Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers und Wärmetauscher, der durch Anwendung des Verfahrens erhalten wird

Abstract

 1. Ein Wärmetauscher aus Metall umfaßt einen von einer Wand gebildeten Raum, der mit einer Einlaßöffnung (22) zum Zuführen eines ersten Fluids in den Raum und einer Auslaßöffnung zum Abführen des ersten Fluids aus dem Raum versehen ist. Um den Raum erstreckt sich einen im wesentlichen schraubenförmig Kanal (28) für ein zweites Fluid. Der Raum ist versehen mit einer Anzahl von Vorsprüngen (26), die von der Wand in den Raum ragen. Der Wärmetauscher wird dadurch hergestellt, daß erstens aus einem Kunststoff eine Kopie des Wärmetauschers hergestellt wird, welcher Kunststoff wenigstens bei der Schmelztemperatur des Metalls verdampft. Zweitens werden die Oberflächen der Kopie mit einer gasdurchlässigen, unterstützenden Schicht aus einem hitzebeständigen Material beschichtet. Drittens wird das Metall in flüssigem Zustand auf die Kopie innerhalb der gasdurchlässigen Schicht gegossen, um den Kunststoff zu verdampfen und den von dem Kunststoff eingenommenen Raum mit dem Metall auszufüllen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers aus Metall wie Aluminium, Kupfer, Eisen, Stahl oder Messing, welcher Wärmetauscher umfaßt: einen durch eine Wand gebildeten Raum, der mit einer Einlaßöffnung zum Zuführen eines ersten Fluids in den Raum, und einer Auslaßöffnung zum Abführen des ersten Fluids aus dem Raum versehen ist; einen sich im wesentlichen schraubenförmig um den Raum erstreckenden Kanal für ein zweites Fluid; und eine Anzahl von Vorsprüngen, die von der Wand in den Raum hineinragen. Außerdem betrifft die Erfindung einen durch Anwendung des Verfahrens erhaltenen Wärmetauscher.

[0002] Ein derartiger Wärmetauscher ist zum Beispiel aus der EP-A-0 794 393 bekannt. Diese Veröffentlichung beschreibt einen mit Hilfe einer Gießtechnik aus Leichtmetall hergestellten Wärmetauscher mit einer geschlossenen, vieleckigen oder gebogenen Innenwand, der mit mindestens einem Wasserkanal, einem sich innerhalb der Innenwand erstreckenden Brennraum für heiße Rauchgase und sich an der Innenseite von der Innenwand aus erstreckenden wärmeübertragenden oberflächenvergrößernden Elementen, wie Nocken oder Trennungswänden versehen ist. Der Wasserkanal erstreckt sich schraubenförmig entlang der Außenseite der Innenwand und hat aneinander liegende Windungen.

[0003] Der bekannte Wärmetauscher ist verhältnismäßig kompakt. Außerdem hat der bekannte Wärmetauscher einen günstigen Wirkungsgrad infolge der Tatsache, daß der Wasserkanal an der Außenseite des Brennraums angebracht ist. Diese Anordnung führt nämlich dazu, daß die Temperatur des Wärmetauschers an seiner Außenseite näherungsweise der Temperatur des Wassers im Wasserkanal entspricht, während die heißen Rauchgase sich im Brennraum befinden. So werden die Konvektions- und Strahlungsversluste des Wärmetauschers minimiert.

[0004] Der bekannte Wärmetauscher wird in einem konventionellen Gießverfahren unter Benutzung eines Gießkerngefüges aus Sand, Wachs oder Kunststoff gegossen. Derartige Gießverfahren schaffen im Prinzip die für die Gestaltung des Wärmetauschers erwünschte Freiheit in der Bestimmung des Verhältnisses zwischen der wasserseitigen und rauchgasseitigen Fläche für eine optimale Wärmeübertragung zwischen den Rauchgasen und dem Wasser.

[0005] Ein Nachteil des bekannten Wärmetauschers ist, daß der Inhalt des Wasserkanals relativ groß ist, was zur Folge hat, daß es nach der Inbetriebnahme des Wärmetauschers aufgrund der hohen Wärmekapazität des Wassers verhältnismäßig lange dauert, bis das Wasser im Wasserkanal die gewünschte Temperatur hat. Dies ist vor allem unerwünscht, wenn das Wasser im Wärmetauscher Teil eines Wasserkreislaufs zur Erhitzung von Zapfwasser ist, was in einem sogenannten Kombi-Kessel, der bestimmt ist, um sowohl Zapfwasser als auch Wasser für Heizungszwecke zu erhitzen, üblich ist. Die gewünschte Zapfwassererhitzung findet erst statt, wenn das durch den Wärmetauscher strömende Wasser die richtige Temperatur erreicht hat. Je schneller dies geschieht, umso höher wird der Komfort für den Benutzer des Kessels sein. Auch wenn im Kombi-Kessel ein Warmwasserspeicher zur Überbrückung der Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt, an dem der Bedarf an warmem Zapfwasser entsteht, und dem Zeitpunkt, an dem der gewünschte Grad der Erwärmung des Zapfwassers erreicht ist, benutzt wird, ist es erwünscht, das durch den Wärmetauscher strömende Wasser schnell auf der richtigen Temperatur zu haben. Je schneller dies nämlich geschieht, desto kleiner kann der Warmwasserspeicher sein.

[0006] Ein erster Grund für den großen Inhalt des Wasserkanals in dem bekannten Wämretauscher ist, daß der Wasserkanal einen relativ großen minimalen Querschnitt haben muß, um diesen Kanal mit Hilfe eines traditionellen Gießverfahrens formen zu können. Diese minimalen Abmessungen dürfen nicht unterschritten werden, weil der Gießkern in diesem Fall wenigstens während des Gießvorgangs eine unzureichende Unterstützung an den Wänden des Kanals bieten könnte. Sowohl im Zusammenhang mit als auch unabhängig vom erwähnten ersten Grund ist ein zweiter Grund für den großen Inhalt des Wasserkanals, daß der Wasserkanal sich nahezu über die ganze Außenfläche des Brennraumes erstreckt, so daß der Wasserkanal eine verhältnismäßig große Länge hat.

[0007] Die Tatsache, daß ein Gießkernteil einen minimalen Querschnitt haben soll, um die geforderte Stabilität zu gewährleisten, hat als zusätzlichen nachteiligen Effekt, daß die Elemente des bekannten Wärmetauschers, die die wärmeübertragende Fläche vergrößern, in einem eigentlich von dem angewandten Gießverfahren bestimmten, minimalen gegenseitigen Abstand angeordnet werden müssen.

[0008] Ein anderer Nachteil des bekannten Wärmetauschers ist, daß dieser, obwohl Leichtmetall verwendet wird, noch eine relativ große Masse hat, da die verschiedenen Teile wie z.B. die Wand des Brennraumes, die Wand des Wasserkanals und die Elemente, die die wärmeübertragende Fläche vergrößern, relativ dick sind. Der Grund für diese Dicke ist der erforderliche minimale Raum zwischen den Teilen des Gießkernsatzes im Zusammenhang mit Ungenauigkeiten bei der Herstellung des Gießkernsatzes, dem Zusammenbau und dessen Benutzung. Die verhältnismäßig große Masse des Wärmetauschers impliziert, daß die Wärmekapazität des Wärmetauschers relativ groß ist und daß die Materialkosten relativ hoch sind. Die nachteiligen Folgen der großen Wärmekapazität sind vorstehend im Zusammenhang mit dem Wasserkanal erläutert worden.

[0009] Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu schaffen, um einen Wärmetauscher auf eine derartige Weise herzustellen, daß die Beschränkungen des traditionellen Herstellverfahrens überwunden werden und die günstigen Eigenschaften des bekannten Wärmetauschertyps weiter optimiert werden können.

[0010] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verfahren folgende Schritte umfaßt: aus einem Kunststoff wird eine Kopie des Wärmetauschers hergestellt, welcher Kunststoff wenigstens bei der Schmelztemperatur des Metalls verdampft; die Oberflächen der Kopie werden mit einer gasdurchlässigen, unterstützenden Schicht aus einem hitzebeständigen Material beschichtet; und Metall in flüssigem Zustand auf die Kopie innerhalb der gasdurchlässigen Schicht gegossen wird, um den Kunststoff zu verdampfen und den von dem Kunststoff eingenommenen Raum mit dem Metall auszufüllen.

[0011] Zur Bildung der Wärmetauscherkopie aus Kunststoff, vorzugsweise aus Polystyrol (EPS), kann auf an sich bekannte Spritzgießverfahren zurückgegriffen werden, mit deren Hilfe die Kopie aus einem Stück oder mehreren Teilen gefertigt werden kann. Die Fertigung in Teilen wird man wählen, wenn die Geometrie des Wärmetauschers und damit auch der Kopie komplex ist. Die zum Formen der Kopieteile benötigte(n) Form/Formen können in diesem Fall relativ einfach ausgeführt werden. Die verschiedenen Teile der Kopie können nach ihrer Fertigung einfach mit einem geeigneten Haftmittel oder durch z.B. Schweißen des Kunststoffes zur Bildung der Kopie miteinander verbunden werden.

[0012] Der Kunststoff und das eventuell angewandte Haftmittel sollen eine Verdampfungstemperatur haben, die niedriger ist als oder zumindest gleich hoch ist wie die Schmelztemperatur des Metalls, aus dem der Wärmetauscher hergestellt wird, so daß während des Gießens des flüssigen Metalls auf die Kopie der von der Kopie definierte Raum allmählich von dem Metall eingenommen wird, während der Kunststoff und ggf. das Haftmittel verdampfen und durch die gasdurchlässige, unterstützende Schicht aus hitzebeständigem Material entweichen.

[0013] Indem im Gegensatz zum Stand der Technik, in dem ein Gießkernsatz als Ausgangspunkt zum Definieren der Geometrie des Wärmetauschers dient, jetzt erfindungsgemäß eine Kunststoffkopie diese Aufgabe erfüllt, ist erstens eine größere Gestaltungsfreiheit möglich, in der auch andere Konstruktionselemente wie schalldämmende Vorrichtungen, die eine oder mehrere Hohlräume enthalten, als integraler Bestandteil des Wärmetauschers vorgesehen werden können. Weiter können Details des Wärmetauschers, wie z.B. Wände und Vorsprünge, mit einer geringeren Stärke ausgeführt werden, was die Wärmekapazität des Wärmetauschers wesentlich reduziert und die Wärmeübertragung verbessert. Der Querschnitt des Wasserkanals kann reduziert werden, so daß der Inhalt des Kanals und so die Wärmekapazität des Wassers wesentlich abnimmt, so daß eine schnelle Erhitzung des Wassers stattfinden kann.

[0014] Vorzugsweise werden bei dem Verfahren gemäß der Erfindung die Flächen der Kopie beschichtet, indem man zunächst die Flächen der Kopie mit einer gasdurchlässigen Schicht aus einem ersten wärmebeständigen Material beschichtet und anschließend die gasdurchlässige Schicht mit einer Schicht aus einem unterstützenden, porösen zweiten wärmebeständigen Material beschichtet. Die gasdurchlässige Schicht aus dem ersten wärmebeständigen Material, vorzugsweise einem keramischen Material, insbesondere Siliziumdioxid, Alaunerde, Zirkon, Chromit und/ oder Aluminosilikat, fungiert als "Skelett" für die Kopie zum Erhalt von deren Form vor und während des Gießvorgangs und fungiert außerdem als "Trennungswand" zwischen der Kopie (und während des Gießvorgangs: dem Metall) und der Schicht des unterstützenden, porösen zweiten wärmebeständigen Materials, das vorzugsweise ein keramisches Material ist, und insbesondere aus Sand besteht. Die Schicht aus dem ersten wärmebeständigen Material kann durch eintauchen, übergießen oder aufspritzen aufgetragen werden, und ist vorzugsweise dünn, z.B. 0,25 bis 1,5 mm dick, um das während des Gießvorgangs entstandene Gas leicht durchtreten zu lassen. Die Schicht kann auch dünn sein, weil das zweite wärmebeständige Material für die notwendige Unterstützung der Schicht aus dem ersten wärmebeständigen Material sorgt, insbesondere wenn sich darunter flüssiges Metall befindet. Die Schicht aus dem zweiten wärmebeständigen Material ist gewöhnlich dicker als die Schicht aus dem ersten wärmebeständigen Material und kann einfach dadurch gebildet werden, indem man erst die Hohlräume der mit dem ersten wärmebeständigen Material versehenen Kopie mit Sand füllt und dann die Kopie z.B. in einen Kasten mit Sand stellt, so daß die ganze Außenseite der Kopie mit Ausnahme der notwendigen Gießlöcher ausreichend mit Sand bedeckt ist. Falls eine Verdichtung des Sandes notwendig ist, wird er für eine bestimmte Zeit gerüttelt. Dem Sand wird vorzugsweise kein Bindemittel zugesetzt. Der Sand kann nach dem Gießvorgang und dem Erstarren des Metalls einfach abgeführt werden, wobei der Sand, falls notwendig, durch rütteln aus den Hohlräumen der Kopie entfernt werden kann. Der Sand wird kaum verunreinigt und kann ohne Probleme wiederverwendet oder ohne spezielle Maßnahmen entsorgt werden. Es ist übrigens im Rahmen dieser Erfindung ohne weiteres möglich, dem Sand an sich bekannte Mittel zuzusetzen, um die Formbeständigkeit der Sandmasse insbesondere während des Gießvorgangs zu verbessern, so daß außerdem auf das Anbringen der Schicht aus dem ersten wärmebeständigen Material auf die Kopie verzichtet werden kann.

[0015] Die Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, einen Wärmetauscher mit einer relativ geringen Wärmekapazität, einem relativ kleinen Wasserinhalt, einer hervorragenden Wärmeübertragung, einem niedrigen Gewicht und einem niedrigen Preis zu schaffen. Zur Erfüllung einer oder mehrerer der obengenannten Ziele wird der Wärmetauscher gemäß dem vorhergehend beschriebenen Verfahren hergestellt.

[0016] Vorzugsweise wird der Wärmetauscher gemäß der Erfindung derart ausgeführt, daß der Wärmetauscher einen integrierten Auslaßkanal für das erste Fluid enthält, der eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung hat, wobei die Einlaßöffnung des Einlaßkanals sich an die Auslaßöffnung des Raumes anschließt. Auf diese Weise kann eine Verbindung mit der notwendigen Abdichtung zwischen dem Raum und dem Auslaßkanal eingespart werden, und kann ein Verbrennungssystem, von dem der Wärmetauscher einen Teil ausmacht, besonders Kompakt gebaut werden.

[0017] Vorzugsweise sind im Auslaßkanal nahe von dessen Einlaßöffnung Wärmeleitungselemente zur Verbesserung der Wärmeübertragung vom ersten Fluid auf den Wärmetauscher angebracht. Dabei erstreckt sich der Kanal für das zweite Fluid in Höhe der Wärmeleitungselemente auch rundum den Auslaßkanal, um die Wärme, die in dem Auslaßkanal dem ersten Fluid entzogen wird, so effektiv wie möglich an das zweite Fluid zu übertragen.

[0018] Vorzugsweise ist der durch den Raum und den Auslaßkanal bestimmte Strömungsweg für das erste Fluid U-förmig. Vorteilhaft wäre es, wenn der Einlaß sich in der gleichen Ebene wie die Auslaßöffnung des Auslaßkanals befinden würde. Dadurch können die zum Wärmetauscher gehörenden Komponenten eines Verbrennungssystems wie beispielsweise ein Brenner, ein Rauchgasauslaßkanal u.ä. einfach und als kompakte Einheiten an dem Wärmetauscher montiert werden.

[0019] Vorteilhafterweise werden der Einlaß des Raumes und der Auslaß des Auslaßkanals durch einen gemeinsamen Flansch gebildet. Nach dem Gießen des Wärmetauschers braucht in diesem Fall nur eine Flanschfläche nachbearbeitet zu werden, was in einem einzigen Bearbeitungsgang stattfinden kann. Eventuelle Maßabweichungen des Gußteils haben keinen oder kaum Einfluß auf die Anschlüsse an der erwähnten Einlaß- und Auslaßöffnung. Wenn an dem Flansch zu montierende Komponenten (im Fall einer Verbrennungsvorrichtung: ein Brenner und ein Rauchgasauslaß) vor der Montage zu einem zusammengesetzten Komponenten zusammengebaut worden sind, kann diese zusammengesetzte Komponente in einem Arbeitsgang montiert werden. Die Demontage einer zusammengesetzten Komponente führt zu einer Vereinfachung der Wartung und der Reinigung des Wärmetauschers.

[0020] Vorzugsweise wird der Wärmetauscher derart ausgeführt, daß der Raumquerschnitt, quer zur Strömungsrichtung des ersten Fluids betrachtet, in der Strömungsrichtung des ersten Fluids abnimmt. So erreicht man, daß die Strömungsgeschwindigkeit des, in seiner Strömungsrichtung durch Wärmeübertragung an das zweite Fluid abkühlenden ersten Fluids immer ausreichend hoch bleibt, um eine gute Wärmeübertragung zu gewährleisten.

[0021] Auf zweckmäßige Weise sind die Windungen des Kanals zueinander in einer gewissen Entfernung positioniert. Dank dieser Maßnahme ist das Volumen des Fluids in dem Kanal, gewöhnlich Wasser, klein. Das Fluid kann daher schnell aufgewärmt werden.

[0022] Vorzugsweise wird der Wärmetauscher derart ausgeführt, daß an wenigstens einem Teil der Raumwand die Vorsprünge fehlen, wobei dieser Wandteil mit sich, quer zur Strömungsrichtung des ersten Fluids im Raum betrachtet, erstreckenden, in den Raum ragenden Wölbungen versehen ist. Zur weiteren Verbesserung der Wärmeübertragung vom ersten Fluid an das zweite Fluid besitzt der Wärmetauscher erfindungsgemäß einen oder mehrere sich von der Kanalwand aus in den Kanal ragende Vorsprünge. Ebenso wie die Vorsprünge im Raum für das erste Fluid können die Vorsprünge im Kanal auf mancherlei verschiedene Weisen ausgebildet werden (im allgemeinen derart, daß eine Turbulenz des zweiten Fluids erzeugt oder erhöht wird), beispielsweise als Zapfen oder Rippen.

[0023] Diese Wölbungen erzeugen Turbulenzen in der Strömung des ersten Fluids und führen zu einer Vergrößerung der Wärmetauscherfläche, die mit dem ersten Fluid in Berührung kommt. Beide Effekte führen zu einer Verbesserung der Wärmeübertragung vom ersten Fluid an die Raumwand. Vorzugsweise befinden sich in Höhe der Wölbungen Teile des Kanals, so daß außerdem die Wärmeübertragung des ersten Fluids an das zweite Fluid verbessert wird.

[0024] Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Figur 1

in perspektivischer Darstellung eine erste Ausführungsform einer Kopie des Wärmetauschers gemäß der Erfindung, in auseinander genommener Form

Figur 2

in perspektivischer Darstellung die Kopie aus Figur 1 in zusammengesetzter Form,

Figur 3

einen Teil der Kopie in Figur 1 in einer Seitenansicht gemäß dem Pfeil III in Figur 1,

Figur 4

in perspektivischer Darstellung eine zweite Ausführungsform der Kopie aus auseinander genommener Form eines Wärmetauschers gemäß der Erfindung und

Figur 5

in perspektivischer Darstellung die Kopie in Figur 4 in zusammengesetzer Form.

[0025] In den verschiedenen Figuren beziehen sich gleiche Verweisungsnummer sich auf gleiche Teile oder auf Teile mit einer ähnlichen Funktion.

[0026] Die Figuren 1 bis 3 zeigen ein Kopiegehäuseteil 2, ein Kopiegehäuseteil 4, ein Kopiegehäuseteil 6 und einen Kopiekanalteil 8. Die Kopiegehäuseteile 2 und 4 enthalten jeweils Seitenwände 10, 12 und 14, eine Bodenwand 16 und eine Innenwand 18. In der in Figur 2 abgebildeten zusammengebauten Form der Kopie begrenzen die Seitenwände 10, ein Teil 12a von jeder der Seitenwände 12, ein Teil 16a von jeder der Bodenwände 16, und die Innenwände 18 einen Wärmetauschraum, dessen Querschnitt von oben nach unten betrachtet abnimmt. Die Seitenwände 14, ein Teil 12b von jeder der Seitenwände 12, ein Teil 16b von jeder der Bodenwände 16, und die Innenwände begrenzen einen Auslaßkanal. Die Seitenwände 10, 12 und 14 und die Innenwand 18 von jedem Kopiegehäuseteil enden an einer gemeinsamen Kante im Flansch 20. Die Flansche 20 (Figur 2) begrenzen ihrerseits eine große Öffnung, Einlaßöffnung 22 des Wärmetauschraumes genannt, und eine kleine Öffnung, Auslaßöffnung 24 des Auslaßkanals genannt. So befindet sich die Einlaßöffnung 22 in der gleichen Ebene wie die Auslaßöffnung 24. Außerdem besitzt der Wämetauschraum eine Auslaßöffnung, welche mit der Einlaßöffnung des Auslaßkanals zusammen fällt und von dem Durchlaß zwischen den Bodenwänden 16 und den Innenwänden 18 gebildet wird. Bei dieser Formgebung ist in einem der Kopie entsprechenden Wärmetauscher der von dem Raum und dem Auslaßkanal bestimmte Strömungsweg für das erste Fluid U-förmig.

[0027] An jener Seite jeder Seitenwand 12, welche dem anderen Kopiegehäuseteil 4 zugewandt ist, ist in dem Wärmetauschraum eine große Anzahl Zapfen 26 in einem vorbestimmten Muster angebracht. Die Zapfen 26 haben in den Figuren 1 und 3 einen kreisförmigen Querschnitt; sie können jedoch auch eine andere Form, wie beispielsweise einen ovalen oder rechteckigen Querschnitt haben. Weiter können die Zapfen 26 über ihre Länge betrachtet unterschiedliche Querschnitte haben, zum Beispiel größer an ihren Fußenden als an deren freien Enden sein. Die Zapfen 26 können auch durch Rippen o.ä. ersetzt werden. Ausgangspunkt für die Positionierung und Gestaltung der Zapfen, Rippen o.ä. ist immer, daß (in einem der Kopie entsprechenden Wärmetauscher) ein daran vorbei strömendes Fluid keine gerade Strecke von der Einlaßöffnung des Raumes zur Auslaßöffnung des Raumes zurücklegen können darf, weil damit der Wärmeübertragung, die über die Zapfen, die Rippen o.ä. stattfindet, Abbruch getan würde.

[0028] Auch in dem Kanal können im Prinzip willkürlich geformte Vorsprünge wie Zapfen 27 oder Rippen zur Förderung der Wärmeübertragung, die in dem Kanal 28 stattfindet, angebracht werden. Die Zapfen 27 o.ä. können an den Kopiekanalteilen 6 oder 8 (Figur 4) oder an den Kopiegehäuseteilen 2 oder 4 (Figur 1) oder an beiden Arten von Teilen angebracht werden.

[0029] In den Seitenwänden 10 und 12 und in den Innenwänden 18 sind Teile eines Kanals ausgebildet, welche Teile zusammen einen sich schraubenförmig um den Wärmetauschraum erstreckenden Kanal 28 mit einem Kanaleinlaß 30 und einem Kanalauslaß 32 bilden. Erwähnte Teile des Kanals können in den Seitenwänden 10 und den Innenwänden 18 auch mit nicht näher gezeigten, beispielsweise rippenförmigen Vorsprüngen versehen sein. Die Kanalteile in den Seitenwänden 10 und den Innenwänden 18 sorgen dafür, daß die Wand des von diesen begrenzten Raums teilweise gewölbt ist.

[0030] Die Kopiegehäuseteile 2 und 4 und die Kopiekanalteile 6 und 8 sind alle derart ausgebildet, daß sie mit Hilfe einer relativ einfachen Form aus einem Kunststoffmaterial ohne die Notwendigkeit, unter einem bestimmten Winkel zur Löserichtung der Form zu bewegende Formteile verwenden zu müssen, hergestellt werden können. Wenn die Teile 2 bis 8 geformt sind, werden sie zu einer vollständigen Kopie des zu fertigenden Wärmetauschers zusammengebaut, wie in Figur 2 gezeigt ist. Dazu werden die Teile 2 bis 8 vorzugsweise mit einem geeigneten Haftmittel zusammen geklebt. Im Hinblick auf die Zapfen 26 sei hier bemerkt, daß diese eine derartige Länge und Position haben können, daß sie nach dem Zusammenbau der Teile 2 und 4 eine Brücke zwischen den jeweiligen Seitenwänden 12 der Teile 2 und 4 bilden. Die Zapfensätze 26 der unterschiedliche Teile 2 und 4 können außerdem auch gegeneinander versetzt positioniert sein und zwischen einander vorstehen. Eine andere Möglichkeit ist, daß die Zapfen 26 des Teils 2 und die Zapfen des Teils 4 wohl fluchten, aber die Enden der Zapfen sich nicht gegenseitig berühren. Im letzten Fall werden die Zapfen eines jeden Teils 2, 4 unterschiedliche Längen voneinander haben müssen, um zu verhindern, daß (in einem der Kopie entsprechenden Wärmetauscher) ein Teil des durch den Wärmetauscher strömenden Fluids auf einem direkten Weg von der Zuflußöffnung zu der Auslaßöffnung strömen kann.

[0031] Nach dem Zusammenbau der Kopie wird diese auf ihrer ganzen Oberfläche mit einer gasdurchlässigen Schicht aus einem ersten wärmebeständigen Material versehen. Anschließend werden alle Räume in der Kopie mit einem zweiten wärmebeständigen Material gefüllt und wird die so erhaltene Kopie auch an der Außenseite mit dem zweiten wärmebeständigen Material beschichtet. Wenn jetzt ein flüssiges Metall auf die Kopie gegossen wird, verdampft das Material der Kopie, wobei die dabei entstehenden Gase durch die Schicht aus dem ersten wärmebeständigen Material und durch das poröse zweite wärmebeständige Material entweichen. Das Metall erstarrt innerhalb der von dem ersten wärmebeständigen Material bestimmten Form, so daß der gewünschte Wärmetauscher entsteht. Anschließend werden das zweite und das erste wärmebeständige Material entfernt, wonach der gegossene Wärmetauscher für die Aufnahme in und Benutzung von einem dazu gehörenden Verbrennungssystem fertig ist. Bei Verwendung des Wärmetauschers strömt ein erstes Fluid wie ein heißes Rauchgas von der Einlaßöffnung 22 zu der Auslaßöffnung des Wärmetauschraumes an den Zapfen 26 vorbei. Anschließend strömt das erste Fluid durch den Auslaßkanal und verläßt es den Wärmetauscher durch die Auslaßöffnung 24.

[0032] Gleichzeitig strömt im Gegenstrom ein zweites Fluid wie z.B. Wasser durch den Kanal 28 von der Einlaßöffnung 30 zu dessen Auslaßöffnung 32, wobei dieses zweite Fluid die von dem ersten Fluid abgegebene Wärme aufnimmt. Beim Wärmetausch entstehnde Korrosionsprodukte und Kondensat können den Wärmetauscher über eine Auslaßöffnung 34 (Figur 2) verlassen.

[0033] Die Figuren 4 und 5 zeigen eine Ausführungsform der Kopie eines Wärmetauschers gemäß der Erfindung, welche in weiten Bereichen auf ähnliche Weise wie die Kopie gemäß Figur 1 bis 3 ausgebildet ist. Ein Unterscheidungspunkt betrifft die Gestaltung der Vorsprünge 26a, welche einen rechteckigen Querschnitt haben. Weiter sind die Teile des Kanals 28, welche sich an der Seitenwand 10 erstrecken, vollständig an der dem Wärmetauschraum zugewandten Seite der Seitenwand 10 angebracht, was zu einer ebenen Gestalt der Kopieaußenseite führt. Wie aus Figur 4 hervor geht, ist die Innenwand 18 teilweise doppelt ausgeführt, um (in einem der Kopie entsprechenden Wärmetauscher) den wärmsten Teil des Wärmetauschraums, der sich direkt an der Einlaßöffnung 22 anschließt, in thermischer Hinsicht soweit wie möglich von dem kältesten Teil des Auslaßkanals, der der Auslaßöffnung 24 direkt vorangeht, zu trennen. Ein Teil des Auslaßkanal enthält, ebenso wie der Wärmetauschraum, Vorsprünge 26b. Der Kanal 28 erstreckt sich schraubenförmig um den Wärmetauschraum und in Höhe der Vorsprünge 26b auch um den Auslaßkanal.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers aus Metall, welcher Wärmetauscher umfaßt:

einen von einer Wand gebildeten Raum, der mit einer Einlaßöffnung (22) zum Zuführen eines ersten Fluids in den Raum und einer Auslaßöffnung zum Abführen des ersten Fluids aus dem Raum versehen ist;

einen sich im wesentlichen schraubenförmig um den Raum erstreckenden Kanal (28) für ein zweites Fluid; und

eine Anzahl von Vorsprüngen (26), die von der Wand in den Raum ragen,

wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die Schritte, daß

a) aus einem Kunststoff eine Kopie des Wärmetauschers hergestellt wird, welcher Kunststoff wenigstens bei der Schmelztemperatur des Metalls verdampft;

b) die Oberflächen der Kopie mit einer gasdurchlässigen, unterstützenden Schicht aus einem hitzebeständigen Material beschichtet werden; und

c) Metall in flüssigem Zustand auf die Kopie innerhalb der gasdurchlässigen Schicht gegossen wird, um den Kunststoff zu verdampfen und den von dem Kunststoff eingenommenen Raum mit dem Metall auszufüllen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt b) die Schritte umfaßt, daß

b1) die Oberflächen der Kopie mit einer gasdurchlässigen Schicht aus einem ersten hitzebeständigen Material beschichtet werden; und

b2) die gasdurchlässige Schicht mit einer Schicht aus einem unterstützenden, porösen zweiten hitzebeständigen Material beschichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff Polystyrol (EPS) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste hitzebeständige Material keramisches Material enthält, insbesondere Siliziumoxid, Alaunerde, Zirkon, Chromit und/ oder Aluminosilikat.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite hitzeständige Material keramisches Material, insbesondere Sand, enthält.

6. Wärmetauscher, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einer der Ansprüche 1 bis 5.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieser einen integrierten Auslaßkanal für das erste Fluid umfaßt, welcher Kanal eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung (24) hat, wobei sich die Einlaßöffnung des Auslaßkanals an die Auslaßöffnung des Raumes anschließt.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Auslaßkanal nahe von dessen Einlaßöffnung Wärmeleitungselemente (26b) angebracht sind.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kanal (28) für das zweite Fluid in Höhe der Wärmeleitungselemente (26b) unter anderem um den Auslaßkanal erstreckt.

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Raum und dem Auslaßkanal bestimmte Strömungsweg für das erste Fluid U-förmig ist.

11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einlaßöffnung (22) des Raumes in der gleichen Ebene wie die Auslaßöffnung (24) des Auslaßkanals befindet.

12. Wärmetauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (22) des Raumes und die Auslaßöffnung (24) des Auslaßkanals von einem einzigen gemeinsamen Flansch gebildet werden.

13. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Raumes, quer zur Strömungsrichtung des darin enthaltenen Fluids betrachtet, in Strömungsrichtung des ersten Fluids abnimmt.

14. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen des Kanals (28) zueinander beabstandet sind.

15. Wärmetauscher nach einer der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einem Teil der Raumwand die Vorsprünge fehlen, wobei der Wandteil mit sich quer zur Strömungsrichtung des ersten Fluids im Raum betrachtet erstreckenden, in den Raum ragenden Wölbungen versehen ist.

16. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich in Höhe der Wölbungen Teile des Kanals befinden.

17. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere Vorsprünge von der Kanalwand aus in den Kanal hinein ragen.

Zeichnung