DE1296479B - Method of attaching a wall around a package of gas-permeable metallic material for use in regenerators or heat exchangers - Google Patents
Method of attaching a wall around a package of gas-permeable metallic material for use in regenerators or heat exchangersInfo
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Description
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum aufgebrachten Schicht so gewählt sind, daß während Anbringen einer Wand um ein Paket aus gasdurch- der Wärmebehandlung die erwähnten Bestandteile lässigem Material, z. B. ein Gazepaket, das für durch Diffusion in eine schlecht wärmeleitende Regeneratoren oder Wärmeaustauscher bestimmt ist. Legierung umgesetzt werden.The invention relates to a method for applied layer are chosen so that during Attaching a wall around a package of gas by heat treating the mentioned components casual material, e.g. B. a gauze package that diffuses into a poorly thermally conductive Regenerators or heat exchangers is intended. Alloy are implemented.
Bekannte Wärmeaustauscher und Regeneratoren s Als Bestandteile der aufgebrachten Schicht komsind aus einem durch eine Wand umgebenen gas- men in Betracht die Kombinationen Kupfer-Nickel, durchlässigen Paket aufgebaut. Bei Regeneratoren Silber-Phosphor, Kupfer-Nickel-Zink und Kupferhat das Paket die Aufgabe, abwechselnd Wärme Silber-Phosphor. Nach einer Diffusion ergeben diese aus dem durch den Regenerator hin- und herströ- ein schlecht wärmeleitendes Material. Für einige menden Mittel aufzunehmen und diese Wärme wie- io Wärmeaustauscher braucht die Wand in der Durchder an das Mittel abzugeben, bei Wärmeaustauschern Strömungsrichtung nicht schlecht wärmeleitend zu hat das gasdurchlässige Paket die Aufgabe, einen sein. Im allgemeinen fällt in diesem Falle die Wahl besseren Wärmeaustausch zwischen der Wand und des Wandmaterials auf unlegierte Metalle, dem Mittel zu bewirken. Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung ergibtKnown heat exchangers and regenerators are included as components of the applied layer from a gas surrounded by a wall, consider the combinations copper-nickel, permeable package constructed. With regenerators silver-phosphorus, copper-nickel-zinc and copper hat the package the task of alternately heat silver-phosphorus. After diffusion, these result from which a poorly heat-conducting material flows back and forth through the regenerator. For some The wall in the passage needs to absorb the medium and this heat as well as the heat exchanger to deliver to the agent, in the case of heat exchangers, the flow direction is not poorly thermally conductive the gas-permeable package has the task of being one. In general, the choice is made in this case better heat exchange between the wall and the wall material on unalloyed metals, the means to effect. With the method according to the invention results
Ein Nachteil dieser bekannten Bauarten ist, daß 15 sich eine Wand, die gut an die Füllmasse anschließt der Anschluß zwischen der Wand und dem gasdurch- und deren Wärmeleitung in der Durchströmungsrichlässigen Paket häufig viel zu wünschen übrig läßt, so tung klein ist. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Dicke daß ein Teil des Mittels am gasdurchlässigen Paket der Wand beliebig gewählt werden kann, vorbeiströmt. Dies ist insbesondere für Regenerato- Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Ver-A disadvantage of these known designs is that there is a wall which adjoins the filling compound well the connection between the wall and the gas-permeable and its heat conduction in the through-flow Package often leaves a lot to be desired, so tung is small. Another advantage is that the thickness that part of the agent on the gas-permeable package of the wall can be chosen at will, flows past. This is particularly important for regenerative According to a further embodiment of the
ren besonders nachteilig. Auch für Wärmeaus- ao fahrens nach der Erfindung wird das Paket aus gastauscher ist dieser mangelhafte Anschluß nachteilig, durchlässigem Material an der Oberfläche mit weil die Wärmeberührung zwischen dem Paket und Schichten aus mehreren Metallen versehen, wobei der Wand verschlechtert wird, wodurch der Wärme- die Wahl dieser Metalle derartig ist, daß nach der austausch ungünstig beeinflußt wird. Wärmebehandlung eine verhältnismäßig schlechtren particularly disadvantageous. The package is also made of a gas exchanger for heat exhauster according to the invention this poor connection is disadvantageous, with permeable material on the surface because the thermal contact between the package and layers of several metals is provided, whereby the wall is deteriorated, whereby the heat- the choice of these metals is such that after the exchange is adversely affected. Heat treatment a relatively bad
Um den erwähnten mangelhaften Anschluß zwi- as wärmeleitende Wand entstanden ist. Gemäß der sehen der Füllmasse und der Wand zu vermeiden, Erfindung können die aufgebrachten Schichten abist es bekannt, die Füllmasse, nachdem sie in die wechselnd aus Kupfer oder Nickel bestehen. Diese umhüllende Wand aufgenommen ist, an der Wand beiden Metalle haben eine gute Wärmeleitfähigkeit, festzulöten. Bei diesem Verfahren ist es jedoch un- Nach der Wärmebehandlung sind das Kupfer und möglich, die Haftung zu überprüfen, und es stellte 30 das Nickel durch Diffusion in Konstantan umgesetzt, sich in der Praxis heraus, daß die Füllmasse an das eine schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweist. Statt mehreren Stellen nicht mit der Wand verlötet war. Kupfer und Nickel ist es auch möglich, Kombina-To the mentioned inadequate connection between the heat-conducting wall arose. According to the To avoid seeing the filler compound and the wall, invention can abist the applied layers it known the filling compound after it is made of alternating copper or nickel. These enveloping wall is added, on the wall both metals have good thermal conductivity, to solder. In this process, however, it is un- After the heat treatment, these are copper and possible to check the adhesion, and it turned 30 the nickel converted into constantan by diffusion, it turns out in practice that the filling compound has poor thermal conductivity. Instead of was not soldered to the wall in several places. Copper and nickel it is also possible to combine
Die Erfindung bezweckt, ein Verfahren zu schaf- tionen anderer Metalle oder Metallegierungen zu verfen, mittels dessen eine gut anschließende Wand um wenden. Auch die Kombinationen Silber-Phosphor, ein gasdurchlässiges Paket angebracht werden kann. 35 Kupfer-Nickel-Zink, Kupfer-Silber-Phosphor usw.,The invention aims to provide a method for creating other metals or metal alloys, by means of which a well-connected wall can be turned over. Also the combinations of silver-phosphorus, a gas-permeable package can be attached. 35 copper-nickel-zinc, copper-silver-phosphorus, etc.,
Das Verfahren nach der Erfindung wird dadurch erfüllen die gestellten Anforderungen, gekennzeichnet, daß das Paket an der Oberfläche in Eine weitere günstige Ausführungsform des Verbekannter Weise mit einer anwachsenden, aus meh- fahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichreren Bestandteilen bestehenden Schicht versehen net, daß die Oberfläche des Pakets aus gasdurchwird, wobei mindestens eines dieser Bestandteile ein 40 lässigem Material mit einer Paste aus mehreren Metall ist und die anderen Bestandteile durch andere Metallpulvern und einem Bindemittel bestrichen Elemente gebildet sind, und die Schicht nach der wird, wobei die Metallpulver so gewählt sind, daß Aufbringung sodann einer solchen Wärmebehand- nach der Wärmebehandlung ein verhältnismäßig lung unterworfen wird, daß eine homogene Wand schlecht wärmeleitendes Metall gebildet ist, wonach gebildet wird, wobei die Bestandteile der Schicht so 45 die erhaltene Wand mechanisch dichtgedrückt wird, gewählt sind, daß während der Wärmebehandlung Eine günstige Ausführungsform des VerfahrensThe method according to the invention will thereby meet the requirements, characterized in that the package on the surface in A further favorable embodiment of the known person Way with an increasing, from several driving according to the invention is characterized by this Constituent layers provided that the surface of the package is made of gas, at least one of these components being a non-stick material with a paste of several Metal is and the other components coated by other metal powders and a binder Elements are formed, and the layer after is, wherein the metal powders are chosen so that Then applying such a heat treatment after the heat treatment is a proportionate treatment is subjected to a homogeneous wall of poorly thermally conductive metal is formed, after which is formed, the components of the layer so 45 the wall obtained is mechanically pressed tight, are chosen that during the heat treatment. A favorable embodiment of the process
die erwähnten Bestandteile durch Diffusion in eine nach der Erfindung ist weiter dadurch gekennzeichschlecht wärmeleitende Metallegierung umgesetzt net, daß die Oberfläche des Pakets mit einer Paste werden. aus einem oder mehreren Metallpulvern und einemthe mentioned constituents by diffusion into one according to the invention is further badly characterized thermally conductive metal alloy implemented net that the surface of the package with a paste will. of one or more metal powders and one
Das gasdurchlässige Paket besteht meistens aus 50 Bindemittel bestrichen wird, wobei die Zusammeneiner Vielzahl aufeinandergestapelter Gazen, die setzung der Metallpulver derartig ist, daß nach der kräftig zusammengepreßt sind. Die auf der Ober- Wärmebehandlung ein verhältnismäßig schlecht wärfläche dieses Gazepakets angebrachte Wand wächst meleitendes Metall mit einer Schmelzstrecke erhalten dabei gleichsam am Material des Pakets an, so daß wird, während die Temperatur bei der Wärmedie ganze Oberfläche gut mit der Wand verbunden 55 behandlung nur wenig oberhalb des Anfangs der ist. Das Überraschende dabei ist, daß während der Schmelzstrecke liegt.The gas-permeable package usually consists of 50 binders that are coated together Large number of stacked gauzes, the settlement of the metal powder is such that after the are pressed together firmly. The heat treatment on the top a relatively poor heat surface Wall attached to this gauze package grows conductive metal with a melting range at the same time on the material of the package, so that while the temperature is at the heat whole surface well connected to the wall 55 treatment only slightly above the beginning of the is. The surprising thing is that lies during the melting section.
Anbringung der Wand das aufgebrachte Material Wenn das Pulver aus mehreren Metallen besteht,Attaching the wall the material applied If the powder consists of several metals,
nahezu nicht in das Gazepaket eindringt, sondern an tritt während der Wärmebehandlung Diffusion auf, der Oberfläche dieses Pakets haftet. während gleichzeitig die Pulverkörner äußerlich er-hardly penetrates into the gauze package, rather diffusion occurs during the heat treatment, adheres to the surface of this package. while at the same time the powder grains appear externally
Die Aufbringung der Wand kann z. B. elektroly- 60 weichen, wodurch sie sich zu einer homogenen dichtisch erfolgen, es ist aber auch möglich, die Wand ten Wand verschmelzen. Es ist auch möglich, ein durch Spritzen herzustellen. Pulver aus Körnern des erwünschten Metalls auf dieThe application of the wall can, for. B. electrolyte 60 soft, making it a homogeneous seal take place, but it is also possible to merge the wall th wall. It is also possible to have a manufacture by injection. Powder of grains of the desired metal on the
Insbesondere für Regeneratoren ist es wichtig, daß Oberfläche zu streichen. Während der Wärmedie Wand eine niedrige Wärmeleitfähigkeit in der behandlung tritt dann selbstverständlich nahezu keine Durchströmungsrichtung des Mittels hat. 65 Diffusion mehr auf, während die Körner sich zuIt is particularly important for regenerators to paint the surface. During the heat Wall a low thermal conductivity in the treatment then of course hardly occurs Has the direction of flow of the agent. 65 Diffusion more on, while the grains expand
Um dies zu erzielen, ist eine weitere günstige Aus- einer dichten homogenen Wand verschmelzen. Das führungsform des Verfahrens nach der Erfindung Überraschende dabei ist, daß es sich herausgestellt dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile der hat, daß das Metallpulver während der Wärme-In order to achieve this, another advantageous aspect is to merge a dense homogeneous wall. That Implementation of the method according to the invention Surprising here is that it turned out characterized in that the components of the has that the metal powder during the heat
behandlung weder abfließt noch durch Kapillarität in das Paket aufgesaugt wird.treatment neither drains nor is absorbed into the package by capillarity.
Unter dem Ausdruck »Metall« soll im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung nicht nur ein aus einem metallischen Element bestehendes Metall, sondem auch Metallegierungen verstanden werden, die im wesentlichen aus mehreren metallischen Elementen bestehen, die gegebenenfalls mit einem oder mehreren nichtmetallischen Elementen versetzt sind.In the context of the present invention, the expression “metal” is not intended to mean just a from a metallic element existing metal, special also metal alloys are understood that consist essentially of several metallic elements, optionally with one or several non-metallic elements are offset.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Pakets mit einer Paste aus einem oder mehreren Metallpulvern und einem Bindemittel bestrichen wird, wonach das Paket mit einem oder mehreren Metalldrähten umwickelt wird, so daß sich mindestens eine geschlossene Wicklungslage ergibt, wonach diese Lage mit einer Paste aus einem oder mehreren Metallpulvern bestrichen wird und das Ganze einer Wärmebehandlung unterworfen wird, bei der die Tempe- ao ratur so hoch gewählt wird, daß sie etwas oberhalb der Schmelzstrecke des Wandmaterials liegt.Another advantageous embodiment of the method according to the invention is characterized in that that the surface of the package with a paste of one or more metal powders and a binding agent is coated, after which the package is wrapped with one or more metal wires so that there is at least one closed winding layer, after which this layer is coated with a paste of one or more metal powders and the whole of a heat treatment is subjected, at which the tempe- ao temperature is chosen so high that it is slightly above the melting section of the wall material lies.
Auf diese Weise ergibt sich eine Wand, die neben einer schlechten Wärmeleitfähigkeit in der Durchströmungsrichtung eine ausreichende Beständigkeit gegen hohe Drücke haben kann, ohne daß die Schichten aus schlecht wärmeleitendem Material übermäßig dick zu sein brauchen. Dies ist insbesondere für Wärmeaustauscher von Belang, weil bei diesen eine Wand gewünscht wird, die quer zur Strömungsrichtung einen geringen Wärmewiderstand aufweist, das heißt, eine gut wärmeleitende Wand oder eine dünne Wand aus schlecht wärmeleitendem Material hat.This results in a wall which, in addition to poor thermal conductivity in the direction of flow can have sufficient resistance to high pressures without the layers of poorly thermally conductive material need to be excessively fat. This is particularly important for heat exchangers because A wall is desired for these, which has a low thermal resistance transversely to the direction of flow has, that is, a wall with good thermal conductivity or a thin wall made of poor thermal conductivity Material has.
An Hand der Zeichnung, in der schematisch einige Wärmeaustauscher dargestellt sind, wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.With reference to the drawing, in which some heat exchangers are shown schematically, the invention explained in more detail below.
In den F i g. 1 bis 3 sind einige Wärmeaustauscher im Schnitt schematisch dargestellt.In the F i g. 1 to 3 some heat exchangers are shown schematically in section.
In Fig. 1 ist eine aus zusammengepreßten Gazen bestehende Füllmasse mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet. Auf den Außenumfang dieser Füllmasse sind Schichten 2 und 3 elektrolytisch niedergeschlagen. Diese Schichten bestehen abwechselnd aus Kupfer und Nickel. Nach einer Wärmebehandlung, bei der Diffusion auftritt, sind die Schichten 2 und 3 nicht mehr zu unterscheiden. Die ganze Wand hat dann eine homogene Zusammensetzung, wobei infolge der Diffusion die Wand kontinuierlich in die Gaze übergeht. Das Kupfer und das Nickel haben zusammen Konstantan gebildet. Dieses Konstantan hat eine schlechte Wärmeleitfähigkeit. Die Füllmasse 1 ist jetzt von einer Wand umgeben, die in besonders guter Berührung mit der Füllmasse steht.In FIG. 1, a filling compound consisting of compressed gauzes is denoted by the reference number 1. Layers 2 and 3 are deposited electrolytically on the outer circumference of this filling compound. These layers consist alternately of copper and nickel. After a heat treatment in which Diffusion occurs, layers 2 and 3 can no longer be distinguished. The whole wall then has a homogeneous composition, the wall continuously merging into the gauze as a result of the diffusion. The copper and nickel together formed constantan. This Constantan has one poor thermal conductivity. The filling compound 1 is now surrounded by a wall, which in particular good contact with the filling compound.
In F i g. 2 ist auf den Umfang der Füllmasse 1 eine Schicht 4 gestrichen. Diese Schicht besteht aus einer Paste aus Metallpulvern und einem Bindemittel. Als Metallpulverkombinationen kommen in Betracht Kupfer-Nickel, Kupfer-Silber-Phosphor usw. Wenn jetzt eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, bei der die Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes oder der Schmelzstrecke der Metallpulver liegt, diffundieren die Pulver ineinander ein, so daß sich eine poröse Wand ergibt. Durch eine mechanische Behandlung wird diese Wand dichtgedrückt. Auch ist es möglich, die Pulverzusammensetzung so zu wählen, daß sich eine Legierung mit einer Schmelzstrecke ergibt. Dies kann dadurch erfolgen, daß Pulver verschiedener Elemente in richtiger Zusammensetzung gemischt werden, oder dadurch, daß eine bereits bestehende Legierung pulverisiert wird. Wenn die Schicht jetzt auf eine Temperatur gerade oberhalb der Schmelzstrecke der endgültigen Legierung erhitzt wird, zerfließt die Paste zu einer dichten, schlecht wärmeleitenden homogenen Wand.In Fig. 2, a layer 4 is painted on the circumference of the filling compound 1. This layer consists of one Paste made from metal powders and a binder. Metal powder combinations come into consideration Copper-nickel, copper-silver-phosphorus, etc. If a heat treatment is carried out now, at which the temperature is below the melting point or the melting point of the metal powder diffuse the powders into one another, so that a porous wall results. By mechanical treatment this wall is pressed tight. It is also possible to choose the powder composition so that that an alloy with a melting section results. This can be done by using powder different elements are mixed in the correct composition, or by the fact that one existing alloy is pulverized. If the layer is now at a temperature just above the melting section of the final alloy is heated, the paste melts into a dense, poorly thermally conductive homogeneous wall.
F i g. 3 zeigt, wie auf die Oberfläche der Füllmasse 1 zunächst eine Schicht 5 aus einer Paste aus Metallpulvern aufgestrichen wird, wonach ein Draht 6 z. B. aus V2A-Stahl so herumgewickelt wird, daß sich eine geschlossene Wicklungslage ergibt. Auf die Wicklungslage wird wieder eine Pastenschicht 7 aufgebracht. Dann wird das Ganze erhitzt, so daß die Pastenschichten 5 und 7 zerfließen und zu dichten homogenen Wänden mit schlechten Wärmeleiteigenschaften diffundieren. Auf diese Weise ergibt sich eine mechanisch feste Wand, die in der Durchströmungsrichtung des Mittels schlecht wärmeleitend und je nach der Wahl des Drahtmaterials in der Querrichtung gut wärmeleitend ist.F i g. 3 shows how a layer 5 of a paste of metal powders is first brushed onto the surface of the filling compound 1, after which a wire 6, e.g. B. is wound around from V 2 A steel so that a closed winding layer results. A paste layer 7 is again applied to the winding layer. The whole is then heated so that the paste layers 5 and 7 dissolve and diffuse into dense, homogeneous walls with poor thermal conductivity properties. This results in a mechanically solid wall which is poorly thermally conductive in the direction of flow of the agent and, depending on the choice of wire material, is a good thermoconductor in the transverse direction.
Es hat sich herausgestellt, daß durch eine richtige Wahl der Metallpulver die Temperatur der Wärmebehandlung so niedrig sein kann, daß kein Sintern des Gazepakets auftritt.It has been found that by a correct choice of metal powder the temperature of the heat treatment can be so low that no sintering of the gauze packet occurs.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht es somit, auf verhältnismäßig einfache Weise gut an die Füllmasse anschließende Regenerator- und Wärmeaustauscherwände herzustellen.The method according to the invention thus makes it possible to work well in a relatively simple manner the filling compound to produce subsequent regenerator and heat exchanger walls.
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Legal Events
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---|---|---|---|
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |