DE1245395B

DE1245395B - Rotatable ring-shaped storage heat exchange body

Info

Publication number: DE1245395B
Application number: DEC28785A
Authority: DE
Inventors: Gail Preston Smith
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1962-01-05
Filing date: 1962-12-28
Publication date: 1967-07-27

Description

Drehbarer ringförmiger Speicherwärmeaustauschkörper Die vorliegende Erfindung betrifft Wärmeaustauscher, insbesondere Wärmeaustauschkörper für Regeneratoren, namentlich für Gasturbinen.Rotatable annular storage heat exchanging body The present The invention relates to heat exchangers, in particular heat exchange bodies for regenerators, especially for gas turbines.

Die österreichische Patentschrift 198 407 beschreibt einen drehbaren, regenerativen Wärmeaustauscher für die Verwendung in Herdanlagen, wie Siemens -Martin-Öfen und Koksöfen. Dieser ortsfeste Regenerator besteht aus Gehäuse und Rotor, wobei sowohl der Rotor als auch das Gehäuse aus einem oberen, dem Einlaß des heißen Gases und dem Auslaß des erwärmten Gases zugekehrten Teil aus feuerfestem keramischem Material und einem unteren Teil aus metallischem Material bestehen. Der obere Rotorteil weist Wandteile aus feuerfestem keramischem Material auf, die zwischen Metallflanschen eingesetzt sind und Kammern bilden, die mit feuerfesten keramischen Elementen, z. B. Rohren, angefüllt sind. Dieser Rotor stellt keinen einheitlichen, kompakten, mechanisch festen Körper mit hoher Wärmeschockbeständigkeit dar, wie er für die Verwendung bei Gasturbinen hoher Geschwindigkeit in einer beweglichen Einheit, z. B. einem Kraftfahrzeug, gefordert werden muß.The Austrian patent specification 198 407 describes a rotatable, regenerative heat exchangers for use in stove systems such as Siemens-Martin ovens and coke ovens. This stationary regenerator consists of a housing and rotor, whereby both the rotor and the housing from an upper one, the inlet of the hot gas and the portion of refractory ceramic facing the outlet of the heated gas Material and a lower part made of metallic material. The upper part of the rotor has wall parts made of refractory ceramic material between metal flanges are used and form chambers with refractory ceramic elements such. B. pipes are filled. This rotor does not represent a uniform, compact, mechanically strong body with high thermal shock resistance, as it is for the Use in high speed gas turbines in a moving unit, e.g. B. a motor vehicle must be required.

Die USA.-Patentschrift 2 974 404 beschreibt einen einheitlichen Wärmeaustauscher, der für die vorstehende Verwendung gedacht ist. Bei der Herstellung dieses Wärmeaustauschers wird eine Vielzahl von Rohren aus Borsilikatglas in ein Halterohr größeren Durchmessers aus Borsilikatglas gesteckt. Dieser zusammengesetzte Körper wird mit einer metallhaltigen Lösung, vorzugsweise einer Metallsalzlösung, befeuchtet und anschließend auf- eine Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes des Glases erhitzt, um durch Ionenaustausch eine dichtende Metallschicht auf den Rohren zu erzeugen. Borsilikatgläser der verwendeten Art haben im allgemeinen einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 30 bis 50 -10-'/°C. Andere keramische Werkstoffe sind einer solchen Ionenaustauschbehandlung im allgemeinen nicht zugänglich.U.S. Patent 2,974,404 describes a unitary heat exchanger, intended for the above use. In the manufacture of this heat exchanger a large number of tubes made of borosilicate glass in a holding tube of larger diameter made of borosilicate glass. This composite body comes with a metalliferous Solution, preferably a metal salt solution, moistened and then on a Temperature below the softening point of the glass heated to by ion exchange to create a sealing metal layer on the pipes. Borosilicate glasses of the used Kind generally have a coefficient of thermal expansion of 30 to 50 -10 - '/ ° C. Other ceramic materials are generally subject to such ion exchange treatment inaccessible.

Die deutsche Patentschrift 1097 344 beschreibt keramische Werkstoffe mit Wärmeausdehnungskoeffizienten nahe Null und ein Verfahren zur Herstellung eines dünnwandigen keramischen Wabenzellkörpers aus diesen Werkstoffen, der zwei Paar etwa parallel einander gegenüberliegende Begrenzungsflächen und eine Vielzahl von glattwandigen Gaskanälen aufweist, welche sich zwischen dem einen Paar gegenüberliegender paralleler Begrenzungsflächen erstrecken, an diesen enden und durch die dünnen Wände des keramischen Werkstoffes begrenzt sind. Die USA: Patentschrift 2 920 971 beschreibt teilweise kristallisierte keramische Werkstoffe, die durch Wärmebehandlung bestimmter Gläser erhalten werden und je nach der Zusammensetzung und Behandlung sehr unterschiedliche physikalische Eigenschaften haben. In der deutschen Patentschrift 1084 285 wird ein Wärmeaustauscher beschrieben, der aus einer von einer Wand umgebenen Füllmasse besteht, wobei die Füllmasse aus einer Anzahl Drahtgazeschichten bestehen kann, die bei der Herstellung am Umfang mit flüssigem Material, beispielsweise keramischem Material, umgeben werden, das anschließend fest wird.The German patent specification 1097 344 describes ceramic materials with thermal expansion coefficients close to zero and a method for the production of a thin-walled ceramic honeycomb cell body from these materials, which has two pairs of approximately parallel opposing boundary surfaces and a plurality of smooth-walled gas channels, which are located between the one pair of opposite parallel boundary surfaces extend at these ends and are limited by the thin walls of the ceramic material. The USA: Patent 2,920,971 describes partially crystallized ceramic materials which are obtained by heat treatment of certain glasses and which have very different physical properties depending on the composition and treatment. In the German patent specification 1 084 285 a heat exchanger is described which consists of a filler compound surrounded by a wall, wherein the filler compound can consist of a number of wire gauze layers which are surrounded on the circumference with liquid material, for example ceramic material, during manufacture then becomes solid.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand darin, einen drehbaren, ringförmigen Speicherwärmeaustauschkörpermit einheitlicher Struktur zu schaffen, der eine größere mechanische Festigkeit und eine höhere Wärmeschockbeständigkeit aufweist als die bisherigen Wärmeaustauscher. Die Lösung dieser Aufgabe war besonders wichtig für die Verwendung derartiger Wärmeaustauschkörper bei Gasturbinen in beweglichen -Einheiten, wie Kraftfahrzeugen.The object on which the present invention is based was a rotatable, annular storage heat exchanger body with a unitary structure to create greater mechanical strength and greater thermal shock resistance than previous heat exchangers. The solution to this task was special important for the use of such heat exchange body in gas turbines in moving Units, such as motor vehicles.

Die Versuche zur Entwicklung eines drehbaren Wärmeaustauschkörpers aus Glasrohren gemäß der USA.-Patentschrift 2974404 führten nicht zum Erfolg. Die Glaskörper zerbrachen im Gebrauch durch den Schock, der durch die mechanische Erschütterung verursacht wurde, und/oder durch den Wärmeschock, der durch den äußerst raschen Temperaturwechsel verursacht wurde.The attempts to develop a rotatable heat exchange body made of glass tubes according to U.S. Patent 2974404 were unsuccessful. the Vitreous bodies broke during use due to the shock caused by the mechanical shock caused and / or the thermal shock caused by the extremely rapid temperature change was caused.

Anschließend wurde der keramische Wabenzellkörper gemäß der deutschen Patentschrift 1097 344 entwickelt und in verschiedenen Kombinationen mit keramischen Werkstoffen der in den USA.-Patentschriften 2 920 971, 2106 744 beschriebenen Art angewendet. Die erhaltenen Wärmeaustauschkörper zeigten zwar im Gebrauch eine beträchtliche Verbesserung, es trat jedoch immer noch mechanischer Bruch auf. Daher mußte weiter nach einem einheitlichen Wärmeaustauschkörper mit einer noch größeren mechanischen Festigkeit gesucht werden.The ceramic honeycomb cell body was then developed in accordance with German patent specification 1097 344 and used in various combinations with ceramic materials of the type described in US patents 2,920,971, 2106,744. Although the heat exchange bodies obtained showed a considerable improvement in use, mechanical breakage still occurred. It was therefore necessary to continue searching for a uniform heat exchange body with an even greater mechanical strength.

Bei der Suche nach einer derartigen Verbesserung wurde überraschend gefunden, daß man die gewünschte Verbesserung der mechanischen Festigkeit und Wärmeschockbeständigkeit dadurch erreichen kann, daß die Bauelemente des Wärmeaustauschers durch einen verschäumten keramischen Kitt aneinander befestigt werden, vorausgesetzt, daß alle keramischen Teile einschließlich des Kitts einen untereinander etwa gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich von -10 bis -i-10 -10-'/°C haben. Die überraschende Verbesserung der mechanischen und Wärmeschockbeständigkeit ist anscheinend das Ergebnis einer Umsetzung zwischen den abdichtenden Flächen der keramischen Elemente und dem verschäumten Kitt, wodurch eine einheitliche Struktur erreicht wird, die praktisch frei von Störstellen an den abdichtenden Flächen ist.Finding such an improvement came as a surprise found that one can achieve the desired improvement in mechanical strength and thermal shock resistance can achieve that the components of the heat exchanger by a foamed ceramic putty are attached to each other, provided that all ceramic Parts including the putty have approximately the same coefficient of thermal expansion in the range from -10 to -i-10 -10 - '/ ° C. The surprising improvement in mechanical and thermal shock resistance is apparently the result of implementation between the sealing surfaces of the ceramic elements and the foamed Putty, whereby a uniform structure is achieved that is practically free from imperfections is on the sealing surfaces.

Die Erfindung geht daher aus von einem drehbaren, ringförmigenSpeicherwärmeaustauschkörperauseinem dünnwandigen, aus keramischem Werkstoff bestehenden Wabenzellkörper, der zwei Paar etwa parallel oder konzentrisch einander gegenüberliegende Begrenzungsflächen und eine Vielzahl von glattwandigen Gaskanälen aufweist, welche sich zwischen dem einen Paar gegenüberliegender paralleler bzw. konzentrischer Begrenzungsflächen erstrecken, an diesen enden und durch die dünnen Wände des keramischen Werkstoffes begrenzt sind, während die Begrenzungsflächen des anderen Paares mit starren keramischen Abdeckteilen versehen sind. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckteile an dem Wabenzellkörper durch einen verschäumten keramischen Kitt befestigt sind und daß die Abdeckteile, die Zellwände und der verschäumte keramische Kitt alle einen untereinander etwa gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich von -10 bis -E-10 - 10-'/°C haben.The invention is therefore based on a rotatable, ring-shaped storage heat exchanger body thin-walled honeycomb cell body made of ceramic material, the two pairs approximately parallel or concentric opposing boundary surfaces and has a plurality of smooth-walled gas channels, which are between the one A pair of opposing parallel or concentric boundary surfaces extend, at these ends and limited by the thin walls of the ceramic material are, while the boundary surfaces of the other pair with rigid ceramic Cover parts are provided. It is characterized in that the cover parts are attached to the honeycomb cell body by a foamed ceramic putty and that the cover parts, the cell walls and the foamed ceramic putty all an approximately equal thermal expansion coefficient in the range of -10 to -E-10 - 10 - '/ ° C.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung noch besser verständlich werden.The invention is even better in the following with reference to the drawing become understandable.

F i g. 1 ist eine schematische Darstellung eines Wärmeaustauschers mit einer Hilfsanlage, die den Weg der Gaskanäle durch ihn zeigt; F i g. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Wärmeaustauscherkörpers nach der Erfindung, in dem die Kanäle so verlaufen, daß die Gase in axialer Richtung hinduchströmen; F i g. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des Wärmeaustauschkörpers, bei der die Kanäle radial verlaufen; F i g. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Zellensegments, das zum Aufbau eines Wärmeaustauschkörpers mit radialer Durchflußrichtung dienen kann.F i g. 1 is a schematic representation of a heat exchanger with an auxiliary system showing the path of the gas ducts through it; F i g. 2 is a perspective view of a heat exchanger body according to the invention, in which the channels run in such a way that the gases flow through in the axial direction; F i g. 3 is a perspective view of a second embodiment of the heat exchange body; in which the channels run radially; F i g. 4 is a perspective view of a Cell segment that is used to build a heat exchange body with a radial flow direction can serve.

Nach F i g. 1 tritt frisches Heizgas durch eine Leitung 10 in einen Kompressor 11, wo seine Temperatur und sein Druck erhöht werden. Von dort strömt das Gas durch die Leitung 11a in einen ersten Teil eines Wärmeaustauschkörpers, der, wie nachstehend noch näher beschrieben wird, auf hohe Temperatur erwärmt worden ist. In diesem Teil 12 des Wärmeaustauschkörpers 13 erwärmt sich das Gas in Berührung mit den vorgewärmten keramischen Wänden, die die Gaskanäle begrenzen, und strömt dann mit höherer Temperatur nach der gegenüberliegenden Seite des Austauschers durch die Leitung 14. Das hoch erhitzte Gas gelangt zuerst in einen Brenner 15, wo seine Temperatur durch Verbrennung noch weiter ansteigt. Das heiße Gas aus dem Brenner dehnt sich dann in einer Turbine 16 aus, wobei ein Teil seiner Energie in Arbeit umgewandelt wird. Das Abgas aus der Turbine fließt durch eine weitere Leitung in einen jetzt verhältnismäßig kühlen Teil 18 des Wärme austauschkörpers 13, an den es einen wesentlichen Teil seiner Wärme abgibt. Von da entweicht es durch eine Leitung 19. Der Wärmeaustauschkörper 13 dreht sich hierbei, so daß derjenige Teil davon, der durch dis aus der Turbine kommenden Gase aufgeheizt worden ist, alsbald in den Bereich der Gaszuleitung 11a von dem Kompressor 11 gelangt, um das aus dem Kompressor kommende Gas aufzuwärmen. Die den Teilen 12 und 18 entsprechenden Bereiche des Wärme austauschers sind voneinander durch ortsfeste Dichtungen 20 getrennt, die über die oberen und unteren Begrenzungsflächen des Wärmeaustauschkörpers hinweggehen.According to FIG. 1, fresh heating gas passes through a line 10 into a compressor 11, where its temperature and pressure are increased. From there, the gas flows through the line 11a into a first part of a heat exchange body which, as will be described in more detail below, has been heated to a high temperature. In this part 12 of the heat exchanger body 13, the gas is heated in contact with the preheated ceramic walls that delimit the gas channels, and then flows at a higher temperature to the opposite side of the exchanger through the line 14. The highly heated gas first enters a burner 15, where its temperature rises even further due to combustion. The hot gas from the burner then expands in a turbine 16, converting some of its energy into work. The exhaust gas from the turbine flows through another line in a now relatively cool part 18 of the heat exchange body 13, to which it gives off a substantial part of its heat. From there it escapes through a line 19. The heat exchange body 13 rotates here, so that that part of it which has been heated by the gases coming from the turbine immediately reaches the area of the gas supply line 11a from the compressor 11 to stop it to warm up the gas coming from the compressor. The parts 12 and 18 corresponding areas of the heat exchanger are separated from each other by stationary seals 20 which go over the upper and lower boundary surfaces of the heat exchanger body.

Die Wärmeaustauschkörper für das in F i g. 1 gezeigte System haben im allgemeinen die Form eines Zylinders oder Rings. E'n derartiger Körper für ein Fließsystem mit axialem Durchgang der Gase wird in F i g. 2 gezeigt.The heat exchange body for the in F i g. 1 system shown generally in the form of a cylinder or ring. Such a body for one Flow system with axial passage of the gases is shown in FIG. 2 shown.

In F i g. 2 besteht der Wärmeaustauschkörper mit dem axial gerichteten Gasdurchfluß aus einer ringförmigen Wabenzelle mit einer Vielzahl durchgehender Gaskanäle 21, die von der oberen Grenzfläche 22 bis zur unteren Begrenzungsfläche 24 parallel zur Achse des Körpers verlaufen. Diese Gaskanäle werden durch dünne Zellwände 26 aus keramischem Werkstoff begrenzt und voneinander getrennt. Auf der Innenseite seiner Nabe oder axialen Bohrung hat der Körper einen als Nabenwandung ausgebildeten Abdeckteil 30 und auf seiner Außenseite einen als Mantelfläche ausgebildeten Abdeckteil 32. Die inneren und äußeren Abdeckteile 30 und 32 werden an den Wabenzellkörper mit einem keramischen Kitt 34 befestigt, der an Ort und Stelle durch Wärmeeinwirkung verschäumt wird. Der Wärmeaustauschkörper nach F i g. 2 kann durch (hier nicht gezeigte) Vorrichtungen, die sich an der Nabe oder dem Außenrand oder an beiden Stellen befinden, in Umdrehung versetzt werden.In Fig. 2, the heat exchange body with the axially directed gas flow consists of an annular honeycomb cell with a plurality of continuous gas channels 21 which run from the upper boundary surface 22 to the lower boundary surface 24 parallel to the axis of the body. These gas channels are delimited and separated from one another by thin cell walls 26 made of ceramic material. On the inside of its hub or axial bore, the body has a cover part 30 designed as a hub wall and on its outside a cover part 32 designed as a jacket surface and place is foamed by the action of heat. The heat exchange body according to FIG. 2 can be set in rotation by means (not shown here) which are located on the hub or the outer edge or in both places.

Bei einem Wärmeaustauscher mit radial verlaufender Strömungsrichtung der Gase verlaufen die Gaskanäle radial zur Mittelachse des zylindrischen oder ringförmigen Zellenkörpers, wie es in F i g. 3 gezeigt wird. Die Wabenzelle hat hier eine Vielzahl von durchgehenden radialen Gaskanälen 36, die ebenfalls voneinander durch dünne keramische Zellwände 37 getrennt sind, aber eben hier von der Innenwandung 38 nach außen gehen und an der äußren Mantelfläche 39 enden. Die Wabenzelle mit der radialen Fließrichtung kann auch hier ein einziger ringförmiger Wärmeaustauscherkörper sein, wobei diesmal die Ober- und Unterseiten mit als Ringscheiben ausgebildeten Abdeckteilen 44 bedeckt sind, die durch einen verschäumten keramischen Kitt 46 an dem Wabenzellenkörper befestigt sind. Zum Drehen dieses Wärmeaustauschkörpers mit der radialen Fließrichtung der Gase sind wiederum bekannte Vorrichtungen angebracht (hier nicht gezeigt), die eine Drehkraft auf die Ränder ausüben können.In the case of a heat exchanger with a radial flow direction of the gases, the gas channels run radially to the central axis of the cylindrical or annular cell body, as shown in FIG. 3 is shown. The honeycomb cell here has a large number of continuous radial gas channels 36, which are also separated from one another by thin ceramic cell walls 37, but just here go outward from the inner wall 38 and end at the outer jacket surface 39 . The honeycomb cell with the radial flow direction can also be a single ring-shaped heat exchanger body, this time the upper and lower sides being covered with cover parts 44 in the form of annular disks, which are fastened to the honeycomb cell body by a foamed ceramic putty 46. In order to rotate this heat exchange body with the radial flow direction of the gases, known devices are again attached (not shown here) which can exert a rotating force on the edges.

Für manche Zwecke kann es aber auch erwünscht sein, die Wärmeaustauschkörper mit radialer Fließrichtung der Gase aus einer Anzahl von Segmenten aufzubauen. Dies bietet den Vorteil, daß man beispielsweise, falls ein Teil des ringförmigen Austauschers beschädigt werden sollte, bei einer aus mehreren Segmenten bestehenden Anordnung den Gesamtkörper leicht durch einfaches Auswechseln des beschädigten Segmentteils ausbessern kann. Ein Segment von dieser Art, das zum Aufbau eines ringförmigen Wärmeaustauschers geeignet ist, wird in F i g. 4 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform besteht das Segment 53 aus einem pyramidenstumpfförmigen Körper mit den Kanälen 50, die sich zwischen der Grundfläche 52 und der gegenüberliegenden Begrenzungsfläche 51 erstrecken. Eine andere äußere (obere) Fläche des Körpers trägt eine Randplatte, die, wie oben bei dem ringförmigen Körper, durch einen verschäumten keramischen Kitt 54 befestigt ist. Für den ringförmigen Aufbau des ganzen Wärmeaustauschers werden eine Anzahl dieser Segmente beispielsweise durch Stahlbänder zusammengehalten, die oben und unten um die (äußeren) Flächen 52 herumgelegt werden. Dasselbe kann man durch Aufkitten von Abdeckstücken erreichen, wie sie beispielsweise in F i g. 3 mit 44 gezeigt sind und die nach Zusammensetzen der Segmente auf ihnen befestigt werden.For some purposes, however, it may also be desirable to construct the heat exchange body with a number of segments with the gases flowing in a radial direction. This offers the advantage that, for example, if a part of the ring-shaped exchanger should be damaged, the entire body can easily be repaired by simply replacing the damaged segment part in an arrangement consisting of several segments. A segment of this type suitable for building an annular heat exchanger is shown in FIG. 4 shown. In this embodiment, the segment 53 consists of a truncated pyramid-shaped body with the channels 50, which extend between the base surface 52 and the opposing boundary surface 51 . Another outer (upper) surface of the body carries an edge plate which, as with the annular body above, is secured by a foamed ceramic putty 54. For the ring-shaped structure of the entire heat exchanger, a number of these segments are held together, for example by steel bands, which are placed around the (outer) surfaces 52 at the top and bottom. The same can be achieved by cementing on cover pieces, as shown, for example, in FIG. 3 are shown at 44 and which are attached to them after the segments have been assembled.

Wabenartige keramische Zellenkörper, die nach der Erfindung verwendbar sind, kann man nach verschiedenen Verfahren herstellen. Beispielsweise kann man pulverige, keramische Rohstoffe mit einem Bindemittel vermischen und dann in einer Strangpresse zu Bändern formen. Die erhaltenen Bänder kann man dann gegebenenfalls weiter verformen und weiter zusammenbauen, entweder für sich allein oder zusammen mit anderen Bändern derselben Art, um die gewünschte Zellenform zu erhalten. Das erhaltene Wabengebilde sintert man dann zu einem einheitlich festen Körper, vorzugsweise jedoch stellt man die Zellenkörper nach dem Verfahren der deutschen Patentschrift 1097 344 her.Honeycomb-like ceramic cell bodies which can be used according to the invention can be produced by various processes. For example, you can Mix powdery, ceramic raw materials with a binder and then in a Shape the extruder into strips. The tapes obtained can then optionally be used further deform and further assemble, either alone or together with other ribbons of the same type to get the desired cell shape. That The honeycomb structure obtained is then sintered into a uniformly solid body, preferably however, the cell body is produced according to the method of the German patent specification 1097 344 ago.

Um einen Zellenaufbau nach vorliegender Erfindung herzustellen, mit Eigenschaften, die für Wärmeaustauschkörper geeignet sind, kommt es darauf an, solche keramischen Werkstoffe zu verwenden, die nach dem Brennen einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, nämlich von -10 bis +10 # 10-7/'C innerhalb eines größeren Temperaturbereichs. Geeignete keramischen Werkstoffe für diesen Zweck sind z. B. Lithiumaluminiumsilikate, wie glasiger oder kristalliner Petalit und ß-Spodumen, glaskeramische Massen auf Lithiumaluminiumsilikatgrundlage, wie sie insbesondere nach Beispiel 1 der USA: Patentschrift 2 920 971 erhältlich sind, sowie Gemische aus den vorstehend genannten Stoffen. Glaskeramische Gemische auf der Grundlage von Petalit können etwa 10 bis 40 Gewichtsprozent an dem glaskeramischen Anteil und den Rest an Petalit enthalten. Gemische von ß-Spodumen und Petalit enthalten gewöhnlich etwa 1 bis 4 Teile Petalit auf 4 bis 1 Teil ß-Spodumen. Diese Gemische verarbeitet man normalerweise, je nach der Wandstärke, die die Zellen in dem fertigen Wärmeaustauscher haben sollen, in einer solchen Teilchengröße, daß alle Teilchen wenigstens durch ein Sieb von 0,074 mm Maschenweite hindurchgehen.In order to produce a cell structure according to the present invention, with Properties that are suitable for heat exchange bodies, it depends on such Use ceramic materials that have a low coefficient of thermal expansion after firing namely from -10 to +10 # 10-7 / 'C within a larger temperature range. Suitable ceramic materials for this purpose are e.g. B. Lithium aluminum silicates, like glassy or crystalline petalite and ß-spodumene, glass-ceramic masses Lithium aluminum silicate base, as in particular according to Example 1 of the USA: U.S. Patent 2,920,971 are available, as well as mixtures of the foregoing Fabrics. Glass-ceramic mixtures based on petalite can contain about 10 to Contain 40 percent by weight of the glass-ceramic portion and the remainder of petalite. Mixtures of β-spodumene and petalite usually contain about 1 to 4 parts of petalite to 4 to 1 part ß-spodumene. These mixtures are usually processed, depending on the the wall thickness that the cells should have in the finished heat exchanger, in a particle size such that all of the particles will pass at least a 0.074 mm mesh size.

Aus den mit den keramischen Massen überzogenen Trägern können die Zellenkörper nach einer großen Anzahl von Verfahren aufgebaut werden. Die erhaltenen Gebilde werden Wabenzellkörper genannt, was im Sinn der vorliegenden Erfindung einen einheitlichen Körper mit einer Vielzahl von ganz durchgehenden Gaskanälen von beliebiger, vorher festgelegter Größe und Form bedeutet, wobei jeder Gaskanal durch Wände aus dem keramischen Werkstoff begrenzt ist und zwischen einander gegenüberliegenden, etwa zueinander parallelen Flächen verläuft.From the carriers coated with the ceramic masses, the Cell bodies can be built up by a large number of methods. The received Structures are called honeycomb cell bodies, which in the sense of the present invention is one unitary body with a multitude of completely continuous gas channels of any Pre-determined size and shape means, each gas duct being made up of walls the ceramic material is limited and between opposite, runs approximately parallel to each other surfaces.

Wie vorstehend bereits angegeben wurde, sind Abdeckteile auf denjenigen Oberflächen des Zellkörpers angebracht, an denen keine Gaskanäle enden. Diese Abdeckteile, die hier z. B. in Form von Naben oder Mantelflächen vorliegen, können auf verschiedene Weise hergestellt werden. Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung besteht darin, daß man einen Schlicker bereitet, der möglichst dieselbe Zusammensetzung wie die zur Herstellung des Zellenkörpers verwendete keramische Masse hat oder aus Glas besteht, z. B. aus einem 96 °/o-Silikaglas von der Art, die in der USA: Patentschrift 2106 744. beschrieben wird, und daß man aus diesem Schlicker den Überzug in der gewünschten Form gießt. Ein anderes geeignetes Verfahren besteht darin, daß man Plättchen, die beispielsweise aus dem obengenannten 96 °/o - Silikaglas bestehen, zu den gewünschten Bogenabschnitten formt und sintert. Dann setzt man mehrere, z. B. vier oder fünf solcher Bogenabschnitte zu der gewünschten Ringscheibenform zusammen und verbindet die aneinanderstoßenden Ränder der Abschnitte durch eine Wärmebehandlung miteinander.As indicated above, cover parts are on those Surface of the cell body attached to which no gas channels end. These cover parts, the here z. B. in the form of hubs or lateral surfaces can be different Way to be made. A preferred method of manufacture is to that one prepares a slip that has the same composition as possible as the ceramic mass used to manufacture the cell body or made of glass exists, e.g. B. from a 96% silica glass of the type shown in the US: patent 2106 744. is described, and that the coating in the desired shape. Another suitable method is that one Platelets made, for example, of the above-mentioned 96% silica glass, forms and sintered into the desired arched sections. Then you put several, z. B. four or five such arc sections together to form the desired annular disc shape and joins the abutting edges of the sections by a heat treatment together.

Die Abdeckteile auf den Mantel- und Nabenflächen oder anderen Flächen befestigt man an dem Zellenkörper mit einem zur Schaumbildung befähigten keramischen Kitt, der alle diese Teile leicht und fest verbindet und der in verschäumtem Zustand einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat. Ein Kitt, der für diese Zwecke geeignet ist, hat z. B. eine Zusammensetzung von 1 bis 16 Gewichtsprozent Bleioxyd, 1 bis 15 Gewichtsprozent eines Flußmittels, 1 bis 611/0 Siliciumcarbid, 1 bis 611/, S03, während der Rest (wenigstens etwa 70 °/o der Gesamt-Kittmischung) praktisch aus einem Lithiumaluminiumsilikat besteht, z. B. aus glasigem oder kristallinem Petalit, einer glasigen keramischen Masse, die auf der Grundlage dieser Verbindung oder einer beliebigen Kombination der obengenannten Stoffe erhalten wird. Glasiger Petalit ist der bevorzugte Bestandteil. Typische Flußmittel für das erwähnte Gemisch sind die Fluoride und Oxyde der Metalle Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Zink, Cadmium, Blei, Lithium, Natrium und Kalium. Zweckmäßig nimmt man ein Flußmittelgemisch aus den Oxyden und Fluoriden. Der S03-Gehalt des Gemisches wird beispielsweise durch ein Sulfat, z. B. des Calciums, Bariums, Strontiums oder Lithiums, geliefert. Es liegt auf der Hand, daß der Zusatz einer dieser Verbindungen sowohl das S03 wie auch das oxydische Flußmittel liefert. Bleisulfat, das ebenfalls verwendbar ist, liefert das ohnehin nötige Bleioxyd und das S03. Die fertige Kittmischung gießt man dann in die Zwischenräume zwischen den miteinander zu verbindenden Teilen und brennt dann das Ganze bei etwa 1050 bis 1150°C, bis das Verschäumen und Sintern beendet ist. Dann läßt man den Formkörper so weit abkühlen, daß er weiter behandelt werden kann.The cover parts on the shell and hub surfaces or other surfaces is attached to the cell body with a ceramic capable of foaming Putty that connects all these parts easily and firmly and that is in a foamed state has a low coefficient of thermal expansion. A putty for these purposes is suitable, has z. B. a composition of 1 to 16 percent by weight lead oxide, 1 to 15 percent by weight of a flux, 1 to 611/0 silicon carbide, 1 to 611 /, SO3, while the rest (at least about 70% of the total cement mixture) is practical consists of a lithium aluminum silicate, e.g. B. of glassy or crystalline Petalite, a vitreous ceramic mass made on the basis of this compound or any combination of the above. Glassier Petalite is the preferred ingredient. Typical fluxes for the mixture mentioned are the fluorides and oxides of the metals magnesium, calcium, strontium, barium, zinc, Cadmium, lead, lithium, sodium and potassium. A mixture of fluxes is expediently used from the oxides and fluorides. The SO3 content of the mixture is determined by, for example a sulfate, e.g. B. of calcium, barium, strontium or lithium supplied. It it is obvious that the addition of one of these compounds both the S03 and also supplies the oxidic flux. Lead sulphate, which can also be used, supplies the lead oxide and the S03, which are necessary anyway. Pour the finished putty mixture then into the spaces between the parts to be connected and then that burns Whole at about 1050 to 1150 ° C until foaming and sintering is finished. The shaped body is then allowed to cool down to such an extent that it continues can be treated.

Die Erfindung wird nachstehend noch näher an Hand eines Beispiels beschrieben, dessen Einzelheiten jedoch nur der Erläuterung dienen, die Erfindung aber nicht einschränken sollen.The invention will be described in more detail below by way of an example described, the details of which are only illustrative, the invention but not intended to limit.

Nach diesem Beispiel bereitet man ein keramisches Gemisch aus 75 Gewichtsteilen Petalit und 25 Gewichtsteilen einer glaskeramischen Masse, die die ungefähr folgende analytisch festgestellte Zusammensetzung hat: 70 Gewichtsprozent SiO2, 18 Gewichtsprozent AI203, 5 Gewichtsprozent Ti02, 3 Gewichtsprozent Li20, 3 Gewichtsprozent MgO und 1 Gewichtsprozent Zn0. Dieses Gemisch wird in einer Kugelmühle so lange gemahlen, bis alle Teilchen davon durch ein Sieb von 0,075 mm Maschenweite hindurchgehen. Dann wird eine Suspension dieses Gemisches hergestellt und auf Teebeutelpapier aufgebracht. Das so behandelte Papier wird nach der in der deutschen Patentschrift 1097 344 beschriebenen Arbeitsweise umgebogen und gebrannt, und man erhält einen Wabenzellkörper mit dreieckigen Kanälen.According to this example, a ceramic mixture is prepared from 75 parts by weight of petalite and 25 parts by weight of a glass-ceramic mass, which has the following analytically determined composition: 70 percent by weight SiO2, 18 percent by weight Al203, 5 percent by weight Ti02, 3 percent by weight Li20, 3 percent by weight MgO and 1 percent by weight Zn0. This mixture is ground in a ball mill until all of the particles pass through a sieve of 0.075 mm mesh size. A suspension of this mixture is then prepared and applied to tea bag paper. The paper treated in this way is bent over and fired according to the procedure described in German patent specification 1097 344, and a honeycomb cell body with triangular channels is obtained.

Die Mantel- und Nabenteile werden für den erwähnten Zellenkörper aus einem Schlicker hergestellt, der aus dem für die Herstellung des Körpers verwendeten glaskeramischen Gemisch bereitet worden war. Hierfür gießt man den Schlicker in ringförmige Formen von solcher Größe, daß die Gußkörper an den Zellenkörper passen, mit einem Schwundmaß von etwa 3 mm. Nach dem Trocknen nimmt man die Gußkörper aus den Formen und brennt sie bei etwa 1250°C.The jacket and hub parts are made for the aforementioned cell body a slip made from the one used to make the body glass-ceramic mixture had been prepared. For this you pour the slip in annular shapes of such a size that the cast bodies fit the cell body, with a shrinkage of about 3 mm. After drying, the cast bodies are removed molds and fires them at around 1250 ° C.

Darauf fügt man den Zellenkörper, den Mantel- und den Naben-Abdeckteil zusammen, wobei man einen Kitt von folgender Zusammensetzung zum Zusammenkleben verwendet: 9,23 Gewichtsprozent Zinkfluorid, 1,28 Gewichtsprozent Calciumfluorid, 3,42 Gewichtsprozent Siliciumcarbid, der Rest Petalit, der mit Bleisulfat in solcher Menge zusammengeschmolzen worden ist, daß 8 % Bleioxyd und 12,87 °/o SO, vorliegen. Eine Masse von dieser Zusammensetzung dispergiert man in einem Gemisch, das aus 75 Gewichtsprozent Butylalkohol und 25 Gewichtsprozent Toluol besteht und mahlt das Ganze in einer Kugelmühle so lange naß zusammen, bis alles gründlich durchgemischt ist. Dieser Kitt wird dann in die ringförmigen Spalten zwischen den Teilen des Wärmeaustauscherkörpers gegossen. Der erhaltene Körper wird dann in einen Ofen gesetzt und mit einer Geschwindigkeit von 2° C/Min. bis auf 100°C erwärmt. Nach weiteren 2 Stunden heizt man mit einer Geschwindigkeit von 5°C/Min. bis auf 1100°C und hält diese Temperatur 1 Stunde und 15 Minuten, wobei die Verschäumung zum Abschluß kommt. Dann Iäßt man den Ofen mit einer Geschwindigkeit von 5°C/Min. so weit abkühlen, daß der Körper aus dem Ofen genommen werden kann. Wabenförmige Zellenkörper, die auf diese Weise zu Wärmeaustauscherkörpern verarbeitet worden sind, haben eine außerordentlich große Anzahl von Gaskanälen je Einheit der quer zu den Kanälen liegenden Oberflächen. Ganz allgemein kommen auf 100 cm2 dieser Oberflächen der Zelle über 6100 Kanäle. Daraus geht hervor, daß der größte Teil des Querschnitts hohl ist. Die erhaltenen Körper sind verhältnismäßig leicht; ihr Raumgewicht liegt in der Größenordnung von etwa 0,48. Die Körper haben ferner einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa -10 bis 10 - 10-'/°C bis zu etwa 300°C, der auch gleich 0 werden kann. Es ist deshalb zu verstehen, daß diese Körper ohne Schaden sehr starken Temps.. raturschwankungen ausgesetzt werden können, z. B. wiederholten Erwärmungen auf über 1000°C, also auf Temperaturen weit höher als die beim Gasturbinenbetrieb gewöhnlich auftretenden. Die ausgezeichnete chemische Beständigkeit der Körper läßt ferner eine lange Benutzung trotz der korrosiven Bedingungen au, die auf dem erwähnten Anwendungsgebiet herrschen.The cell body, the jacket and the hub cover part are then assembled using a cement with the following composition to glue them together: 9.23 percent by weight zinc fluoride, 1.28 percent by weight calcium fluoride, 3.42 percent by weight silicon carbide, the remainder being petalite has been fused together with lead sulfate in an amount such that 8% lead oxide and 12.87 ° / o SO present. A mass of this composition is dispersed in a mixture consisting of 75 percent by weight of butyl alcohol and 25 percent by weight of toluene and the whole thing is wet ground in a ball mill until everything is thoroughly mixed. This cement is then poured into the annular gaps between the parts of the heat exchanger body. The body obtained is then placed in an oven and dried at a rate of 2 ° C / min. heated up to 100 ° C. After a further 2 hours, heating is carried out at a rate of 5 ° C./min. up to 1100 ° C and holds this temperature for 1 hour and 15 minutes, during which the foaming comes to an end. The oven is then left at a rate of 5 ° C./min. cool to the point where the body can be removed from the oven. Honeycomb-shaped cell bodies which have been processed into heat exchanger bodies in this way have an extraordinarily large number of gas channels per unit of the surfaces lying transversely to the channels. In general, there are over 6100 channels per 100 cm2 of these cell surfaces. It can be seen from this that most of the cross-section is hollow. The bodies obtained are comparatively light; their density is of the order of about 0.48. The bodies also have a low coefficient of thermal expansion of about -10 to 10-10 - '/ ° C up to about 300 ° C, which can also be zero. It is therefore to be understood that these bodies can be exposed to very strong temperature fluctuations without damage. B. repeated heating to over 1000 ° C, so to temperatures far higher than those usually occurring in gas turbine operation. The excellent chemical resistance of the bodies also means that they can be used for a long time despite the corrosive conditions which prevail in the field of application mentioned.

Aus der vorstehenden Beschreibung und den Erläuterungen geht hervor, daß die Erfindung sich auf Wärmeaustauschkörper bezieht, die deshalb sehr wertvoll sind, weil sie physikalisch und chemisch äußerst beständig und dennoch preiswert sind, sich durch einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten auszeichnen und leicht mit großer Maßhaltigkeit hergestellt werden können. Das letztere ist wichtig, weil die Wärmeaustauschkörper, wie hier gezeigt, als Drehkörper benutzt werden; hierbei ist ein genaues Passen der Körper besonders wichtig. Alle diese praktischen Vorteile erreicht man aber wohlgemerkt unter Verwendung von leicht erhältlichen und billigen Rohstoffen und unter Benutzung von Techniken, die dem keramischen Fachmann geläufig sind. (Soweit nichts anderes angegeben, beziehen sich alle Prozentsätze und Teile in der vorstehenden Beschreibung auf Gewichte).From the above description and explanations it can be seen that that the invention relates to heat exchange body, which is therefore very valuable are, because they are physically and chemically extremely stable and yet inexpensive are characterized by a low coefficient of thermal expansion and are light can be produced with great dimensional accuracy. The latter is important because the heat exchange bodies, as shown here, are used as rotating bodies; here a precise fit of the body is particularly important. All of these practical benefits but, mind you, can be achieved using easily available and inexpensive ones Raw materials and using techniques that are familiar to the ceramic specialist are. (Unless otherwise stated, all percentages and parts are in the same proportion in the description above on weights).

Claims

Claims: 1. Rotatable, ring-shaped storage heat exchange body made of a thin-walled honeycomb cell body made of ceramic material, which has two pairs of approximately parallel or concentrically opposing boundary surfaces and a plurality of smooth-walled gas channels which extend between the one pair of opposite parallel or concentric boundary surfaces, at these ends and are limited by the thin walls of the ceramic material, while the boundary surfaces of the other pair are provided with rigid ceramic cover parts, characterized in that the cover parts (30, 32, 44, 53) on the honeycomb cell body by a foamed ceramic putty (34, 46, 54) are attached and that the cover parts (30, 32, 4 !, 53), the cell walls (26, 37) and the foamed ceramic putty (34, 46, 54) all have a lower .. other about have the same coefficient of thermal expansion in the range from -10 to -I-10 - 10 - '/ ° C.

2. Memory heat exchange body according demanding 1, characterized in that the through-gas channels (21, 36, 50) in manner known per se .. axis approximately parallel to its center or radially extend.

3. Storage heat exchanger body according to claims 1 and 2, characterized in that it is composed in a manner known per se from a number of approximately rectangular-truncated pyramidal elements (53) in such a way that all the base areas of the segments together form the outer circumferential surface ( 52), the gas channels (36) running between the base surfaces of the truncated pyramids (52) and the opposing boundary surfaces (51) parallel thereto, and means for holding the assembled segments in their ring position are provided. Documents considered: German Patent No. 758 672; German Auslegeschriften Nos. 1097 344, 1084 285; Austrian Patent Nos. 198 407,107 907; Swiss patents No. 334 078, 265 633; British Patent No. 750303; US: Patent No. 3 081822, 2974404, 2920971, 1843252..