DE2161470A1

DE2161470A1 - Wärmeaustauscher

Info

Publication number: DE2161470A1
Application number: DE19712161470
Authority: DE
Inventors: James Derek; Cassidy John Edward; Smith Frank; Runcorn Cheshire Birchall (Großbritannien). M
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1970-12-11
Filing date: 1971-12-10
Publication date: 1972-06-22
Also published as: NL7116971A; IT943900B; FR2118014A1; GB1367640A; BE776630A; ZA717878B; FR2118014B1

Description

Mappe 22744 - Dr.F/hr
Case MD.23402

IMPERIAL OHEMIOAL IHDÜSTRIES LIMITED, London, GroBsbritannien

"Wärmeaustauscher"

Priorität? 11_o Dezember 197O₁ Groesbritannien

Die Erfindung bezieht sich auf Wärmeaustauscher sum Übertragen von Wärme zwischen Medien verschiedener Temperaturen.

Eines der Probleme, das bei dem Aufbau von Wärmeaustauschern auftritt, ist die Auswahl eines geeigneten Materialsο Das Material des Wärmeaustauschers sollte vorzugsweise beständig sein gegenüber den erhöhten Temperaturen, denen es ausgesetzt wird und es sollte auch beständig sein gegenüber der korrosiven Einwirkung von Medien bei erhöhten Temperaturen. Es wurde schon vorgeschlagen, Wärmeaustaueeher aus verschiedenen feuerfesten Pulvern herzustellen, Jedoch hat sich die Bindung derartiger Pulver ale schwierig erwiesen» Es wurde gefunden, dass durch Binden eines feuerfesten PUIIbtoffee mit Aluminiumphosphat es

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möglich ist, ein zusammengesetztes Wärmeübertragungsmaterial herzustellen, das beständig ist gegenüber Korrosion und erhöhten Temperaturen»

G-emäss der vorliegenden Erfindung wird also ein Wärmeaustauscher zum Übertragen von Wärme »wischen Medien verschiedener Temperatur vorgeschlagen, wobei die Wärme durch ein zusammengesetztes Wärmeübertragungsmaterial zwischen den Medien übertragen wird und wobei das Wärmeüber tr agungsmat erial aus Aluminiumphosphat und einem feuerfesten Füllstoff besteht„

Das Wärmeübertragungsmaterial besteht also aus Aluminiumphosphat und einem feuerfesten Füllstoffe Der feuerfeste Füllstoff sollte geeignet sein, den Temperaturen zu widerstehen, denen der Wärmeaustauscher ausgesetzt wird. Der Füllstoff kann in irgendeiner beliebigen Form verwendet werden, beispielsweise in fasriger oder feinverteilter Form. Die Verwendung eines fasrigen Fülletoffee hat den Vorteil, dass hierdurch das Wärmeübertragungsmaterial verstärkt und gefestigt wird» Da die Faser beständig sein muss gegenüber hohen Temperaturen, besteht sie zweckmässig aus einer anorganischen Faser. Beispiele von anorganischen Faeern, welche hierfür verwendet» werden können, sind Metalloxydfasern, beispielsweise die Fasern, wie sie in der deutschen Patentanmeldung F 21 30 315« 1 beschrieben sind, insbesondere Aluminiumoxydfasern und Zirkoniuaoxydfasern; Kieselsäurefasern, insbesondere Kieselsäurefasern, die Chromoxyd enthalten; Aluminium-silikatfasern, beispielsweise die Fasern, welche im Handel unter der Bezeichnung "Fibrefax", "Triton" und "Kaowool" verfügbar sind, sowie Alum j niuiaphosphatf asern, Die Herstellung von Aluminiumphosphatfasern iet in der deutschen Patentanmeldung P 20 28 839.5 beschrieben» Es wird insbesondere vorgezogen, einen fasrigen

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Füllstoff zu verwenden, der in Form eines Tuches oder einer Matte vorliegt, die verwebt oder nicht-verwebt sein kann_f beispielsweise ein Vlies aus willkürlich angeordneten Glasfasern»

Beispiele von feinverteilten Füllstoffen, welche verwendet werden können, sind Kieselsäuremehl, geschmolzene amorphe Kieselsäure, geschmolzene Kieselsäure in Form von gemahlenem Schamottstein, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Aluminiumsilikat in Form von gemahlenem Schamottstein, feuerfeste Metallcarbide und -nitride, beispielsweise Titancarbid, Aluminiumoxyd, Zirkoniumoxyd und Aluminiumphosphat, wobei das feinverteilte Aluminiumphosphat zweekmässig nach dem Verfahren der deutschen Patentanmeldung P 20 28 839» 5 hergestellt sein kann. Es wird vorgezogen, einen feinverteilten Füllstoff zu verwenden, der eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, beispielsweise feuerfeste Metallcarbide und -nitride.

Gewünschtenfalls kann auch eine Mischung von Füllstoffen verwendet werden, so kann beispielsweise ein Faservlies oder Fasertuch in Verbindung mit einem feiawrerteilten Füllstoff verwendet werden, dor eise hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, Gernäss einem weiteren Aueführungebeispiel kann ein feinverteilter oder fasriger Füllstoff «wischen fasrigen Matten oder Tuchen als besondere Schicht angeordnet werden«

Wenn ein feinverteilter Füllstoff oder ein fasriger Füllstoff in Form von losen Fasern verwendet wird, so dient das Aluminiumphosphat als Bindemittel, um den Füllstoff untereinander zu verbinden, um so das Wärmeübertragungsmaterial zu bilden, das beispielsweise in Form einer Bahn oder Platte vorliegen kanne Wenn der Füllstoff in Form eines Tuches oder Vlieses verwendet wird, so dient das Aluminiutaphosphat dazuj das Tuch oder

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das Vlies im wesentlichen undurchlässig für Medien zu machen und kann gewünschtenfalls auch dazu dienen, um Tuch- oder Vliesschichten untereinander zu verbinden,.

Das Wärmeüberträgungsmaterial kann dadurch hergestellt werden, dass der lose Füllstoff durch Alunmiiuinphosphat oder einem Aluminiumphosphatvorläufer untereinander verbunden v/ird oder durch Imprägnieren des Tuches mit einer Lösung von Aluminiumphosphat oder einem Aluminiumphosphatvorläuf er_o Das Aluminiumphosphat oder der Vorläufer können in Lösung angewandt werden oder insbesondere in dem Fall, wo Komplexe verwendet werden als Feststoff, dem während des Abbindens ein Lösungsmittel zugesetzt wird. Aus diesem Grunde sollte das Aluminiumphosphat oder der Vorläufer, der verwendet wird, löslich sein_o Darüber hinaus wird es vorgezogen, dass das Phosphat ein Orthophosphat ist«.

Obwohl die sauren Aluminiumorthophosphate Al₂(HPO₄), und

.)- in Vasser löslich sind, zersetzen sie sich beim Erwärmen auf hohe Temperatur. Ea wird daher vorgezogen, Aluminiumorthophosphat zu verwenden, das Aluminium zu Phosphor in einem Verhältnis von 1:1 enthält« Normales Aluminiumorthophosphat der Formel AlPO- ist in Wasser unlöslich, Jedoch löslich in verdünnten Mineralsäuren, wie beispielsweise Salpeter-, SaIz- und Schwefelsäure sowie in gewissen Carbonsäuren, wie beispielsweise Oral- und Zitronensäure und sie können daher in Verbindung mit solchen Säuren verwendet werden«, Es ist insbesondere zweckmässig als Binder und Quelle von Aluminiumphosphat ein komplexes Phosphat von Aluminium zu verwenden, das mindestens ein. chemisch gebundenes Wasaermolekül oder eine Hydroxyverbindung R-OH₁, worin R eine organische Gruppe ist, und eine anionische Gruppe einer starken anorganischen Säure (eine andere

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saueretoffhaitige
als eine/Säure des Phosphor^) oder eine Carbonsäure enthält. Seispiele der anioniscixen Gruppe sind Halogenide_? Nitrat, Sulfat, Acetat, Benzoat und Perchlorat. Me komplexen, Halogen enthaltenden Phosphate sind weiter unten beispielsweise angegeben und sie sind eingehend in der deutschen Patentanmeldung P 20 28 839.5 erläutertο Die komplexen Phosphate, welche andere anionische Gruppen als Halogenide enthalten, sind analog den halogenhaltigen Komplexen und sie können in analoger Weise hergestellt und verwendet werden, als Quelle von Aluminiumphosphatο Weitere Einzelheiten solcher Komplexe sind in den schwebenden britischen Patentanmeldungen 48576/7! (chemisch gebundenes Wasaer enthaltend) und 48577/71 (eine chemisch gebundene organische Hydroxyverbindung enthaltend) angegebene

Bezüglich der halogenhaltigen Komplexe ist festzustellen, dass das Halogen vorzugsweise Chlor ist, jedoch können die Verbindungen auch andere Halogene, beispielsweise Brom oder Jod enthalten.

Der mit Bezug auf die komplexen Phosphate verwendete Ausdruck "Phosphat" schliesst Phosphateeter und saure Phosphate ein.

Wenn R in dem komplexen Phosphat eine organische Gruppe ist, so wird es vorgezogen, daea diese eine aliphatisch· Kohlen» wasserstoffgruppe oder eine substituierte aliphatische Sohlenwasserstoffgruppe ist. Es wurde gefunden, dass aliphatisch· Alkohole, welche 1 bis 10 Kohlenstoffatome enthalten, besonders geeignet sind und wegen ihrer leichten Verfügbarkeit wird es vorgezogen, aliphatische Alkohole zu verwenden, welche 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthalten, beispielsweise Methylalkohol, Äthylalkohol, n-Propylalkohol oder Ieopropylalkohol.

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nr· Q ·»»

Das Verhältnis der Anzahl von Grammatomen Aluminium zu der Anzahl von Grammatomen Phosphor in den komplexen Phosphaten von Aluminium kann innerhalb eines weiten Bereiches verschieden sein und beispielsweise von 1:2 bis 2:1 betragen, jedoch wird ein Verhältnis von 1:1 besonders vorgezogen, da Komplexphosphate gemäss der Erfindung mit diesem Verhältnis sich bei niedrigen Temperaturen direkt zersetzen, um Aluminiumorthophosphat zu bilden, das eine grössere chemische Stabilität und Feuerbeständigkeit besitzt als Altuniniumphosphat, das aus komplexen Phosphaten mit anderen Verhältnissen gebildet worden iet. Das Verhältnis der Anzahl von Grammatomen Aluminium zur Anzahl von Grammatomen Halogen in den komplexen Phosphaten beträgt vorzugsweise im wesentlichen 1:1.

Die komplexen Phosphate gemäss der Erfindung können Monomer oder Polymer sein» Die bevorzugten komplexen Phosphate sind Orthophosphate.

Die komplexen Phosphate können beispielsweise von 1 bis 5 Molekülen in der Hydroxyverbindung je Phosphoratom enthalten» Am häufigsten beträgt die Anzahl von Molekülen der Hydroxyverbin dung 4ο In gewissen Fällen können die komplexen Phosphate Moleküle von verschiedenen Hydroxyverbindungen enthalten und sie können beispielsweise sowohl chemisch gebundenes Wasser und eine chemisch gebundene organische Hydroxyverbindung enthalten, wobei die Gesamtanzahl solcher Moleküle beispielsweise 2 bis beträgt«

Beispiele von komplexen Phosphaten gemäss der Erfindung sind die komplexen Phosphate, welche Äthylalkohol enthalten und den empirischen Formeln AlPClHp₁-CgO₈ und AlPBrHpcCgO entsprechen«, Die Infrarot- und Röntgenstrahlcharakteristiken dieser Ver-

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bindungen eind in den Beispielen 1 und 7 der deutschen Patentanmeldung P 20 28 839.5 beschriebene Diese Verbindungen werden als Aluxniniumchlorphosphatäthanolat (zweckmässig abgekürzt ACPE) und Aluminiumbromphosphatäthanolat (zweckmäseig abgekürzt ABPE) bezeichnet. Es wird darauf hingewiesen, dass diese Bezeichnungen in keiner Weise irgendeinen besonderen Molekularaufbau dieser Verbindungen kennzeichnen.

Ein Beispiel eines komplexen Phoephats, das chemisch gebundenes Wasser enthält, ist das komplexe Phosphat mit chemisch gebundenem Wasser, welches der empirischen Formel AlPClH,,. 0« entspricht ο Die Infrarot- und RöntgenstrahlCharakteristiken dieser Verbindung sind in Beispiel 6 der genannten Patentanmeldung beschriebene Diese Verbindung wird als AluminiumchlorphOBphathydrat bezeichnet,(zweckmässig abgekürzt ACPH), Jedoch ist darauf hinzuweisen, dass diese Bezeichnung in keiner Weise einen bestimmten Molekularaufbau der Verbindung kennzeichnete

Die komplexen halogenhaltigen Aluminiumphosphate und ihre Lösungen können dadurch hergestellt werden, dass Aluminium oder eine Aluminiumverbindung, vorzugsweise ein Halogenid, mit einer Hydroxyverbindung der Formel R-OH und Phosphorsäure, einem Phosphorsäureester oder einer Verbindung, die geeignet ist, Phosphorsäure oder einen Phosphorsäureester zu bilden, umgesetzt wird. Wenn ein Aluminiumhaiogenid nicht verwendet wird, bo sollte eine Quelle für ein Halogen, beispielsweise eine Halogensäure, zugegen sein₀ Die Herstellung kann zweckmässig bei einer Temperatur zwiechen 0 und 60⁰C durchgeführt werden, obwohl auch höhere Temperaturen gewünschtenfalls angewendet werden können« Das komplexe Phosphat, in dem die Gruppe R-OH Wasser ist, kann in der oben angegebenen Weise hergestellt werden oder durch Behandeln der komplexen Phosphate,in denen

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R-OH eine organische Hydroxyverbindung istj, mit Wasser oder beispielsweise durch Behandlung von Aluminiumphosphathydrat mit gasförmigem Chlorwasserstoffe

Die oben beschriebenen komplexen Phosphate, in denen R-OH Wasser ist, sind in Wasser lösliche Die komplexen Phosphate, in denen R-OH eine organische Rydroxyverbindung ist_? sind im allgemeinen in organischen Lösungsmittel löslich* insbesondere in polaren organischen Lösungsmitteln» Alkohole, insbesondere aliphatische Alkohole mit 1 bis 10* insbesondere ? bis 4 Kohlenstoffatomen sind besonders brauchbare Lösungsmittel für diese Komplexverbindungen,, Gewünsentenfalls können Mischungen solcher Lösungsmittel verwendet werden_o

Ein Vorteil der Verwendung der oben genannten Komplexverbindungen zusätzlich zu ihrer Löslichkeit ist der, dass sie leicht erhärtet werden können, um Aluminiumphosphat beim Erwärmen auf Temperaturen über 80⁰C, beispielsweise Temperaturen im Bereich von 80 bis 200⁰C, zu ergeben. So können bei Verwendung von komplexen Phosphaten, die Aluminium und Phosphor in einem Verhältnis von 1:1 enthalten, stabile, hitzebeständige Wärmeübertragungsmaterialien bei varhältnismässig niedrigen Temperaturen hergestellt werdeno

Das Wärmeübertragungsmaterial gemäes der Erfindung kann, wie schon erwähnt, in Form von Bahnen oder Platten vorliegen« Der feuerfeste Füllstoff kann durch allgemein bekannte Arbeitsweisen mit Aluminiumphosphat zu Bahnen oder Platten gebunden werden, wobei auch die Bahnen oder Platten untereinander verbunden werden können. Beispielsweise kann zuerst ein Schlamm hergestellt werden durch Vermischen einer Lösung dec Aluminiumphosphats oder eines Vorläufers desselben mit einem feuerfesten

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BAD

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Püllstoff oder durch Zusetzen eines flüssigen Dispergiermittels, wie Wasser, zu einer trocknen Mischung des Füllstoffes und einem löslichen Aluminiumphosphat oder seinem Vorläufer,, Die letztgenannte Arbeitsweise ist besonders brauchbar, wenn Wasser als Dispergiermittel verwendet wird und die komplexen Phosphate chemisch gebundenes Wasser in der oben beschriebenen Weise als Vorläufer für Aluminiumphosphat enthalten„ Der Schlamm wird in eine Form eingebracht und gepresst und dann auf eine Temperatur von beispielsweise 80 bis 1000⁰G, insbesondere 100 bis 500⁰C, erwärmte Wie bereits erwähnt, besitzen die hier beschriebenen komplexen Phosphate den Vorteil, dass sie bei Temperaturen innerhalb des Bereiches von 80 bis 200⁰O aushärten, um Aluminiumphosphat zu bilden, obwohl gewünschtenfalls auch bei höheren Temperaturen gearbeitet werden kann« Die Herstellung von geformten Körpern, welche Aluminiumphosphat und einen feuerfesten Füllstoff enthalten unter Verwendung dieser komplexen Phosphate ist in der britischen Patentanmeldung 12 544/70 (entsprechend der holländischen Patentanmeldung 71 03318) und der britischen Patentanmeldung 59 039/70 beschrieben, in denen auch weitere Einzelheiten und Beispiele für die Durchführung der Arbeitsweise angegeben sind» Die in diesen Patentanmeldungen beschriebenen Verfahren können durchgeführt werden, um Platten oder Bahnen einer gewünschten Gestalt bei Anwendung geeigneter Formen herzustellen, wobei gewünschtenfalle auch Kerne verwendet werden können, um mit Aluminiumphosphat gebundene Formstücke gewünschter Gestalt zu erzeugen., Wenn hierbei mit Kernen gearbeitet wird, so können diese nach dem Auehärten des komplexen Phosphats wieder entfernt werden» Wenn beispielsweise Kerne aus Pplytetrafluoräthylen verwendet werden, so können diese einfach durch Abziehen entfernt werden und wenn Kerne aus einem niedrig-schmelzenden Werkstoff, wie beispielsweise Polyäthylen oder Polypropylen, verwendet werden,

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jo -

bo können diese auegeschmolzen werden_o

Wenn Vliese oder Tuche aus feuerfesten Pasern als Füllstoffe für das Aluminiumphosphat verwendet werden, so werden diese zweckmässig mit der Lösung des Aluminiumphosphate oder einem Aluminiumphosphatvorläufer imprägniert und dann in die gewünschte Form gebracht, um so das Aluminiumph.osph.at auszuhärten und das Vlies oder Tuch in der gewünschten Formgebung festzulegen» Gewünschtenfalls kann eine Mehrzahl von Vliesen oder Suchen zusammen behandelt werden, vm eine mehrschichtige Struktur zu ergeben, wie noch beschrieben werden wird. Die Konzentration an Aluminiumphosphat oder einem Aluminiumphosphatvorläufer in der Bindungslösung ist nicht kritisch und kann sich innerhalb eines weiten Bereiches ändern, beispielsweise von 1 bis 50 Gew.-#, und der Gehalt liegt vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 5 bis 25 Gew.-#, insbesondere von etwa 15 Gewo-9i₀ Die Aluminiumphosphate oder Aluminiumphosphatvorläuferlöaung kann gewünechtenfalls einen oder mehrere feuerfeste Füllstoffe, insbesondere feinverteilte Füllstoffe, dispergiert enthaltene

Im allgemeinen wird, gleichgültig, ob der feuerfeste Füllstoff in Form von feinen Teilchen, losen Fasern oder in Form eines Vlieses oder Tuches vorliegt, das AluminiumphoBphat oder der Vorläufer vorzugsweise in solcher Menge verwendet, dass das ausgehärtete zusammengesetzte Material zwischen 0,2 und 60 Jt, insbesondere 2 bis 15 #, beispielsweise etwa 5 Gewo--5C, AIuminiumphosphat, bezogen auf dae Gewicht des Aluminiumphosphats und Füllstoffes, enthält«

Die Erfindung ist anwendbar auf Wärmeaustauscher* in denen Wärme durch ein festes Wärmeaustauschmaterial zwischen Medien verschiedener Temperatur tibertragen wird und ist insbesondere

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brauchbar für Wärmeaustauscher, in denen Gase mit hohen Temperaturen, beispielsweise solchen von 800 bis 1050°G, behandelt werden«, Obwohl bei Anwendung der oben beschriebenen komplexen Phosphate die Wärmeaustauscher gemäss der Erfindung bei niedrigen Temperaturen geformt werden können, ist es sweckmässig, die Wärmeaustauscher bei einer Temperatur zu brennen, die oberhalb derjenigen liegt, bei der sie angewendet werden, bevor sie in die Wärmeaustauschapparatur eingebaut werden.

Die Erfindung ist besonders brauchbar für Blockwärmeaustauscher, So wird gemäss einem besonderen Merkmal der Erfindung ein Blockwärmeaustauscher vorgeschlagen, dessen Wärmeaustauschwandungen aus Aluminiumphosphat und einem feuerfesten Füllstoff bestehen«,

Blockwärmeaustauscher gemäss der Erfindung sind brauchbar zur Verwendung bei Gasturbinen und besonders brauchbar zur Verwendung bei Gasturbinen in Motorfahrzeugen, beispielsweise Lastwagen., Sie können in an sich bekannter Weise für einen Einzeldurchgang oder Menrfachdurehgang oder einer Kombination derselben ausgestattet sein. So kann beispielsweise ein Wärmeaustauscher bei einer Gasturbine an der Einsaugseite ist Einzeldurchgang und auf der Absaugseite im Mehrfachdurchgang arbeiten.,

Der Aufbau von Einzeldurchgang-Blockwärmeaustauschern gemäss der Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen beschrieben« Diese Beispiele erläutern lediglich die Erfindung, ohne sie zu beschränken.

Beispiel 1

Der Aufbaji eines BlockwänaeauBtauschers aus Kieselsäureglastuch, einer Aluminiumsilikatfaserbahn und Aluminiumphosphat unter Verwendung eines Spannrahmens ist in den Figo 1 bis 3

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der Zeichnungen dargestellt, und zwar zeigt:

Figo 1 eine Seitenansicht der Spannvorrichtung,

Figo 2 einen Grundriss der Spannvorrichtung der Figo 1, und

Fig₀ 3 eine perspektivische Darstellung von einer oberen Ecke auf dem zusammengesetzten WärmeauBtauscher.

Wie sich aus den Fig. 1 und 2 der Zeichnungen ergibt, besitzt die Spannvorrichtung eine quadratische Grundplatte 2 aus Aluminium» In die vier Ecken der Grundplatte 2 sind mit Gewinde¹ versehene Stangen 3 eingeschraubt, deren Lage an der Unterseite der Platte 2 durch Muttern 4 gesichert ist. Eine Anzahl von mit Gewinde versehenen Stangen 5 von geringerem Durchmesser als die Stangen 3 sind in die Grundplatte 2 in entsprechenden · Reihen entlang den Kanten 6 und 7 der Grundplatte eingeschraubt und ebenfalls von. der Unterseite durch Muttern 8 gesichert. Weitere Seihen von entsprechenden mit Gewinde versehenen Stangen 5' sind auch entlang den Kanten 9 und 10 der Grundplatte angebracht» Über die Stangen 5 werden dicht-passende Rohre aus Polytetrafluoräthylen aufgeschoben» Eine Oberplatte 11, die der Grundplatte 2 entspricht, jedoch mit Ausschnitten versehen ist, um innerhalb der Stangen 5 angebracht werden zu können, wird mit ihren Eckenansätzen und entsprechenden Bohrungen über die Stangen 3 geschobene An den Enden der Stangen 3 sind Flügelmuttern 1 2 vorgeshen, um auf die Oberplatte 11 einen Druck nach unten ausüben zu können»

Es wurde eine Lösung hergestellt, die 200 g/l AGPE in f 1 Methanol enthielt. Ein quadratisches Stück aus Kieselsäureglastuoh (250 g/m") wurde mit ACPE imprägniert, indem es in .iie

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Lösung eingetaucht wurde und dieses Tuch wurde auf einer flachen Bahn von Polytetraf luoräthylen ausgelegt, die auf die Grundplatte 2 der Spannvorrichtung gelegt war. In ähnlicher Weise wurde durch Eintauchen in die ACPE-Lösung ein entsprechend grosses, quadratisches Stück einer Aluminiumsilikatfaserbahn (75 mm stark, 1350 g/m ) imprägniert und auf das Kieselsäuretuch aufgelegt ο Eine Lage von parallel angeordneten, mit einem Polytetrafluoräthylenbelag versehener Kernetangen wurde auf die Oberseite der Bahn zwischen gegenüberliegenden Paaren der senkrechten Stangen 5 entlang den Kanten 6 und 7 der Grundplatte angebracht, so dass die Kernstangen senkrecht zu den Kanten 6 und 7 auegerichtet waren« Ein weiteres quadratisches Stück' der AluminiuBsilikatfaeerbahn wurde durch Eintauchen in die ACPE-LÖBung imprägniert und auf diese Stangen aufgelegte Die Aufeinanderfolge des Kieeelsäuretuchee, der- Bahn, der Kerastangen und des Tuches wurde wiederholt, wobei die Kernstangea zwischen entsprechenden senkrechten Stangen entlang den Kanten 9 und 10 der Grundplatte 2 angeordnet wurden, so dass die Kernßtangen senkrecht au den Kanten 9 und 10 und au den Kerjaatangen der ersten Schicht gelagert waren» Diese Aufeinanderfolge wurde vieraal wiederholt, um so vier Lagen von Kernstangen in jeder Richtung zu ergeben mit einem oberen quadratischen Stück von imprägniertem Kieselsäuretuch auf der Oberseite. Eine weitere quadratische Bahn von Polytetrafluoräthylin. wurde auf die Oberseite der letsten Schicht des Kieselsäuretuches aufgelegte Die Oberplatte 11 und die Spannvorrichtung wurden la Arbeitsstellung auf den Bolzen 3 gebracht und auf den Zusammenbau wurde ein Druck ausgeübt, indem die Flügelmuttern 12 von Hand angezogen wurden. Beim Anziehen der Flügelmuttern 12 trat ACPB-Lösung aus dem Zusammenbau aus. Die Spannvorrichtung mit ihrem Einbau wurde dann in einen Ofen gesetzt und der Wärmeaustauscher wurde 3 Stunden lang bei 200⁰C wänaebehandelto

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Fach der Wärnebehandlung und dem Aushärten wurde der Zusammenbau abkühlen gelassen, die Kernstangen wurden entfernt und der WärmeauBtauscher, der sich noch in dem Spannrahmen befand, wurde in die Lösung von ACFE eingetauchte Der Zusammenbau wurde dann entfernt, die Flüssigkeit ablaufen gelassen und erneut in einem Ofen weitere 3 Stunden bei 20O⁰C wärmebehandelt« Der Zusammenbau wurde abkühlen gelassen und der Wärmeaustauscher dann aus dem Spannrahmen entfernt. Sie unebenen Flächen des Wärmeaustauschers wurden plangeeägt. Der fertiggestellte Wärmeaustauscher ist in Fig, 3 der Zeichnungen dargestellt, wobei die Schichten 13» bestehend aus Kieselsäureglastuch, und die Schichten 14, bestehend aus der Aluminiumsilikatbahn, ersichtlich sind»

Beispiel 2

In diesen Beispiel wird der Aufbau eines Blockwärmeaustauschers aas Kieselsäureglastuch und Aluniniumphosphat beschrieben, wie . er in den Fig. 4 und 5 der Zeichnungen dargestellt ist» Auf diesen Zeichnungen zeigt:

Figo 4 eine Torderansicht einer wellenförmigen Platte aus

Kieselsäureglastttch und lässt die Bildung der Wellungen . um mit einem Polytetrafluoräthylenbelag versehene Kern-Stangen herum erkennen, und

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung von einer Ecke des

Wärmeaustauschers gesehen, der die Anordnung der Schichten des KLeselsänretuches erkennen lässt_o

Es wurde eine Lösung hergestellt, die 60 Gew.-Teile ACPE in 100 Grew.-Teilen einer 3:1 (Gewo/Gew«) Mischung von Methanol und Chloroform enthielt,, Eine Ansah 1 von rechteckigen Platten aus

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Kieselsäureglastuch (250 g/m ) wurde mit der Lösung imprägniert und in Wellenform um mit einem Polytetrafluoräthylenbelag versehene Kernetangen herum angeordnet, wie in Figo 4 dargestellt. Die imprägnierten Bahnen wurden dann auf 120⁰O erwärmte Das ACPE härtete beim Erwärmen aus und legte die Bahnen in der Wellenform fest ο Diese gewellten Bahnen wurden dann in eine Spannvorrichtung, ähnlich der in Verbindung mit Beispiel t beschriebenen Spannvorrichtung, jedoch ohne die senkrechten Stangen 5, angeordnet mit dazwischen gelegten quadratischen flachen Bahnen aus Kieselsäureglastuch, das nicht mit AluminiumphOBphat behandelt worden ist. Aufeinanderfolgende gewellte Bahnen wurden in den Wellungen senkrecht zueinander angeordnet, so dass jede vierte Bahn eine gewellte Bahn war, bei der die Wellungen parallel verliefen, wie in Fig. 5 dargestellte Diese Bahnen wurden in der Spannvorrichtung einem Druck von etwa 0,07 kg/cm ausgesetzte Die Spannvorrichtung mit den eingeklesmten Bahnen wurde dann in die ACPB-Lösung eingetaucht, wieder herausgenommen und auf 120°C erwärmt „ Die Eintauch- und Wärmebehandlung wurde mehrmals, insgesamt siebenmal, wiederholt und der Wärmeaustauscher wurde dann aus der Spannvorrichtung entfernt.

Blockwäremaustauscher gemäss der Erfindung können auch aus Bahnen von Aluminiumphosphaten hergestellt werden, welche feinverteilte Füllstoffe enthaltene Der Block kann zweckmassig aus im allgemeinen rechteckigen Bahnen aufgebaut werden, welche aus Aluminiumphosphat und einem feuerfesten Füllstoff bestehen, wobei mindestens einige der Bahnen eine Anzahl von Hüten aufweisen, die sich quer zur Bahn zwischen gegenüberliegenden Kanten der Bahn von einer Seite derselben erstrecken,. Diese Nuten können beliebige Querschnitte besitzen» Beispielsweise können sie halbkreisförmig, rechteckig oder V-föimig sein, Vor-

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zugsweise erstrecken sich, die Nuten sämtlich im wesentlichen parallel zu den Kanten der Bahn» Der Block kann vollkommen aus gefüllten Bahnen aus Aluminiumphosphat bestehen oder er kann ebene oder genutete Bahnen von einem anderen geeigneten feuerfesten Material, beispielsweise Graphit, enthalten.

Venn die Bahnen zusammengestellt sind, ergeben die Nuten Durchlässe oder Leitungen durch den Blocke Die Medien, zwischen denen der Wärmeaustausch durchgeführt werden soll, werden durch diese Leitungen oder Durchbrüche geleitete Obwohl Durchbrüche oder Leitungen, welche das gleiche Medium enthalten, miteinander gewünachtenfalls in Verbindung stehen können, sollten die Durchbrüche oder Leitungen, welche die anderen Medien enthalten, nicht damit in Verbindung stehen, wenn eine Vermischung der beiden Medien vermieden werden soll«

Der Aufbau eines Blookwärmeaustauschers aus Bahnen aus Alusiiniumphosphat und einem feinverteilten Füllstoff wird im folgenden mit Bezug auf die Figo 6 bis 9 der Zeichnungen beispielsweise erläutert» In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung von einer Scke eines BlockwärmeaustauBchers gesass der Erfindung,

Figo 7 einen Schnitt durch den Wärmeaustauscher der Figo 6, wobei beispielsweise ein Paar Hauben angeordnet sind,

Fig_o 8 eine perspektivische Darstellung einer Bahn aus gefülltem Aluminiumphosphat, wie sie als Einheit beim Aufbau eines Blockwärmeaustauschers gemäss den Figo 6 und 7 verwendet wird, und

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Figo 9 eine Vorderansicht des Blockes der Figo 7? welche die Anordnung der Hauben erkennen lässt»

Der Wärmeaustauscher 21 besteht aus einem Block, der aus einer Anzahl von rechteckigen Platten 29 aufgebaut ist, die aus Aluminiumphosphat und einem feuerfesten Füllstoff bestehen_o Auf einer Seite jeder Platte ist eine Anzahl von parallelen Nuten 80 von halbkreisförmigem Querschnitt angebracht, welche sich von der Vorderseite 33 zur Rückseite 32 der Platte erstrecken (Figo 8). Eine weitere Reihe von parallelen Nuten 31 von ähnlichem Querschnitt erstreckt sich von der Seite 34 zur Seite

35 der Bahn an der anderen Seite derselben,, Beim Aufbau des Wärmeaustauschers werden die Platten stapelweise derart angeordnet, dass die Nuten 30 benachbarter Platten zusammenwirken, um Reihen von kreisförmigen Leitungen oder Durchlässen 22 zu bilden, welche sich zwischen den gegenüberliegenden Flächen 24 und 25 des Blockes erstrecken» Die Nuten 31 benachbarter Bahnen bilden zusammen eine Reihe von kreisförmigen Leitungen oder Durchlässen 23» welche sich zwischen gegenüberliegenden Seiten 26 und 27 des Blockes erstrecken^ Die oberen und unteren

Platten des Blockes besitzen die Nuten nur auf ihrer innen gelegenen Fläche, während ihre äuaseren Oberflächen plan sind.

Die Fig. 7 und 9 erläutern die Anordnung von einem Paar.Hauben

36 an dem Block. Die Hauben besitzen Flansche 37» welche gegen die oberen und unteren Flächen des Blockes anliegen.. Die Hauben werden durch Bolzen 38 befestigt, welche durch entsprechende Bohrungen an den Ecken des Blockes oberhalb und unterhalb des Blockes hindurchragen und mit denen die gegenüberliegenden Hauben miteinander verbolzt werden,, Dichtungen 39 aus Kieselsäuretuch sind zwischen den Flanschen 37 und den Blockflächen vorgesehen» um eine Abdichtung au bewirken., Ein

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weiteres Haubenpaar ist in ähnlicher Weise an den Flächen 23 und 27 des Blockes angebrachte

Patentansprüche;

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Claims

PATENTANSPRÜCHE;

Wärmeaustauscher für die Übertragung von Wärme zwischen Medien verschiedener Temperatur, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme durch ein zusammengesetztes Wärmeübertragungsmaterial zwischen den Medien übertragen wird, wobei das Wärmeübertragungsmaterial aus Aluminiumphosphat und einem feuerfesten Pullstoff bestehtο

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet} dass das Wärmeübertragungsmaterial einen f asrigen Füllstoff enthält.

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet? dass das Wärmeübertragungsmaterial aus einem f asrigen Füllstoff in Form eines gewebten Tuches oder eines Vlieses mit willkürlich angeordneten Fasern vorliegt.

Α» Wärmeaustauscher nach Anspruch 2 oder 3_f dadurch gekennzeichnet, dass der fasrige Füllstoff aus Kieselsäureglasfasern besteht ο

5ο Wärmeaustauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungsmaterial aus einem feinverteilten Füllstoff besteht.

6o Wärmeaustauscher nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet; dass der feinverteilte Füllstoff aus einem Material von hoher Wärmeleitfähigkeit besteht.

7ο Wärmeaustauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumphosphat sicii von

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einem komplexen Phosphat von Aluminium ableitet, das mindestens ein chemisch gebundenes IlolekülWasser oder eine Hydroxyverbindung der Formel R-OII enthält ₃ worin R eine organische Gruppe ist, und eine anionische Gruppe einer starken anorganischen Säure(mit Ausnahme einer sauerstoffhaltigen Säure des Phosphors) oder einer Carbonsäure.

8_O Wärmeaustauscher nach Anspruch 7_S dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumphosphat sich von einem Halogen enthaltenden komplexen Phosphat von Aluminium ableitety daö mindestens ein chemisch gebundenes Molekül Wasser oder eine Hydroxyverbindung R-OH enthält, worin R eine organische Gruppe ist»

9ο Wärmeaustauscher nach Anspruch 8_S dadurch gekennzeichnet_? dass das Aluminiumphosphat sich von einem komplexen Phosphat der empirischen Formel AlPGlH₀CG₀O₀ oder AlPGlH, .0_Ω ableitete

10_o Wärmeaustauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche_r dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauscher ein Blockwärmeaustauscher ist ο

PATENTANWÄLTE

NW·». R FINCXC, DIM-ING. H. BOMt MTL-WO. LSTAMtH

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