NL9401061A

NL9401061A - Method for manufacturing a heat exchanger and a heat exchanger.

Info

Publication number: NL9401061A
Application number: NL9401061A
Authority: NL
Inventors: Harm Bosscher
Original assignee: Intergas B V
Priority date: 1994-06-27
Filing date: 1994-06-27
Publication date: 1996-02-01
Also published as: ATE187548T1; DE69513734D1; EP0690281A1; DE69513734T2; EP0690281B1

Abstract

The invention relates to a method for manufacturing a heat exchanger by successively: shaping at least one liquid pipe into a desired form, placing at least a part of the liquid pipe into a mould determining the form of the heat-exchanging surface, pouring casting material into the mould, causing the casting material to pass into a solid state, and removing from the mould the casting with the liquid pipe incorporated therein. The invention further relates to a heat exchanger manufactured in accordance with this method. <MATH>

Description

WERKWIJZE VOOR HET VERVAARDIGEN VAN EEN WARMTEWISSELAAR EN EEN WARMTEWISSELAARMETHOD FOR MANUFACTURING A HEAT EXCHANGER AND A HEAT EXCHANGER

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een warmtewisselaar en een warmtewisselaar vervaardigd volgens deze werkwijze.The invention relates to a method for manufacturing a heat exchanger and a heat exchanger manufactured according to this method.

Bestaande warmtewisselaars, voor bijv. toepassing in een verwarmingsketel voor het verwarmen van water van een centrale verwarmingssysteem en/of tapwater, worden veelal gegoten rond een zandkern. Met behulp van de zandkern kan een kanaal in het gietstuk worden vrijgelaten dat bijv. het kanaal voor water van een centraal verwarmingssysteem of tapwater kan vormen. Een nadeel van deze werkwijze is dat het relatief arbeidsintensief is eerst een zandkern te vervaardigen en deze vervolgens te verwijderen uit het gietstuk. Een ander nadeel van deze werkwijze is dat de kanaalwand gevormd wordt door het gietstuk. De materiaaleigenschappen van de wand van het kanaal wordt dus bepaald door de materiaalkeuze van het gietmateriaal. Dit levert in de praktijk problemen op. Zo is een aluminiumkanaalwand ongewenst bij een te transporteren vloeistof met een pH die groter is dan 8,5; hetgeen bij water in een gesloten centrale verwarmingscircuit kan voorkomen, terwijl aluminium zeer geschikt is als gietmateriaal.Existing heat exchangers, for example for use in a boiler for heating water from a central heating system and / or tap water, are usually cast around a sand core. With the aid of the sand core, a channel can be left in the casting, which can form, for example, the water channel of a central heating system or tap water. A drawback of this method is that it is relatively labor-intensive to first produce a sand core and then remove it from the casting. Another drawback of this method is that the channel wall is formed by the casting. The material properties of the wall of the channel are thus determined by the choice of material of the casting material. This creates problems in practice. For example, an aluminum channel wall is undesirable with a liquid to be transported with a pH greater than 8.5; which can occur with water in a closed central heating circuit, while aluminum is very suitable as a casting material.

De onderhavige uitvinding heeft ten doel een werkwijze te verschaffen waarmee het op eenvoudige wijze mogelijk is ten minste één kanaal in een gietstuk aan te brengen, waarbij het materiaal van de kanaalwand naar keuze kan afwijken van het gietmateriaal. De uitvinding heeft voorts ten doel een compacte warmtewisselaar te verschaffen vervaardigd volgens deze werkwijze.The object of the present invention is to provide a method with which it is possible in a simple manner to arrange at least one channel in a casting, wherein the material of the channel wall can optionally deviate from the casting material. Another object of the invention is to provide a compact heat exchanger manufactured according to this method.

De onderhavige uitvinding verschaft daartoe een werkwijze voor het vervaardigen van een warmtewisselaar door achtereenvolgens; het in een gewenste vorm brengen van ten minste één vloeistofleiding, het in een de vorm van het warmtewisselend oppervlak bepalende gietmal plaatsen van ten minste een deel van de vloeistofleiding, het in de mal gieten van gietmateriaal, het in een vaste toestand over laten gaan van het gietmateriaal, en het uit de mal verwijderen van het gietstuk met de daarin opgenomen vloeistofleiding.To this end, the present invention provides a method of manufacturing a heat exchanger by successively; bringing at least one liquid pipe into a desired shape, placing at least a part of the liquid pipe in a casting mold determining the shape of the heat-exchanging surface, pouring casting material into the mold, passing into a solid state the casting material, and removing the casting from the mold with the fluid conduit contained therein.

De uitvinding verschaft voorts een warmtewisselaar vervaardigd volgens deze werkwijze met het kenmerk dat het gietstuk aan ten minste één zijde is voorzien van een geprofileerd oppervlak. Door het in de gietmal plaatsen van ten minste een deel van de vloeistofleiding is de zandkern overbodig geworden. Een ander voordeel is dat voor de kanaalwand en het gietmateriaal verschillende materialen gekozen worden.The invention further provides a heat exchanger manufactured according to this method, characterized in that the casting has a profiled surface on at least one side. The sand core has become superfluous by placing at least a part of the liquid pipe in the casting mold. Another advantage is that different materials are chosen for the channel wall and the casting material.

Zo wordt het mogelijk deze materialen te optimaliseren. De werkwijze laat voorts grote vrijheid ten aanzien van de vorm en de positie van het kanaal in het gietstuk. Zo heeft de warmtewisselaar ten minste één geprofileerde zijde zonder dat daarmee de richting van het kanaal, dat wil zeggen de positie van de vloeistofleiding, bepaald is. Bovendien is het mogelijk de warmtewisselaar zeer compact uit te voeren.This makes it possible to optimize these materials. The method also allows great freedom in the shape and position of the channel in the casting. For example, the heat exchanger has at least one profiled side without this determining the direction of the channel, i.e. the position of the liquid line. In addition, it is possible to make the heat exchanger very compact.

Een voorkeursuitvoering van de warmtewisselaar wordt gekenmerkt doordat het geprofileerde oppervlak een in hoofdzaak langsgericht profiel omvat en de vloeistofleiding in hoofdzaak nagenoeg loodrecht op het langsgericht profiel in het gietstuk is aangebracht. Door deze constructie is het mogelijk met behulp van het tegenstroomprincipe hoger rendement te realiseren. Door in langsrichting langs het langsgericht profiel een verwarmingsgas te voeren en door een tegenstroom vloeistof door de vloeistofleiding te voeren is mede vanwege de relatief grote warmte-uitwisselende oppervlakken een hoog rendement realiseerbaar.A preferred embodiment of the heat exchanger is characterized in that the profiled surface comprises a substantially longitudinal profile and the liquid line is arranged in the casting substantially substantially perpendicular to the longitudinal profile. This construction makes it possible to achieve higher efficiency using the counterflow principle. By passing a heating gas in the longitudinal direction along the longitudinal profile and by passing a counter-current liquid through the liquid line, a high efficiency can be realized, partly because of the relatively large heat-exchanging surfaces.

Een andere voorkeursuitvoering van de warmtewisselaar wordt gekenmerkt doordat ten minste twee vloeistoflei-dingen in het gietstuk zijn aangebracht. Deze warmtewisse- laar kan worden toegepast voor het gecombineerd verwarmen van meerdere vloeistoffen, hierbij valt te denken aan een toepassing in een zogeheten combiketel voor het verwarmen van tapwater en water van een centraal verwarmingssysteem.Another preferred embodiment of the heat exchanger is characterized in that at least two liquid lines are arranged in the casting. This heat exchanger can be used for the combined heating of several liquids, such as an application in a so-called combination boiler for heating tap water and water of a central heating system.

De beide leidingen zijn omhuld met gietmateriaal en van elkaar gescheiden door gietmateriaal, waardoor de kans op lekkages zeer klein is.Both pipes are covered with casting material and separated from each other by casting material, so that the chance of leaks is very small.

Weer een andere voorkeursuitvoering van de warmtewisselaar wordt gekenmerkt doordat de vloeistofleiding een nagenoeg evenwijdig aan elkaar en het gietstuk zijn opgenomen. Door deze maatregel wordt het mogelijk relatief lange leidingen in het gietstuk aan te brengen, hetgeen het rendement van de warmtewisselaar ten goede zal komen.Yet another preferred embodiment of the heat exchanger is characterized in that the liquid line is received almost parallel to each other and the casting. This measure makes it possible to provide relatively long pipes in the casting, which will improve the efficiency of the heat exchanger.

Het gietstuk is bij voorkeur vervaardigd uit aluminium. De vloeistofleiding is bij voorkeur vervaardigd uit koper of roestvrij staal. Aluminium heeft als voordeel dat het met een relatief geringe soortelijke massa goede warmte-uitwisselende eigenschappen heeft. Koper en roestvrij staal hebben als voordeel dat ze niet snel worden aangetast door agressieve vloeistoffen.The casting is preferably made of aluminum. The liquid line is preferably made of copper or stainless steel. Aluminum has the advantage that it has good heat-exchanging properties with a relatively low specific mass. The advantage of copper and stainless steel is that they are not easily attacked by aggressive liquids.

De onderhavige uitvinding zal verder worden verduidelijkt aan de hand van de in de navolgende figuren weergegeven niet-limitatieve uitvoeringsvoorbeelden. Hierin toont: fig. 1 een gedeeltelijk opengewerkt perspektivisch aanzicht van een brander met een ronde warmtewisselaar overeenkomstig de uitvinding; fig. 2 een gedeeltelijk opengewerkt perspektivisch aanzicht op een vlakke warmtewisselaar overeenkomstig de uitvinding; en fig. 3 een perspektivisch aanzicht op een mal voor het vervaardigen van de warmtewisselaar uit fig. 2.The present invention will be further elucidated on the basis of the non-limitative exemplary embodiments shown in the following figures. Herein: fig. 1 shows a partly cut-away perspective view of a burner with a round heat exchanger according to the invention; fig. 2 shows a partly cut-away perspective view of a flat heat exchanger according to the invention; and FIG. 3 is a perspective view of a mold for manufacturing the heat exchanger of FIG. 2.

Fig. 1 toont een ronde warmtewisselaar 1 overeenkomstig de uitvinding waarin een brander 2 is geplaatst. De brander 2 is aangesloten op een mengkamer 3 waaraan via een luchttoevoer 4 en een brandbaar gastoevoer 5 lucht en brandbaar gas worden toegevoerd. Het binnenoppervlak van de warmtewisselaar 1 is voorzien van ribben 6 die het warmte- uitwisselend oppervlak vergroten. De ribben 6 maken deel uit van gietstuk 7 waarin twee vloeistofleidingen 8, 9 zijn opgenomen. Daarbij vormt vloeistofleiding 8 de leiding waardoor water van een centraal verwarmingssyteem gevoerd wordt terwijl vloeistofleiding 9 de leiding vormt waardoor te verwarmen tapwater stroomt. De vloeistof in de vloeistofleidingen 8, 9 stroomt overeenkomstig de pijlen S1# S2 van beneden spiraalsgewijs naar boven. De verbrandingsgassen stromen overeenkomstig een pijl S3 van boven naar beneden, waardoor het verwarmende medium en de te verwarmen media in tegengestelde richting stromen. De afgekoelde verbrandingsgassen worden via een afvoer 10 verder afgevoerd. Door het hoge rendement is het waarschijnlijk dat aan de onderzijde van de warmtewisselaar 1 en in de afvoer 10 condensatie plaatsvindt. Via een condensafvoer 11 wordt de gecondenseerde vloeistof afgevoerd.Fig. 1 shows a round heat exchanger 1 according to the invention in which a burner 2 is placed. The burner 2 is connected to a mixing chamber 3 to which air and combustible gas are supplied via an air supply 4 and a flammable gas supply 5. The inner surface of the heat exchanger 1 is provided with ribs 6 which increase the heat exchanging surface. The ribs 6 form part of casting 7 in which two liquid lines 8, 9 are received. Liquid pipe 8 forms the pipe through which water from a central heating system is fed, while liquid pipe 9 forms the pipe through which tap water to be heated flows. The liquid in the liquid lines 8, 9 spirals upwards from below in accordance with arrows S1 # S2. The combustion gases flow from top to bottom in accordance with an arrow S3, whereby the heating medium and the media to be heated flow in opposite directions. The cooled combustion gases are further removed via a discharge 10. Due to the high efficiency, condensation is likely to occur at the bottom of the heat exchanger 1 and in the drain 10. The condensed liquid is discharged via a condensation drain 11.

Fig. 2 toont een vlakke warmtewisselaar 12 omvattende een gietstuk 13 waar ribben 14 deel van uit maken en een tweetal in een gietstuk 13 opgenomen vloeistofleidingen 15, 16. De vloeistofleidingen 15, 16 zijn zodanig in het gietstuk 13 opgenomen dat het warmte-uitwisselend oppervlak groot is. Daartoe zijn vloeistofleidingen 15, 16 in zigzag-vorm in het gietstuk 13 opgenomen. De stroomrichting van de vloeistof in de vloeistofleidingen is aangegeven met de pijlen S4, S5, terwijl de pijl S6 de stroomrichting van het verbrandingsgas weergeeft. Ook in deze situatie wordt gebruik gemaakt van het tegenstroom principe voor het optimaliseren van het rendement van de warmtewisselaar 12. De in deze figuur weergegeven warmtewisselaar 12 kan bijv. worden ingebouwd in een zogeheten combiketel voor huishoudelijk gebruik.Fig. 2 shows a flat heat exchanger 12 comprising a casting 13 of which ribs 14 form part and two liquid pipes 15, 16 incorporated in a casting 13. The liquid pipes 15, 16 are incorporated in the casting 13 so that the heat-exchanging surface is large . For this purpose, liquid lines 15, 16 are incorporated in the casting 13 in zigzag form. The direction of flow of the liquid in the liquid lines is indicated by arrows S4, S5, while arrow S6 shows the direction of flow of the combustion gas. In this situation, too, use is made of the counterflow principle for optimizing the efficiency of the heat exchanger 12. The heat exchanger 12 shown in this figure can, for example, be built into a so-called combination boiler for household use.

Fig. 3 toont een mal 17 waarmee de warmtewisselaar 12 zoals getoond in fig. 2 vervaardigd kan worden. In de mal 17 zijn de vloeistofleidingen 15, 16 reeds aangebracht. Vervolgens zal via een opening 18 gietmateriaal in de mal 17 worden gegoten. Een geprofileerde malwand 19 omvat een moederprofiel 20 waardoor de ribben 14 gevormd worden. Nadat het in de mal 17 gebrachte gietmateriaal is uitgehard wordt een bovenplaat 21 verwijderd, waarna het gietstuk 13 niet daarin opgenomen leidingen 15, 16 samen met zijwanden 22, 23 uit de mal 17 genomen. Tenslotte worden de zijwanden 22, 23 van het gietstuk genomen. Een dergelijke werkwijze wordt ook wel verloren-malmethode genoemd.Fig. 3 shows a mold 17 with which the heat exchanger 12 as shown in FIG. 2 can be manufactured. The liquid lines 15, 16 are already arranged in the mold 17. Subsequently, casting material will be poured into the mold 17 via an opening 18. A profiled mold wall 19 comprises a master profile 20 through which the ribs 14 are formed. After the casting material introduced into the mold 17 has hardened, a top plate 21 is removed, after which the casting 13, pipes 15, 16 not included therein, are removed from the mold 17 together with side walls 22, 23. Finally, the side walls 22, 23 are taken off the casting. Such a method is also called a lost mold method.

Claims

A method for manufacturing a heat exchanger by successively: bringing at least one liquid pipe into a desired shape, placing at least a part of the liquid pipe in a casting mold determining the shape of the heat exchanging surface, pouring into the mold of casting material, passing the casting material into a solid state, and removing the casting from the mold with the liquid conduit contained therein.

Heat exchanger manufactured according to the method in claim 1, characterized in that the casting has a profiled surface on at least one side.

Heat exchanger according to claim 2, characterized in that the profiled surface comprises a substantially longitudinal profile and the liquid line is arranged substantially perpendicular to the longitudinal profile in the casting.

Heat exchanger according to claim 2 or 3, characterized in that at least two liquid pipes are arranged in the casting.

Heat exchanger according to claim 4, characterized in that the liquid pipes are received in the casting almost parallel to each other.

Heat exchanger according to any one of claims 2-5, characterized in that the casting is made of aluminum.

Heat exchanger according to any one of claims 2-6, characterized in that the liquid pipe is made of copper or stainless steel.