Zusatzpatent zum Hauptpatent Nr. 2'81'567. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers. Gegenstand des Hauptpatentes ist ein Wärineaustauseher, bei welchem Kohlenstoff wenigstens die Hälfte des Gewichtes seines Körpers ausmacht., sowie ein Verfahren zu dessen Verstellung.
fach dem im Patentan- spruch II des l1.auptpaterites umschriebenen Verfahren wird der Körper durch Formen und anschliessendes Brennen von Kohlepulver gebildet, wobei beim Brennen die -Temperatur der Kohle mit solcher Geschwindigkeit auf einen über 1000 C liegenden Wert. gebracht wird, dass keine Blähungen entstellen.
Der Wärmeaustauscher nach dem Patent anspruch I des Hauptpatentes ist dadurch ge kennzeichnet, dass der Wärmeaustauschkör- per, der dem Gewicht nach wenigstens zur hälfte ans Kohlenstoff besteht, mehrere in zueinander parallelen Ebenen liegende erste Sätze von parallelen Durchlässen für das eine Fluidum und mehrere, ebenfalls in zueinan der parallelen Ebenen liegende zweite Sätze von parallelen Durchlässen für das zweite h'luiduni aufweist,
wobei die ersten und zwei ten Sätze abweelislungsweise aufeinanderfol- -end an #vordnet sind und wobei die Richtung der Dureblässe der ersten 'Sätze die Richtung der Durchlässe der zweiten Sätze kreuzt.. Bei einem im Hauptpatent beschriebenen _L"us- führungsbeispiel eines solchen Wä.rmeaustau- schers ist der Wärmeaustausehkörper aus ein ander
berührenden Kohlenstoffplatten aufge baut, wobei jede Platte auf der einen Seite einen ersten Satz Lind auf der andern Seite einen zweiten Satz von in gleichen Abständen angeordneten, parallelen Rillen aufweist, wo bei die letzteren Rillen rechtwinklig zu den ersteren liegen und die aufeinanderfolgenden benachbarten Platten so angeordnet sind, dass der erste Satz von Rillen einer Platte sich mit dem ersten Satz von Rillen in einer benach barten Platte und der zweite Satz voll Rillen der erstgenannten Platte sich mit dem zweiten Satz von Rillen der andern benachbarten Platte deckt, uni so rechtwinklig zueinander verlaufende Sätze von Durchlässen zu bilden.
Ein solcher Wärmeaustauscher wird nach dem Unteranspruch 3 des Hauptpatentes da durch hergestellt, dass Kohleplatten geformt werden, die auf beiden Seiten in gleichem Ab stand voneinander angeordnete Rillen besitzen, -Lind dass die zum Körper zusammengefügten gebrannten Platten einem Unterdruck ausge setzt, in eine Imprägnierungs- und Verbin dungsflüssigkeit eingetaucht und anschliessend einem hydraulischen Druck zum Einpressen der Flüssigkeit in die Poren der Platten aus gesetzt werden, worauf der Körper zur Ver vollständigung der Verbindung der Platten erwärmt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines 1V ärmeaustausehers der genannten Art.
Beim erfindungsgemässen Verfahren zum Herstellen des Wärmeaustausehers werden die Kohleplatten in Form eines Blockes vor und während des Imprägnierens zwisellen auf ein ander gegenüberliegenden Seiten des Blockes angeordneten und durch Schraubenbolzen zu sammengehaltenen Einspannplatten festgehal ten, und vor und während des Härtens der Imprägnier- und Verbindungsflüssigkeit wird der Anpressdruck der Einspannplatten erhöht.,
um durch Vorspannung eine Kompensation für die beim Betrieb des Wärmeaustauschers durch den Druck der Wärmeaustauschfluida in den Durehlässen in den Kohleplatten zwi- sehen den Durchlässen verursachte Zugspan nung zu. schaffen und um die Verbindungen zwischen den Platten dicht zu machen.
Be kanntlich besitzt Kohle eine viel höhere Druck als Zugfestigkeit, zum Beispiel 1400 gegen über nur ?80 kglcm2, und die Festigkeitseigen schaften der Kohle werden am besten durch Druckbelastung des Z'4 ärmeaustauschkörpers ausgenützt, und der Wärmeaustauscher kann einen viel höheren Fluiddruck aushalten, als wenn die die Einspannplatten miteinander verbindenden Bolzen nur so weit beansprucht. würden, uni den ZVärmeaustauschkörper zu sammenzuhalten.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann ztrm Beispiel so durchgeführt werden, dass die Kohleplatten gemäss bekannten Verfahren zum Pressen und Brennen von -Mischungen voll Kohlenstoff und kohlehaltigen Materialien, zum Beispiel Kohle, Pech oder Teer, gebildet -werden, worauf die Kohleplatten auf die er forderliche Grösse gebracht und so zusammen gestellt -werden, dass, wie oben beschrieben, die Nuten sich miteinander decken. Dann wird der Plattenbloek zwischen starren Einspann platten, zum Beispiel aus Gusseisen oder Stahl, eingespannt.
Die Nuten können einen halb kreisförmigen Querschnitt aufweisen, so dass die voll den Muten zwischen aneinanderliegen- den Platten gebildeten Durchlässe im Quer schnitt rund sind. In gewissen Fällen kann es aber von Vorteil sein, tiefe und enge Nuten von wenigstens annähernd rechteek- förmigeln Querschnitt zu verwenden. Auf die ser Montagestufe werden die die Einspann platten miteinander verbindenden Schraub bolzen nicht. ganz angezogen.
Der Plattenstapel kann zum Beispiel auch zusammen mit den Einspannplatten in einen Behälter eingesetzt. werden, der dann ver schlossen und einem Vakuum von zum Bei spiel 3 mm Queeksilbersäule, während etwa einer Stunde ausgesetzt. wird. Als Imprägnier- und Verbindungsflüssigkeit kann ein Harz verwendet werden (zum Beispiel Acajou-Nuss- sehalenharz oder Harz aus Furfural-Fur- ftirvlalkohol-Sehwefelsättre),
das man bei etwa 70 C von unten in den Behälter fliessen lässt, um den Körper mit Harz zu tränken. Der Be hälter wird dann zweekmässi- während etwa zwei Stunden einem Luftdruck voll 7 Atmo sphären ausgesetzt.
Dieser Druck wird dann allmählich aufgehoben, und der Körper kann sich entleeren, worauf die die Einspannplat ten miteinander verbindenden Zugbolzen gleichmässig so weit angezogen werden, dal der Druck an den einander berührenden Flächen der Kohleplatten auf ?8 bis 3 7 kg!em2 steigt.
Das Härten der Verbindunas- und Im prägnierflüssigkeit, zum Beispiel\ eines Harzes (zum Beispiel Aeajott-Nul3sehalerlllarz) kann zum Beispiel durch Einsetzen des imprägnier- ten Körpers in einen Ofen bei etwa 80 C wäh rend \?4 Stunden herbeigeführt werden. Wäh rend dieser Zeit wird der Körper zweckmässig in Intervallen von einer Stunde oder mehr aus dem Ofen genommen und abgekühlt, damit er das ausgeschiedene Harz wieder ab sorbieren kann.
Der Körper kann dann wäh rend weiteren ?4 Stunden auf 120 C und sehlussendlich während weiteren :?.1 Stunden auf 15-0 C erhitzt. gehalten werden, worauf man den Körper sich abkühlen lässt.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungs- gemässen Verfahrens ist. nachstehend näher beschrieben.
Jede Platte wird aus sehr fein pulveri sierter Kohle geformt, mit oder ohne einem kleinen Anteil von sehr fein pulverisiertem Koks oder Graphit und/oder feinverteiltem Schwefel, welcher Anteil nach dem Formern auf die verlangten Dimensionen (unter Be- riieksichtigung einer nachfolgenden Schrump- fung, zum Beispiel 11 IM Linearschrumpfung) iii Koksstaub eingebettet ist,
und unter nicht- oxydierenden Bedingungen vorerst auf eine Temperatur über 1000 C gebrannt, und zwar mit einem Temperaturanstieg solcher (xesehwindigkeit, dass ein Blähen verhindert wird. Die Platten werden dann anschliessend in einem elektrischen Ofen auf zum Beispiel e)00 C weiter erhitzt. Jede Platte wird in einer Schleifmaschine beidseitig flachgeschli-E- l'eii, und alle Plattenkanten werden gerad linig und massgerecht geschliffen.
In die Kohleplatten werden Rillen einge schliffen, zu welchem Zweck die Maschinen- selileifseheibe einen der Gestalt der in der Kohleplatte gewünschten Rillenquerschnitts- form entsprechenden Umfangsrand besitzt. Jede Platte wird auf der einen Seite mit einem ersten Satz von gleichmässig distanzier ten, parallelen, halbzylindrischen Rillen und auf der andern Seite mit einem zweiten Satz ebensolcher Rillen versehen, wobei letztere rechtwinklig zu den erstgenannten Rillen ver laufen.
Die benachbarten Platten werden ab wechselnd so angeordnet, dass die ersten Sätze der Rillen einer Platte sich mit den ersten Sätzen der Rillen einer anstossenden Platte lzld die zweiten Sätze von Rillen einer Platte sieh mit den zweiten Sätzen von Rillen einer anstossenden Platte decken, um auf diese eise erste und zweite Sätze von zylindri- schen, rechtwinklig zueinander verlaufenden Durchlässen zu bilden.
Auf der Ober- und der Unterseite des Plattenstapels wird je eine etwas dickere Platte angeordnet, die wie die übrigen Platten behandelt. sind, aber nur auf ihrer Innen seite lialbzvlindrische Rillen aufweisen, zwecks Vervollständigens der obern und untern Sätze von zylindrischen Durchlässen.
Die Platten werden dann zusammengestellt Lind mittels Zugbolzen und Muttern zwischen Druckplatten eingespannt. Auf dieser Her steIlungsstufe werden die Muttern und Bolzen nur leicht so weit angezogen, dass die Platten in der richtigen Lage zusammengehalten, aber keinem. nennenswerten Druck unterworfen werden. Dann werden die freiliegenden Flä chen des Blockes maschinell vollständig eben bearbeitet. Das Plattenpaket wird vom Koh lenstaub gereinigt und in einem Ofen wäh rend etwa drei Stunden bei 1'20 C ausge trocknet.
Das Imprägnier- und Verbindungsmittel kann irgendein geeignetes Harz sein, das im unpolymerisierten oder nur teilweise poly merisierten Zustand genügend flüssig ist, uni in die porösen Hohlräume der Kohle einzu dringen und das durch die Einwirkung von Hitze und/oder chemischen Reagentien poly merisiert werden kann, zwecks Bildens eines harten Zementes nach der Imprägnierung.
Die nachfolgende Beschreibung des Imprä gniervorganges bezieht sich auf die Verwen dung eines Naturharzes, das aus der Schale der Acajounüsse hergestellt wird. Es können aber auch andere natürliche oder synthetische Harze verwendet werden, wobei aber der Vor gang vielleicht etwas abgeändert werden muss.
Das Acajounussschalenharz wird mit 10<B>%</B> Diäthylsulfat vermischt, das einen Polymeri- sationskatalysator darstellt. Unmittelbar vor seiner Verwendung wird das Harz auf 70 C erhitzt, um seine Viskosität zu reduzieren und das Imprägnieren zu erleichtern.
Letzteres ge schieht in einem Behälter mit einem Ein- und einem Auslassstutzen am Boden für das Harz und mit einem obern Anschluss an eine Va kuumpumpe bzw. an eine Druckluftquelle. Der Block wird aus dem Ofen genommen und kann sich auf etwa 80 C abkühlen, worauf er wie der in den Behälter eingesetzt und dieser ge schlossen wird. Im Behälter wird dann wäh rend einer Stunde ein Vakuum von zum. Bei spiel 3 min Quecksilbersäule aufrechterhalten. Dann wird das flüssige Harz in den Behälter eingeleitet, bis der ganze Block im Harz ein getaucht ist.
Im Behälter wird während zwei Stunden ein Luftdruck von 7 atü aufrecht gehalten, der dann im Verlauf einer halben Stunde allmählich aufgehoben wird. Der Block wird dann aus dem Behälter herausgenom men und über diesem so gelagert, dass die Sätze von Durchlässen gegenüber der Waag rechten geneigt sind, um das Harz aus den Durchlässen zu entleeren, die dann mittels Stäben gereinigt werden, Der näeliste Schritt, der von grosser Wich tigkeit ist, besteht.
im Anziehen der -Muttern auf den genannten Bolzen der Einspannplat ten derart., dass in den Kohleplatten zwischen den Durchlässen eine Druckspannung von zum Beispiel 28 bis 35 kg/em entsteht.
Der Block wird dann auf Undurchlässigkeit Lui- tersuclit, tim sicherzustellen, dass der Block innern Fluiddrüeken standhalten kann, denen der Block im Betrieb unterworfen sein kann, und dass die Fugen zwischen den aneinander stossenden Flächen der Kohleplatten dicht sind.
Beim näelisten Sehritt im Herstellungsver fahren -wird das Harz gehärtet bzw. polymeri siert, und zwar durch Erhitzen in drei Stufen von je 21 Stunden. In der ersten Stufe ist. der Ofen auf 80 C, in der zweiten auf 120 C und in der dritten auf 1T0 C erhitzt. Beim ersten Einführen des imprägnierten und gereinigten Blockes in den Ofen hat das flüssige Harz das Bestreben, sich aus den Kohleporen und den Fugen auszuscheiden.
Daher wird der Block, nachdem er für eine kurze Zeit, zum Beispiel eine Stunde, zw eeks Erhitzens im Ofen war, aus dem Ofen ge nommen und abgekühlt, damit der Block das ausgeschiedene Harz wieder absorbieren kann. Dieses Vorgehen kann einige -Male wiederholt. werden, bis kein t1usseheiden mehr eintritt, -vorauf dann der Heizplan weiterschreitet, wie oben beschrieben.
Bei einem andern Beispiel ist. die Ini- prägnier- und Verbindungsflüssigkeit ein Harz, das aus der Reaktion einer Mischung von Furfural und Furfurylalkoliol mit. Schwe felsäure entsteht.
Dieses Harz -wird -wie folgt hergestellt a-) Gleiche Gewichtsteile Furfural -Lind Fur- fu ryIalkohol werden miteinander gemischt; b) diese lIisehung wird auf 100 C erhitzt und dann von der Wärmequelle weggenom men;
c) An Seliivefelsä.ure wird in einer Menge von 0,1 bis 0,2 Gewichtsprozent (v orzuo;s- weise 0,16 /a) der -Mischung beigefügt; d) die Mischung wird nährend 20 -Minuten auf 100 C gehalten, zwecks Durehführens der Reaktion;
c) die Wärmequelle wird entfernt. und ge nügend -1t.zsoda. in In-Lösung beigegeben, um die zu--gegebene 4hwefelsäurezti neu tralisieren, worauf die -Mischung sich ab kühlt; f) es wird bei l.00 inni Drtiek bis auf 88 C destilliert, um hon.denswasser zii entfer nen;
g) es wird mit. einer weiteren -Menge von ln-Sehwefelsäure, und zwar mit 0,1 bis 0,2 Gewielitsprozent des Produktes sub f'), gesäneit..
Das so entstandene 1Ia.rz besitzt dann die> für das Imprägnieren gewünselite Viskosität. Der Wärineaustauseher wird während zwei Stunden auf 100 C -elfalten, uni übersehüs- sizes -Wasser im Material m i entfernen.
Der Block wird dann in ein. verschliessbares C,"e- fä.ss eingesetzt und dieses luftleer gemacht, worauf das Harz in das Gefäss fliesst, bis der Block vollständiu überdeckt ist. Der Block im Glefä.ss wird dann während zwei Stunden einem Luftdruck von 7 a.tii. ausgYesetzt.
Der Block wird dann aus dein Gefäss g( nommen, überschüssiges Harz kann abfliessen und der Block für etwa zwei Stunden stehen gelassen, -ober das 0herfläelienhai#z vorn -1a terial absorbiert. wird.
Die -Muttern der Bol zen der Einspannplatten -werden dann so -an gezogen, dass zwischen den Berührungsflächen der hohl.epla,tten eine Druckspannung von 28 bis 3k-/em entstellt, um zu gewähr leisten, dass die Fugen zwischen den Kohle- platten dicht, sind. Darauf -wird der Block für neun Stunden auf 80 C' und anschliessend für weitere drei Stunden auf 150 C erwärmt.
Unabhängig von der Art des verwendeten Harzes ist es @erwü nselit. den Block auf Un durchlässigkeit zu untersuchen. Sollten sieh L?ndielitigkeiten zeigen, so muss neu imprä gniert werden.
Bei einer solchen Untersueliung -werden beispielsweise zwei Verteiler am Block mittels Schraubenbolzen befestigt.. Der Verteileraus lass -wird verschlossen, in den Verteilereinlass wird Druckluft von 7 atü eingeleitet und der Körper in Wasser eingetaucht. Zeigt sieh eine Undichtheit, so wird frisch imprägniert, wobei die Verteiler und der Block auf der Seite der Leekstelle mit Harz gefüllt werden Lund 1)i-nekluft von 7 atii während einer Stunde angeschlossen wird.
Dann werden die Ver teiler vom Block weggenommen, der Block iioi-nial fertiggetrocknet und das Harz ge- liärtet. Der normale Imprägnier- und Här- tungsvorgang kann aber auch wiederholt werden.