DE2122210A1

DE2122210A1 - Process for the production of a spiral wound, disc-shaped matrix for a circulating regenerative heat exchanger

Info

Publication number: DE2122210A1
Application number: DE19712122210
Authority: DE
Inventors: Calvin Eric Alcester Warwick Silverstone (Großbritannien). M
Original assignee: Leyland Gas Turbines Ltd., SoIihull, Warwick (Großbritannien)
Priority date: 1970-05-09
Filing date: 1971-05-05
Publication date: 1972-02-17
Also published as: JPS5036444B1; GB1283155A

Description

PATENTANWALTPATENT ADVOCATE

33 BRAUNSCHWEIG33 BRAUNSCHWEIG

AM BÜRGERPARK 8 TELEFON (0531)74798AM BÜRGERPARK 8 TELEPHONE (0531) 74798

4. Mai 1971 G/mc - L 721May 4th 1971 G / mc - L 721

Leyland Gas Turbines Limited Meteor Works, Lode Lane, Solihull, Warwickshire / EnglandLeyland Gas Turbines Limited Meteor Works, Lode Lane, Solihull, Warwickshire / England

Verfahren zur Herstellung einer spiralig gewickelten, scheibenförmigen Matrix für einen umlaufenden Regenerativwärmeübertrager Process for the production of a spirally wound, disc-shaped Matrix for a circulating regenerative heat exchanger

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer spiralig gewickelten,scheibenförmigen Matrix für einen Regenerativwärmeübertrager.The invention relates to a method of manufacture a spirally wound, disc-shaped matrix for one Regenerative heat exchanger.

Eine derartige Matrix wird normalerweise dadurch hergestellt, daß in aufeinanderfolgenden Wicklungen Lagen aus gewelltem und ungewelltem Material spiralig gewickelt werden, und zwar so, daß die Wellen mit den benachbarten ungewellten Lagen an den Enden offene Wärmeaustauscherdurchgänge bilden, die sich axial durch die Matrix erstrecken.Such a matrix is normally made by successively winding layers of corrugated and non-corrugated material are spirally wound in such a way that the corrugations with the adjacent non-corrugated layers forming open ended heat exchanger passages extending axially through the matrix.

Aufpabe der Erfindung ist, eine derartige Matrix durch spiraliges Wickeln von Lagen aus dünnem Papier oder ähnlichem Lap;enmaterial, das aus keramischen Fasern besteht^, »herzustellen,The object of the invention is to carry out such a matrix spiral wrapping of layers of thin paper or similar lap material consisting of ceramic fibers

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DEUTfCHZ SANK AO. IKAUNtCHWIIO. KONTO-NU, 03/0I7SS - POJTSCHiCK. HANNOVER 26 1461DEUTfCHZ SANK AO. IKAUNtCHWIIO. ACCOUNT NU, 03 / 0I7SS - POJTSCHiCK. HANNOVER 26 1461

wobei die Dicke des Materials in der Größenordnung von
0,1 mm liegt und eier fertige Wickel schließlich gebrannt wird. Mit dem neuen Verfahren soll vermieden werden, daß
das Papier oder sonstiges Material während des Wickeins oder im Anschluß an das Wickeln zerreißt.where the thickness of the material is of the order of
0.1 mm and the finished roll is finally fired. The new method is intended to avoid that
the paper or other material tears during or after winding.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren, bei dem eine spiralig gewickelte, scheibenförmige Matrix mit abwechelnd einer gewellten und ungewellten Lage aus einem dünnen, blattförmigen Material aus KeramikfasernAccording to the invention, this object is achieved by a method, in which a spirally wound, disc-shaped matrix with alternating a corrugated and non-corrugated layer made of a thin, sheet-like material made of ceramic fibers

mit folgenden Verfahrensschritten hergestellt wird:produced with the following process steps will:

a) Tränken eines Paares ungewellter Blätter des genannten Materials in einer Binderlösung mit anschließendem
Trocknen bei einer Temperatur, die erheblich niedriger liegt als die Temperatur, bei der die keramische Faser in dem Material gebrannt wird,a) Soaking a pair of non-corrugated sheets of said material in a binder solution, followed by
Drying at a temperature which is considerably lower than the temperature at which the ceramic fiber is fired in the material,

b) Wellen eines der Blätter und Übereinanderlegen der gewellten und der ungewellten Blätter,b) Corrugating one of the sheets and superimposing the corrugated and the unwaved leaves,

c) spiraliges Aufwickeln der übereinandergelegten gewellten und ungewellten Blätter zur Form der scheibenförmigen
Matrix,c) spirally winding the superimposed corrugated and non-corrugated sheets to form the disc-shaped ones
Matrix,

d) wenigstens einmaliges Tränken der spiralig gewickelten Blätter in der Binderlösung, wobei auf jedes Tränken ein Trocknen bei einer Temperatur wesentlich unterhalb der Temperatur folgt, bei der die keramischen Fasern des
Materials gebrannt werden, undd) soaking the spirally wound sheets at least once in the binder solution, each soaking being followed by drying at a temperature substantially below the temperature at which the ceramic fibers of the
Material to be fired, and

e) Wärmebehandlung der spiralig gewickelten, scheibenförmigen Matrix bei einer Temperatur, bei der ein Brennen dere) heat treatment of the spirally wound, disk-shaped matrix at a temperature at which a burning of the

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keramischen Fasern des Materials auftritt, und anschließendes Kühlen der gebrannten Matrix.ceramic fibers of the material occurs, and then cooling the fired matrix.

Ein weiteres Tränken der gewellten Blätter in der Binderlösung gefolgt durch einen Trocknungsvorgang kann vorgenommen werden, nachdem die Wellung vorgenommen ist,aber bevor die Blätter aufeinandergelegt werden. In ähnlicher Weise können die übereinandergelegten Blätter mit der Binderlösung getränkt werden, und zwar nachdem die Blätter uberexnandergelegt sind, aber noch nicht gewickelt sind, wobei auch auf dieses weitere Tränken ein Trocknen folgt.The corrugated sheets can be further soaked in the binder solution, followed by a drying process after the curl is made, but before the sheets are stacked. In a similar way Way can the superimposed sheets with the Soaking the binder solution after the leaves have been laid on top of each other, but not yet wrapped, this further soaking is also followed by drying.

Die Binderlösung kann ein organischer Binder auf wässriger Basis sein, beispielsweise ein Polyvinylalkohol.The binder solution can be an organic binder on an aqueous basis, for example a polyvinyl alcohol.

Alternativ oder zusätzlich kann die Binderlösung ein Siliziumdioxidsol sein oder enthalten. Ein geeignetes Siliziumdioxidsol ist das, das unter der Bezeichnung Syton X30 von der Firma Monsanto Chemicals Limited hergestellt und vertrieben wird.Alternatively or additionally, the binder solution can be or contain a silicon dioxide sol. A suitable one Silica sol is that manufactured under the name Syton X30 by Monsanto Chemicals Limited and is distributed.

Der Zweck des Tränkens des Eeramikfaserpapiers oder ähnlichen Materials in einem Siliziumdioxidsol ist der, das Material steifer zu machen. Die verschiedenen Tränkungen, die zwischen dem Wickeln und dem Brennen vorgenommen werden, verbessern die Steifigkeit der spiralig gewickelten Blätter progressiv.The purpose of soaking the ceramic fiber paper or the like Material in a silica sol is to make the material more rigid. The various impregnations between the wrapping and the firing progressively improve the rigidity of the spirally wound sheets.

Der Zweck der einzelnen Verfahrensschritte, die das Tränken in einem organischen Binder auf Wasserbasis einschließen, ist es, die Zugfestigkeit und Biegsamkeit des Keramikfaserpapiers zu erhöhen.The purpose of each process step, which includes soaking in a water-based organic binder, is to increase the tensile strength and flexibility of the ceramic fiber paper.

Additive, die sich bei der Brenntemperatur zersetzen, können dem Siliziumdioxidsol während einer Tränkung oder mehrerer Additives that decompose at the firing temperature can be added to the silicon dioxide sol during one or more soaking

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Tränkungen zwischen dem Wickeln und dem Brennen zugefügt werden. Solche Additive können Aluminium-piiithium- oder Calcium-Salze sein und dienen dazu, die Festigkeit des durch den Brennprozeß gebildeten Keramikmaterials zu vergrößern und die Durchlässigkeit zu verringern. Palis Lithium-Salz als Additiv verwendet wird, wird der Ausdehnungskoeffizient des Keramikmaterials herabgesetzt.Impregnations can be added between swaddling and burning. Such additives can be aluminum-piiithium- or Calcium salts are used to increase the strength of the to enlarge ceramic material formed by the firing process and to reduce the permeability. Palis Lithium salt is used as an additive, the expansion coefficient of the ceramic material is reduced.

Das für die Herstellung der Matrix verwendete Material ist vorzugsweise Keramikfaserpapier, ein im Handel erhältliches Produkt, das aus Aluminiumsilikatfasera besteht . The material used to make the matrix is preferably ceramic fiber paper, a commercially available product made from aluminum silicate fiber.

Das auf die verschiedenen Tränkungen in Siliziumdioxidsol oder dem organischen Binder auf Wasserbasis erfolgende Trocknen wird vorzugsweise bei einer Temperatur in der Größenordnung von I50 0 durchgeführt.The result of the various impregnations in silicon dioxide sol or the organic water-based binder Drying is preferably carried out at a temperature on the order of 150.degree.

Die Brenntemperatur liegt vorzugsweise zwischen 1 000 und 1 200⁰C.The firing temperature is preferably 1000-1200 ⁰ C.

Die Erfindung soll sich auch auf eine spiralig gewickelte, scheibenförmige Matrix erstrecken, die nach dem erfindungs gemäßen Verfahren hergestellt ist.The invention is also intended to extend to a spirally wound, disk-shaped matrix which, according to the fiction is produced according to the method.

Als Ausführungsbeispiel wird das Verfahren zur Herstellung einer spiralig gewickelten, scheibenförmigen Matrix gemäß der Erfindung durch Aufwickeln aufeinanderfolgender Lagen aus gewellten und ungewellten Blättern eines Materials aus keramischen Fasern unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben.As an exemplary embodiment, the method for producing a spirally wound, disk-shaped matrix according to FIG of the invention by winding successive layers of corrugated and non-corrugated sheets of material made of ceramic fibers with reference to the drawing.

Fig. 1 zeigt ein Fließdiagramm der verschiedenen Herstellungsschritte .Fig. 1 shows a flow diagram of the various manufacturing steps .

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Fig. 2 ist eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Wellen eines der Blätter aus Keramikfasern, aus dem die Matrix gebildet ist und zum Auflegen des gewellten Blattes auf das ungewellte Blatt.Fig. 2 is a side elevational view of an apparatus for corrugating one of the sheets of ceramic fiber from which the Matrix is formed and for placing the corrugated sheet on the non-corrugated sheet.

Fig. 3 zeigt in perspektivischer Ansicht die gewickelte Matrix.3 shows the wound matrix in a perspective view.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, werden zwei glatte Bänder 1 und 2, beispielsweise Papier aus Keramikfasern, insbesondere Aluminiumsilikatfasern, von Vorratsrollen (nicht gezeigt) durch einen Tränkbehälter 3 hindurchgeführt, der das As can be seen from Fig. 1, two smooth belts 1 and 2, for example paper made of ceramic fibers, in particular aluminum silicate fibers, are fed from supply rolls (not shown) through a soaking container 3, which has the

Siliziumdioxidsol enthält. Die Blätter werden dann durch ( Contains silica sol. The leaves are then replaced by (

eine Trockenkammer 4- hindurchgeführt, in der sie bei einer Temperatur in der Größenordnung von 150 0 getrocknet werden. Die Blätter werden dann durch eine Wellmaschine 5 hindiirchgeführt, in der das Blatt 2 gewellt und im Anschluß daran auf das ungewellte Band aufgelegt wird, mit dem es verbunden wird. Die hierfür verwendete Maschine ist im einzelnen unter Bezug auf Fig. 2 weiter unten beschrieben. Das zusammengesetzte wellpappenähnliche Band 6 wird dann einer Wickelstation 7 zugeführt, in der es spiralig aufgewickelt wird. Zwischen dem Verlassen der Wellmaschine und vor Eintritt in die Wickelstation kann das zusammengesetzte Band durch weitere Trankstatipnen hindurchgeführt * werden, in denen es mit Siliziumdioxidsol getränkt und anschließend bei einer Temperatur in der Größenordung von 150⁰C getrocknet wird.a drying chamber 4- passed through, in which they are dried at a temperature of the order of 150 0. The sheets are then guided through a corrugating machine 5 in which the sheet 2 is corrugated and then placed on the non-corrugated tape with which it is connected. The machine used for this is described in detail below with reference to FIG. The assembled corrugated cardboard-like tape 6 is then fed to a winding station 7, in which it is wound up spirally. Between leaving the corrugating machine and before entry into the winding station, the composite strip may pass through further Trankstatipnen * be where it is impregnated with silica sol and then dried at a temperature in the order of 150 ⁰ C.

Nachdem die grüne Matrix 8 fertig gewickelt ist, wird das Wickelband durch die Schneidvorrichtung 9 abgetrennt. Die grüne Matrix 8 durchläuft dann eine weitere Tränkstation 10, in der sie mit Siliziumdioxidsol getränkt wird. AnschließendAfter the green matrix 8 has been completely wound, the winding tape is cut off by the cutting device 9. The green matrix 8 then passes through a further impregnation station 10, in which it is impregnated with silicon dioxide sol. Afterward

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wird sie in einer weiteren Trockenstation auf eine Temperatur in der Größenordnung von 15O⁰C erwärmt und damit getrocknet. Das Tränken und Trocknen kann wiederholt werden, um die grüne Matrix starrer zu machen. Schließlich wird die grüne Matrix in einer Station 12 gebrannt. In dieser Station wird die Matrix auf eine Brenntemperatur zwischen 1 000 und 1 200⁰O gebracht. Anschließend läßt man die Matrix abkühlen.it is heated in a further drying station to a temperature in the order of 15O ⁰ C and dried. The soaking and drying can be repeated to make the green matrix more rigid. Finally, the green matrix is burned in a station 12. In this station, the matrix is brought to an internal temperature of 1000-1200 ⁰ O. The matrix is then allowed to cool.

Fig. 2 zeigt die Wellmaschine 5· Diese Maschine weist ein Paar mit wellenförmigen Vorsprüngen/üna mrt ihren Vorsprüngen ineinandergreifenden Walzen 14 und 15 auf. Die Walze 15 ist in festen Lagern gelagert, während die Walze 14 radial zu der Walze 15 verstellbar ist, um die Tiefe der Wellungen einstellen zu können.Fig. 2 shows the corrugating machine 5. This machine has a pair with wave-shaped projections / una mrt their projections interlocking rollers 14 and 15. The roller 15 is mounted in fixed bearings, while the roller 14 is adjustable radially to the roller 15 in order to adjust the depth of the corrugations can.

Die radiale Belastung der Walzen 14 in Richtung auf die Walze 15 wird pneumatisch oder auf andere Weise vorgenommen. Das glatte Band 2 wird durch den Spalt zwischen den Wellwalzen 14 und 15 hindurchgeführt und verläßt dann die Walze 15 in gewellter Form. Mit der Walze 15 steht eine Glattwalze 16 in Eingriff, die die Walze 15 an einer Stelle diametral gegenüber dem Spalt zwischen den Walzen 14 und 15 berührt. Die Walze 16 ist in radialer Richtung relativ zur Walze 15 einstellbar und die radiale Belastung der Walze 16 in Richtung auf die Walze I5 wird pneumatisch oder in ähnlicher Weise vorgenommen. Das ungewellte Band 1 wird in den Spalt zwischen den Walzen I5 und 16 eingespeist, und zwar unterhalb des gewellten Bandes 1. Die beiden Bänder, die vorher mit der Binderlösung, beispielsweise einem Siliziumdioxidsol, behandelt worden sind, werden hierbei mit einem dem Walzendruck entsprechenden Druck zusammengepreßt. Falls notwendig, kann ein organischerThe radial loading of the rollers 14 in the direction of the roller 15 is carried out pneumatically or in some other way. The smooth band 2 is passed through the gap between the corrugated rollers 14 and 15 and then leaves the roller 15 in a corrugated shape. With the roller 15 is a smooth roller 16 in engagement which the roller 15 at a point diametrically opposite the nip between the rollers 14 and 15 touched. The roller 16 is in the radial direction adjustable relative to the roller 15 and the radial load on the roller 16 in the direction of the roller 15 pneumatically or in a similar manner. The non-corrugated tape 1 is in the gap between the rollers I5 and 16 fed, namely below the corrugated belt 1. The two belts that were previously with the binder solution, for example a silicon dioxide sol, have been treated with a pressure corresponding to the roller Pressure compressed. If necessary, an organic one can be used

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Binder zwischen die Bänder eingeführt werden, und zwar
•unmittelbar bevor sie durch den Spalt zwischen den Walzen 15 undjl6 hindurchtreten.Binder are inserted between the bands, namely
• immediately before they pass through the gap between the rollers 15 and 16.

Das zusammengesetzte, wellpappenähnliche Band 6 wird dann der Wickelstation 7 zugeführt.The assembled, corrugated cardboard-like tape 6 is then fed to the winding station 7.

Fig. 3 zeigt in perspektivischer Ansicht,wie das zusammengesetzte Band 6 spiralig zu der grünen Matrix aufgewickelt wird. Ein abnehmbares lOrmelement, das nicht dargestellt
ist, wird benutzt, um die Spirale zu wiökeln.Fig. 3 shows in perspective how the composite tape 6 is wound spirally to form the green matrix. A removable element that is not shown
is used to twist the spiral.

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Claims

f i7 \ Process for the production of a spiral wound, ^ S disk-shaped matrix for a regenerative heat exchanger, characterized by the following process steps:

a) Soaking a pair of non-corrugated sheets of said material in a binder solution, followed by Drying at a temperature which is considerably lower than the temperature at which the ceramic fiber is fired in the material,

b) shafts one of the sheets and üb ere inander l% s of the corrugated and non-corrugated sheets,

c) spirally winding the superimposed corrugated and non-corrugated sheets to form the disc-shaped ones Matrix,

d) soaking the spirally wound sheets at least once in the binder solution, each soaking being followed by drying at a temperature substantially below the temperature at which the ceramic fibers of the material are fired, and

β Wärmebehandlung der spiralig gewickelten, scheibenförmigen Matrix bei einer Temperatur, bei der ein Brennen der keramischen Fasern des Materials auftritt, und anschließendes Kühlen der gabrannten Matrix.β heat treatment of the spirally wound, disc-shaped Matrix at a temperature at which a burning of the ceramic fibers of the material occurs, and then cooling the fired matrix.

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2. The method according to claim 1, characterized in that the tape between the corrugation and the winding again is soaked with the binder solution and then dried.

?. Method according to claim 1 or 2, characterized in that that the superimposed tapes are further soaked in the binder solution with subsequent drying after the tapes have been laid one on top of the other, but "before they are wound.

4 ·. Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the binder solution is an organic water-based binder, in particular polyvinyl alcohol.

5. The method according to any one of claims 1 to 4-, characterized in that that the binder solution is a silica sol.

6. The method according to claim 5, characterized in that the silica oil for one or more of the impregnations an additive is added which decomposes at the firing temperature and an aluminum-lithium or calcium salt is.

7. The method according to any one of the preceding claims, da- 'characterized by that the for the production of The tape material used in the matrix is a paper made of ceramic fibers which contains aluminum silicate fibers.

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the drying after soaking in the binder solution at a temperature in

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of the order of 150 ° C is carried out.

9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the matrix is fired ^{at a temperature between 1000 and 1 20O 0 O.}

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