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Wärmeaustauscher
| -P-f)G L""Fttft4-' |
| Nr. 333 402 vom 16. Februar 1973. Die rfi g stellt eine |
| Verbesserung der Vorrichtun des Verfahrens dar, welche |
| Gegen tandde webenden US-Anmeldung Nr. 30 859 vom 22.4.70 |
| lMl efff6stleh |
| geLn.,art |
In der vorstehend genannten schwebenden US-Anmeldung ist ein Aufbau von einteilig
zusammengeschmolzenen Rohren beschrieben, der als kompakter Wärmeaustauscher als
Auftriebmaterial, als SchalldEmpfungsmaterial als Wärmeisoliermaterial oder dergleichen
verwendbar ist. Die Vorteile dieser Vorrichtung und die damit verbundenen Erfordernisse
sind in der genannten US-Anmeldung eingehend beschrieben und brauchen daher an dieser
Stelle nicht wiederholt zu werden.
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Gemäß der genannten Anmeldung besteht der Wärmeaustauscher aus einer
Mehrzahl von einzelnen achsparallelen Glaskeramikrohren mit offenen Enden, die thermisch
zu einem einteiligen Wärmeaustauscher miteinander verbunden sind. Gas strömt durch
die einzelnen Rohre des Wärmeaustauschers, wobei ein offenes Ende eines Jeden Rohres
einen Einlaß und das andere offene Ende eines jeden Rohres den Auslaß bildet. Bei
einem typischen Wärmeaustauscheraufbau liegt an einer oder beiden Stirnflächen eine
Dichtwigsstange an. Der Wärmeaustauscheraufbau wird relativ zu der Dichtungsstange
gedreht, die mit erheblichem axialen Druck gegen die Stirnfläche des Wärmeaustauschers
gedrückt wird. Infolge der Anlage der Wärmeaustauscherstirnfläche unter dem Dichtungsdruck
an der Dichtungsstange tritt bei längerem Betrieb eine gewisse Abriebabnutzung an
der Stirnfläche des Wärmeaustauschers auf, insbesondere da diese Stirnfläche durch
die offenen Enden der einzelnen Rohre gebildet ist. Hinzu kommt, daß die Festigkeit
des Wärmeaustauschers und seiner Fähigkeit axialen oder radialen Drücken während
des Betriebes zu widerstehen von dem Grad der einteiligen Bindung zwischen den benachbarten
Rohren abhängt. Während diese Wärmeaustauscher nach der schwebenden US-Patent anmeldung
als Wärmeaustauscher zufriedenstellend arbeiten und auch Verbesserungen gemacht
worden sind, um den Widerstand der Stirnflächen gegen Abnutzung zu erhöhen, ist
es erwünscht, das Abnutzungsproblem der Dichtung stange zu vermeiden, während ein
hoher Wärmeaustauschwirkungsgrad aufrechterhalten wird. Es ist ferner erwünscht,
Antriebsverbindungen, Antriebskraft und drehbare Lagerung eines Wärmeaustauschers
zu vermeiden.
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In der zuvor erwähnten US-Patentanmeldung ist auch eine Ausfuhrungsform
eines Wärmeaustauschers beschrieben, deren Konstruktion eine Vielzahl von übereinander
angeordneten Rohrlagen aufweist, wobei eine Lage über der anderen in aufeinanderfolgenden
parallelen Ebenen angeordnet ist. Die Rohre in Jeder Ebene liegen im wesentlichen
parallel zueinander und quer zu den Rohren in wenigstens einer der benachbarten
Lagen.
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Der Aufbau der an beiden Enden dicht verschlossenen Rohre wird bis
zum Erweichen erhitzt und ausgedehnt, um die Rohre miteinander zu einem einteiligen
Bauteil zu verschmelzen. Die verschlossenen Enden werden geöffnet und eine Vielzahl
derartiger Aufbauten können ringförmig zusammengebaut werden, wobei jeder Aufbau
von einem benachbarten Aufbau durch ein keilförmiges Teil getrennt ist.
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Bei dieser letzteren Konstruktion kommt das Abnutzungsproblem der
Dichtungsstange in Fortfall. Obwohl bei dieser Konstruktion keine Bewegung des Aufbaus
auftritt, ist es erwünscht, den Wärmeaustauschwirkungsgrad über denjenigen zu verbessern,
der bei einer Querströmung auftritt, während die Vorteile eines einteiligen Glaskeramikaufbaus
mit geringer Wärme dehnung gegenüber den bekannten Metall- oder Keramilcwärmeaustauschern
aufrechterhalten bleibt.
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Es ist bekannt, daß ein Gegenstromwärmeaustauscher den höchsten Wirkungsgrad
hat. Gleichstrom- und Gegenstromwärmeaustauscher sind Jedoch, wenn sie aus Metallen,
wie z.B. Nickellegierungen, hergestellt sind, teuer und schwierig zu verformen und
hart zu
verlöten. Derartige Wärmeaustauscher werden oft nach wiederholten
Umläufen leck. Es sind auch schon Wärmeaustauscher aus gewellten Keramikplatten
hergestellt, die gestapelt werden, um ein Quer- und Gegenstrommuster zu bilden,
die dann gesintert werden. Es ist Jedoch schwierig, die Verbindungen dieser bekannten
Wärmeaustauscher herzustellen und Fehler treten gewöhnlich in den Verbindungszonen
auf. Wärmebeständige Materialien, die bei den bekannten Wärmeaustauscherkörpern
verwendet werden, sind teuer und gehen oft infolge thermischer Ermüdung zu Bruch,
während gesinterte Keramikwärmeaustauscher unerwünsct porös sein können.
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In der zuvor erwähnten US-Patentanmeldung ist ein Gleichlauf-und Gegenlaufwärmeaustauscher
beschrieben, der eine erste und eine zweite Vielzahl von Rohrlagen benutzt, wobei
die Achsen der mittleren Abschnitte der Rohre in jeder Lage im wesentlichen parallel
zueinander liegen. Eine Wärmeaustauschwirksamkeit wird erzielt, aber bei dieser
Konstruktion ist die eine Vielzahl von Lagen kürzer als die andere der Vielzahl
von Lagen, so daß innere Sammlerkopfverbindungen gemacht werden müssen um die beiden
Strömungsmittelströme zu trennen. Diese Konstruktionen arbeiten befriedigend und
es werden gute Wärmeaustauschwirkungs grade erzielt, aber es können Strömungs- und
Zusammenbauprobleme auftreten, die bei einer Massenproduktion schwer zu meistern
sind.
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Demgemäß besteht ein Ziel der Erfindung darin, einen Wärme austauscheraufbau
und ein Verfahren zur Herstellung desselben
zu schaffen, der überlegene
Eigenschaften aufweist und einen nicht porösen Wärmeaustauscherkörper mit geringer
Wärmedehnung verwendet, der beispielsweise aus Glaskeramikmaterialien hergestellt
ist und der nicht die Mängel der bekannten Wärmeaustauscher aufweist.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten
Verfahren zur Herstellung eines neuartigen Wärmeaustauscheraufbaus.
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Noch ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer
verbesserten Vorrichtung und eines Verfahrens zur Herstellung derartiger Wärmeaustauscheraufbauten,
die Strömungsmittel in Wärmeaustauschdurchgängen leiten, die im wesentlichen parallel
zueinander liegen und die die Strömungsmittelströme getrennt voneinander halten,
so daß ein hoher Wirkungsgrad erzielt wird, während mit der Konstruktion getrennte
Sammlerkopfverbindungszonen geschaffen werden, die leicht mit den beiden Strömungsmittelströmen,
zwischen denen der Wärmeaustausch stattfindet, verbunden werden können. Die Konstruktion
erfordert keine beweglichen Teile, um ordnungsgemäß zu arbeiten.
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Vorstehende Ziele sind in den verschiedenen Wärmeaustauscherausführungsformen
gemäß der Erfindung dargestellt. Jeder fertige Aufbau weist eine erste Vielzahl
von Rohrlagen auf, in denen Jedes Rohr offene Enden und einen mittleren Abschnitt
zwischen den offenen Enden aufweist, der im wesentlichen parallel zu entsprechenden
mittleren Abschnitten der anderen Rohr. der
gleichen Lage und zu
entsprechenden Rohrabschnitten in den anderen der ersten Vielzahl von Lagen liegt,
um eine erste Reihe von sich längs erstreckenden, im wesentlichen parallelen Durchgängen
für ein erstes Strömungsmittel zu bilden.
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Eine zweite Vielzahl von Rohrlagen,in denen jedes Rohr offene Enden
und zwischen diesen einen mittleren Abschnitt aufweist, der im wesentlichen parallel
zu entsprechenden mittleren Abschnitten der anderen Rohre der gleichen Lage und
zu entsprechenden mittleren Abschnitten in der anderen zweiten Vielzahl von Lagen
aufweist, bildet eine zweite Reihe von sich längs erstreckenden, im wesentlichen
parallelen Durchgängen für ein zweites Strömungsmittel.
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Die mittleren Rohrabschnitte einer Jeden der ersten Vielzahl von Lagen
sind angrenzend im wesentlichen parallel zu und in Wärmeaustauscbbeziehung den mittleren
Rohrabschnitten'wenigstens einer einer zweiten Vielzahl von Lagen angeordnet. Die
mittleren Rohrabschnitte einer jeden der zweiten Vielzahl von Lagen sind angrenzend
im wesentlichen parallel zu und in Wärmeaustauschbeziehung den mittleren Rohrabschnitten
wenistens einer der ersten Vielzahl von Lagen angeordnet. Auf diese Weise ist ein
Stapel von Rohren gebildet, die vier Sätze von offenen Enden aufweisen, um ein erstes
und ein zweites Strömungsmittel aufzunehmen und auszutragen.
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Die Abschnitte der Rohre in jeder der ersten und der zweiten Vielzahl
von Lagen zwischen den mittleren Abschnitten und
einem ersten Satz-der
offenen Enden erstreckt sich schräg gegenüber den mittleren Abschnitten derselben,
so daß der erste Satz von offenen Rohrenden eine Stellung außerhalb des Rohrstapels
einnimmt und eine erste Vielzahl von sich schräg erstreckenden Rohrabschnitten bildet,
die eine erste von vier Sätzen offener Rohr enden außerhalb des Stapels bilden und
zur Verbindung eines ersten Sammlerkopfes zugänglich sind. Ein anderer Abschnitt
eines jeden Rohres in jeder der ersten und der zweiten Vielzahl von Lagen zwischen
den mittleren Abschnitten derselben und einem zweiten Satz von offenen Enden erstreckt
sich schräg gegenüber den mittleren Abschnitten derselben, um den zweiten Satz von
offenen Rohrenden außerhalb des Rohrstapels anzuordnen, so daß eine zweite Vielzahl
von sich schräg erstreckenden Rohrabschnitten gebildet ist, die einen zweiten der
vier Sätze von offenen Enden außerhalb des Stapels bilden, der zur Verbindung eines
zweiten Sammlerkopfes zugänglich ist.
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Die verbleibenden Rohrabschnitte der Rohre in den ersten und den zweiten
Vielzalilen von Lagen zwischen den mittleren Abschnitten derselben und den dritten
und vierten Sätzen der offenen Enden derselben erstreckt sich nach außen von den
mittleren Abschnitten derselben, um die dritten und vierten Sätze von offenen Enden
außerhalb des Stapels von durchgehenden mittleren Rohrabschnitten zu bilden, die
die dritten und vierten Sätze von offenen Enden bilden, die zur Verbindung mit einem
dritten und einem vierten Sammlerkopf zugänglich sind.
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Sammlerkopfverbindungsmittel sind für jeden der vier Sätze von
offenen
Enden vorgesehen, die die offenen Enden von Jedem Satz aufnehmen und die Räume zwischen
denselben und um die offenen Enden herum eines jeden Satzes zu verschließen und
ein Durchlecken von Strömungsmitteln aus einem Sammlerkopf zwischen den Rohrenden
eines jeden Satzes zu verhindern. Die Rohre und die Sammlerkopfverbindungsmittel
sind aus einem Material hergestellt, das im wesentlichen nicht porös ist und im
wesentlichen aus einem anorganischen kristallinen Oxidkeramikmaterial besteht, das
im Durchschnitt einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa minus 18 bis
plus 12 x 10 7/ C über einen Bereich von O bis 3000C aufweist. Die gestapelten Rohrlagen
und die Sammelkopfverbindungsmittel werden zusammengeschmolzen, um einen einteiligen
Aufbau zu bilden. Während der hier beschriebene einteilige Aufbau im Durchschnitt
einen linearen Wärmeausdehnungs koeffizienten innerhalb des angegebenen Bereiches
hat, beträgt dieser vorzugsweise etwa minus 12 bis plus 12 x 10-7/°C über den Bereich
von 0 bis 3000C und hat bevorzugt einen linearen Wärmedehnungskoeffizienten von
etwa minus 5 bis plus 5 x 10-7/°C über den Bereich von 0 bis 300°C Bei einer ersten
Aus führungs form hat die erste Vielzahl von Rohren an jedem Ende der mittleren
Rohrabschnitte sich schräg erstreckende Rohrabschnitte. Die zweite Vielzahl von
Rohren bei der ersten Ausführungsform kann im wesentlichen gerade Rohrabschnitte
haben, die sich von Jedem Ende der mittleren Rohrabschnitte erstrecken. Bei der
ersten Ausführungsform der Erfindung können die zweiten Vielzahl von Rohren auch
sich schräg von Jedem Ende der mittleren Rohrabschnitte erstreckende Rohrabschnitte
haben.
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Bei der ersten in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsfona erstrecken
sich die schrägen Rohrabschnitte der ersten Vielzahl von Lagen beide schräg von
den mittleren Rohrabschnitten auf der gleichen Seite der Achsen der mittleren Rohrabschnitte
des Stapels fort, während die schrägen Rohrabschnitte der zweiten Vielzahl von Lagen
sich beide schräg von den mittleren Rohrabschnitten an der gegenüberliegenden Seite
der Achsen der mittleren Rohrabschnitte des Stapels forterstrecken.
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Bei noch einer anderen Ausführungsform erstrecken sich die ersten
schrägen Rohrabschnitte der ersten Vielzahl von Lagen an einem Ende der mittleren
Rohrabschnitte schräg von einer Seite der Achsen der mittleren Rohrabschnitte fort,
während die zweiten schrägen Rohrabschnitte der ersten Vielzahl von Lagen am anderen
Ende der mittleren Rohrabschnitte sich schräg zur anderen Seite der Achsen der mittleren
Rohrabschnitte hin fort erstrecken. Die ersten schrägen Rohrabschnitte der zweiten
Vielzahl von Lagen an einem Ende der mittleren Rohrabschnitte erstrecken sich schräg
von den Achsen der mittleren Rohrabschnitte am gleichen Ende in entgegengesetzter
Richtung von den Achsen fort, wie es die ersten schrägen Abschnitte der ersten Vielzahl
von Lagen tun. Die zweiten schrägen Rohrabschnitte der zweiten Vielzahl von Lagen
an dem anderen Ende der mittleren Rohrabschnitte erstrecken sich schräg von den
Achsen der mittleren Rohrabschnitte am gleichen Ende in entgegengesetzter Richtung
von den Achsen fort, wie die zweiten schrägen Abschnitte der ersten Vielzahl von
Lagen.
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Bei einer weiteren Aus führungs form des Erfindungsgegenstandes hat
die erste Vielzahl von Rohren sich schräg von einem Ende der mittleren Rohrabschnitte
erstreckende Rohrabschnitte und im wesentlichen gerade Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitte,
die sich vom anderen Ende der mittleren Rohrabschnitte erstrecken.
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Die zweite Vielzahl von Rohren hat sich schräg erstreckende Rohrabschnitte
am einen Ende der mittleren Rohrabschnitte und im wesentlichen sich gerade erstreckende
Sammlerkopfverbindungsrchrabschnitte am anderen Ende der mittleren Abschnitte. Die
sich schräg erstreckenden Rohrabschnitte der ersten und der zweiten Vielzahl von
Lagen sind an den gegenüberliegenden Enden des Stapels angeordnet.
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Das Sammlerkopfverbindungsmittel kann einen geschäumten Keramikzement
aufweisen, der in Stellung um die Rohre nahe den offenen Enden eines jeden der vier
Sätze von offenen Enden der ersten und zweiten Vielzahl von Rohrlagen geformt und
wärmebehandelt ist.
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Jeder der Sätze von Rohrenden kann sich vom Stapel in Form einer Vielzahl
von Rohrlagen forterstrecken, die Räume zwischen sich bilden, wo die mittleren Rohrabschnitte
von einer der ersten und zweiten Rohrlagen des Stapels die mittleren Rohrabschnitte
der anderen der ersten und zweiten Rohrlagen auf Abstand halten.
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Das Sammlerkopfverbindungsmittel kann dann einen geschäumten Keramikzement
aufweisen, der in den Räumen zwischen der Vielzahl von Rohrlagen und um die Rohre
nahe den offenen Enden derselben eines jeden Satzes der offenen Rohrenden geformt
und wärmebehandelt ist, um einen Verschluß um Jeden Satz von offenen Rohrenden zu
bilden,
der im wesentlichen nicht porös ist, im wesentlichen den gleichen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten
wie die Rohre aufweist und der mit den Rohren um die offenen Enden herum verschmolzen
ist, um eine einteilige Verbindung für einen Sammlerkopf zu bilden, der dem Satz
der offenen Enden Strömungsmittel zuführt bzw. aufnimmt.
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Eine wahlweise Sammlerkopfverbindung für Jeden der Sätze von offenen
Rohrenden kann eine Vielzahl von festgepackten einzelnen axial länglichen Elementen
aufweisen, die mit ihren Achsen parallel zueinander und in Schichten in den Räumen
zwischen den Rohrendlagen angeordnet sind, wobei ein Dichtungsmittel in den Zwischenräumen
zwischen den Sammlerkopfelementen, zwischen den Rohrenden und zwischen den Lagen
der Sammlerkopfelemente und den Rohrenden angeordnet ist, um eine integrale Verbindung
zu bilden. Das Dichtungsmittel kann ein keramischer Zement, ein geschäumter keramischer
Zement,eine gesinterte Fritte oder dergleichen geeignete Dichtung sein, die die
zuvor angegebenen Ziele erfüllt. In vorteilhafter Weise weist jede Lage der Sammlerkopfelemente
wenigstens ein axial längliches Rohr mit verhältnismäßig dünner Wandung und verschlossenen
Enden auf, wobei jedes dieser Rohre bei der Wärmebehandlung aufgeweitet wird, um
das Dichtungsmaterial zusammenzudrücken und sicherzustellen, daß die Zwischenräume
zwischen den Sammlerkopfelementen und den Rohrendabschnitten der Rohre benachbarter
Lagen verschlossen werden.
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Andero Ziele, Merkmale und Vorteile gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung
in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor.
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Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform
eines Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung; Fign. 2 und 3 sind Draufsichten der
verschiedenen Arten von Rohrlagen, die bei der Ausführungsform nach Fig. 1 verwendet
werden; Fig. 4 einen Querschnitt des in Fig. 1 gezeigten Aufbaus, der zur Wärmebehandlung
in einer Form aufgenommen ist; Fig. 5 einen Längsschnitt der in Fig. 4 gezeigten
Vorrichtung nach der Linie V-V der Fig. 43 Fig. 6 einen Querschnitt eines Teiles
der mittleren Rohrabschnitte einer ersten Ausführungsform der Erfindung vor der
Wärmebehandlung; Fig. 7 einen Querschnitt gemäß dem der Fig. 6 nach der Wärmebehandlung
und Aufweitung der Rohre; Fig. 8 einen Querschnitt der mittleren Rohrabschnitte
einer zweiten Ausfuhrungsform der Erfindung vor der Wärmebehandlung des Aufbaus;
Fig. 9 einen Querschnitt entsprechend der Fig. 8,nachdem die Wärmebehandlung stattgefunden
hat; Fig. 10 eine Draufsicht der Vorrichtung zur Vorbereitung von Mehrzahlen von
Rohrlagen, die bei der HerstelLung der
neuartigen Wärmeaustauscherkonstruktion
gemäß der Erfindung verwendet werden) Fig. 11 eine Seitenansicht der inFig. 10 gezeigten
Vorrichtung; Fig. 12 einen Querschnitt der in den Fign. 10 und 11 gezeigten Vorrichtung,
nach Linie XII-XII der Fig. 11; Fig. 12a einen Querschnitt der in Fig. 12 gezeigten
Vorrichtung mit einer wahlweisen Rohrbiegevorrichtung; Fig. 13 eine perspektivische
Ansicht einer zweiten AusfUhrungsform der Erfindung; Fig. 14 eine schematische Darstellung
eines Teiles der in Fig. 13 gezeigten Anordnung; Fig. 15 eine schematische Darstellung
einer wahlweisen Ausfffhrur.gsform der in Fig. 13 dargestellten Vorrichtung; und
Fign. 16, 17 und 18 schematische Darstellungen von dritten, vierten und fünften
wahlveisen Ausfuhrungsformen des Erfindungsgegenstandes.
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Es wird auf die Figuren 1 bis 3 Bezug genommen, in denen ein Wärmeaustauscher
20 gemäß der Erfindung dargestellt ist. Der Wärmeaustauscher 20 weist eine erste
Vielzahl von Lagen oder Gruppen 30 von Rohren 32 auf. Jedes Rohr 32 in der Vielzahl
von Lagen 30 hat offene Enden 39 und zwischen diesen einen mittleren Abschnitt 34,der
sich im wesentlichen parallel zu entsprechenden mittleren Abschnitten 34 der anderen
Rohre 32
in derselben Lage und zu entsprechenden mittleren Rohrabschnitten
34 in der anderen der ersten Vielzahl von Lagen 30 erstreckt, um eine erste Reihe
von sich längs erstreckenden, im wesentlichen parallelen Durchgängen zur Aufnahme
eines ersten Strömungsmittels zu bilden.
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Eine zweite Vielzahl von Lagen oder Gruppen 40 von Rohren 42 sind
zwischen der ersten Vielzahl von Lagen der Rohre 30 angeordnet. Jedes Rohr 42 in
der zweiten Vielzahl von Lagen 40 hat offene Enden 49 und zwischen denselben einen
mittleren Abschnitt 44, der sich im wesentlichen parallel zu entsprechenden mittleren
Abschnitten 44 der anderen Rohre 42 in der gleichen Lage und zu entsprechenden mittleren
Rohrabschnitten 44 in den anderen der zweiten Vielzahl von Lagen 40 erstreckt, um
eine zweite Reihe von sich längs erstreckenden,im wesentlichen parallelen Durchgängen
zur Aufnahme eines zweiten Strömungsmittels zu bilden.
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Die mittleren Rohrabschnitte 34 einer jeden der ersten Vielzahl von
Lagen 30 sind aneinandergrenzend im wesentlichen parallel und in Wärmeaustauschbeziehung
zu den mittleren Rohrabschnitten 44 von wenigstens einer der zweiten Vielzahl von
Lagen 4o angeordnet. Die mittleren Rohrabschnitte 44 einer jeden der zweiten Vielzahl
von Lagen sind angrenzend im wesentlichen parallel und in Wärmeaustauschbeziehung
zu den mittleren Rohrabschnitten 34 von wenigstens einer der ersten Vielzahl von
Lagen 30 angeordnet.
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Auf diese Weise ist ein übereinander angeordneter Röhrenstapel gebildet,
der vier Sätze von offenen Enden zur Aufnahme und Austragung eines ersten und eines
zweiten Strömungsmittels aufweist.
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Die Abschnitte 36 der Rohre in jeder ersten und der zweiten Vielzahl
von Lagen (wie z.B. die Lagen 30) zwischen den mittleren Abschnitten 34 derselben
und einem ersten Satz von offenen Enden 39 erstrecken sich schräg gegenüber den
mittleren Abschnitten 34, um den ersten Satz von offenen Rohr enden 39 außerhalb
des Stapels anzuordnen und dabei eine erste Vielzahl von sich schräg erstreckenden
Rohrabschnitten zu bilden, die einen ersten der vier Sätze von offenen Rohrenden
außerhalb des Stapels bilden und zur Verbindung mit einer ersten Sammlervorrichtung
zugänglich sind.
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Ein anderer Abschnitt eines jeden Rohres 32 in Jeder der ersten und
der zweiten Vielzahl von Lagen (in diesem Falle die Lagen 30) zwischen den mittleren
Abschnitten 34 und einem zweiten Satz von offenen Enden 39 erstreckt sich schräg
gegenüber den mittleren Abschnitten 34,um den zweiten Satz von offenen Rohrenden
außerhalb des Stapels anzuordnen und dabei eine zweite Vielzahl von sich schräg
erstreckenden Rohrabschnitten 38 zu bilden, die einen zweiten der vier Sätze von
offenen Rohrenden außerhalb des Stapels darstellen und zur Verbindung mit einem
zweiten Sammlerkopf zugänglich sind.
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Die verbleibenden Rohrabschnitte 46, 48 der Rohre 42 in den ersten
und zweiten Vielzahlen von Lagen (in diesem Falle die Vielzahl der Lagen 40) zwischen
den mittleren Abschnitten 44 und den dritten und vierten Sätzen von offenen Rohrenden
49 erstrecken sich von den mittleren Abschnitten 44 nach außen, um die dritten und
vierten Sätze von offenen Enden 49 von den
gestapelten fortlaufenden
mittleren Rohrabschnitten 34, 44 und voneinander und den anderen Sätzen von offenen
Enden fortgerichtet anzuordnen, um die dritten und vierten Sätze von offenen Enden
zu bilden, die zur Verbindung mit dem dritten und vierten Sammlerkopf zugänglich
sind.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 erstrecken sich die schrägen Rohrabschnitte
36, 38 der ersten Vielzahl von Lagen 30 beide schräg von den mittleren Rohrabschnitten
34 auf derselben Seite der Achsen der mittleren Rohrabschnitte 34, 44 des Stapels,
während die schrägen Rohrabschnitte 46, 48 der zweiten Vielzahl von Lagen 40 sich
beide schräg von den mittleren Rohrabschnitten 44 auf der entgegengesetzten Seite
der Achsen der mittleren Rohrabschnitte 3i, 44 des Stapels erstrecken.
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Jeder der Sätze von sich schräg erstreckenden Rohrendabschnitten erstreckt
sich vom Stapel in Form einer Vielzahl von Rohrschichten, zwischen denen Räume 50
gebildet sind, wo die mittleren Rohrabschnitte von einer der ersten und zweiten
Lagen 30, 40 von Rohren 32, 42 des Stapels die mittleren Rohrabschnitte 34, 44 der
anderen der ersten und zweiten Rohrlagen 30, 40 auf Abstand halten.
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Für den in Fig. 1 gezeigten Aufbau sind Sammlerkopfverbindungsmittel
52 vorgesehen, die einen geschäumten Keramikzement aufweisen, der in den Räumen
50 zwischen der Vielzahl von Rohrlagen und um die Rohre nahe den offenen Enden 39,
49 herum in Stellung eingeformt und wärmebehandelt sind, um einen Verschluß um jeden
Satz von offenen Rohrenden zu bilden, der im wesentlichen nicht
porös
ist, im wesentlichen den gleichen linearen Wärmedehnungs koeffizienten wie die Rohre
aufweist und der mit den Rohren um die offenen Enden derselben verschmolzen ist,
um eine einteilige Verbindung fUr einen Sammlerkopf zu bilden, durch den Strömungsmittel
in die bzw. aus den Sätzen von offenen Enden geführt wird.
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Obwohl nicht dargestellt, wird darauf hingewiesen, daß zusätz liche
Rohrlagen oder Glasstäbe an den Außenflächen des Aufbaus 20 der Fig. 1 verwendet
werden können, um eine Isolations- oder Schutzschicht zu bilden. Derartige Isolations-
und Schutzschichten aus Stäben und Rohren sind in der schwebenden US-Patentanmeldung
beschrieben.
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Die Rohre 32, 42 und die Sammlerkopfverbindungsmittel 52 sind aus
einem Material hergestellt, das im wesentlichen nicht porös ist und im wesentlichen
aus einem anorganischen kristallinen Oxialreramikmaterial besteht, das im Durchschnitt
einen linearen Wärmedehnungskoeffizienten von etwa minus 18 bis plus 50 x 10"7/"c
über den Bereich von 0 bis 3000C aufweist. Die gestapelten Rohrlagen 32, 42 und
die Sammlerkopfverbindungsmittel 52 sind zusammengeschmolzen, um einen einteiligen
Aufbau,wie bei 20 gezeigt, zu bilden.
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Während es, wie schon zuvor bemerkt, erwünscht ist, daß der Aufbau
im Durchschnitt einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten innerhalb des soeben
angegebenen Bereiches aufweist, beträgt der Wärmeausdehnungskoeffizient in vorteilhafter
Weise etwa minus 12 bis plus 12 x 10-7/°C über den Bereioh von 0 bis 3000C und vorzugsweise
beträgt
im Durchschnitt der lineare Wärmedehnungskoeffizient etwa minus 5 bis plus 5 x 10
7/00 über den Bereich von 0 bis 3000C.
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Ein keramischer Zement und ein aufschäumbarer keramischer Zement,
der für die Herstellung des Wärmeaustauschers nach Fig. 1 und die nachfolgend zu
beschreibenden Aufbauten geeignet ist, ist in der US-Patentschrift 3 189 512 und
in der US-Patentschrift 3 634 111 beschrieben. Gewöhnlich werden runde thermisch
kristallisierbare Rohre bei der Herstellung des Erfindungsgegenstandes verwendet,
wobei das Ziehen von runden Glasrohren auf vorbestimmte Maße allgemein bekannt ist.
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In den Figuren 4 bis 11 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur
Herstellung der dargestellten Ausführungsbeispiele gezeigt.
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Es~wird zunächst auf die Figuren 10, 11 und 12 Bezug genommen, in
denen eine Vorrichtung zur Formung der zu verwendenden Rohrlagen dargestellt ist.
Um die Zusammenfassung der Rohre 72 in den Figuren 10 bis 12so zu erleichtern, daß
die Lagen übereinandergelegt werden können, sind eine Vielzahl von geraden Rohren
72 mit offenen Enden, die auf eine vorbestimmte Länge geschnitten sind, in einen
Trichter 80 durch nicht dargestellte Mittel eingeführt. Der Trichter 80 kann ständig
mittels eines daran angreifenden Vibrators in Schwingungen versetzt werden, so daß
die Rohre parallel zueinander gehalten und einzeln durch die Trichteröffnung 84
am unteren Ende desselben auf einen Formgebungsförderer 120 gelegt werden können,
der unmittelbar unter der Öffnung 84 angeordnet ist und sich kontinuierlich in Richtung
vom Trichter 80 fortbewegt.
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Eine im ganzen mit 90 bezeichnete Austragvorrichtung wird verwendet,
um periodisch eine vorbestimmte Anzahl von Rohren 72 aufeinanderfolgend in Form
getrennter Lagen 74 auszutragen. Die Austragvorrichtung 90 weist einen Trichterschieber
92 mit einer scharfen unteren Kante 94 auf, die eine Trennung aufeinanderfolgend
ausgetragener Rohre ermöglicht. Die scharfe untere Kante kann aus Hartgummi oder
anderem geeigneten Material hergestellt sein, welches die Rohre nicht beschädigt,
wenn sie als getrennte Gruppen aus der Trichteröffnung 84 ausgetragen werden. Der
Trichterschieber 92 ist vertikal hin- und herbeweglich in Schieberführungen 96 angeordnet.
Ein Motor 100 dreht ein Rad 102, welches einen Exzenterapfen 104 trägt. Der Exzenterzapfen
iok erstreckt sich durch ein Langloch 106 in einer Verbindungsstange 108. Die Verbindungsstange
108 erstreckt sich nach unten zum Trichterschieber 92 und weist ein zweites Langloch
110 auf.
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Ein Zapfen 112 am Trichtersdieber erstreckt sich durch das Langloch
110.
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Wenn der Motor 100 während des Betriebes das Rad 102 dreht, wird der
Exzonterzapfen 104 gegenüber der Verbindungsstange 108 und dem Schieber 92 angehoben
und abgesenkt. Die in der Verbindungsstange 108 vorgesehenenen Langlöcher 106 und
110 gestatten die relative Hin- und Herbewegung der Zapfen 104 und 112, um den Schieber
92 während einer vorbestimmten Zeitdauer anzuheben und denselben während einer zweiten
vorbestimmten Zeitdauer abzusenken. Eine vorbestimmte Anzahl von Rohren 72 kann
aus dem Trichter 80 austreten, nachdem der Schieber angehoben ist und bevor er wieder
abgesenkt wird, um eine Trennung
der austretenden Rohre 72 in Lagen
74 auf dem Förderer 120 vorzusehen. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Förderers 120
und die Ablagegeschwindigkeit der Rohre 72 darauf werden so eingestellt, daß die
Rohre in paralleler Ausrichtung abgelegt und aufrechterhalten werden, wobei sich
benachbarte Rohre in jeder Lage 74 berühren. Während sich der Förderer 120 und jede
Lage 74 sich vom Trichter 80 fortbewegen, berührt ein darüber angeordneter Förderer
130 die Lagen 74 und hält sie fest auf dem Förderer 120 zusammen, um die Lagen 74
in Stellung zu halten, während sie bearbeitet werden.
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Wenn sich die Lagen 74 vom Trichter 80 fortbewegen, passieren die
Enden der Rohre 72 einer jeden Lage Flammen aus gegenüber liegend angeordneten Brennern
140, die an jeder Seite des Förderers 120 angebracht sind. Die Flammen der Brenner
140 verschmelzen und schließen die Rohre,um Luft in denselben einzufangen. Die Flammen
der Brenner 140 sind so gerichtet, daß sie nicht an irgendwelchen anderen Abschnitten
der Rohre 72 der Lage 74 schädlich angreifen, sondern nur auf die Rohrenden treffen.
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Während der Weiterbewegung der Rohrlagen 74 mit dem Förderer 120 wird
ein zweiter Satz Brenner 150 in einem Winkel abwärts gegen die Enden der mittleren
geraden parallelen Abschnitte der Rohre 72 gerichtet. Während die Schichten 74 die
Brenner 150 passieren, werden die Glasrohre an den gewünschten Biegestellen erhitzt.
Wenn sich das Glas in jedem der Rohre erweicht, bewirkt das Gewicht der frei tragenden
Abschnitte der Rohre 72
eine Biegung in einen gewünschten Winkel,
der durch den trapezförmigen Querschnitt des Bandes 122 des Förderers 120 bestimmt
wird. Dies ist in Fig. 12 dargestellt, wobei in vollen Linien die Form der Lagen
74 dargestellt ist, wenn sie in die Zone zwischen den gegenüberliegenden Brennern
150 eintreten, während die gestrichelten Linien die Abschnitte der Lagen 74 zeigen,
die eine sich schräg erstreckende Stellung einnehmen, die die Rohrendabschnitte
angenommen haben, nachdem die Abschnitte an den Enden der mittleren Rohrabschnitte
durch die Hitze der Brenner 150 erweicht worden sind.
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Es wurde festgestellt, daß unter gewissen Umständen das Verfahren
des Rohrbiegens nicht immer zufriedenstellend funktioniert.
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Das heizt, daß für gewisse Rohrdurchmesser Glaszusammensetzungen das
Gewicht und die Längen der Rohrabschnitte, die freitragend liegen, die Rohrabschnitte
sich entweder nicht in Ansprache auf die Schwerkräfte biegen und/oder daß die zugeführte
Wärme zur Erzielung einer Biegung durch Schwerkraft zu stark sein kann und einen
Verschluß oder eine reduzierte Größe des inneren Durchgangs eines Rohres an der
Biegung bewirkt.
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Daher sind in der Fig. 12a ein wahlweises Biegeverfahren und eine
Vorrichtung dargestellt. Obwohl die Brenner 150 nicht in Fig. 12a gezeigt sind,
soll angenommen werden, daß die Rohrlagen 74 schon die Brenner 150 passiert und
an den Biegestellen der Rohre genügend Wärme aufgenommen haben, um die Biegezonen
zu erweichen.
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Die Lagen 74 laufen dann unter zwei gegenüberliegend angeordneten
Biegevorrichtungen 124 hindurch die aus Nockenscheåben bestehen, die auf versetzt
angeordneten Wellen 126 angetrieben sind. Die Umfangsgeschwindigkeit der Nockenscheiben
124 ist derart, daß die am Rohr angreifenden Abschnitte der Nockenscheiben 124 aus
dem Weg gedreht werden, damit die geraden Enden der Rohre einer Lage 74 in Stellung
zwischen die gogenüberliegend angeordneten Nockenscheiben 124 bewegt werden können.
Die Nockenscheiben 124 drehen sich dann in Richtung der Pfeile,um sich abwärts in
Eingriff an die freitragenden Abschnitte der Rohrenden der Lage 74 zu bewegen und
die erhitzten Rohre in die in Fig. 12a gezeigte Stellung zu biegen.
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Es ist offensichtlich, daß der Förderertrumm 122 und/oder die Nockenscheiben
124 unterbrochen oder fortlaufend betrieben werden können, um die gewünschten Ergebnisse
zu erzielen. Die in Fig. 12a gezeigte Vorrichtung kann zwischen den Brennern 150
und dem Ende des oberen Förderertrumms 122 angeordnet sein.
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Nachdem die Rohrenden in den gewünschten Winkel gebogen sind, werden
die Lagen 74 vom Förderer 120 über eine Rutsche 160 ausgetragen. Die Breite der
Rutsche 160 kann so sein, daß die mittleren Abschnitte der Rohre 72 ausgerichtet
gehalten werden.
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Wenn Jede der Rohrlagen einen Lagenformförderer 170 erreicht, berühren
die abwärts hängenden Rohr enden den oberen Trumm des Förderers 170 und werden gegenüber
den mittleren Abschnitten vorwärts bewegt, so daß die Rohrlagen die in Fig. 10 dargestellte
Ausrichtung auf dem Förderer 170 annehmen,
Eine dünne Schicht eines
an der Luft aushärtenden Bindungsmaterials kann auf die obere Fläche der Lagen 74
auf dem Förderer 170 mittels einer Düse 180 oder einer Spritzpistole aufgetragen
werden, durch das die Rohre miteinander verbunden werden, so daß die Rohrlagen genügend
Halt bekommen, um wie eine dünne Platte eines Kunststoffmaterials gehandhabt werden
zu können. Beispielsweise ist eine Urethanverbindung für diesen Zweck geeignet.
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Es wird nunmehr auf die Figuren 4 und 5 Bezug genommen, in der eine
im ganzen mit 60 bezeichnete Festhalteform gezeigt ist.
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Die Form 60 weist eine Bodenwand 62, Seitenwände 64 Stirnwände 66
und eine schwere Kopfwand 68 auf. Löcher 69 können in der Kopfwand 68 und in der
Bodenwand 62 vorgesehen sein, aus denen Gas entweichen kann, das sich in den Zwischenräumen
der Rohre befindet, wenn der Aufbau einer Wärmebehandlung unterworfen wird.
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Die mit der in der in Fig. 10 bis 12 gezeigten Vorrichtung hergestellten
Rohrlagen 74 können verwendet werden, um den in Fig. 1 gezeigten Aufbau 20 zu bilden,
in dem eine erste Lage 74 in der Form 60 angeordnet, dann eine umgekehrte Lage 74
eingelegt und dann in dieser Weise fortgefahren wird, um die ersten und die zweiten
Mehrzahl von Lagen 30 bzw. 40 zu bilden. Die Rohre in den Lagen sind fest in die
Form 60 eingepackt und die Räume 50 mit einem aufschäumbaren Keramikzementmaterial
52, wie zuvor beschrieben, gefüllt. Die Endwande 66 können dann in Stellung gebracht
und die Kopfwand 68 auf den Aufbau 20 gesetzt werden.
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Die Außenflächen des Aufbaus 20 werden dann gegen eine Bewegung
in
Richtung auswärts vom Aufbau festgehalten.
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Die Form 60 mit dem darin eingeschlossenen Aufbau wird dann in einen
Ofen gesetzt und einer Erwärmung unterworfen, die ausreicht, um die Glaswände der
an den Enden geschlossenen Rohre zu erweichen und zu bewirken, daß die Wände der
an den Enden verschlossenen Rohre sich infolge der Erhitzung des ausdehnbaren Strömungsmittels
in jedem der Rohre aufweiten derart, daß benachbarte, sich berührende Wandflächen
innerhalb der Lagen und zwischen den Lagen miteinander verschmolzen werden und derart,
daß das aufschäumbare Keramikzementmaterial 52 veranlanlaßt wird, die Zwischenräume
zwischen den Rohren zwischen den Räumen 50 und um die Rohrenden herum vollständig
auszufüllen, um einen einstückigen Aufbau 20 zu bilden. Wenn sich die einzelnen
Rohre ausdehnen,kann die Luft oder andere Gase in den Zwischenräumen durch die Löcher
69 entweichen, die in den gopf- und Bodenwänden 68, 62 der Form vorgesehen sind.
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Durch das Erhitzen der dünnwandigen an den Enden verschlossenen Rohre
dehen sie sich in enge Anlage aneinander aus und in die Zwischenräume zwischen den
Rohren und zwischen den Lagen der an den Enden verschlossenen Rohr mehr oder weniger
aus, idealerweise so weit, daß sie sämtliche Zwischenräume ausfüllen. Es wird auf
die Figuren 6 und 7 Bezug genommen, in denen Querschnitte der mittleren Abschnitte
der Rohrlagen 30 und 40 gezeigt sind, in-denen die Achsen eines Jeden mittleren
Rohrabschnitts in Jeder Lage Jeweils in einer Ebene liegt, die durch die Berührungslinien
zwischen den benachbarten Rohren geht. Das heißt, die Rohre
liegen
unmittelbar übereinander.
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Fig. 7 zeigt einen Querschnitt des in Fig. 6 gezeigten Abschnitts
nach der Wärmebehandlung während der die Rohrwandungen aufgeweitet sind, um die
Zwischenräume vollständig auszufüllen. In diesem Falle nehmen die aufgeweiteten
Rohre im wesentlichen quadratische oder rechteckige Querschnittsformen an.
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Die Glasrohre verschmelzen miteinander und mit dem aufschäumbaren
Keramikmaterial 52 und es erfolgt auch eine Kristallkernbildung während der Wärmebehandlung.
Die Erhitzung des Aufbaus wird für eine Zeit fortgesetzt, die ausreicht, um das
Glas an Ort und Stelle zu einem wenigstens teilweise kristallinen Material zu kristallisieren,
das gewöhnlich als Glaskeramik bezeichnet wird.
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Nachdem der Aufbau kristallisiert und gewöhnlich auf Raumtemperatur
abgekühlt ist, kann der Aufbau 20 aus der Form 60 entfernt und die Rohrenden durch
Schleifen mittels Diamant scheiben oder anderen geeigneten Verfahren entfernt werden,
um die offenen Enden 39, 49 wie in Fig. 1 gezeigt zu erhalten.
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Gut zur Verwendung bei den Verfahren gemäß der Erfindung geeignet
sind thermisch kristallisierbare Glas arten, die durch Erhitzung zu Glaskeramikkörpern
umwandelbar sind, Die hier verwendete Glaskeramik ist ein anorganisches, im wesentlichen
kristallines Oxidkeramikmaterial, das von einem amorphen anorganischen Glas durch
thermale Kristallisation an Ort und Stelle erhalten wird.
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Vor der thermalen Gesamtkristallisation an Ort und Stelle können thermisch
kristallisierbare Glas arten zu Rohren gezogen werden, wobei übliche Glasformtechniken
und Ausrüstungen verwendet werden.
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In gleicher Weise können thermisch kristallisierbare Glas arten zu
verschiedenen Keramikzementen hergestellt werden, die für das Material 52 geeignet
sind und die in den zuvor erwähnten US-Patentschriften 3 189 512 und 3 634 111 beschrieben
sind.
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Nach dem in den Fign. 4 und 5 gezeigten Zusammenbau werden die thermisch
kristallisierbaren Glas rohre und das Keramikzementmaterial einer gesteuerten Wärmebehandlung
unterworfen, bis die an den Enden verschlossenen Rohre sich aufgeweitet haben, der
schäumbare Keramikzement aktiviert ist, die Aufbauabschnitte miteinander verschmolzen
sind und die Kristallisation des ganzen Aufbaus bewirkt worden ist.
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Thermisch kristallisierbare Glaszusammensetzungen und die Glaskeramiken,
die bei der Kristallisation an Ort und Stelle entstehen und die beim Verfahren und
dem Erzeugnis der Erfindung zweckmäßig sind, sind solche, die im kristallisierten
Zustand einen Wärmeausdehnungskoeffizienten in der Größenordnung von minus 18 bis
plus 50 x 1017/ob über einen Bereich von 0 bis 30000 haben, bevorzugt Jedoch nur
minus 12 bis plus 12 oder minus 5 bis plus 5 x 10 7/tC über den Bereich von 0 bis
3000C aufweisen. Die gewöhnlich verwendeten Zusammensetzungen sind jene, die Lithion,
Tonerde und Kieselerde zusammen mit einem oder mehreren Kernbildungsmitteln enthalten,
welchletztere TiO2, æra2, SnO2 oder andere bekannte Kernbildungsmittel einschließen.
Im
allgemeinen enthalten derartige Zusammensetzungen in Gewichtsprozenten etwa 55 bis
75 SiO2, etwa 15 bis 25 Al2O3 und etwa 2 bis 6 Li2O zusammen mit etwa 1,5 bis 4
Gew.-% von Kernbildungsmitteln, die aus einem oder mehreren TiO2, ZrO2 und Sn02
ausgewählt werden können. Vorzugsweise werden nicht mehr als etwa 2,5 Gew.- TiO2
verwendet, da andernfalls die Kristallisation unerwünscht schnell erfolgt, was die
vollständige Ausdehnung der Rohre beim Aufweitungsverfahren beeinträchtigt.
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Andere Bestandteile können, wie Fachleuten bekannt, in kleinen Mengen
vorhanden sein, wie z.B. 4 oder 5 Gew.- ZnO, 3 oder 4 Gew.-% CaO, 8 Gew.- MgO und
5% BaO, solange die Kieselerde plus Tonerde plus Lithion und die Kernbildungsmittel
wenigstens 85, gewöhnlich 90 Gew.- des Gesamtglases betragen. Diese Glaszusammensetzung
kristallisiert thermisch zu einer Glaskeramik, die den gewünschten niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten,wie
zuvor erwähnt, aufweist. Beispielsweise Zusammensetzungen können bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren verwendet werden, einschließlich jener Zusammensetzungen, die in der US-Patentschrift
3 380 818 der US-Patentanmeldung 464 147 vom 15. Juni 1965 und die entsprechenden
britischen Patentschriften 1 124 001 und 1 124 002 beschrieben sind. Weitere Zusammensetzungen
sind in der US-Patentschrift 3 625 718 und der entsprechenden niederländischen Patentanmeldung
6 805 259 und in der US-Patentanmeldung 146 664 vom 25. Mai 1971 beschrieben.
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In jedem Falle werden die thermisch kristallisierbaren Glasrohre,
Glasstangen, falls verwendet und die Dichtungsmaterialien im
Lithion-onerde-Kieselerde-Feld,
die,wie zuvor beschrieben, Kernbildungsmittel enthalten, wie bereits erwähnt, zusammengefügt
und der zusammengehaltene Aufbau der verschlossenen Rohre (die ein durch Wärme ausdehnbares
Strömungsmittel enthalten) und das Sammlerkopfverbindungs und Dichtungsmaterial
52 werden mit einer geeigneten Geschwindigkeit erhitzt, die keinen thermischen Schock
auf den Zusammenbau ausübt,und zwar bis zu einem Temperaturbereich, der im maximalen
Eernbildungsbereich des Glases liegt. Der maximale Kernbildungsbereich kann für
alle derartigen Glasarten durch das allgemeine Verfahren bestimmt werden, wie es
in der US-Patentschrift 3 380 818 angegeben ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem die Ausdehnung und Verschmelzung
während der Kernbildung bewirkt oder eingeleitet werden soll, werden die zusammengebauten
Rohre auf 28 bis 1400C über den Glühpunkt während einer Stunde oder mehr erhitzt.
Diese Zeit kann auf 10 oder 20 Stunden oder noch länger, ohne Schaden zu verursachen,
erhöht werden. Während dieser Erhitzungszeit auf diesen Temperaturbereich wird die
Kernbildung und auch die Verschmelzung bewirkt, die durch den Druck bei der Ausdehnung
des in den Rohren mit geschlossenen Enden eingefangenen Strömungs- -mittels unterstützt
wird. Danach wird die Temperatur über den ersten Erhitzungsbereich erhöht, und zwar
auf wenigstens 1120C über die Glühpunkttemperatur oder bis auf die endgültige Kristallisationstemperatur
(gewöhnlich 982 bis 12600C). Die endgültige Kristallisation kann bei irgendeinem
solchen Temperaturbereich, der hoher liegt als die Kernbildungs-Ausdehnungs Verschmelzungstemperatur
(28 bis 100C über der Glühpunkttemperatur
bewirkt werden, sie kann
jedoch so niedrig wie 11200 über dem Glühpunkt oder so hoch wie 12600C oder so hoch
wie die obere Flüssigkeitstemperatur liegen.
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Bei dieser zweiten Erhitzungsstufe wird eine weitere Ausdehnung und
der Beginn der Kristallisation bewirkt, worauf dann die Kristallisation vervollständigt
wird, wenn die Erhitzung auf einen derartigen Grad fortgesetzt wird, daß der Aufbau
im Durchschnitt einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der in dem zuvor beschriebenen
Bereich liegt.
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Während die Temperatur bei einer geeigneten Ofenerhitzungsgeschwindigkeit,
die gewöhnlich im Bereich von 5,6 bis 16800 je Stunde beträgt, direkt auf die endgültige
Krisallisationstemperatur erhöht werden kann, wird es gewöhnlich bevorzugt, daß
die Kristallisation langsam erfolgt, während eine weitere Ausdehnung der an den
Enden verschlossenen Rohre und die Verschmelzung derselben und Stangen, falls verwendet,
sowie das Sammlerkopfverbindungsmaterial bewirkt wird, indem ein Zwischenschritt
zwischen der ersten Kernbildungs uxd Verschmelzungstemperatur und der endgültigen
Kristallisationstemperatur vorgesehen wird, dessen Bereich gewöhnlich etwa 1120C
bis 3920C vorzugsweise 1120C bis 2800C, über dem Glühpunkt des ursprünglichen Glases
liegt. Beispielsweise Haltezeiten in diesem Zwischenbereich betragen 1 bis 8 Stunden.
Danach wird der Zusammenbau auf die endgültige Kristallisationstemperatur erhitzt,
die gewöhnlich im Bereich von etwa 982 bis 12600C liegt.
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Offensichtlich können keine speziellen Wärmebehandlungsanweisungen
gegeben werden, die für alle thermisch kristallisierbaren GlaszusammensetzuAgen
geeignet sind. Wie allgemein bekannt, haben Glaskeramiken keine ausreichende Festigkeit,
wenn die Thermbildun unzureichend ist bevor Kristalle sich merklich vergrößern können,
so daß Routineversuche, wie sie Fachleuten bekannt sind, durchgeführt werden, um
die beste Zeitdauer zu bestimmen, die zur Erzielung einer ausreichenden Anzahl von
Kristallisationskernen im Glas geeignet ist und die im Kernbildungstemperaturbereich
von 28 bis 140°C über dem Glühpunkt liegt.
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Ein weiterer zu beachtender Punkt, falls eine merkbare Ausdehnung
erreicht werden soll, die über derJenigen einer guten Verschmelzung der Rohre liegt
oder mit anderen Wqrten gesagt, um eine merkbare Verformung der an den Enden verschlossenen
Rohre zur Ausfüllung der Zwischenräume zu erzielen, ist darin zu sehen, daß man
die Temperatur beim Übergang von einem Kristallisationstemperaturbereich auf den
Zwischenbereich nicht zu langsam erhöht, da ein starres kristallines Gitter sich
zu bilden beginnen kann, das eine weitere Ausdehnung verhindert. Es wurde festgestellt,
daß einige Zusammensetzungen mit einer Geschwindigkeit von 5,6 bis 280C je Stunde
auf diesen Zwischentemperaturbereich erhitzt werden können, wobei trotzdem eine
gute Ausdehnung der Rohre erzielt wird. Andererseits wurde festgestellt, daß einige
Zusammensetzungen sich nicht vollständig ausdehnen, es sei denn, daß die Erhitzungsgeschwindigkeit
von der anfänglichen Kernbildungs-Verschmelzungstemperatur auf die Zwischentemperatur
wenigstens in der Größenordnung von 1120C bis 168°C Je Stunde oder höher beträgt.
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Die Zeitdauer der Erhitzung bei der endgültigen Kristallisationstemperatur
von 982 bis 12600C beträgt eine halbe bis 5 oder 6 Stunden oder sogar mehr, was
nicht schädlich ist. Nachdem die Kristallisation beendet ist, kann der Aufbau mit
Ofengeschwindigkeit abgekühlt werden, was von seiner Ausdehnungseigenschaft in Luft
abhängt, da der Aufbau einen derart niedrigen Ausdehnungskoeffizienten hat1 daß
ein thermischer Schock keinen Schaden verursacht.
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Nach der soeben beschriebenen Wärmebehandlung kann das Erzeugnis Jetzt
gekeilt und die verschlossenen Enden der Rohre in den Lagen 30 und 4 abgeschnitten
oder abgeschliffen werden, um jedes Rohr mit dem atmosphärischen Druck zu verbinden.
Wenn der Zwischenschritt der Kristallisationswärmebehandlung bei einem Temperaturbereich
von 112 bis 39200 über der Glühpunkttemperatur verwendet wird, kann wahlweise die
Wärmebehandlung nach dem Zwischenschritt unterbrochen und etwas oder selbst auf
Zimmertemperatur abgekühlt werden, so daß die Enden der Rohre in den Lagen 30 und
40 abgeschnitten oder abgeschliffen werden können. Der Zusammenbau kann dann wieder
auf den endgültigen Kristallisationswärmebehandlungsbereich erhitzt werden, bei
dem eine weitere und endgültige Kristallisation bewirkt wird.
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Es wird nunmehr auf Fig. 13 Bezug genommen, in der ein zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt ist, wobei der Aufbau im ganzen mit 20a bezeichnet ist,
der wiederum erste und zweite Mehrzahl von Rohrlagen 30a, 40a aufweist, die übereinander
gestapelt sind. In diesem Falle sind die mittleren Abschnitte
34a,
kka der Rohre 32a, 42a im wesentlichen gerade und parallel zu den anderen mittleren
Abschnitten der gleichen Lage und den mittleren Abschnitten in den anderen Lagen
angeordnet. Die Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitte sind jedoch etwas anders ausgebildet.
In den Lagen 30a erstrecken sich die Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitte 36a schräg
gegenüber den Achsen der mittleren Rohrabschnitte 34a, 44a, so daß der erste Satz
von offenen Enden 39a nach einer Seite des Zusammenbaus 20a versetzt angeordnet
ist. Die anderen Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitte 38a der Rohre 32a erstrecken
sich jedoch gerade nach außen von den Enden der übereinandergestapelten mittleren
Abschnitte 34a, 44a, bis die offenen Enden 39a derselben getrennt vom übrigen Körper
des Zusammenbaus sind.
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Entsprechend erstrecken sich die Saminlerkopfverbindungsrohr abschnitte
48a der Schichten 40a schräg gegenüber den Achsen der mittleren Abschnitte 34a und
4ka, so daß die Rohröffnungen 49a nach einer Seite von den Rohröffnungen 39a der
Sarnmlerkopfverbindungsrohrabschnitte 38a versetzt sind. Die anderen Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitte
46a der Schichten 40a erstrecken sich gerade von den Enden des Stapels der mittleren
Rohrabschnitte 34a, 44a ausreichend weit, so daß die offenen Enden 49a von dem Satz
offener Enden 39a der Sammlerkopfver bindtmgsrohrabschnitte 46a entfernt liegen.
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Somit hat die erste der mehreren Rohrlagen 30a schräg endende Rohrabschnitte
36a an einem Ende der mittleren Abschnitte 34a und im wesentlichen gerade endende
Rohrabschnitte 38a am anderen
Ende der mittleren Rohrabschnitte
34a. Die zweite Mehrzahl von Rohrlagen 40a hat schräg endende Rohrabschnitte 48a
am einen Ende der mittleren Abschnitte 44a und im wesentlichen gerade endende Rohrabschnitte
46a am anderen Ende der mittleren Rohrabschnitte 44a. Die schräg endenden Rohrabschnitte
36a und 48a der ersten und zweiten Mehrzahl von Rohrlagen 30a, 40a sind an den gegenüberliegenden
Enden des Stapels angeordnet.
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Auf diese Weise sind wiederum vier Sätze von offenen Enden in getrennten
Stellungen vorgesehen, die ein leichtes Verbinden des Sammlerkopfes damit gestatten,
um zwei getrennte Ströme eines Strömungsmittels durch die mittleren Abschnitte 34a,
44a zu schicken, um einen Wärmeaustausch zwischen ihnen zu erzielen.
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Eine wahlweise Ausfuhrungsform der Sammlerkopfverbindungsmittel 52a
ist in den Räumen 5Oa dargestellt, die zwischen den Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitten
der Lagen des Aufbaus 20a in Fig. 13 gebildet sindo Wie am besten aus Fig. 14 ersichtlich
kann die Sammlerkopfverbindung 52a aus einer Vielzahl von festgepackten einzelnen
axial länglichen Elementen 54 bestehen, die mit ihren Achsen parallel zueinander
und in Schichten zwischen den Lagen der Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitte 36a
angeordnet sind. Dichtungsmaterial 56 ist zwischen den benachbarten Elementen 54
und zwischen den Rohrlagen 36a (oder 38a, 46a, 48a) und um die Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitte
und die Sammlerkopfverbindungselemente angeordnet, um die Teile zu einer einteiligen
Masse zu verbinden, die nicht porös ist und ein Auslecken von Strömungsmittel durch
das Sammlerkopfverbindungsmittel und
zwischen den Zwischenräumen
der Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitte hindurch verhindert. Das Dichtungsmaterial
56 kann ein keramischer Zement oder ein aufschäumbarer Keramikzement sein, wie er
beispielsweise in den zuvor erwähnten US-Patentschriften 3 189 512 und 3 634 t11
beschrieben ist. Das Dichtungsmaterial 56 kann auch eine sinterfähige Fritte sein,
wobei die Verwendung und Anordnung einer sinterfähigen Fritte um Zwischenräume zwischen
Rohren oder Stangen zu schließen, in der schwebenden US-Patentanmeldung 169 216
vom 5. August 197t beschrieben ist.
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Gemaß einem Verfahren, das vollständig in der soeben genannten US-Patentanmeldung
169 216 beschrieben ist, wird Jede der Glasstangen oder Jedes der Glasrohre, die
nachfolgend beschrieben werden sollen und bei der Herstellung der Sammlerkopfverbindungs
mittel 52a verwendet werden, mit einem Überzug aus einer sinterfähigen thermaL kristallisierbaren
Fritte versehen. Die ganzen äußeren Flächen dieser Rohre oder Stangen sind vorzugsweise
mit einer Frittenzusammensetzung überzogen, die der zuvor erwähnten US-Patentanmeldung
169 216 zu entnehmen ist, wobei die Frittenzusammensetzung vorzugsweise die gleiche
wie die thermal kristallisierbare Glaszusammensetzung ist, aus denen die Rohre und
Stangen geformt sind.
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Es ist von Vorteil, wenigstens ein einzelnes axial längliches Rohr
mit verschlossenen Enden und einem darin eingefangenen ausdehnbaren Strb-numgsmittel
in den Lagen des Sammlerkopfverbindungsmaterials 52a anzuordnen. Es ist höchst vorteilhaft,
falls ein sinterfabiges Frittenabdichtungsmaterial 56 verwendet wird, verschlossene
Glasrohre, wie bei 54a in Fig. 15 gezeigt,
für sämtliche Lagen
der SammIerkopfverbindungsmittel 52a zu verwenden. Während der Wärmebehandlung des
Aufbaus 20a und während der Aufweitung der Rohre 32a, 42a und der Rohre in den Sammlekopfverbindungsmitteln
52a und der Verschmelzung der Rohrwandungen und Stangen, falls verwendet, in einen
einteiligen Körper, wird auf diese Weise die fein verteilte Fritte aussintern und
sich in den Zwischenräumen zwischen den Rohrwänden (und zwischen den Rohrwänden
und Stangen, falls verwendet) verteilen, um dazu beizutragen, die Wände undfader
Stangen miteinander zu verschmelzen.
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Die in den Zwischenräumen zwischen den sich atrsdehnenden Rohren befindliche
Fritte kann im wesentlichen- den Drucken ausgesetzt werden, die bei der Ausdehnung
der an den Enden verschlossenen Rohre erzeugt werden. Die resultierende Sinterung,
das Schmelzen und Verteilen der Fritte hält die ausgedehnten Rohrwandungen und mit
der eigenen gesinterten Glaskeramikmasse zusammen, um den Aufbau 2Oa als einteilige
Einheit zu verbinden und die Räume zwischen und um den Enden der Rohre der Lagen
von Sammlerkopfverbindungsabschnitten 30a, 40a abzudichten, um ein Durchlecken von
Strömungsmittel aus einem Sammlerkopf' der mit den Sammlerkopfverbindungsrohrabschntten
verbunden ist, zu verhindern.
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Es ist somit der Aufbau eines Wärmeaustauschers beschrieben, der eine
Vielzahl von Rohrlagen aufwe'ist, derer mittlere Rohrabschnitte eine über dem anderen
in aufeinanderfolgenden parallelen Ebenen gelegt sind, um einen Stapel zu bilden.
Die mittleren Rohrabschnitte in Jeder Ebene erstrecken sich im wesentlichen parallel
zueinander
und zu den mittleren Rohrabschnitten in den anderen Ebenen. Die mittleren Rohrabschnitte
eines Teiles der Lagen bilden eine erste Reihe von sich längs erstreckenden Durchgängen,
während die übrigen mittleren Rohrabschnitte in den übrigen Lagen eine zweite Reihe
von sich längs erstreckenden Durchgängen bilden.
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Jede Lage der ersten Reihe von Durchgängen befindet sich in wärmeaustauschender
Beziehung mit wenigstens einer Lage der zweiten Reihe von Durchgängen. Jede Rohrlage
hat Sammlerkopfvertindungsrohrabschnitte, die sich von jedem Ende der mittleren
Rohrabschnitte nach außen und von dem Stapel forterstrecken. Die Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitte
haben offene Enden* um Strömungsmittel in die mittleren Rohrabschnitte einzuführen
und aus diesen abzuführen.
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Die Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitte der ersten Reihe von Durchgängen
divergieren gegenüber den Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitten der zweiten Reihe
von Durchgängen an Jedem Ende der mittleren Rohrabschnitte im Stapel, um die Sätze
von offenen Rohrenden voneinander zu trennen und eine Verbindung eines getrennten
Sammlerkopfes mit Jedem der vier Sätze von offenen Rohrenden zu ermöglichen. Bei
der in Fig. 13 gezeigten AusfUhrungsform divergieren die Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitte
36a a und 48a von den Achsen des Stapels der mittleren Rohrabschnitte fort, während
die Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitte 38a und 46a sich gerade von dem Stapel
der mittleren Rohrabschnitte erstrecken.
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Es besteht jedoch eine relative Divergenz zwischen den Rohrabschnitten
46a, 36a und zwischen den Rohrabschnitten 38a und 48a, obwohl die Rohrabschnitte
46a und 38a sich gerade gegenüber den
Achsen der mittleren Rohrabschnitte
34a, 44a erstrecken. Somit werden die Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitte als divergierend
zueinander beschrieben, gleichgültig ob sie mit den mittleren Rohrabschnitten ausgerichtet
sind oder sich schräg dazu erstrecken.
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Sammlerkopfverbindungsmittel sind zur Aufnahme eines jeden der vier
Sätze von offenen Rohrenden vorgesehen, um die Rohrenden abzustützen und die Räume
zwischen und um die offenen Enden zu verschließen, um ein Durchlecken von Strömungsmittel
zu verhindern.
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Das in Fig. 13 gezeigte Sammlerkopfverbindungsmittel weist eine Mehrzahl
von festgepackten einzelnen axial länglichen Elementen, entweder Röhren oder Stangen
oder eine Mischung derselben auf, die mit ihren Achsen parallel zueinander und zu
den Lagen in den Räumen zwischen den Lagen der Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitte
angeordnet sind. Wie aus Fig. 13 ersichtlich, erstrecken sich die Achsen der Sammlerkopfverbindungselemente
auch parallel zu den Achsen der Lagen 30a und kOa der Sammlerkopfverbindungsrohrab
schnitte. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die Achsen der Sammlerkopfverbindungselemente
auch quer zu den Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitten angeordnet sein können, wenn
in den Zwischenräumen zwischen den Sammlerkopfelementen und den Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitten
die geeignete Zusammensetzung und Menge eines Dichtungsmittels vorgesehen ist. Dichtungsmittel
wird in den Zwischenräumen zwischen den Sammlerkopfverbindungselementen zwischen
den Lagen der Sammlerkopfverbindungselemente und Lagen der Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitte
angeordnet, um eine nicht poröse einteilige Sammlerkopfverbindung zusammen mit den
Samml erkopfelementen vorzusehen.
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Bei der in Fig. 13 gezeigten Ausführungsform sind die Achsen der mittleren
Rohrabschnitte 34a, 44a einer jeden Lage zwischen den Achsen der mittleren Rohrabschnitte
benachbarter Lagen ausgerichtet, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Wenn dann die Rohre
aufgeweitet werden, werden die Zwischenräume zwischen den Rohren vollständiger oder
im wesentlichen vollständig gefüllt, was von dem Maß der Ausdehnung während der
Wärmebehandlung abhängt, wobei die Rohre im wesentlichen einen sechseckigen Querschnitt,
wie in Fig. 9 gezeigt, annehmen, wenn die Wärmebehandlung beendet ist.
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Die im wesentlichen sechseckige Form der Fig. 9 ergibt den wirksamsten
Wärmeübergangsvirkungsgrad.
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Es wird nunmehr auf die Figuren 16 bis 19 Bezug genommen, in denen
wahlweise Ausführungsformen schematisch für den Aufbau eines Wärmeaustauschers gezeigt
sind. Es sind getrennte Sätze von offenen Rohrenden zur Verbindung mit äußeren Sammlerköpfen
gemäß der Erfindung vorgesehen. In Fig. 16 hat das Rohr 32b einen im wesentlichen
geraden mittleren Abschnitt 34b und einen Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitt 36b',
der sich schräg abwärts erstreckt, während ein Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitt
38b sich aufwärts erstreckt. Ein Rohr 42b hat einen mittleren Rohrabschnitt 44b,
der in Wärmeaustauschbeziehung mit dem mittleren Rohrabschnitt 34b steht und der
einen Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitt 46b aufweist, der sich aufwärts erstreckt,
während der Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitt 48b sich schräg abwärts erstreckt.
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In Fig. 17 hat das Rohr 32c einen mittleren Abschnitt 34c, der
sich
im wesentlichen gerade erstreckt, während die Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitte
36c und 38c sich gerade nach außen von dem mittleren-Rohrabschnitt 34c erstrecken.
Das Rohr 42c hat einen im wesentlichen geraden mittleren Abschnitt 44c, während
die Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitte 46c und 48c sich gegenüber den Rohrabschnitten
36c, 38c divergierend erstrecken, d.h.
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schräg von den Achsen der beiden mittleren Abschnitte 44c, 34c fort.
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In Fig. 18 hat das Rohr 32d einen geraden mittleren Abschnitt 3kd
und wiederum gerade Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitte 36d, 38d, die sich nach
außen von den Enden der mittleren Abschnitte 34derstrecken. Das Rohr 42d hat einen
geraden mittleren Abschnitt 44d, während der Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitt
46d sich schräg vom mittleren Rohrabschnitt 44d in einer Richtung forterstreckt,
während der Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitt 48d sich schräg vom mittleren Rohrabschnitt
44d in der anderen Richtung erstreckt, um wiederum,wie erwünscht, vier Sätze von
gesonderten Rohrenden zu schaffen.
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Bei der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
ist ein neuartiges Verfahren zur Herstellung des neuartigen Wärmeaustauschers offenbart,
bei dem eine Vielzahl von langgestreckten Rohren aus einem Glas geformt werden,
das thermisch zu einer Glaskeramik geringer Wärme ausdehnung kristallisierbar ist.
Jedes der Rohre hat einen im wesentlichen geraden mittleren Abschnitt und Sammlerkopfverbindungsabschnitte,
die von Jedem Ende des mittleren Rohrabschnitts ausgehen. Jedes Rohr ist mit einem
Strömungsmittel
gefüllt, das in Ansprache auf Wärmezufuhr ausdehnbar
ist, wobei die Enden der Rohre verschlossen sind, um das ausdehnbare Strömungsmittel
darin eingefangen zu halten. Die Verbindungsstellen der Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitte
mit den mittleren Rohrabschnitten werden erhitzt,und di o die Sammlerkopfverbindungsrohr
abschnitte von wenigstens einem Teil der Vielzahl von Rohren werden gegenüber den
mittleren Rohrabschnitten gebogen, so daß erste und zweite Rohrgruppen gebildet
werden, wobei die Sammlerkopfverbindungsabschnitte der beiden Gruppen mit Bezug
zueinander divergieren, wenn die mittleren Rohrabschnitte der Rohre Jeder Gruppe
Seite an Seite gelegt oder übereinander gestapelt sind.
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Die Rohre der ersten und zweiten Gruppen werden in mehrfachen Lagen
angeordnet, wobei die mittleren Rohrabschnitte in Jeder Lage sich im wesentlichen
parallel zueinander erstrecken. Die Mehrzahl der Rohrlagen sind in aufeinanderfolgenden
parallelen Ebenen übereinander angeordnet, wobei die mittleren Rohrabschnitte einer
jeden Lage sich im wesentlichen parallel zu den mittleren Rohrabschnitten benachbarter
Lagen und zu den Lagen der mittleren Abschnitte, die benachbart im Stapel angeordnet
sind, liegen.
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Jede Lage der mittleren Rohrabschnitte der ersten Gruppe ist in Wärmeaustauschbeziehung
mit der Lage der mittleren Rohrabschnitte der zweiten Gruppe angeordnet. Die Mehrzahl
von Lagen ist so angeordnet, daß die Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitte der beiden
Gruppen relativ zueinander divergieren, und zwar an jedem Ende des Stapels der mittleren
Rohrabschnitte, um vier Sätze von gesonderten Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitten
zu bilden
Die Räume zwischen den Enden eines jeden der vier Sätze
von gesonderten Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitten und um dieselben herum sind
mit einem Sammlerkopfverbindungsmaterial ausgefüllt, das thermisch zu einer Glaskeramik
geringer Wärmeausdehnung kristallisierbar ist, die im wesentlichen den gleichen
linearen Wärmedehnungskoeffizienten aufweist wie die langgestreckten Rohre. Die
Außenflächen des Aufbau der Rohrlagen und des Sammlerkopfverbindungsmaterials werden
gegen Auswärtsbewegung des Aufbaus festgehalten.
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Der festgehaltene Aufbau wird einer Wärmebehandlung mit Temperaturen
unterworfen, die ausreichen, um die langgestreckten Rohre zu erweichen und das Strömungsmittel
darin auszudehnen, so daß die Rohre in Anlage an die benachbarten Rohre gebracht
werden, wobei der ganze Aufbau mit dem Sammlerkopfverbindungsmaterial in eine einteilige
Masse verschmolzen wird. Die Wärmebehandlung sieht weiterhin Temperaturen vor, die
ausreichen, um die Kristalli sation der Rohre und des Sammlerkopfverbindungsmaterials
in eine Glaskeramik mit geringer Wärmedehnung zu bewirken. Die verschlossenen Enden
der Rohre werden dann geöffnet, um eine Einführung und Austragung von Strömungsmitteln
für einen Wärmeaustausch zu gestatten.
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Die thermisch kristallisierbaren Rohre haben eine Wanddicke, die ausreicht,
um eine im wesentlichen vollständige Ausdehnung des Stapels der mittleren Rohrabschnitte
durch das Strömungsmittel darin während der Wärmebehandlung des Aufbaus zu gestatten.
Die mittleren Rohrabschnitte einer Lage können mit ihren Achsen in
vertikalen
Ebenen angeordnet sein, die sich durch die Berührungslinien der Rohre über und unter
denselben erstrecken, wobei die Rohre nach der Aufweitung einen im wesentlichen
quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen. Die mittleren Rohrabschnitte
einer Lage können jedoch auch mit ihren Achsen zwischen den Achsen der entsprechenden
Rohrabschnitte benachbarter Lagen ausgerichtet sein, wobei die Rohre dann nach der
Ausdehnung einen im wesentlichen sechseckigen Querschnitt annehmen, der im wesentlichen
alle Zwischenrätune zwischen den mittleren Rohrabschnitten ausfüllt.
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Es ist somit ein neuartiger Gegenstromwärmeaustauscher beschrieben,
der einen höchst wirksamen Wärmeaustausch gewährleistet, der keine beweglichen Teile
aufweist und der äußere Sammelkopfverbindungen hat, die den Zusammenbau der Aufbauten
zu Systemen erleichtern und die eine verminderte Turbulenz der Strömung bewirken.
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Es ist ferner eine neuartige Vorrichtung zur Herstellung der einzelnen
Rohrlagen für den neuartigen Wärmeaustauscher beschrieben worden.
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Eine Fördervorrichtung, die mehr als einen Förderer, wie in den Fign.
10 und 11 gezeigt, aufweisen kann, ist vorgesehen, um Lagen von Rohren aufzunehmen
und dieselben durch aufeinanderfolgende Bearbeitungsstationen zu bewegen.
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Es sind Mittel vorgesehen, um periodisch mehrere langgestreckte Rohre
aneinander anliegend auf die Fördervorri chtung zu legen,
um eine
Vielzahl von Rohrlagen mit Abstand zueinander zu bilden.
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Jedes der Rohre ist so abgelegt, daß ein mittlerer Abschnitt auf der
Fördervorrichtung ruht, während wenigstens ein Sammlerkopfverbindungsabschnitt sich
nach außen von dem abgestützten mittleren Rohrabschnitt freitragend mit Bezug auf
die Fördervorrichtung erstreckt.
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Es ist eine Rohrformstation vorgesehen, die Mittel zum Erhitzen eines
jeden Rohres an der Verbindungsstelle des mittleren Abschnitts und wenigstens eines
der Sammlerkopfverbindungsabschnitte aufweist. In der Formstation sind ferner Mittel
zum Biegen des erhitzten' Rohres vorgesehen, um den Sammlerkopfverbindungsabschnitt
in einem vorbestimmten Winkel gegenüber dem mittleren Rohrabschnitt anzuordnen.
Die Biegemittel können aus einem Fördererkantenabschnitt bestehen, der die Biegung
des Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitts in den gewünschten Winkel formt und aufnimmt,
wenn die Schwerkraft den freitragenden Sammlerkopfverbindungsabschnitt abwärts auf
den Fördererkantenabschnitt zieht. Der Fördererkantenabschnitt weist einen Winkel
gegenüber dem horizontalen Abschnitt des oberen Trumms des Förderers auf.
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Wahlweise können für gewisse Verwendungen die Rohrbiegemittel auch
mechanische Vorrichtungen aufweisen, die an den Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitten
angreifen, nachdem die Nrerbindungsstellen durch Wärme erweicht sind. Hierbei bewegen
sie die Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitte in den vorbestimmten Winkel gegenüber
den mittleren Rohrabschnitten.
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Schließlich sind noch Mittel vorgesehen, um die Rohre einer Lage miteinander
zu verbinden, um eine integrale Einheit zu bilden, die leicht zu handhaben ist.
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Die langgestreckten Rohre können mit bereits verschlossenen Enden
vorgesehen sein, Wenn jedoch Rohre mit offenen Enden auf die Fördervorrichtung gelegt
werden, ist eine Rohrverschlußstation vorgesehen, die Erhitzungsmittel aufweist,
um die offenen Enden zu erweichen und zu verschließen.
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In vorteilhafter Weise weist die Vorrichtung ferner eine Ausrichtstation
auf, die zwischen der Rohrform- und der Lagenverbindungsstation angeordnet ist,
um die gebogenen Saziierkopfverbindungsrohrabschnitte einer Lage in eine plane Ansrichtung
mit den mittleren Rohrabschnitten zu bringen, wobei die Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitte
alle sich in gleicher Richtung erstrecken. Bei der beschriebenen Ausführungsform
werden die Sammlerkopfverbindungsrohrabschnitte von einem zweiten Förderer erfaßt,
wenn sich die Lagen entlang einer Rutsche bewegen, um die Sammlerkopfverbindungsrohabschnitte
hoch in die gemeinsame Ebene mit den mittleren Rohrabschnitten zu bewegen.
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Es kann ein oberer Förderer verwendet werden, der mit dem Lagenförderer
zusammenwirkt, um die Rohrlagen in Stellung zu halten, während verschiedene Arbeitsvorgänge
daran durchgeführt werden, Während die fundamentalen neuartigen Merkmale der Erfindung
mit
Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden
sind, ist es für Fachleute klar, daß verschiedene Xnderungen der Verfahren und des
beschriebenen Aufbaus vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken, wie
er in den Ansprüchen zum Ausdruck kommt, abzuweichen.
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- Ansprüche -
L e e r s e i t e