DE2119771C3 - Verfahren zur Herstellung eines glaskeramischen Körpers mit einer Vielzahl von Längskanälen - Google Patents

Description

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Bestandteile des regenerativen Wärmeaustauschers mit einer für den Eingriff eines Antriebs geeigneten Formgebung versehen wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Körpers mit einer Vielzahl von zumindest gruppenweise zueinander parallelen Längskanälen, insbesondere eines regenerativen Wärmeaustauschers, bei dem eine Vielzahl von Glasröhrchen an ihren Enden abgedichtet, gruppenweise angeordnet, erhitzt, durch ein eingeschlossenes Gas aufgeweitet und gleichzeitig miteinander verschmolzen werden.

Aus der US-PS 3269 817 ist ein derartiges Verfahren zur Herstellung eines Heliumseparators zum Abtrennen von Helium aus einem Gasgemisch bekannt, bei dem mehrere aus Quarz oder einem thermisch nicht entglasbarcn Glas mit hohem Silikatgehalt hergestellte Rohre durch Erwärmen unter Aufweitung durch das in ihnen eingeschlossene Gas längs o.ines Endabschnittes einstückig miteinander verschmolzen werden, um eine Gasströmung längs der Außenfläche der Glasröhrchen im fertigen Separator zu verhindem. Die verwendeten Quarze oder Glase sind einer thermischen Stoßbelastung nicht gewachsen und weisen keine hohe Temperaturwechselbeständigkeit auf.

Weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung eines glaskeramischen regenerativen Wärmeaustauschers bekannt (US-PS 32 79 931), bei dem zunächst aus einem thermisch entglasbaren Glas ein Glasband ausgeformt wird, das mit sich quer zur Erstreckungsrichtung des Glasbandes erstreckenden Pippen versehen ist. Das thermisch entglasbare Glas weist die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent auf:

43 bis 52 SiO₂,
35 bis 43 Al₂O₃,
8 bis 11 LiO₂,
2 bis 6TiO₂,

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wobei die Gesamtmenge aus SiO₂, Al₂O₃, LiO₂ und TiO., wenigstens 9O°/o ausmachen soll. Diese "Glaszusammensetzung ist kritisch, da sonst ein zu hoher linearer Wärmeausdehnungskoeffizient erreicht wird. Zum Aufbau der Gasführungskanäle wird das Band im noch warmen Zustand derart aufgewickelt, daß nach innen gerichtete Kippen einer außen liegenden neuen Wicklung auf der nicht mit Stegen versehenen Seite der vorherigen Wicklung aufsetzen und an dieser anhaften. Der gewickelte Körper wird danach thermisch entglast. Da die Rippen des Glasbandes während des Aufwickeins und der Handhabung des fertigen Wickels die einzelnen Bahnen aufeinander abstützen müssen, weisen sie einen sehr großen Querschnitt auf. Auch muß die Banddicke hinreichend groß gewählt werden, da das Abstützen der aufeinanderfolgenden Wicklungen nicht jeweils im Bereich der Rippen erfolgen kann. Auch muß die freie Kantenfläche der einzelnen Rippen hinreichend groß gewählt werden, damit beim Wickeln eine hinreichende Anhaftfläche gegeben ist. Für einen in den Triebwerksabgasen umlaufenden und Wärme von den Abgasen auf eingesaugte Luft überführenden regenerativen Wärmeaustauscher ist aber eine der Grundvoraussetzungen, daß er eine große Flächendichte aufweist, die als das Verhältnis der Summe der Kanalinnenflächen zum Gesamtvolumen des glaskeramischen Körpers definiert werden soll. Zur Erreichung einer hohen Flächendichte läßt sich die Rippenhöhe nicht beliebig vergrößern, da sonst beim Aufwickeln im warmen Zustand eine Verformung derselben möglich wird. Die Glaszusammensetzung muß insbesondere deshalb einen sehr kleinen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich von + 3 · ΙΟ"⁷/⁰ C haben, um die Verbindungen zwischen den freien Kanten der Rippen und den zugewandten Bandseiten bei Erwärmung nicht zu zerstören. Aus diesem Grunde dürfte der bekannte glaskeramische Körper auch keine allzu hohe Temperaturwechselbeständigkeit aufweisen, die den beim Anfahren des Triebwerks auftretenden plötzlichen Temperaturanstieg sicher aushalten kann.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der vorstehend genannten Art anzugeben, nach dem ein glaskeramischer Körper herstellbar ist, der über lange Zeiten mit hohen Temperaturen belastbar ist, einen kleinen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist und eine niedrige Wärmeleitfähigkeit besitzt, dabei aber zugleich eine große Flächendichte aufweist und auf einfache Weise herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des vorstehend genannten Hauptanspruchs gelöst.

Die im Kennzeichen aufgeführten Eigenschaften beruhen zum einen auf der Glaszusammensetzung, zum anderen auf der geometrischen Form, die ihrerseits wiederum nur mit den speziellen Gläsern erzielbar ist, und auf der Führung des Verfahrens.

Die erfindungsgemäße Glaszusammensetzung ermöglicht es, daß bei der Erwärmung auf eine Temperatur im Bereich zwischen 28 und 140° C über der oberen Kühltempcratur des Glases noch eine Verformung der Glasröhrchen möglich wird, ohne daß das Glas bereits in größerem Maße thermisch entglast wird. Bei dem Verfahren zur Herstellung eines regenerativen Wärmeaustauschers gemäß der US-PS 32 79 931 wird eine so weitgehende Verformung des verwendeten Glasbandes vermieden, sondern dieses nur in geringem Maße beim Aufwickeln gebogen.

Vorzugsweise werden gewöhnlich nicht mehr als 2,5 Gewichtsprozent TiO., eingesetzt, damit die Entglasung nicht zu rasch verläuft und die gewünschte Aufweitung sicher erreicht wird. In geringen Mengen können auch andere Zusätze beigemischt werden, wie sie üblicherweise bei der Glasherstellung verwendet werden: bis zu 5 Gewichtsprozent ZnO, bis zu 4 Gewichtsprozent CaO, bis zu 8 Gewichtsprozent

MgO und bis zu 5 Gewichtsprozent BaO, solange die Verhältnis des Innendurchmessers zur Wandstärke Gesamtmenge aus SiO₂, Al₂O₃, LiO₂ und Keimbild- von mindestens 7,2 verwendet und diese parallel zuner wenigstens etwa 85 Gewichtsprozent des Gesamt- einander angeordnet, so daß die freie Querschnittsglases ausmacht und das Glasgemisch zu einer Glas- fläche der Kanäle auf einer Seite des glaskeramikeramik entglasbar ist, die den angegebenen nied- 5 sehen Körpers mindestens 65 %> der Gesamtquerrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten von -12 bis schnittsfläche ausmacht. Durch die größere freie + 12 · 10~⁷/° C aufweist. Vorzugsweise soll die obige Querschnittsfläche wird z. B. beim Durchströmen des Gesamtmenge 90 Gewichtsprozent des Gesamtglases glaskeramischen Körpers durch ein Gas der Druckbetragen. Gläser dieser Zusammensetzung sind bei- verlust verringert und die obenerwähnte Flächenspielsweise in der US-PS 33 80 818, den britischen io dichte erhöht, so daß die Wärmeübergangszahl von Patentschriften 11 24 001 und 11 24 002 sowie in der den heißen Gasen zu den kalten Gasen hin verbesniederländischen Patentanmeldung 68 05 259 be- sert wird. In diesem Falle beträgt das Verhältnis der schrieben. Summe der Kanalinnenflächen zum Gesamtvolumen

Aus der US-PS 33 80 818 läßt sich aus Spalte 9, des glaskeramischen Körpers mindestens 88 m²/m^s.
Zeile 54 auch ablesen, wie sich der Bereich maxima- »5 Besonders hohe Flächendichten werden erzielt, ler Keimbildung für solche Gläser bestimmen läßt. wenn der Innendurchmesser der Rohre vorzugsweise Die auf die Temperatur im Bereich zwischen 28 und nicht größer als 1,25 mm eingestellt wird. In diesem 14O⁰C über der oberen Kühltemperatur des Glases Falle wird bei einer freien Querschnittsfläche von erhitzten Glasröhrchen werden vorzugsweise auf die- mindestens 60% das die Flächendichte definierende ser Temperatur für eine Stunde oder länger erhitzt, ao Verhältnis der Summe dei Kanalinnenflächen zum Diese Erhitzungstemperatur läßt sich auf 10 bis Gesamtvolumen des glaskeramischen Körpers min-20 Stunden verlängern und selbst noch längere Zeit- destens 1600 m²/m^:| und bei einer freien Querräume sind unschädlich. schnittsfläche von mindestens 65 %> mindestens

Die auf dieser Glaszusammensetzung basierende 1760 m²/m³.

Glaskeramik hält über lange Zeiträume eine Tempc- as In Abhängigkeit von der Art des angestrebten ratur von 790° C aus. Darüber hinaus besitzt sie eine glaskeramischen Körpers werden die Dimensionen hohe Temperaturwechselbeständigkeit, so daß ein der Glasröhrchen so eingestellt und das Verfahren so Temperaturanstieg von Umgebungstemperatur auf geführt, daß die Kanäle einen im wesentlichen kreiseine Temperatur im Bereich von 760 bis 810° C ohne förmigen Querschnitt aufweisen,
weiteres ausgehalten werden kann. Der niedrige 30 Besonders zweckmäßig aber ist es, die Dimensio-Wärmeausdehnungskoeffizient von -12 bis +12 nen der Glasröhrchen so einzustellen und das Verfah-• 10"⁷/° C (0 bis 300° C) verhindert eine Verformung ren so zu führen, daß die Kanäle einen hexagonalen bei Erwärmung. Die geringe Wärmeleitfähigkeit ver- Querschnitt aufweisen. In diesem Falle treten zwihindert eine Wärmeleitung längs der Kanäle im glas- sehen den einzelnen Glasröhrchen keine Zwischenkeramischen Körper, so daß bei Durchströmung des 35 räume mehr auf. Das Aufweiten kann aber in manglaskeramischen Körpers durch ein heißes Gas ein chen Fällen auch bereits vor Erhalt der vollen Hexaguter Wärmeaustausch gegeben ist. gonalform angehalten werden, da sich herausgestellt

Kurzzeitig kann der glaskeramische Körper sogar hat, daß selbst durch ein geringfügiges Aufweiten der Temperaturen im Bereich von 980 bis 1060° C aus- Glasröhrchen ein Anlagedruck zwischen den einzelhalten. 40 nen Glasröhrchen erzielt wird, der für ein Verschmel-

Die Größenordnung des beanspruchten Wertes für zen der einzelnen Glasröhrchen miteinander ausreicht, das Verhältnis der Summe der Kanalinnenflächen derart, daß die Schmelzverbindungen zu einem einzum Gesamtvolumen des glaskeramischen Körpers heitlichen einstückigen Bauteil hoher Festigkeit fühwird erreicht, wenn der maximale Innendurchmesser ren. Aber gerade die Aufweitung bis zur hexagonalen 2,5 mm und die Gesamtwandstärke an den gemein- 45 Konfiguration erhöht die Widerstandsfähigkeit und samen Wandabschnitten zweier miteinander ver- vergrößert die Wärmeaustauschflächen. Die Seitenschmolzener Glasröhrchen etwa 0,05 bis 0,75 mm wandabschnitte eines Kanals mit hexagonalem Querbetragen sollen und daß die freie Querschnittsfläche schnitt treffen sich unter einem stumpfen Winkel, so mindestens 60% der Gesamtquerschnittsfläche be- daß der Druckverlust in den durch die hexagonalen tragen soll. Damit beträgt die Summe der Stirnflächen 5° Kanäle strömenden Gase sehr gering gehalten wird, der die Kanäle im glaskeramischen Körper begren- Es soll hier aber nochmals unterstrichen werden, daß zenden Wände höchstens 40% der Gesamtquer- für den Aufbau des Anpreßdruckes eine Aufweitung schnittsfläche. in hexagonaler Form, d. h. eine Aufweitung mit stär-

Vorzugsweise wird der Innendurchmesser der Glas- kerer Formänderung, nicht unbedingt erforderlich ist, röhrchen auf maximal 2,5 mm und die Wandstärke 55 da die für ein einwandfreies Verschmelzen erforderauf 0,025 bis etwa 0,38 mm eingestellt. Es ist zu be- liehen Druckkräfte auch ohne Formänderung der rücksichtigen, daß beim Verschmelzen der Glasrohr- Glasröhrchen aufgebaut werden können,
chen die Gesamtwandstärke der gemeinsamen Es ist klar, daß sich der bisher verwendete Aus-Wandabschnitte etwa die doppelte Wandstärke oder druck »Innendurchmesser« ganz allgemein auf die etwas weniger als die doppelte Wandstärke ergibt, 60 kürzeste durch den Mittelpunkt des Glasröhrchens falls während der Verschmelzung eine meßbare Auf- bzw. des Kanals gelegte Strecke zwischen der einen weitung der Rohre erfolgt. Damit liegt die Gesamt- und der gegenüberliegenden Wand bezieht. Diese Wandstärke im Bereich von 0,05 bis ungefähr Strecke ist natürlich für sämtliche Durchmesser eines 0,75 mm. Das Verhältnis der Wandstärke des einzel- kreisförmigen Querschnittes gleich groß; bei einem nen Glasröhrchens zum Innendurchmesser beträgt 65 Kanal mit hexagonalem Querschnitt wird unter dem unter Berücksichtigung des Kennzeichens des An- Ausdruck »Innendurchmesser« die Länge eines durch spruchs 1 mithin mindestens 6. den Mittelpunkt des Sechsecks laufenden geraden

Vorzugsweise werden Glasröhrchen mit einem Abschnitts verstanden, der sich senkrecht von der

7 8

einen Seitenwand des Sechsecks zur gegenüberliegen- diesem mittleren Temperaturbereich liegen zwischen den Seitenwand des Sechsecks hin erstreckt. 1 und 8 Stunden, und anschließend werden die; Glas-

Es kann auch ein Verfahren von besonderer Be- röhrchen auf die endgültige Entglasungstemperatur deutung sein, bei dem Glasröhrchen mit einem Ver- angehoben, die — wie bereits vorstehend erwähnt — hältnis von Innendurchmesser zur Wandstärke von 5 üblicherweise im Bereich zwischen etwa 980 und mindestens 6 verwendet und abwechselnd lageweise 1260⁰C liegt. Die Heizdauer im Temperaturbereich parallel zueinander angeordnet werden, so daß die zwischen 980 und 1260⁰C beträgt zwischen Vs und freie Querschnittsfläehe der Kanäle auf einer Seite 5 oder 6 Stunden, wobei längere Zeitabschnitte in des glaskeramischen Körpers mindestens 32°/o der keiner Weise abträglich sind. Nach Beendigung def Gesamlquerschnittsflache ausmacht. Die entstehenden io Entglasung kann der glaskeramische Körper mit Kanäle weisen einen im wesentlichen parallelogramm- Ofen-Abkühlgeschwindigkeit oder in einem Luftartigen, vorzugsweise quadratischen oder rcchlecki- strom gekühlt werden, da der glaskeramische Körpei gen Querschnitt auf. Falls runde Ausgangsrohre mit einen so niedrigen linearen Wärmeausdehnungskoefeinem Verhältnis von Innendurchmesser zu Wand- fizienten besitzt, daß ihm ein plötzlicher Temperaturstärke von 7,2 verwendet werden, beträgt die freie 15 wechsel nicht schadet.

Querschnittsfläehe auf einer Seite des glaskeramischen Selbstverständlich können keine detaillierten, für

Körpers mindestens 36 °/o der Gesamtquerschnitts- sämtliche erfindungsgemäß möglichen thermisch entfliehe, glasbaren Glaszusammensetzungen geeignete Wärme-Im folgenden soll nun auf Besonderheiten der behandlungsprogramme angegeben werden. Bckann-Wärmebehandlung eingegangen werden: Es ist zweck- »ο terweise verfügt eine Glaskeramik nicht über eine mäßig, wenn alle Glasröhrchen anschließend an die ausreichende Festigkeit, wenn in ihr keine ausrei-Erhitzung auf eine Temperatur im Bereich von 28 chende Keimbildung aufgetreten ist, bevor ein merkbis HO⁰C über die obere Kühltemperatur auf eine liches Anwachsen der Kristall·; ermöglicht wird. Mit-Temperatur erhitzt werden, die über der vorherigen tels fachüblicher Routineuntersuchungen kann fest-Temperatur und mindestens 110⁰C über der oberen 25 gestellt werden, wie lange die Glasröhrchen in dem Kühltcmperatur liegt. Diese Temperatur kann sogar Aufweitungs-Verschmelzungs-Keimbildungs-Tempedie endgültige Entglasungstemperatur (üblicherweise raturbereich zwischen 28 und 140° C oberhalb der zwischen 980 und 1260° C) erreichen. Die endgültige oberen Kühltemperatur gehalten werden müssen, um Entglasung kann in einem dieser Temperaturbereiche eine ausreichende Anzahl von Kristallisationskeimen durchgeführt werden, die oberhalb der Aufweitungs- 30 im Glas zu erhalten. Falls andererseits eine merkliche Verschmclzungs-Keimbildungstemperatur (28 bis Aufweitung über diejenige hinaus erreicht werden 140° C über der oberen Kühltemperatur) liegen und soll, die bereits für einen guten Anpreßdruck beim deren untere Grenze 110⁰C über der oberen Kühl- Schmelzen sorgt, d.h., falls eine merkliche Formtemperatur und deren obere Grenze bei rund 1260° C änderung der Glasröhrchen erhalten werden soll, um (obere Liquidustemperatur) liegen. Falls die Entgla- 35 die Zwischenräume zwischen den Röhrchen auszusung bei Temperaturen zu Ende geführt wird, die füllen, muß beachtet werden, daß die Temperatur nicht mehr als 220 bis 280° C über der oberen Kühl- nicht zu langsam angehoben wird, wenn sie von dem temperatur liegen, weist der glaskeramische Körper Keimbildungstemperaturbereich auf den Zwischenbezwar nicht eine so hohe Temperaturfestigkeit auf, wie reich erhöht wird, da es sonst möglich ist, daß bedies für den Einsatz als regenerativer Wärmeaustau- 40 reits ein Kristallgitter aufgebaut wird und somit ein scher erwünscht ist, besitzt jedoch einen niedrigen weiteres Aufweiten verhindert wird. Es hat sich her-Ausdehnungskoeffizienten und kann für weitere wei- ausgestellt, daß einige Glaszusammensetzungen mit ter unten angesprochene Anwendungszwecke einge- einer Geschwindigkeit von nur 28° C/h auf den mittsetzt werden. In jedem Fall wird während dieses leren Temperaturbereich erhitzt werden können und zweiten Erwärmungsschrittes eine weitere Aufweitung 45 dennoch eine ausreichende Aufweitung der Glasröhr- und der Beginn der Entglasung erreicht, woran sich chen erreicht wird, die zur Ausbildung von Kanälen eine vollständige Entglasung bei fortgesetzter Erhit- mit hexagonalen Querschnitten führt. Andererseits zung anschließt, die so weit durchgeführt wird, daß wurde gefunden, daß sich einige Glaszusamnensetder Körper den erwünschten linearen Wärmeausdeh- zungen nicht vollständig aufweiten, falls nicht die nungskoeffizienten im Bereich von 50 Heizgeschwindigkeit von der Aufweitungs-Verschmel-

zungs-Keimbildungs-Temperatur auf den mittleren

— 12 bis + 12 · IO-⁷/⁰ C Temperaturbereich mindestens 110° C/h beträgt. Bebesitzt, vorzugt werden dabei mindestens 165° C/h.

Die Temperatur kann zwar unmittelbar auf die Es ist einerseits möglich, nach der vollständigen

endgültige Entglasungstemperatur mit einer Erhit- 55 thermischen Entglasung den Gegenstand abzukühlen Zungsgeschwindigkeit von 28° C/h angehoben werden, und die abgedichteten Enden der Kanäle abzutrenjedoch wird zur Erreichung einer langsamen Entgla- nen bzw. abzuschleifen, so daß die Kanäle auf Atmosung unter gleichzeitiger weiterer Aufweitung und sphärendruck gebracht werden. Andererseits ist es Verschmelzung eine andere Temperaturführung vor- aber möglich, vor der vollständigen thermischen Entzugsweise verwendet, indem die Glasröhrchen mit 60 glasung die miteinander verschmolzenen Glasröhreiner Geschwindigkeit von mindestens 28° C/h auf chen abzukühlen und danach die abgedichteten eine Temperatur erhitzt und dort für einen vorgege- Enden der miteinander verschmolzenen Glasröhrbenen Zeitraum gehalten werden, die 110 bis 280° C chen zu öffnen und anschließend die Entglasung vorüber der oberen Kühltemperatur des Glases liegt, zunehmen. Dies geschieht in den Fallen, in denen d. h., es wird zwischen den ersten Aufweitungs-Ver- 65 der Wärmebehandlungs-Zwischenschritt eingeschoschmelzungs-Keimbildungs-Temperaturbereich und ben wird, was üblicherweise der Fall ist. Die Abkühder endgültigen Entglasungstemperatur ein mittlerer lung kann geringfügig oder sogar bis herunter auf Erwärmungsschritt eingeschoben. Die Haltczeiten in Umgebungstemperatur geführt werden. Nach dem

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zweiten Wärmebehandlungsschritt können sich die Körpers als regenerativer Wärmeaustauscher die Ka-

Kristalle im /J-eukryptitischen. oderjS-eukryptitähnli- näle des glaskeramischen Körpers an beiden Enden

chen Zustand befinden (s auch die US-PS 33 80 818), geöffnet werden müssen, kann der glaskeramisclw

und die Kristallbildung kann bereits im hohen Maße Körper auch verwendet werden, wenn die Kanäle an erfolgt sein, so daß die Glasrohrchen bereits einen 5 ihren beiden Enden verschlossen bleiben. Der so er-

niedngeren Warmeausdehnungskoeff^.enten aufwei- haltene glaskeramische Körper weist einen für ein

sen. Durch die endgu tige Wärmebehandlung wird keramisches Produkt ausgezeichneten Auftrieb auf

TSr f T^OnU"^^ine,^UmWandu^{1Ungder Und läßt sich als} "^icht brennbares und Semisch

/»-spodumenische oder nicht angreifbares Auftriebsmaterial beispielsweise für

^eÄr^dll^S ^⁶"- ^l° ^Rettung^sfl°ße od d Adfäll

Ii .?. greifbares Auftriebsmaterial beispielsweise für

faTlstTriSfe n^aK^eÄ,rK^dll^S ^₁ ⁶"- ^l° ^Rettung^sfl°ße oder andere Anwendungsfälle verwen-

falls in der genannten US-PS 33 80 818 beschrieben den, in denen ein Auftrieb erwünscht ist.

im fr,]a„nHA„ *_Λιι „. u tu j Werden die Kanäle nur an einem Ende geöffnet, so

Im folgenden soll nun noch auf besondere Aus- erhält man ein schallschluckendes Material das fcuer-

fuhrungsformen des im Oberbegriff des vorstehenden beständig ist undIz E| zu Scha^ldämofuna an Zim-

Hauptanspruchs bevorzugt erwähnter, regenerativen u merdecken angeht werden kann ^P8

^Ζ^^^^ϊ^ ^ f »ff sich ,gleich«,

SinSiiÄnük austwäh ί H⁰'"^ "" i^^{TC A}»^wendungsfälle für den glaskeramischen

tnT:Äntife HrP ^Anr^dx

austwäh ί H⁰

^ SSh e^Een^fnTd^F^{3116 Κ}"?ΐ ^ T^

dem Warmpai^dphminocVnpff^ipnfn^ X Λ «strecKen, sind der Einsatz als Brennerrost für einen

!u^'Sr^ÄÄSiS^^ * re£^hal^ZsFi,_t"^re _aT^eK' tt *°« ^ ™™ ¹^ form können die Glasrohrchen um eine Nabe ErSi Aber „2 J.? 'S" ^aly^satort _h ^ra8" ^usw· . . .

angeordnet und die die Nabe berührenden Glasrohr^ ηυΑΑΐΛΪΓ'ΐ °^Φ^' im

chen mit dieser verschmolzen werden, wobei für de erstrecken Sr, "I ^ ^Si°^h^^ueinander P^arallel

Nabe eine kristalline Oxid-Keramik ausgewählt wird 30 Zum BeTsoiel L "" /if? Recken einsetzen deren Wärmeausdehnungskoeffizient im wesentlichen Sen a? IS?" ^Cri ^fa"? ^dl^ Kanäle abgedichtet gleich dem Wärmeausdehnungskoeffiziente d^ l" WäS ?' ^ft^UerbeSta"^{dlgeS Scha}"" ° I

deren Wärmeausdehnungskoeffizient im wesentlichen Sen a? IS? i ? ^ le g

gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten de^₅ glas" WärrneisolationS ?' .^ft^UerbeSta"^{dlgeS Sc},^ha"" _Ä° I keramischen Κο_Φε_Γ8 ist. ^g dieseT pf_ai u^' ^ein8^{esetzt werden}· ^Auch

Es sind natürlich auch Ausführungsformen des SiÄTi^ ^ ^? ^ ⁸^

regenerativen Wärmeaustauschers möglich, die so- 35 Ein" Rrihe t^T" ^**" ^Au[^tnebau „ _A. „

wohl eine oxidkeramische Nabe als auch einen sonder_P V ^ ^UnteransP™chen betrifft die be-

Außenstreifen aufweisen. " °£[%^V^ ^rwend""g ^de* nach dem erfindungsge-

Bei einem sich drehenden regenerativen Wärme- Das vX„T ^^f , ■ h austauscher werden die Luft- und Abgasabschnitte Körner df/n/I? J"^nd *^e'^schiedene glaskeramische durch eine stationäre Dichtschranke voneinander _ge- ♦<> sinTsolle_nuranhTJh^p™ ^⁸T"L "T? trennt, die an der einen Stirnfläche des sich drehen- ben wen£ Es ₇^ ⁸^" "^" ^ht den, radartig ausgebildeten, regenerativen Wärme- Fie 1 eino nt« w · u r^ „ i, austauschers reibend anliegt. Da durch die Dicht- richtunezur r>^^^heDarstellung einer Vorschranke ein Abrieb und mechanische Stoßbeanspn,- Verfahren? ^"^r(?^hfuhrung ^de,^s erf.ndungsgemaßen chungen hervorgerufen werden können, sollte die « HhS T ^e™ ^{ZUr Vorrichtun}g g^ehong^e Wärmeaustauscheroberfläche eine hohe Reibfestig! "^f"™ «^e]lwe'^se ™'t Glasröhrchen gefüllt ist,

keit und einen niedrigen Reibungskoeffizienten auf- Enden abBeSchtSiri"⁸¹··? u""* ^{dn 3}" ^bC

weisen. Es ist aber von besonderem Vorteil wenn Fi β W^icht!!^es Glasrohrchen,

zwischen dem ringartigen Außenstreifen und der -Fig! ^Querschn'« längs der Linie 3-3 in

Nabe ein Zwischenelement eingefügt wird und mit 50 Fi,.' 4 „;*»„ τ ι i_ ■ . · 1

den es berührenden Glasröhrchen verschmolzen wirf »Je Je VoS, X"'" ^{durch die in deF F}'^g-

wobei auch für das Zwischenelement eine kristalline ^feeC,^e « ^{e Vo}.^rnchtung. die zum Erwärmen bereit ist,

Oxid-Keramik ausgewählt wird, deren Wärmeausdeh- nen AulSidtS^,*⁶¹??¹^ ^Aufsicht f^{ineS 1}^

nungskoeffizient im wesentlichen gleich dem des dem AirfwK α ο. ^Glasrohrchenanordnung vor

glaskeramischen Körpers ist. Das ZwischeneLen 55 F ii 6 S„tl fi ^Glasr?^hrche» ^d^ch Erhitzung,

kann das Wärmeaustauscherrad auf der Dicht AiLrWi?^{mestark ver}gr°ßerte Aufsicht eines kleinen

schranke abstützen. ?" l„,· ^S .^{nach dem} Aufweiten und Entglasen

Es ist zweckmäßig, wenn für den Außenstreifen FΊ1 s /ώϊΐΐ^

das Zwischenelement und/oder die Nabe eine Glas- eines drehhär! ^{Aufsicht auf eine} Ausführungsform

keramik ausgewählt wird. _6o ^eini^ drehbaren regenerativen Wärmeaustauschers,

Ein Unteranspruch bezieht sich auf die Bearbeitung Fig 7 ⁰^" ^{Ut langs der Linie 8}"⁸ 8^emaß des glaskeramischen Körpers, um einen Antrieb des Fi _E' 9 eini- ™, 1, · · ,.

Wärmeaustauschers zu ermöglichen. terpn α t -u P^ersP^ektlvlsche Darstellung einer wei-

Schließlich sollen nun noch andere Verwendung*. alSausdhera "⁸^⁰"" ^ei"^{eS re}g^{enerativcn Warme}" zwecke des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren 65 Fi β 10 _PL λ * , ,

hergestellten glaskeramischen Körpers angesprochen vereleichh ^der Ausfuhrungsform gemäß Fig.4

werden, denen eine besondere Bedeutung zukommt wsl, Ausfuhrungsform des regenerativen

Während bei dem Einsatz des glaskeramischen ^Τ³"?^⁰¹¹⁶¹"⁵' ^{wobei der den mit KanäIen ver}"

gi Keramischen sehenen glaskeramischen Körper umgebende Außen-

11 12

streifen mit Ausnehmungen für den Eingriff eines An- dichte, bei der jedes der Glasröhrchen sechs weitere

triebs versehen ist, Glasröhrchen berührt, wie dies in der F i g. 5 darge-

F i g. 11 eine perspektivische Darstellung eines wei- stellt ist. Zu diesem Zwecke kann durch den Vibrator

leren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herge- 13, die Platte 12 und den Außenstreifen 10 und die

stellten Körpers, 5 Nabe 20 eine Vibration auf die Glasröhrchen 22 über-

Fig. 12 eine weitere Ausführungsform eines rege- tragen werden, so daß nach einer gewissen Vibra-

nerativen Wärmeauslauschers, wobei die Ausneh- tionszeit die angestrebte Packungsdichte erzielt wird,

mungen für den Eingriff eines Antriebs direkt in dem Es ist klar, daß der Ringraum zwischen Außenstreifen

mit Kanälen versehenen glaskeramischen Körper 10 und Nabe 22 nicht unbedingt von Hand beschickt

ausgebildet sind, i° werden muß, sondern daß er auch auf andere Weise

F i g. 13 einen teilweisen Schnitt durch einen Bren- beschickt werden kann.

ner für die Verbrennung gasförmiger Brennstoffe, Die in der F i g. 4 mit 25 bezeichnete Anordnung, dessen Brennerrost von einem nach dem erfindungs- die aus dem Außenstreifen 10, der Nabe 20 und der gemäßen Verfahren hergestellten glaskeramischen Glasröhrchenpackung besteht, wird aus der VorKörper gebildet wird, 15 richtung 11 entnommen und auf eine rostfreie Stahl-

Fig. 14 eine schematische perspektivische Darstel- platte 26 aufgesetzt, welche auf ihrer Oberseite mit lung eines weiteren Ausführungsbeispiels des nach einer Matte 27 aus Tonerde-Silikat (Fiberfrax) bedem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kör- legt ist, wie dies in der F i g. 4 dargestellt ist. Die pers, wobei die Rohre parallel zueinander in aufein- Stahlplatte 26 ist mit mehreren Perforationen 28 veranderliegenden Schichten angeordnet sind und die *° sehen. Eine weitere Matte 29 wird auf die Oberseite Erstreckungsrichtung der Rohre in der einen Schicht der Anordnung 25 aufgelegt; darauf wird eine zweite quer zur Erstreckungsrichtung der Rohre in der dar- perforierte rostfreie Stahlplatte 30 aufgelegt. Schließauffolgenden Schicht verläuft, und lieh wird die Stahlplatte 30 durch ein Gewicht 31

Fig. 15 eine schcmatischc perspektivische Darsiel- belastet, und die nunmehr vorhandene Anordnung

lung der gruppenweisen Anordnung von Glasrohr- *5 wird in einen Ofen eingebracht und einer Wärme-

chen, die durch Aufweiten und Zusammenschmelzen behandlung unterzogen, die ausreicht, um die Wände

zu der in der F i g. 14 gezeigten Ausführungsform der Glasröhrchen 22 derart zu erweichen, daß die

führt. Glasröhrchen durch das eingeschlossene Gas (Luft

Wie in der F i g. 1 gezeigt wird, kann eine Halte- oder ein anderes Gas) aufgeweitet und längs der form in Gestalt eines keramischen Außenstreifens 10 3o einander berührenden Wandflächen miteinander vsrauf einer Vo ichtung 11 befestigt werden, zu der schmolzen werden können, so daß ein einstückiger eine mit einem bekannten Vibrator 13 verbundene Körper entsteht. Es ist klar, daß die Enden der Glas-Platte 12 gehört. Auf der Tafel sind drei Spanner 14 röhrchen 22 in der Anordnung 25 während der im gleichmäßigen Winkelabstand verteilt, welche der Wärmebehandlung abgedichtet sein müssen, damit lösbaren Halterung des Außenstreifens 10 dienen. 35 die erweichten Glasröhrchen nicht zusammenfallen. Zu jedem Spanner 14 gehört eine auf der Platte 12 Weiterhin dürfte klar sein, daß die Länge der cinbefestigtc Stütze 15 und ein sich senkrecht zur Er- zelnen Glasröhrchen nicht größer sein darf als die Streckungsrichtung der Stütze 15 erstreckender Arm Höhe des Außenstreifens 10. Die durch das Auf-16, der mit einem Fingerabschnitt 17 auf dem oberen weiten der einzelnen Glasröhrchen verdrängten Luft-Rand des Außenstreifens 10 aufliegen kann. Die 40 oder Gasbestandteile können ohne Druckerhöhung in Arme 16 werden durch Befestigungsmittel 19, die der Anordnung durch die Perforationen in den Stahljewsils durch den Arm 16 verlaufen und mit der platten 26 und 29 entweichen. Es ist aber auch mög-Platte 12 verbunden sind, in Anlage an dem Außen- üch, ohne perforierte Stahlplatten 26 und 30 zu arbeistreifen 10 und der Stütze 15 gehalten. ten; die Anordnung wird dann während des Heiz-

Auf der Platte 12 ist weiterhin eine Nabe 20 ab- 45 Vorgangs unter Vakuum gesetzt, wodurch das Entnehmbar angebracht, die konzentrisch zum Außen- weichen von Luft, die sich in den Zwischenräumen streifen 10 angeordnet wird. Die Nabe 20 wird von zwischen den Glasröhrchen befindet, unterstützt wird, einer sich durch sie hindurch erstreckenden Befesti- Der Außenstreifen und die Nabe können aus einer gungsschraube 21 auf der Platte 12 gehalten. Nach herkömmlichen, anorganischen, kristallinen Oxidder Befestigung der Nabe 20 und des Außenstreifens 50 Keramik bestehen und durch Brennen und Sintern 10 wird der von ihnen begrenzte ringförmige Raum anorganischer Oxid-Materialteilchen hergestellt wermit Glasröhrchen 22 gefüllt, die an ihren beiden den. Natürlich sollten der Außenstreifen und die Enden 22' abgedichtet sind. Die Abdichtung kann Nabe einen durchschnittlichen linearen Wärmeauscinfach dadurch erfolgen, daß das Rohrende durch dehnungskoeffizienten aufweisen, der dem des übrieine Flamme geführt wird. Wegen der sehr geringen 55 gen Materials des Gefüges entspricht. Bevorzugt wer-Abmessungen der Glasröhrchen — der Außendurch- den die Nabe und der Außenstreifen ebenfalls aus messer beträgt beispielsweise 0,75 mm und die Wand- einem thermisch entglasbaren Glas hergestellt, das zu stärke etwa 0,025 mm — läßt sich das Abdichten einer Glaskeramik führt, deren physikalische Eigendurch Wärmezufuhr ohne weiteres erreichen. Es kön- schäften mit dem aus dem Glasröhrchen hergestellten nen jedoch auch andere Verfahren zum Abdichten 60 giaskeramischen Körper vergleichbar und vorzugsdes einzelnen Glasröhrchens verwendet werden. weise gleich ist.

Die in dem Ringraum aufgeschichteten Glasrohr- Nach der thermischen Entglasung wird die An-

chen 22 erstrecken sich parallel zueinander und par- Ordnung 25 auf Umgebungstemperatur (Raumtempe-

allel zu der Innenwand 23 des Außenstreifens 10 und ratur) abgekühlt. Danach werden die äußeren Flä-

zur Außenwand 24 der Nabe 20. 65 chenabschnitte längs der Linien A in der F i g. 4 mit

Vor dem Erhitzen der in den Ringraum eingebrach- Hilfe einer Diamantsäge abgetrennt, so daß jeder der ten Glasröhrchen soll möglichst die dichteste Packung Kanäle in dem glaskeramischen Körper an beiden

der Glasröhrchen erreicht werden, d. h. die Packungs- Enden offen ist.

2! 19771

Es m klar, daß die Glasröiirches 22 auch noch während des Aufschrchtens oder nach dem Aufschiciitot nut einer Flamme an ihres Eiaden abgedichtet Mierdea kottoen-

Falls ein Wärmeaustauscher mk einem Außensneifen !β und etaer Nabe 2fl oder nur mit etnem Außenstreifen 44 (vergleiche F i g. 9) bergesielft wird, kann der Außensiretfen auch aus eioeia ihermiscfa entglasbarea Gias hergestellt wrdea, der zunächst zur Halterung der niete miteinander versduxtelzenett Glasröhrchen dient. Dieser AuBenstreifea kann dann während der WännebeiiandhiEg: ebenfalls estglast -serdea, wobei gleichzeitig die Yersciuneiniog mit den Glasiöhrchen erzkh wird.

FaHs fedoeh eia AeßeostreifetE beträchtlicher 15, Wandstärke erwünscht und bei der Wlrmebeiuntdtan* des Geföges die bereits in der
einkttUBg erwähnten hohen gg
von etwa UO oder i65^c Ch verwende« werden sollen* besteht die Gefahr, daß das Gias des- Außen- χα Streifens Moige dies piöiriicieni TaEtperatiiFwechsds bricht, in diesem FaBe ist es imögüeh, den Außesstreifeo ki einem vojgsschaitetea Wänrrrdxrfiandiurxgsseferttt in eisen bereits teilweise kristallisierten; Zustand rtt überfühjrea, bei dem er bereits einen ver- »5

g; kfcasm WänaeaosdeiuiangskoeEfizieititen weniger afc 20 oder Z5 ■ 10~^τί^σ C aarweist. Dies Hßt sich durch Anwendung skset geeigBetea Kekn^ bildung tHwJ KristailisationswärEnebehaiMiliiErg erreichens. bei efer ώβ obere KristafEsatiwosteHiperater knr. jw. Bereich rwechen T90 oaari S65^C C fegt a:nd die KmstaLßsatkm so faxtest dösrc&gsß&Ft wirdv bc> der feeaie WärojeatBdehntaB?r>Ji.oeiSzient a«f den eirwünscfctsti Weit abgesHakeni ist D>ieseir vörbehasdeite Aiaßetr^ streifen; käse <&im otms Gefdordoaig durch eine pfötzikhe Tempesatoaründeniag zra Hateeiuag tier Glasnä&irehea m der Yornchttuijt xenwemiet weEderr. Es ISt sieh aber aämcfc eine bereits- voöstimüg enti AaiSeostreJäfeni ©«tor eim Aaßeastiejfea verwerr-

ist und aas eioein- gesüatjexteai Kerannfonafeiial mil zimm aiet&igsn. Attsdeftaangsioeffizieiitäeni Itergestellt ist Derjitijge: keratnisefee: Maieiriaiie* lfcönnea betsptefeweise· ujttcefif eines- geeigneten frekaxtixfsix Sinterverfedbeei» aas. iptAeiisiertent Fefcdit beEggsfielTt werdöt. Es- ist BaiMsBcüi War,, daß. das 6ür dera Außen-Gesagte <Btc& Sir andere Baoefemewte eioes

©eJspief; weist der in der Fig. 7 dargestellte W*nnea«isiaiisd&e£ ae&en. einem; AofitoistreifeiJ! 34 5» uae£ einer Nafee Si einen- Zwisehenstreifen· 3S auf. wo&eii die Ringrjjunc zwischen Attßenstrttifen; 54 und! Zwiscftensteeüfen; 35 und Zwiscftenstreiäien; 35 undi Außenstreifen; 33> mit (ient; gliiskfiiamiscftian: Körper 3* ggfiöiSt simäi„ d«nr e&enfiifis- miit Efilfe- dtar Clascüiir^ dien 22 aufgebaut ist Dyrch die Vsnwendung its zum Aaßenstrei&m: IW und zur Nabe 33 k.ünzentr'.rscaen, Zwiiscnenstiejfens 3£? wird die FesügReit de» Wärmeaustauschers erhöht Darüber tlinnus wird die O&erfläcöe des sdaskeramischun Korpers 36 gegen Sn einen erftöfttsn VttnciHeiß-' besser guscimCflt,. der durch die auf den Seitenflächen des Generators aufritzenden Ehchtmitteü hervOTgerufen wird. Diese DiditmitKi kennen sich- auf <ii£m Zwiscftenstreifcn 3i5 afestufc:en.

Es ist War. daß. wiiftrenti dtst Erhitzsits die Glas- s« röüttcfeen: dsjix"h eine Haitefoirm geftaiten werdiar müssen, um- gegenüber dem .Aufweiten ΐίη« Gegenkraft aufeufrauenr. Die Vfateriaiien. aus dunen die Haltefonnen bestehen, brauchen nicht unbedingt glaskeramischer oder keramischer Natur sei», ia'»5 lediglich der glaskeramische Körper hergestellt und nicht dekfazeitig auch dieser glaskeramische Körper mit einem Außenstreifen bzw. der Halteform verschmolren werden soll. Die das Glasröhrchenbündel am Außenumfang umfassende Halteform sollte jedoch aus einem Material bestehen, daß während der Wärmebehandlung des Bändels nicht bricht öder sich merklich verfonnt. Es wurde festgestellt, daß bei dnem mittleren Außendurchmesser des Bünde» von ungefähr 15 cm oder kleiner die Halteform at» einem Metali oder einer Metallegierung, vorzugsweise rostfreiem Stahl, hergestellt sein kann. Die Lagen aus Tooerde-Süikat-Papier (Fiberfra« 970J) zwischen der Metaiöjaltening and dem Bündel der Glasröhrc&en wurde eingesetzt, um eine chemische Reaktion oder eine Verfärbung des Gfasröhrehenbündels durch das Metall bei höheren Temperaturen, beispielsweise bei der Ternperafjr der Kristallkeimbfktang, Kristal-Eüsattoo, Aasweitung und/oder Vencrraiefzong, zu unterbinden. Bei einem Bündeldurchmesser von mehr als !5 απ sollte die Halteform au* einem Material bestehen, das, im wesentlichen den gleichen Wärmeaiisdeltniniigsfeoeffizienten wre das Rohrbündel während der WarnKbehandroogsscirriue hat. GfaafceTamische Haftefonnen arbeiten zufriedenstellen. Natürlich kÖBueii diese glaskeramtschen Hafteforraen auch bo kleineren Rohrböndein verwendet werden.

Bei Verwendung einer HaJtefonn, bei der dk Glasrohre die Wände der Haftefenn nicht berihreti, ergibt sieii der in der F i g. 11 gezeigle Köfper 37_T der im weseTtEöcfeeti aas- den anejaaitdergeicfiinofzeiien Gtasfcfiramtfooftxeti besieht, ohne daß eint diesen ein AnSeißtiieiieEi verbanden ist. Der gfaskeraraische Körper eignet sieh zair VerweadtKig ab Gasiörfjineii-Regeneiiaioc. Nach WoRicfi kann τα LagCTragszwefc- ksxsi eine tmttke Dorcfigangsboiiruifg aasge*ctilifferi oder kanu der Körper mit einer Nafee *«*sdsen werden, wie eües bei άε,η AusfSiirartgsformeni gemäß Feg; Ii aad 12 gezeigl ist, bei denes die Rßfire rait der Aufienfiäefeff der Nabe versctenofaen <άηά.

Der in der F i e. 12 gezetgle gfasfceianctscfR; Körper zeichnet sich dkse£c£irc& axsHy daß der gilasfeeiramisctie Körper axt seinem Aaßemnutaxi-2. WM rneteeTeti Actsne&münaeras 39 «ensdiie» Hi. rät die ein· arcfct igszeigter vom dem¹ Gasiettriefoweft angetrJeiJeneT Antrieb einseifen taa. wm dem güaskerairriacfasi Ki&tper 38 zu drdien. Die ABsneteHrniaeir fcötiTren dada^ch fiargesteät werden^ daß <kr m der F r g. Ϊ1 gEZBigCe gfas-ItecaniiBe&e; KäJtper 37 an seimera Unnfauäg beasfeerliet oder daß. «fie Form des ra der F c &, 12 gitzeiglie.ni Körpers 3fl in: emerr eirasptednsnisf gefaxnreww Hafeefomn BiergesteillC wtisL Die Aasfiänramgaforni gsmäßi F r %.. W ist afoeir zu frevatrzugeL weü duct der AußenHfereifeni -ti näinE'cfe nicftt nur die GTasröTircficnr '.t2 ϊπππτ^ Anf-••veiteit and Vetsc&raidzen) a&stiiCzt und mit ihnen· zunr Auf&aii sines festet! Wanneaustansc&em v«:rftundeiji ist. sondern: gleichzeitig mit ÄrrtrieftsamneiknuiTigcn 42 Mendiett ist. Diese Zä&ne oder />lusspfflTinaen. können bei der Gießünar des Außenstreifens. 4f ausgt&iMet uder tiae&irägiäeft: in diesen eingiiarfeeilst werden: Der glaskeraimsche Körper ist in; der Fiig. IO

Bei den¹ AttsfüfreungSfocmeis gemü©Fig..4, tO· oncC M ist d5e Nafce afe Hoftfea&e ansgefeöldtt. Es kann aber &ei; dur_; Bterstelütog; db» Wäraieaustauscfters eine ViilTnafe« «erwciTdut werden; die dann gegebenenfalls

4P

aufgebohrt w.<rd. Da viele Gasturbinentriebwerke so ausgelegt sind, daß die Regeneratoren vom Außenumiang her angetrieben werden, orfüllt die Nabe nur eine Lagerfunktion. Es ist aber auch möglich, den Wärmeaustauscher über die Nabe anzutreiben. Bei 5 dem in der F i g. 9 gezeigten Gefüge 43 ist der Glaskeramikkörper 43 zunächst nur mit einem Außenstreifen 44 verbunden worden. Dort kann eine Nabe aber nachträglich eingearbeitet werden, so daß auch der glaskeramische Körper gemäß Fig.9 als regenerativer Wärmeaustauscher eingesetzt werden kann.

In der Beschreibungseinleitung wurden bereits verschiedene Anwendungsgebiete für den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten glaskeramischen Körper aufgeführt. Hier soll nur noch näher an Hand der F i g. 13 die Verwendung des glaskeramischen Körpers als Brennerrost in einem Gasbrenner näher beschrieben werden. In der F i g. 13 wird ein erfindungsgemäßer glaskeramischer Körper 45 in die Düsenöffnung 46 eines Gasbrenners 47, beispielsweise eines Bunsenbrenners, eingesetzt, mit dem ein Gas-Luftgemisch verbrannt wird.

Während bei den bisherigen Ausführungsformen stets alle zum Aufbau des glaskeramischen Körpers verwendeten Glasröhrchen parallel zueinander ange- "5 ordnet worden sind, sind auch Ausführungsformen möglich, bei denen mehrere Schichten aus Glasröhrchen übereinander in aufeinanderfolgenden zueinandef parallelen Ebenen liegen, wobei sich die Glasröhrchen in jeder Ebene im wesentlichen parallel zueinander und quer zu den Glasröhrchen benachbarter Schichten verlaufen. Jedes Rohr ist mit jedem benachbarten parallelen und mit jedem benachbarten quer verlaufenden Rohr einstückig verschmolzen. Ein derartiger glaskeramischer Körper ist in der pig. 14 gezeigt. Falls in bevorzugter Weise die Giasröhrchen im wesentlichen vollständig aufgeweitet werden, ist jede Röhrchenwand ein integraler Bestandteil der unmittelbar benachbarten Glasröhrchen, und zwar der benachbarten Röhrchen in der gleichen 4» Ebene und der Röhrchen in den benachbarten Parallelebenen; falls eine vollständige Aufweitung gewählt wird, weisen die entstehenden Kanäle im glaskeramischen Körper einen im wesentlichen parallelogrammartigen Querschnitt auf, welcher vorzugsweise quadratisch oder rechteckig ist. In der Fig. 15 sind die aus den Glasröhrchen aufgebauten Schichten voi dem Verschmelzen gezeigt, wobei Glasröhrchen von rundem Querschnitt vcrvendet wurden. In def Fig. 14 ist der fertige glaskeramische Körper dargestellt, nachdem die Glasröhrchen zu Kanälen von im wesentlichen quadratischem Querschnitt aufge-

weitet worden sind. In der F i g. 15 sind die verschlossenen Enden der Rohre nicht gezeigt, sondern es ist der Röhrchenstapcl mit offenen Enden dargestellt. Diese Röhrchen müssen natürlich für die Aufweitung und Verschmelzung abgedichtet sein, wie dies in Zusammenhang mit den vorherigen Ausführungsformen beschrieben worden ist.

Falis die Glasröhrchen an ihren Enden abgeschliffen und damit geöffnet werden, läßt sich der glaskeramische Körper als wärme- und temperaturwechseibeständiger Wärmeaustauscher niedriger Wärmeausdehnung verwenden. So könnten z.B. die Heißgase einer Gasturbine in einer Richtung durch den glaskeramischen Körper geführt werden, während die kalte anströmende Luft in Querrichtung durch den glaskeramischen Körper hindurchgeleitet werden kann, so daß die kalte Luft von den heißen Abgasen der Gasturbine Wärme aufnehmen kann. In diesem Falle sollten die Glasröhrchen im wesentlichen vollständig aufgeweitet werden, so daß im wesentlichen sämtliche Zwischenräume zwischen den Glasröhrchen verschwinden und somit die wirksamen Wärmeaustauschflächen zwischen der einen Kanalschicht und den benachbarten quer verlaufenden Kanalschichten wesentlich vergrößert werden.

Im folgenden soll nun das Verfahren an Hand einiger Beispiele genauer beschrieben werden. Die verwendeten Glaszusammensetzungen, die Geometrien der Glasröhrchen und Charakteristika des glaskeramischen Körpers sind in entsprechenden Tabellen A, B und C zusammengefaßt:

Tabelle A

Glaszusammensetzungen in Gewichtsprozent

Bestandteile	Beispiele I bis III	Beispiel IV
SiO2	70,6	68,6
Al2O3	19,7	21,3
TiO2	1,7	2,0
ZrO2	1,5	1,6
ZnO	1,7
Sb2O,	0,5	0,3
CaO		3,5
MgO	—	0,1
Li2O	3,7	4,0
Na2O	0,4	0,4
K2O	0,2	0,2
Cl,	0,1	—
	0,1	—
Obere Kühl
temperatur	68O0C	6750C

Tabelle B
Glasröhrchen-Geometrie

Beispiel I Beispiel II Beispiel III Beispiel IV

Wandstärke	0,025 mm	0,0625 mm	0,075 mm	0,05 mm
Innendurchmesser	0,4 mm	0,57 mm	0,7 mm	1,15 mm
Länge	9,5 cm	9,5 cm	9,5 cm	10 cm
V*)	16,0	9,1	9,4	22
*) Verhältnis von Innendurchmesser zur Wandstärke.
			609 610/196

17 ¹⁸

Tabelle C
Glaskeramikkörper

Beispiel I

Beispiel Π Beispiel III Beispiel IV

Freie Querschnitts- 76»/o 70"/. 71·/. 85°/.

fläche in °/o der Gesamtquerschnittsfläche in-7/or R in-7/or Linearer Ausdehnungs- 0,2· 10"V⁰C 0,1-10-'/ C u,z-iu / <~ / l koeffizient
(0 bis 300° C)

Linearer Ausdehnungs- — 4,2· 10"V⁰C

koeffizient
(0 bis 700⁰C)
Wärmeleitfähigkeit - - 0,0035 cal/cm-see-°C -

Bei den Beispielen werden aus dem geschmolze- gleichen Papier belegt, und die gefüllte Halteforrr nen Glasgemenge Rohre von im wesentlichen kreis- a« wurde nach dem folgenden Programm I bearbeitet förmigem Querschnitt gezogen und durch Verwen- wobei _zur Erwärmung ein Elektroofen verwende dung einer Gas-Sauerstoffflamme abgelängt und wurde. Das Programm I und die folgenden Progleichzeitig abgedichtet. Zum Öffnen der an ihren gramme sind in Form zweier Spalten dargestellt, wo-Enden abgedichteten Kanäle des glaskeramischen bei die erste Spalte der Temperatur und die zweite Körpers wird dieser auf seinen beiden Außenflächen 25 Spalte der Erhitz-Zeit oder der Erhi zgeschwindigkeil geschliffen, wobei die Kanäle gleichzeitig auf die zugeordnet sind. Zwischen den einzelnen Temperaturgewünschte Endlänge gebracht werden. Hierzu kann schritten sind die gegebenenfalls durchgeführten meein Diamantschleifrad verwendet werden. chanischen Schritte aufgerührt.

Beispiel I ₃₀ p_rogramm I

Die in der Tabelle D zusammengestellte Mischung "~ ' ₇ . . ZT~

wurde bei einer Temperatur von 159O⁰C etwa Temperatur ^wtadfefcdi

72 Stunden lang in einem Tonerde-Hochschmelz-

Wannenofen (Monofax M) mit einem geringen Luft- , , _N,,_or inor.«.

Überschuß als Oxidationsatmosphäre erschmolzen: 35 Umgebungstemperatur auf 425° C ... 217° C/h

Halten bei 425° C lh

~._u„_n 425auf735°C 204°C/h

^TabelleD Halten bei 735°C 2,75h

(Gewichtsanteile) 735 auf 950° C 190° C/h

Komponenten ₄„ Halten bei 950° C 5h

Ottawa-Silikat 242,0 950 auf 37° C 28° C/h

Tonerde (Alcoa A-10) ¹J 82,5 Entnahme aus zylindrischer Halteform

Lithiumfluorid 1,8 öffnung der Glasröhrcheni durch Schleiien

Natriumantimonat 4,3 Von Bearbeitungstemperatur

Petalit²) 252,2 ₄₅ auf 1090° C 28° C/h

Lithiumcarbonat 26,1 Halten auf 1090°C lh

Lithiumchlorid 6,2 Abkühlen auf Umgebungstemperatur.. 28° C/h

Lithiumnitrat 3,5

TiO₂ 10,9 Bei der Einstellung der Innendurchmesser und dei

Zinkoxid 10,5 50 Wandstärke der Glasröhrchen gemäß der ersten

Zink-Zirkoniumsilikat³) 18,2 Spalte der Tabelle B und bei der Führung des Ver-

') 99,4% AhOs, 0,04»/0 Fe₂Oa, 0,13 »/0 SiO₂, 0,13»/» Na₂O, fahrens gemäß Programm I weisen die Kanäle des

0,3% Brennverlust; hergestellten glaskeramischen Körpers einen im we-

«) SiOi 77,28; Al₂Oa 16,43; Li»O 3,90; Na₂O 0,73; K₂O 0,42; sentlichen hexagonalen Querschnitt auf. Der glas-

·) SS?2ÄSSK2SSS M keramische Körper zeigt die in Spalte 1 der Ta-

belle C zusammengefaßten Merkmale, wobei die Messung der Öffnungsfläche der einen Seitenfläche

Das erhaltene Glas wies die in Spalte 1 der Ta- durch Messung des Gewichts eines spezifischen Vobelle A aufgeführte Zusammensetzung und die dort lumens und durch Vergleich dieses Gewichts mit der aufgeführte obere Kühltemperatur auf. 60 Dichte der massiven Glaskeramik erfolgte.

Die an ihren Enden abgedichteten Glasröhrchen „ . · 1 11

wurden in einer aus rostfreiem Stahl hergestellten zy- '^s'

lindrischen Halteform mit einer Tiefe von 9,5 cm und Dieses Beispiel betrifft die Herstellung eines re-

einem Innendurchmesser von 10,5cm aufgeschichtet. generativen Wärmeaustauschers, wie er in der Fig.4 Die Halteform war zuvor mit einem Überzug aus 65 dargestellt ist. Der Außenslreifen 10 soll einen Durcheinem 0,3 mm dicken Aluminiumoxid-Siliciumoxid- messer von 70 cm und die Nabe 20 einen Durchmes-Papier (970-J Fiberfrax) belegt worden. Danach wur- ser von 7,5 cm aufweisen. Die beiden Elemente werden die Stirnseiten der gefüllten Halteform mit dem den mit geringer Übergröße aus der in der linken

Spalte der Tabelle A aufgeführten Glaszusammensetzung in einer Metallfonn gegossen. Danach werden der Außenstreifen und die Nabe mit Hilfe einer Diamantschleifscheibe auf die gewünschten Durchmesser und auf eine Höhe von 9,5 cm gebracht.

Nach dem Schleifvorgang werden der Außenstreifen und die Nabe nach dem folgenden Programm Ha vorbehandelt.

Bauelemente

Temperaturbereich
0 bis 300° C

Nabe

Glasker. Körper

Außenstreifen

0,9 · 10-'/⁰C 0,1 · 10-V⁰C

0,2 · io-v°c

Temperaturbereich 0 bis 700° C

4.6 · 10-V⁰C 4,2 · 10-V⁰C

4.7 · 10-V⁰C

Programm Il a

Temperatur

Zeit oder Geschwindigkeit

Umgebungstemperatur bis 650° C ... —

Halten bei 650°C lh

Auf 700° C 5J° C/h

Halten bei 700⁰C 2,5h

700 auf 770° C 5,5° C/h

Halten bei 770°C 4h

770 auf 820° C 14° C/h

Halten bei 820°C 2h

Abkühlen auf Umgebungstemperatur .. 110° C/h

Beispiel III

Aus der Giaszusammensetzung gemäß der linken Spalte der Tabelle A wurden Glasröhrchen gemäß der vierten Spalte der Tabelle B gezogen. Diese Glasröhrchen wurden in einer zylindrischen Stahlform angeordnet, wie sie bereits im Zusammenhang mit Beispiel I beschrieben worden ist. Die gefüllte Halteform wurde dem folgenden Bearbeitungsprogramm III unterzogen.

Programm III

Temperatur Zeit oder Ge

schwindigkeit

Danach werden der Außenstreifen und die Nabe auf einer Füllvorrichtung angeordnet und der Ringraum zwischen den beiden mit Glasröhrchen gemtß der zweiten Spalte der Tabelle B gefüllt, die die gleiche Glaszusammensetzung aufweisen wie die Röhrchen gemäß Beispiel I. Die Vorrichtung ist bereits im Zusammenhang mit der F i g. 4 beschrieben worden.

Die mit dem Außenstreifen, der Nabe und den Glasröhrchen beschickte Vorrichtung wurde gemäß folgendem Programm Hb in einem gasbeheizten Ofen erwärmt:

Programm Hb
Temperatur

Zeit oder Geschwindigkeit

45

Auf 425° C 68^DC/h

Halten bei 425° C 45 min

425 auf 750° C 204° C/h

Halten bei 750° C 165 min

750 auf 1000° C 157° C/h

Halten bei 1000° C 48G min

1000 auf 1090° C 28° C/h

Halten bei 1090° C 75 min

1Ö90 auf 155° C 30° C/h

Die Kanäle des fertigen Wärmeaustauschers wiesen einen im wesentlichen hexagonalen Querschnitt auf. und die Glasröhrchen, welche den Außenstreifen und die Nabe berührten, waren fest mit Außunstrcifcn und Nabe verschmolzen. Der Aiißendurchmesser des Außenslreifens wurde auf ein vorgegebenes Endmaß geschliffen, und an seinem Umfang wurden Antriebsausnehmungen eingeschliffen. Durch die Nabe wurde eine mittige Lagerbohrung gebohrt, und der Durchmesser der Bohrung wurde durch Schleifen auf das geforderte Endmaß gebracht.

Die Messung der linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Bestandteile dieses Wärmeaustauschers ergab die folgenden Werte:

Von Umgebungstemperatur auf 425° C 217° C/h

Halten bei 425°C lh

425 auf 735° C 204° C/h

Halten bei 735° C 2,75 h

735 auf 950° C 180° C/h

Halten bei 950° C 10 h

950 auf 1090° C 28° C/h

Halten bei 1090° C 10 min

1090 auf 37° C 55° C/h

Die Kanäle des glaskeramischen Körpers wiesen einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf und waren sicher miteinander verschmolzen.

Durch Untersuchungen von Proben der gleichen Glaszusammensetzung, die dem gleichen Wärmebehandlungsschema ausgesetzt worden waren, wurde festgestellt, daß die Glaskeramik die in der dritten Spalte der Tabelle C aufgeführten, von der Wärme abhängigen Eigenschaften besitzt. Bei der Messung der durchschnittlichen Wärmeleitfähigkeit wurde das heiße Ende auf einer Temperatur von 648° C und das kalte Ende auf einer Temperatur von 88° C gehalten.

Beispiel IV

Aus verschiedenen Komponenten wurde eine Glasschmelze erschmolzen, die 24 Stunden lang auf einer Temperatur von 1590° C in einem gasbeheizten Ofen gehalten wurde. Das Glas wies die in der zweiten Spalte der Tabelle A aufgeführte Zusammensetzung auf. Nach Ablauf der 24 Stunden wurde die Temperatur der Schmelze auf 137O⁰C abgesenkt, und es wurden zunächst Rohre mit einem durchschnittlichen AuCrndurchmesscr von 9,5 mm gezogen. Diese Rohre wurden dann anschließend an einem Ende erneut auf eine Temperatur von 865° C erhitzt und dann auf die in der vierten Spalte der Tabelle B aufgeführten Dimensionen ausgezogen. Die abgelängten und an beiden Enden abgedichteten Rohre wurden in einem größeren Rohr aus der gleichen Glaszusammensetzung mit einem Innendurchmesser von 22 mm, einem Außendurchmesser von 25 mm und einer Länge von 100 mm eingeschichtet. Das gefüllte größere Rohr

wurde dem nachstehend aufgeführten Programm IV unterzogen.

Programm IV

Temperatur

Zeit oder Geschwindigkeit

Von Umgebungstemperatur auf 1050° C 195° C/h

Halten bei 1050⁰C lh

Von 1050° C auf Umgebungstemperatur 195° C/h

öffnen der Glasröhrchen

Von Umgebungstemperatur auf 750° C 195° C/h

Halten bei 75O⁰C 16h

750 auf 865° C 195° C/h

Halten bei 865°C lh

865 auf 1180⁰C 195° C/h

Halten bei 1180⁰C lh

1180° C auf Umgebungstemperatur .. 195° C/h

Dieser glaskeramische Körper wies neben den in der vierten Spalte der Tabelle C aufgeführten Merkmale die folgenden Merkmale auf: Eigendichte des Materials 2,5 g/cm³, Raumdichte des glaskeramischen Körpers 0,39 g/cm^:t.

Aus dem glaskeramischen Körper wurden Abschnitte von rund 10 mm Wandstärke herausgeschnitten und als Brennerrost für einen Gas-Luft-Brenner verwendet. Das verbrennende Brennstoffgemisch

ίο führte zu einer raschen Erhitzung des glaskeramischen Brennerrostes bis auf Weißglut, und die weißglühende Fläche diente dann als katalytische Fläche zur Verstärkung der Gas-Luft-Reaktion. Es war eine stetige und starke strahlende Flamme zu beobachten.

Bei den Beispielen I bis IV erreicht die freie Querschnittsfläche stets mehr als die bevorzugten 65°/o der Gesamtquerschnittsfläche. Es werden sogar die ebenfalls bevorzugten 70% bis über 85% erreicht.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Körpers mit einer Vielzahl von zumindest gruppenweise zueinander parallelen Längskanälen, insbesondere eines regenerativen Wärmeaustauschers, bei dem eine Vielzahl von Glasröhrchen an ihren Enden abgedichtet, gruppenweise angeordnet, erhitzt, durch eingeschlossenes Gas aufgeweitet und gleichzeitig miteinander verschmolzen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasröhrchen mindestens zu 85 Gewichtsprozent aus einem Glas der Zusammensetzung in Gewichtsprozent

55 bis 75 SiO₂,
15 bis 25 Al₂O₃,
2 bis 6Li₂O

20

und als Keimbildner

1,5 bis 4 TiO₂ und/oder ZrO₂ und/oder SnO₂

hergestellt werden, so daß bei späterer Entglasung die Glaskeramiken folgende Eigenschaften aufweisen:

linearer Wärmeausdehnungskoeffizient:

- 12 bis +12 · 10-7° C (O bis 300° C), Wärmeleitfähigkeit:

<0,01 cal/cm · see · "C (400°),

daß alle Glasröhrchen gleichzeitig über ihre gesamte Länge auf eine Temperatur im Bereich zwischen 28 und 140° C über der oberen Kühltemperatur des Glases erhitzt, somit auch über ihre gesamte Länge aufgeweitet und miteinander unter Keimbildung verschmolzen werden, daß anschließend eine thermische Entglasung durchgeführt wird, die eventuell bereits beim Erhitzen eingesetzt haben kann, und daß der Innendurchmesser und die Wandstärke der Glasröhrchen so eingestellt und das Verfahren so geführt werden, daß der Innendurchmesser der Kanäle im glaskeramischen Körper mindestens 3mal so groß ist wie die Gesamt-Wandstärke der gemeinsamen Wandabschnitte zweier Kanäle und das Verhältnis der Summe der Kanalinnenflächen zum Gesamtvolumen des glaskeramischen Körpers mindestens 800m²/m³ beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser dei Glasröhrchen auf maximal 2,5 mm und die Wandstärke auf 0,025 bis etwa 0,38 mm eingestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Glasröhrchen mit einem Verhältnis des Innendurchmessers zur Wandstärke von mindestens 7,2 verwendet und diese parallel zueinander angeordnet werden, so daß die freie Querschnittsfläche der Kanäle auf einer Seite des glaskeramischen Körpers mindestens 65% der Gesamtquerschnittsfläche ausmacht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dimensionen der Glasröhrchen so eingestellt und das Verfahren so geführt wird, daß die Kanäle einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dimensionen der Glasröhrchen so eingestellt und das Verfahren so geführt wird, daß die Kanäle einen hexagonalen Querschnitt aufweisen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Glasröhrchen mit einem Verhältnis von Innendurchmesser zur Wandstärke von mindestens 6 verwendet und abwechselnd lageweise parallel zueinander angeordnet werden, so daß die freie Querschnittsfläche der Kanäle auf einer Seite des glaskeramischen Körpers mindestens 32% der Gesamtquerschnittsfläche ausmacht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle Glasröhrchen anschließend an die Erhitzung auf eine Temperatur im Bereich von 28 bis 110° C über die obere Kühltemperatur auf eine Temperatur erhitzt werden, die über der vorherigen Temperatur und mindestens 110° C über der oberen Kühltemperatur liegt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasröhrchen mit einer Geschwindigkeit von mindestens 28°C/h auf eine Temperatur erhitzt und dort für einen vorgegebenen Zeitraum gehalten werden, die 110 bis 280° C über der oberen Kühltemperatur des Glases liegt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung der vollständigen thermischen Entglasung die miteinander verschmolzenen Glasröhrchen für einen ausreichenden Zeitraum auf einer Temperatur zwischen 980 und 1260° C gehalten werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß vor der vollständigen thermischen Entglasung die miteinander verschmolzenen Glasröhrchen abgekühlt und danach die abgedichteten Enden der miteinander verschmolzenen Glasröhrchen geöffnet werden und anschließend die Entglasung vorgenommen wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7 bis 10 zur Herstellung eines regenerativen Wärmeaustauschers, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasröhrchen in einem ringartigen Außenstreifen in enger Berührung angeordnet werden und die den Außenstreifen berührenden Glasröhrchen während der Verschmelzung auch mit dem Außenstreifen verschmolzen werden, wobei für den Außenstreifen eine kristalline Oxid-Keramik ausgewählt wird, deren Wärmeausdehnungskoeffizient im wesentlichen gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des glaskeramischen Körpers ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7 bis 11 zur Herstellung eines regenerativen Wärmeaustauschers, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasröhrchen um eine Nabe herum angeordnet und die die Nabe berührenden Glasröhrchen mit dieser verschmolzen werden, wobei für die Nabe eine kristalline Oxid-Keramik ausgewählt wird, deren Wärmeausdehnungskoeffizient im wesentlichen gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des glaskeramischen Körpers ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, da-

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durch gekennzeichnet, daß zwischen dem ringartigen Außenstreifen und der Nabe ein Zwischenelement eingefügt und mit den eS berührenden Glasröhrchen verschmolzen wird wobei auch für das Zwischenelement eine kristalline Oxid-Keramik ausgewählt wird, deren Wärmeausdehnungskoeffizient im wesentlichen gleich dem des glaskeramischen Körpers ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüchen bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß für den Außenstreifen, das Zwischenelement und/oder die Nabe eine Glaskeramik ausgewählt wird.