof replica deze rol te laten vervullen, is ten eerste een grotere vormvrijheid mogelijk, waarbinnen ook andere constructie-elementen, zoals geluiddempende 30 inrichtingen die een of meer holten omvatten, als integraal onderdeel van de warmtewisselaar kunnen worden gevormd. Voorts kunnen details van de warmtewisselaar, zoals wanden en uitsteeksels, met een geringere dikte worden uitgevoerd, wat de warmtecapaciteit van de warmtewisselaar wezenlijk vermindert, 35 en de warmteoverdracht verbetert. De dwarsafmetingen van het waterkanaal kunnen worden verminderd, waardoor de inhoud van het kanaal en aldus de warmtecapaciteit van het water wezen- 1010300 5 lijk afneerat, zodat een snelle verwarming van het water kan plaatsvinden.Contrary to the prior art, in which a casting core assembly serves as a starting point for defining the geometry of the heat exchanger, now that according to the invention a plastic replica fulfills this role, a greater freedom of form is possible, within which also other construction elements, such as soundproofing devices comprising one or more cavities, can be formed as an integral part of the heat exchanger. Furthermore, details of the heat exchanger, such as walls and protrusions, can be made with a smaller thickness, which substantially reduces the heat capacity of the heat exchanger, and improves the heat transfer. The transverse dimensions of the water channel can be reduced, as a result of which the content of the channel and thus the heat capacity of the water decreases substantially, so that a rapid heating of the water can take place.

In een voorkeursuitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding worden de oppervlakken van de replica bedekt door 5 ten eerste de oppervlakken van de replica met een gasdoorla-tende laag van in hoofdzaak een eerste warmtebestendig materiaal te bedekken; en ten tweede de gasdoorlatende laag te bedekken met een laag van een ondersteunend, poreus tweede warmtebestendig materiaal. De gasdoorlatende laag met het 10 eerste warmtebestendige materiaal, bij voorkeur een keramisch materiaal, in het bijzonder siliciumdioxide, aluinaarde, zirkoon, chromiet en/of aluminosilicaat, fungeert als "skelet" voor de replica ter behoud van de vorm daarvan voor en tijdens het gieten, en fungeert tevens als "scheidingswand" tussen de 15 replica (en tijdens het gieten: het metaal) en de laag van het ondersteunende, poreuze tweede warmtebestendige materiaal, dat bij voorkeur een keramisch materiaal is, en in het bijzonder bestaat uit zand. De laag van het eerste warmtebestendige materiaal kan worden aangebracht door dompelen, overgieten of 20 opspuiten, en is bij voorkeur dun, bijvoorbeeld 0,25 tot 1,5 mm, om het tijdens het gieten ontstane gas gemakkelijk te kunnen doorlaten. De laag kan ook dun zijn, omdat het tweede warmtebestendige materiaal zorgt voor de noodzakelijke ondersteuning van de laag van het eerste warmtebestendige materi-25 aal, met name wanneer zich daaronder vloeibaar metaal bevindt. De laag van het tweede warmtebestendige materiaal is gewoonlijk dikker dan de laag van het eerste warmtebestendige materiaal, en kan eenvoudig zijn gevormd door in de eerste plaats de holten van de van het eerste warmtebestendige materiaal 30 voorziene replica te vullen met zand, en in de tweede plaats de replica bijvoorbeeld in een bak met zand te plaatsen, zodat het gehele buitenoppervlak van de replica, met uitzondering van de noodzakelijke gietkanalen, voldoende met zand bedekt is. Indien compacteren van het zand noodzakelijk is, wordt dit 35 gedurende een bepaalde tijd in trilling gebracht. Aan het zand wordt bij voorkeur geen bindmiddel toegevoegd. Het zand kan na het gieten en het stollen van het metaal eenvoudig afgevoerd 1010300 6 worden, waarbij het, indien noodzakelijk, door middel van trillen uit de holten van de replica kan worden verwijderd. Het zand vervuilt nagenoeg niet, en kan zonder problemen hergebruikt worden, of zonder speciale maatregelen afgevoerd 5 worden.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the surfaces of the replica are covered by firstly covering the surfaces of the replica with a gas-permeable layer of substantially a first heat-resistant material; and second, to coat the gas permeable layer with a layer of a supporting, porous second heat resistant material. The gas-permeable layer with the first heat-resistant material, preferably a ceramic material, in particular silicon dioxide, alumina, zircon, chromite and / or aluminosilicate, functions as a "skeleton" for the replica in order to retain its shape before and during casting , and also functions as a "dividing wall" between the replica (and during casting: the metal) and the layer of the supporting, porous second heat-resistant material, which is preferably a ceramic material, and in particular consists of sand. The layer of the first heat-resistant material can be applied by dipping, pouring or spraying, and is preferably thin, for example 0.25 to 1.5 mm, in order to allow the gas generated during the pouring to pass easily. The layer can also be thin, because the second heat-resistant material provides the necessary support for the layer of the first heat-resistant material, especially when there is liquid metal beneath it. The layer of the second heat-resistant material is usually thicker than the layer of the first heat-resistant material, and can be formed simply by first filling the cavities of the replica provided with the first heat-resistant material with sand, and in the second for example, place the replica in a container with sand, so that the entire outer surface of the replica, with the exception of the necessary pouring channels, is sufficiently covered with sand. If compacting of the sand is necessary, it is vibrated for a certain time. Preferably no binder is added to the sand. The sand can be easily removed after casting and solidification of the metal, where it can be removed from the cavities of the replica by vibration if necessary. The sand practically does not pollute and can be reused without any problems or can be removed without special measures.

Het is overigens uiteraard binnen het kader van de onderhavige uitvinding mogelijk om op zichzelf bekende middelen aan het zand toe te voegen om de vormvastheid, met name tijdens het gietproces, van de zandmassa te verbeteren, waardoor 10 tevens in voorkomende gevallen afgezien kan worden van het aanbrengen van de laag van het eerste warmtebestendige materiaal op de replica.Incidentally, it is, of course, within the scope of the present invention to add agents known per se to the sand to improve the dimensional stability of the sand mass, particularly during the casting process, so that it is also possible in certain cases to waive the applying the layer of the first heat resistant material to the replica.

De uitvinding beoogt in het bijzonder een warmtewisselaar te verschaffen met een relatief kleine warmtecapaciteit, een 15 relatief kleine waterinhoud, een uitstekende warmteoverdracht, een laag gewicht, en een lage kostprijs. Voor het bereiken van een of meer van de genoemde doelen wordt de warmtewisselaar vervaardigd volgens de hiervoor beschreven werkwijze.The invention particularly aims to provide a heat exchanger with a relatively small heat capacity, a relatively small water content, an excellent heat transfer, a low weight, and a low cost price. To achieve one or more of the aforementioned goals, the heat exchanger is manufactured according to the method described above.

In een voorkeursuitvoeringsvorm omvat de warmtewisselaar 20 volgens de uitvinding een geïntegreerd afvoerkanaal voor het eerste fluïdum, welk kanaal een toevoeropening en een afvoer-opening heeft, waarbij de toevoeropening van het afvoerkanaal aansluit op de afvoeropening van de ruimte. Op deze wijze kan een verbinding met een noodzakelijke afdichting tussen de 25 ruimte en het afvoerkanaal worden uitgespaard, en kan een verbrandingssysteem waarvan de warmtewisselaar deel uitmaakt, bijzonder compact worden gebouwd.In a preferred embodiment, the heat exchanger 20 according to the invention comprises an integrated discharge channel for the first fluid, which channel has an inlet opening and an outlet opening, the inlet opening of the outlet channel connecting to the outlet opening of the space. In this way a connection with a necessary seal between the space and the discharge channel can be saved, and a combustion system of which the heat exchanger forms part can be built in a particularly compact manner.

In een voorkeursuitvoeringsvorm zijn in het afvoerkanaal nabij de toevoeropening daarvan warmtegeleidingselementen 30 aangebracht ter verbetering van de warmteoverdracht van het eerste fluïdum aan de warmtewisselaar. Daarbij strekt het kanaal voor het tweede fluïdum zich ter plaatse van de warmtegeleidingselementen mede om het afvoerkanaal uit om de in het afvoerkanaal aan het eerste fluïdum onttrokken warmte zo 35 effectief mogelijk aan het tweede fluïdum over te dragen.In a preferred embodiment, heat conduction elements 30 are arranged in the discharge channel near its supply opening to improve the heat transfer from the first fluid to the heat exchanger. The channel for the second fluid thereby extends at the location of the heat conduction elements also around the discharge channel in order to transfer the heat extracted from the first fluid in the discharge channel to the second fluid as effectively as possible.

Bij voorkeur is de door de ruimte en het afvoerkanaal bepaalde stroomweg voor het eerste fluïdum in hoofdzaak U- 10103 00 7 vormig. Op voordelige wijze bevindt de toevoeropening van de ruimte zich in hoofdzaak in hetzelfde vlak als de afvoerope-ning van het afvoerkanaal. Hierdoor kunnen bij de warmtewisselaar behorende componenten van een verbrandingssysteem, zoals 5 een brander, een rookgasafvoerkanaal en dergelijke, eenvoudig en als compacte eenheden op de warmtewisselaar worden gemonteerd.Preferably, the flow path for the first fluid determined by the space and the discharge channel is substantially U-10103 00 7 -shaped. Advantageously, the supply opening of the space is substantially in the same plane as the discharge opening of the discharge channel. As a result, components of a combustion system associated with the heat exchanger, such as a burner, a flue gas discharge channel and the like, can be simply and compactly mounted on the heat exchanger.

Met voordeel zijn de toevoeropening van de ruimte en de afvoeropening van het afvoerkanaal gevormd door een enkele, 10 gemeenschappelijke flens. Na het gieten van de warmtewisselaar behoeft in dit geval slechts één flensoppervlak nabewerkt te worden, wat in een enkele bewerkingsstap kan plaatsvinden. Eventuele maatafwijkingen van het gietdeel hebben niet of nauwelijks invloed op de te maken aansluitingen op de genoemde 15 toevoer- en afvoeropening. Wanneer op de flens te monteren componenten (in het geval van een verbrandingsinrichting: een brander en een rookgasafvoer) voorafgaand aan de montage zijn samengebouwd tot één samengestelde component, kan deze samengestelde component in één bewerkingsstap worden gemonteerd. De 20 demontage van één samengestelde component leidt tot een vereenvoudiging van onderhoud en reiniging van de warmtewisselaar.The inlet opening of the space and the outlet opening of the outlet channel are advantageously formed by a single, common flange. After casting the heat exchanger, in this case only one flange surface needs to be post-processed, which can take place in a single machining step. Any dimensional deviations of the casting part have little or no influence on the connections to be made at the said inlet and outlet opening. If flange-mounted components (in the case of a combustion device: a burner and a flue gas outlet) have been assembled into one composite component prior to assembly, this composite component can be mounted in one machining step. Disassembly of one composite component simplifies maintenance and cleaning of the heat exchanger.

In een voorkeursuitvoeringsvorm neemt de dwarsdoorsnede van de ruimte, dwars op de stroomrichting van het eerste 25 fluïdum gezien, in de stroomrichting van het eerste fluïdum af. Aldus bereikt men, dat de stroomsnelheid van het in haar stroomrichting door warmteoverdracht aan het tweede fluïdum afkoelende eerste fluïdum steeds voldoende hoog blijft om een goede warmteoverdracht te waarborgen.In a preferred embodiment, the cross-section of the space, viewed transversely to the flow direction of the first fluid, decreases in the flow direction of the first fluid. It is thus achieved that the flow velocity of the first fluid cooling in its flow direction by heat transfer to the second fluid always remains sufficiently high to ensure good heat transfer.

30 Op doelmatige wijze zijn de windingen van het kanaal op afstand van elkaar geplaatst. Dankzij deze maatregel is het volume van het fluïdum in het kanaal, gewoonlijk water, klein. Het fluïdum kan derhalve snel worden opgewarmd.The windings of the channel are expediently spaced from one another. Thanks to this measure, the volume of the fluid in the channel, usually water, is small. The fluid can therefore be heated quickly.

In een voorkeursuitvoeringsvorm is de warmtewisselaar 3 5 zodanig gevormd, dat op althans een deel van de wand van de ruimte de uitsteeksels ontbreken, welk wanddeel is voorzien van zich in hoofdzaak dwars op de stroomrichting van het 1010300 8 eerste fluïdum in de ruimte gezien uitstrekkende, in de ruimte uitstekende welvingen. Voor een verdere verbetering van de warmteoverdracht van het eerste fluïdum naar het tweede fluïdum bezit de warmtewisselaar volgens de uitvinding 5 een of meer zich vanaf de wand van het kanaal in het kanaal uitstrekkende uitsteeksels. Evenals de uitsteeksels in de ruimte voor het eerste fluïdum, kunnen de uitsteeksels in het kanaal op velerlei verschillende wijzen worden vormgegeven (in het algemeen zodanig dat een turbulentie van het tweede flu-10 idum wordt bereikt of verhoogd), bijvoorbeeld als pennen of vinnen.In a preferred embodiment, the heat exchanger 35 is shaped such that the projections are missing on at least a part of the wall of the space, which wall part is provided extending substantially in the space, viewed transversely of the flow direction of the first fluid, excellent curves in space. For a further improvement of the heat transfer from the first fluid to the second fluid, the heat exchanger according to the invention has one or more protrusions extending from the wall of the channel into the channel. Like the protrusions in the space for the first fluid, the protrusions in the channel can be shaped in many different ways (generally such that a turbulence of the second fluid is achieved or increased), for example as pins or fins.

Deze welvingen wekken turbulenties in de stroming van het eerste fluïdum op, en leiden tot een vergroting van het oppervlak van de warmtewisselaar dat in aanraking met het eerste 15 fluïdum komt. Beide effecten leiden tot een verbetering van de warmteoverdracht van het eerste fluïdum aan de wand van de ruimte. Bij voorkeur bevinden zich ter plaatse van de welvingen delen van het kanaal, waarmee tevens de warmteoverdracht van het eerste fluïdum aan het tweede fluïdum wordt verbeterd. 20 In het navolgende zal de uitvinding nader worden toege licht aan de hand van de bijgaande tekening, waarin: fig. 1 in perspectivisch aanzicht een eerste uitvoeringsvorm van een replica in uiteengenomen vorm van een warmtewisselaar volgens de uitvinding toont; 25 fig. 2 in perspectivisch aanzicht de replica van fig. 1 in samengestelde vorm toont; fig. 3 een deel van de replica van fig. 1 toont in een zijaanzicht volgens pijl III in fig. l; fig. 4 in perspectivisch aanzicht een tweede uitvoerings-30 vorm van een replica in uiteengenomen vorm van een warmtewisselaar volgens de uitvinding toont; en fig. 5 in perspectivisch aanzicht de replica van fig. 4 in samengestelde vorm toont.These curves generate turbulences in the flow of the first fluid, and increase the surface area of the heat exchanger that comes into contact with the first fluid. Both effects lead to an improvement in the heat transfer of the first fluid to the wall of the room. Preferably, parts of the channel are located at the location of the curves, with which the heat transfer from the first fluid to the second fluid is also improved. The invention will be further elucidated hereinbelow with reference to the appended drawing, in which: fig. 1 shows in perspective view a first embodiment of a replica in exploded form of a heat exchanger according to the invention; Fig. 2 shows in perspective view the replica of fig. 1 in assembled form; fig. 3 shows part of the replica of fig. 1 in a side view according to arrow III in fig. 1; Fig. 4 shows in perspective view a second embodiment of a replica in exploded form of a heat exchanger according to the invention; and FIG. 5 is a perspective view of the replica of FIG. 4 in assembled form.

In de verschillende figuren hebben gelijke verwijzings-35 cijfers betrekking op gelijke onderdelen of onderdelen met een gelijke functie.In the various figures, like reference numerals refer to like parts or parts with the same function.

Fig. 1-3 tonen een replicahuisdeel 2, een replicahuisdeel 1010300 9 4, een replicakanaaldeel 6 en een replicakanaaldeel 8. De replicahuisdelen 2 en 4 omvatten elk zijwanden 10, 12 en 14, een onderwand 16, en een binnenwand 18. In de in fig. 2 afge-beelde geassembleerde vorm van de replica begrenzen de zijwan-5 den 10, een gedeelte 12a van elk van de zijwanden 12, een gedeelte 16a van elk van de onderwanden 16, en de binnenwanden 18 een warmtewisselruimte, waarvan van boven naar beneden gezien de dwarsdoorsnede afneemt. De zijwanden 14, een gedeelte 12b van elk van de zijwanden 12, een gedeelte 16b van elk 10 van de onderwanden 16, en de binnenwanden 18 begrenzen een afvoerkanaal. De zijwanden 10, 12 en 14, en de binnenwand 18 van elk replicahuisdeel eindigen aan een gemeenschappelijke rand in een flens 20. De flenzen 20 (fig. 2) begrenzen op hun beurt een grote opening, toevoeropening 22 van de warmtewis-15 selruimte genoemd, en een kleine opening, afvoeropening 24 van het afvoerkanaal genoemd. Aldus bevindt de toevoeropening 22 zich in hetzelfde vlak als de afvoeropening 24. Daarnaast bezit de warmtewisselruimte een afvoeropening, welke samenvalt met een toevoeropening van het afvoerkanaal, en is gevormd 20 door de doorgang tussen de onderwanden 16 en de binnenwanden 18. Bij deze vormgeving is in een met de replica overeenstemmende warmtewisselaar de door de ruimte en het afvoerkanaal bepaalde stroomweg voor het eerste fluïdum in hoofdzaak U-vormig.Fig. 1-3 show a replica housing part 2, a replica housing part 1010300 9 4, a replica channel part 6 and a replica channel part 8. The replica housing parts 2 and 4 each comprise side walls 10, 12 and 14, a bottom wall 16, and an inner wall 18. In FIG. 2 depicted assembled form of the replica, the side walls 10, a portion 12a of each of the side walls 12, a portion 16a of each of the bottom walls 16, and the inner walls 18 define a heat exchange space, viewed from top to bottom the cross section decreases. The side walls 14, a portion 12b of each of the side walls 12, a portion 16b of each of the bottom walls 16, and the inner walls 18 define a drain. The side walls 10, 12 and 14, and the inner wall 18 of each replica housing part terminate at a common edge in a flange 20. The flanges 20 (Fig. 2) in turn define a large opening, called the heat exchange space supply opening 22. , and a small opening, called drain opening 24 of the drain. Thus, the supply opening 22 is in the same plane as the discharge opening 24. In addition, the heat exchange space has a discharge opening, which coincides with a supply opening of the discharge channel, and is formed by the passage between the bottom walls 16 and the inner walls 18. In this configuration in a heat exchanger corresponding to the replica, the flow path for the first fluid determined by the space and the discharge channel is substantially U-shaped.

25 Op de zijde van elke zijwand 12 welke naar het andere replicahuisdeel 4 is gekeerd, is in de warmtewisselruimte een groot aantal pennen 26 in een voorafbepaald patroon aangebracht. De pennen 26 hebben in fig. 1 en 3 een cirkelvormige dwarsdoorsnede; zij kunnen echter ook een andere vorm, zoals 30 een ovale of een rechthoekige dwarsdoorsnede, hebben. Voorts kunnen de pennen 26 over hun lengte gezien verschillende (afmetingen van de) dwarsdoorsneden hebben, bijvoorbeeld groter bij de voet daarvan dan bij het vrije uiteinde daarvan. De pennen 26 kunnen ook worden vervangen door vinnen of derge-35 lijke. Uitgangspunt voor de plaatsing en vormgeving van de pennen, vinnen of dergelijke is steeds, dat (in een met de replica overeenstemmende warmtewisselaar) een daarlangs stro- 1010300 10 .On the side of each side wall 12 facing the other replica housing part 4, a large number of pins 26 are arranged in a predetermined pattern in the heat exchange space. Pins 26 have a circular cross section in Figures 1 and 3; however, they can also have a different shape, such as an oval or a rectangular cross section. Furthermore, the pins 26 may have different (dimensions of the) cross-sections along their length, for instance larger at the foot thereof than at the free end thereof. Pins 26 can also be replaced with fins or the like. The starting point for the placement and design of the pins, fins or the like is always that (in a heat exchanger corresponding to the replica) a straw is passed along it.

mend fluïdum geen rechte weg mag kunnen afleggen van de toe-voeropening van de ruimte naar de afvoeropening van de ruimte, omdat daarmee afbreuk zou worden gedaan aan de warmteoverdracht die via de pennen, vinnen of dergelijke plaatsvindt.The fluid must not be able to travel straight from the supply opening of the space to the discharge opening of the space, because this would impair the heat transfer which takes place via the pins, fins or the like.

5 Ook in het kanaal kunnen in principe willekeurig gevormde uitsteeksels, zoals pennen 27 of vinnen, worden aangebracht ter bevordering van de warmteoverdracht die in het kanaal 28 plaatsvindt. De pennen 27 of dergelijke kunnen op de replica-kanaaldelen 6 of 8 (fig. 4) , of op de replicahuisdelen 2 of 4 10 (fig. 1), of op beide soorten delen worden aangebracht.In principle, randomly shaped protrusions, such as pins 27 or fins, can also be arranged in the channel to promote the heat transfer which takes place in the channel 28. The pins 27 or the like can be mounted on the replica channel parts 6 or 8 (Fig. 4), or on the replica housing parts 2 or 4 (Fig. 1), or on both types of parts.

In de zijwanden 10 en 12 en in de binnenwanden 18 zijn delen van een kanaal gevormd, welke delen tezamen een zich helicoïdaal om de warmtewisselruimte uitstrekkend kanaal 28 vormen met een kanaaltoevoer 30 en een kanaalafvoer 32. Ge-15 noemde delen van het kanaal kunnen in de zijwanden 10 en de binnenwanden 18 ook zijn voorzien van niet nader getoonde, bijvoorbeeld vinvormige uitsteeksels. De kanaaldelen in de zijwanden 10 en de binnenwanden 18 zorgen ervoor, dat de wand van de daardoor begrensde ruimte gedeeltelijk gewelfd is.Parts of a channel are formed in the side walls 10 and 12 and in the inner walls 18, which parts together form a channel 28 extending helically around the heat exchange space with a channel inlet 30 and a channel outlet 32. Said parts of the channel can be the side walls 10 and the inner walls 18 are also provided with, for example, fin-like protrusions (not shown). The channel parts in the side walls 10 and the inner walls 18 ensure that the wall of the space delimited thereby is partly arched.

20 Het replicahuisdelen 2 en 4 en de replicakanaaldelen 6 en 8 zijn alle zodanig vormgegeven, dat zij met behulp van een relatief eenvoudige matrijs vervaardigd kunnen worden van een kunststof materiaal, zonder de noodzaak onder een hoek met de losrichting van de matrijs te bewegen matrijsdelen te moeten 25 toepassen. Wanneer de delen 2-8 zijn gevormd, worden zij geassembleerd tot een complete replica van de te vervaardigen warmtewisselaar, zoals in fig. 2 is getoond. Daartoe worden de delen 2-8 bij voorkeur met een geschikt hechtmiddel aan elkaar gelijmd. Ten aanzien van de pennen 26 wordt hier opgemerkt, 30 dat deze een zodanige lengte en plaats kunnen hebben dat zij na assemblage van de delen 2 en 4 een brug vormen tussen de zijwanden 12 van de respectieve delen 2 en 4. De stellen pennen 26 van de verschillende delen 2 en 4 kunnen daarnaast ook verschoven ten opzichte van elkaar zijn opgesteld en 35 tussen elkaar uitsteken. Een andere mogelijkheid is de pennen 26 van het deel 2 wel in lijn met de pennen 26 van het andere deel 4 op te stellen, maar de uiteinden van de pennen elkaar 1010300 11 niet te laten raken. In het laatste geval zullen de pennen van de elk deel 2, 4 onderling verschillende lengten moeten hebben om te voorkomen dat (in een met de replica overeenstemmende warmtewisselaar) een gedeelte van het door de warmtewissel-5 ruimte stromende fluïdum in een rechte lijn van de toevoerope-ning naar de afvoeropening zou kunnen stromen.The replica housing parts 2 and 4 and the replica channel parts 6 and 8 are all designed in such a way that they can be manufactured from a plastic material with the aid of a relatively simple mold, without the need to move mold parts at an angle to the release direction of the mold. should apply 25. When parts 2-8 are formed, they are assembled into a complete replica of the heat exchanger to be manufactured, as shown in Figure 2. To this end, parts 2-8 are preferably glued together with a suitable adhesive. With regard to the pins 26, it is noted here, that they can have such a length and location that after assembling parts 2 and 4 they form a bridge between the side walls 12 of the respective parts 2 and 4. The sets of pins 26 of the different parts 2 and 4 can also be arranged offset to one another and protrude between each other. Another possibility is to arrange the pins 26 of the part 2 in line with the pins 26 of the other part 4, but not to let the ends of the pins touch each other. In the latter case, the pins of each part 2, 4 will have to be mutually different lengths to prevent (in a replica-matched heat exchanger) a portion of the fluid flowing through the heat exchange space in a straight line from the supply opening could flow to the discharge opening.

Na de assemblage van de replica wordt deze over het gehele oppervlak daarvan voorzien van een gasdoorlatende laag van een eerste warmtebestendig materiaal. Vervolgens worden 10 alle ruimten in de replica gevuld met een tweede warmtebestendig materiaal, en wordt de aldus gevulde replica ook aan de buitenzijde bedekt met het tweede warmtebestendige materiaal. Wanneer nu een vloeibaar metaal op de replica wordt gegoten, verdampt het materiaal van de replica, waarbij de daarbij 15 ontstane gassen ontwijken door de laag van het eerste warmtebestendige materiaal, en door het poreuze tweede warmtebestendige materiaal. Het metaal stolt binnen de door het eerste warmtebestendige materiaal bepaalde vorm, waarbij de gewenste warmtewisselaar ontstaat. Aansluitend wordt het tweede en het 20 eerste warmtebestendige materiaal verwijderd, waarna de gegoten warmtewisselaar in hoofdzaak gereed is voor opname in, en gebruik van een bijbehorend verbrandingssysteem.After the replica has been assembled, it is provided over its entire surface with a gas-permeable layer of a first heat-resistant material. Then all spaces in the replica are filled with a second heat-resistant material, and the replica thus filled is also covered on the outside with the second heat-resistant material. Now when a liquid metal is poured onto the replica, the material of the replica evaporates, the resulting gases escaping through the layer of the first heat-resistant material, and through the porous second heat-resistant material. The metal solidifies within the shape determined by the first heat-resistant material, whereby the desired heat exchanger is created. Subsequently, the second and the first heat-resistant material is removed, after which the cast heat exchanger is essentially ready for incorporation into and use of an associated combustion system.

Bij gebruik van de warmtewisselaar stroomt een eerste fluïdum, zoals een heet rookgas, van de toevoeropening 22 naar 25 de afvoeropening van de warmtewisselruimte langs de pennen 26. Vervolgens stroomt het eerste fluïdum door het afvoerkanaal, en verlaat het de warmtewisselaar door de afvoeropening 24. Tegelijkertijd stroomt in tegenstroom een tweede fluïdum, zoals water, door het kanaal 28 van de toevoeropening 3 0 naar 30 de afvoeropening 32 daarvan, waarbij dit tweede fluïdum door het eerste fluïdum afgestane warmte opneemt. Bij de warmtewis-seling ontstane corrosieproducten en condensaat kunnen de warmtewisselaar via een afvoeropening 34 (fig. 2) verlaten.When using the heat exchanger, a first fluid, such as a hot flue gas, flows from the supply opening 22 to the discharge opening of the heat exchange space past the pins 26. Then the first fluid flows through the discharge channel, and exits the heat exchanger through the discharge opening 24. At the same time, a second fluid, such as water, flows countercurrently through the channel 28 from the inlet opening 30 to its outlet opening 32, this second fluid absorbing heat released by the first fluid. Corrosion products and condensate formed during the heat exchange can leave the heat exchanger via a discharge opening 34 (Fig. 2).

Fig. 4 en 5 tonen een uitvoeringsvorm van een replica van 35 een warmtewisselaar volgens de uitvinding, welke in grote lijnen op gelijksoortige wijze als de replica volgens fig. 1-3 is vormgegeven. Een punt van verschil betreft de vormgeving 1010300 12 van de uitsteeksels 26a, welke een rechthoekige dwarsdoorsnede hebben. Voorts zijn de delen van het kanaal 28 welke zich langs de zijwand 10 uitstrekken, geheel aan de naar de warmte-wisselruimte toe gekeerde zijde van de zijwand 10 aangebracht, 5 wat leidt tot een gladdere afwerking van de replica aan de buitenzijde daarvan. Zoals blijkt uit fig. 4, is de binnenwand 18 gedeeltelijk dubbel uitgevoerd teneinde (in een met de replica overeenstemmende warmtewisselaar) het warmste gedeelte van de warmtewisselruimte direct aansluitend op de toevoerope-10 ning 22 in thermisch opzicht zoveel mogelijk te scheiden van het koudste gedeelte van het afvoerkanaal direct voorafgaand aan de afvoeropening 24. Een gedeelte van het afvoerkanaal bevat, evenals de warmtewisselruimte, uitsteeksels 26b. Het kanaal 28 strekt zich helicoïdaal om de warmtewisselruimte en, 15 ter plaatse van de uitsteeksels 26b, ook om het afvoerkanaal uit.Fig. 4 and 5 show an embodiment of a replica of a heat exchanger according to the invention, which is roughly designed in a similar manner to the replica according to Figures 1-3. A point of difference concerns the shape 1010300 12 of the protrusions 26a, which have a rectangular cross section. Furthermore, the parts of the channel 28 which extend along the side wall 10 are arranged entirely on the side of the side wall 10 facing the heat exchange space, which leads to a smoother finish of the replica on the outside thereof. As can be seen from Fig. 4, the inner wall 18 is partly doubled in order to (in a replica-matched heat exchanger) thermally separate the hottest part of the heat exchange space directly adjacent to the supply opening 22 from the coldest part as far as possible. of the discharge duct immediately prior to the discharge opening 24. A part of the discharge duct, like the heat exchange space, contains protrusions 26b. The channel 28 extends helicoidally around the heat exchange space and, at the location of the protrusions 26b, also around the discharge channel.

# 1010300# 1010300

Claims

Method for manufacturing a heat exchanger of metal, which heat exchanger comprises: a room formed by a wall, which is provided with a supply opening (22) for supplying a first fluid to the space, and a discharge opening for discharging of the first fluid from space; a channel (28) extending substantially helically around the space for a second fluid; and a plurality of projections (26) extending in space from the wall, the method being characterized by the steps of: (a) forming a replica of the heat exchanger from a plastic material, said plastic material at least at the melting temperature evaporated from the metal; (b) covering the surfaces of the replica with a gas permeable support layer of a heat resistant material; and (c) pouring the liquid metal onto the replica within the gas permeable layer to vaporize the plastic and fill the space occupied by the plastic with the metal.

A method according to claim 1, characterized in that the step (b) comprises the steps of: (bl) covering the surfaces of the replica with a gas-permeable layer of substantially a first heat-resistant material; and (b2) coating the gas-permeable layer with a layer of a supporting porous second heat-resistant material.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the plastic is polystyrene (EPS).

Method according to claim 2 or 3, characterized in that 1 Γ) 1 0 3 n the first heat-resistant material contains ceramic material, in particular silicon dioxide, alumina, zirconium, chromite and / or aluminosilicate.

A method according to any one of claims 2-4, characterized in that the second heat-resistant material contains ceramic material, in particular sand.

6. Heat exchanger, manufactured by the method according to one of claims 1 to 5.

Heat exchanger according to claim 6, characterized in that it comprises an integrated discharge channel for the first fluid, which channel has an inlet opening and an outlet opening (24), the inlet opening of the outlet channel connecting to the outlet opening of the space.

Heat exchanger according to claim 7, characterized in that heat conduction elements (26b) are arranged in the discharge channel near its supply opening.

Heat exchanger according to claim 8, characterized in that the channel (28) for the second fluid extends partly at the location of the heat-conducting elements (26b) around the discharge channel 25.

Heat exchanger according to any one of claims 7-9, characterized in that the flow path defined by the space and the discharge channel for the first fluid is substantially U-shaped. 30

Heat exchanger according to any one of claims 7-10, characterized in that the inlet opening (22) of the space is substantially in the same plane as the outlet opening (24) of the outlet channel. 35

Heat exchanger according to claim 11, characterized in that the inlet opening (22) of the space and the outlet opening 1010300 (24) of the outlet channel are formed by a single, common flange.

13. Heat exchanger as claimed in any of the claims 6-12, characterized in that the cross section of the space, viewed transversely to the flow direction of the first fluid therein, decreases in the flow direction of the first fluid.

Heat exchanger according to any one of claims 6-13, characterized in that the windings of the channel (28) are spaced apart.

Heat exchanger according to any one of claims 6-14, characterized in that the protrusions are missing on at least a part of the wall of the space 15, which wall part is provided substantially transversely to the flow direction of the first fluid in the seen in space, extending curves projecting into space.

Heat exchanger according to one of claims 14 and 15, characterized in that parts of the channel are located at the location of the curves.

A heat exchanger according to any one of claims 6-16, characterized by one or more protrusions (27) extending from the wall of the channel into the channel. 1010300