DE2707290A1 - Rekuperativer waermeuebertrager aus keramischem material - Google Patents

Rekuperativer waermeuebertrager aus keramischem material

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DE2707290A1 DE19772707290 DE2707290A DE2707290A1 DE 2707290 A1 DE2707290 A1 DE 2707290A1 DE 19772707290 DE19772707290 DE 19772707290 DE 2707290 A DE2707290 A DE 2707290A DE 2707290 A1 DE2707290 A1 DE 2707290A1
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Description

ι OSENTHAL ADVANCED MATERIALS
ENGINEERING GESELLSCHAFT GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG FÜR KERAMISCHE WERKSTOFFE
Kernforschunysanlage Jülich Gesellschaft mit beschränkter Haftung
Rekuperativer Wärmeübertrager aus keramischem Material
Die Erfindung bezieht sich auf einen rekuperativen Wärmeübertrager aus keramischem Material mit mehreren, in Reihe nebeneinander angeordneten Kammern mit Zu- und Abströmöffnungen für im Wärmeaustausch stehende Medien, wobei jeweils benachbarte Kammern eine gemeinsame Trennwand aufweisen und von einem anderen der im Wärmeaustausch stehenden Medien durchströmt sind.
Rekuperative Wärmeübertrager aus keramischem Material sind als Plattenwärmetauscher bekannt, wobei die übereinander liegenden Platten jeweils die Trennwände zwischen den von den Medien durchströmten Kammern bilden. Plattenwärmetauscher weisen große Wärmeaustauschflachen und einen günstigen Wärmaustausch-Wirkungsgrad, bezogen aui Bauvolumen und Gewicht auf. Die Wärmetauscher e-iunon sich dahi-r insbesondere für den Wärmeaus-
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tausch zwischen gasförmigen Medien im Gasturbinenbau im Temperaturbereich über üüO° C. Aus einer Veröffentlichung von Tiefenbacher, "Problems of the Heat Exchanger for Vehicular Gas Turbines", ASME, Publikation 76-GT-1O5, 1976 sind keramische Kreuzstrom-Wärmetauschcr bekannt. Nachteilig ist jedoch, daß die Fertigung solcher rekuperativer keramischer Wärmeübertrager einen hohen Aufwand erfordert und daß die auftretenden Wärmespannungen zu Rissen und Brüchen fünren. Beansprucht wird vor allem der als Wärmetauschermatrix bezeichnete Teil des Wärmeübertragers, in dem der Wärmeaustausch zwischen den Medien stattfindet.
Bei rekupe.ratj.ven Wärmeübertragern aus Metall sind Wärmetauschermatrizen mit hohem Wärmeaustausch-Wirkungsgrad, bezogen auf Bauvolumen und Gewicht, auch als Gegenstrom-Wärmeübertrager bekannt (vgl. GB-PS 655 470). Bei diesen Wärmeübertragern werden gefaltete Blechstreifen verwendet, die an den Seitenflächen und an der Stirnseite verschlossen und längs der gebildeten Faltsattel derart abgedeckt sind, daß zu den Zwischenräumen zwischen den Falten führende Öffnungen verbleiben, durch die die im Wärmeaustausch stehenden Medien der Wärmetauschermatrix zuströmen. Bei Gegenstrom-Wärmeübertrager dieser Art werden die auftretenden Wärmespannungen kompensiert, wenn einer sogenannten heißen Seite der Wärmetauschermatrix - worunter die Seite verstanden wird, an der das abzukühlende Medium eintritt und das heiße erwärmte Medium
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austritt - zwei kalte Seiten nebengeordnet v/erden - also solche Seiten, an denen das abgekühlte Medium austritt und das aufzuheizende Medium eintritt. Dabei durchströmen die im Wärmeaustausch stehenden Medien die Wärmetauschermatrix jeweils in zwei entgegengesetzt gerichteten Teilströmen, wobei das an der heißen Seite eintretende Medium in zwei Teilströme geteilt und die Teilströme des an der heißen Seite austretenden Mediums jeweils zusammengefaßt werden. Die Herstellung solcher aus Metall bekannter Wärmeübertrager aus Keramik durch Falten dünn ausgewalzter keramischer Massen ist jedoch mit großen Schwierigkeiten verbunden. Hohe Stückzahlen lassen sich so nicht fertigen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen rekuperativen Wärmeübertrager aus keramischem Material für den Wärmeaustausch zwischen Medien zu schaffen, der einen hohen Wärmetauscher-Wirkungsgrad, bezogen auf Bauvolumen und Gewicht, aufweist, der in einfacher Weise herstellbar und so gestaltet ist, daß sich Wärmespannungen vermeiden lassen.
Diese Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher der oben genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in einem keramischen Körper mehrere, die Kammern bildende, parallel geführte Strömungskanäle mit geschlossenen Stirnseiten zwischen die Strömungskanäle in ihrer Längserstreckung abdeckenden Deckwändungen paarweise derart gegeneinander versetzt angeordnet sind, daß jeder Strömungskanal über seine gesamte Länge die ihm nebengeordneten
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Strömungskanäle zu einer der beiden Deckwandungen hin überragt, und daß zur Bildung der Zu- und Abströmöffnungen für die im Wärmeaustausch stehenden Medien ein Teil der Deckwandungen zumindest im an den Stirnseiten gelegenen Deckenbereich so weit abgesetzt ist, daß jeweils die die benachbarten Strömungskanäle zur abzusetzenden Deckwandung hin überragenden Strömungskanäle geöffnet sind.
Durch diese Ausbildung des Wärmeübertragers aus Keramik wird nicht nur ein bisher lediglich für Gegen&rom-Wärmeübertrager aus gefalteten dünnen Blechstreifen bekannter hoher Wärmeaustausch-Wirkungsgrad, bezogen auf Bauvolumen und Gewicht erreicht, der Wärmeübertrager läßt sich auch in einfacher Weise herstellen. Hierzu trägt insbesondere die versetzte Anordnung der Strömungskanäle bei. Nach stirnseitigem Verschluß werden die Deckwandungen zur Bildung von Zu- und Abströmöffnungen abgesetzt, wobei neben öffnungen im stirnseitigen Deckenbereich bevorzugt auch öffnungen in der Mitte der Deckenwandungen zwischen den beiden Stirnseiten vorgesehen sind. Der keramische Wärmetauscher ist dann so an Zu- und Ableitungen für die im Wärmeaustausch stehenden Medien anschließbar, daß die beiden Stirnseiten jeweils kalte Seiten des Wärmetauschers bilden und eine symmetrische Wärmebelastung vorliegt.
Um große Wärmeaustauschflächen pro Bauvolumen zu erreichen, weisen die Strömungskanäle in vorteilhafter
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Weise einen schlitzartig geformten Querschnitt auf und sind so angeordnet, daß jeweils die größten Flächen benachbarter Schlitze einander gegenüber liegen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß zumindest in einem Teil der Strömungskanäle Abstützungen zwischen den Trennwänden vorgesehen sind. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die im Wärmeaustausch stehenden Medien unterschiedlichen Druck aufweisen und die dünnen Trennwände, um Verformungen oder Brüche zu verhindern, versteift werden müssen. Eine Versteifung der Trennwände wird auch dadurch erreicht, daß die Strömungskanäle einen bogenförmig gekrümmten Querschnitt aufweisen.
An vorgegebene Raumformen läßt sich der keramische Wärmeübertrager vorteilhaft dadurch anpassen, daß die die Strömungskanäle in ihrer Längserstreckung abdeckenden Deckwandungen schalenförmig gekrümmt sind. Zweckmäßig weisen Stirnflächen und/oder Seitenflächen des Wärmeübertragers Nuten oder Stege auf, in die Stege oder Nuten von Stirnflächen und/oder Seitenflächen benachbarter Wärmeübertrager einpaßbar sind. Diese Ausbildung der Wärmeübertrager ermöglicht einen Zusammenbau mehrerer Wärmeübertrager zu größeren Baueinheiten, wobei das Spiel zwischen Stegen und Nuten so gewählt ist, daß die Wärmeübertrager auch bei Betriebstemperatur spannungsfrei gelagert sind. Zweckmäßig bilden in Parallel-
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schaltung miteinander verbundene Wärmeübertrac r gemeinsam einen Hohlkörper, der koaxial an die Zu- und Ableitungen der im Wärmeaustausch st2h -.-den Medien anschließbar ist. An den Lagersteil'jn. der Wärmeübertrager sind elastische Zwischenlager. vorgesehen, die vorzugsweise aus keramischem Faseriaaterial bestehen und unterschiedliche Wärmedehnungen zwischen keramischen Warrretauscrerr und anderen nicht keramischen Bauteilen bei Aufheizung des Wärmetauschers, zum Beispiel aus dor, kalten Zustand auf Betriebstemperatur kompensieren.
Die Wärmeübertrager werden in vorteilhafter W.-.-isj nach einem Arbeitsverfahren hergestellt, bei ccη in einen isostatisch gepreßten keramischen Grürkörper von zwei planparallelen Seiten her rehr.re nebeneinander angeordnete, zueinander parallel verlaufende Ausnehmungen eingefräst werden, wobei die Ausnehmungen der einen Seite gegenüber den Ausnehmungen der anderen Seite um einen halben Abstarxd zwischen den Ausnehmungen einer Seite versetzt sind und zwischen die Ausnehmungen der Gegenseite eingreifen, daß die Ausnehmungen an ihren Stirnseiten mittels keramischer Masse gasdicht verschlossen und auf den planparallelen Seiten von Deckwandv.ngen aus Keramik so abgedeckt werden, daß zumindest in an den Stirnseiten gelegenen Deckenbereich Zu- und Abströmöffnungen für die Medien offen bleiben, und daß der Grünkörper im Anschluß daran gebrannt wird. Dieses Verfahren ist insbesondere für die Einzelfertigung spezieller Wärmeübertrager und für Produktionsserien mit geringer Stückzahl von Bedeutung.
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Die Herstellung von Wärmeübertragern der erfindungsgemäßen Art wird dadurch vereinfacht, daß keramische Masse in an sich bekannter Weise im Strangpreßverfahren mittels eines Extruders durch eine den Stirnquerschnitt des Wärmeübertragers bestimmende, sich in Bewegungsrichtung der Masse verjüngende Extruderdüse gepreßt wird, die in ihrem freien Austrittsquerschnitt mehrere mit Abstand zur Düsenwandung in Reihe nebeneinander angeordnete Kernkörper aufweist, deren Querschnittsform den Querschnitt von Strömungskanälen bestimmt und die paarweise so gegeneinander versetzt angeordnet sind, daß jeder Kernkörper den ihm nebengeordneten Kernkörper zu einer der beiden, jeweils Deckwandungen des Wärmeübertragers bildenden Düsen- · wandungen hin überragt, daß die die Extruderdüse verlassende Masse auf Länge geschnitten und gegebenenfalls vorgebrannt wird, v/orauf zur Bildung von Zu und Abströmöffnungen für im Wärmeaustausch stehende Medien ein Teil der Deckwandungen zumindest im an den Stirnseiten gelegenen Deckenbereich so weit abgetragen wird, daß jeweils die die benachbarten Strömungskanäle zur abzutragenden Deckwandung hin überragenden Strömungskanäle geöffnet werden, daß die Strömungskanäle stirnseitig mittels keramischer Massen verschlossen und daß die Körper im Anschluß daran gebrannt werden. Bevorzugt weisen die im freien Austrittsquerschnitt der Kxtruderdüse angeordneten Kernkörper einen Querschnitt auf, dessen Höhe ein Vielfaches der Breite beträgt, wobei die Kernkörper
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so angeordnet sind, daß jeweils die größten Flächen benachbarter Kernkörper einander gegenüber liegen. Das Strangpreßverfahren ist insbesondere für die Massen fertigung von Wärmeübertragern von Bedeutung.
Die Erfindung und weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen, die schematisch in der Zeichnung wiedergegegeben sind, näher erläutert. Es zeigen im einzelnen:
Figur 1 Rekuperativer Wärmeübertrager, hergestellt nach dem Strangpreßverfahren
Figur 2 Wärmeübertrager mit gefrästen 1 Ströniungskanälen '
Figur 3 Wärmeübertrager mit schalenförmig gekrümmten Deckflächen
Figur 4 verschiedene Abstützungen
zwischen Trennwänden der Strömungskanäle
Figur 5 Extruderdüse zur Herstellung keramischer Wärmeübertrager mit Kernstücken
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, weist der rekuperative Wärmeübertrager aus keramischem Material mehrere, in Reihe nebeneinander angeordnete Strömungskanäle 1, 2 für zwei im Wärmeaustausch stehende Medien auf. Die Strömungskanäle 1, 2 sind in Figur 1 und in einem Ausschnitt im Bereich einer der Stirn-
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Seiten 3, 4 des Wärmeübertragers sichtbar gemacht. Die Wärmeübertrager werden an Zu- und Ableitungen für die Medien bevorzugt derart angeschlossen, daß die im Wärmeaustausch stehenden Medien den Wärmeübertrager im Gegenstrom durchströmen.Die Zu- und Ableitungen sind in der Zeichnung nicht dargestellt, jedoch sind in Figur 1, 2 und 3 Strömungslinien für die Medien eingezeichnet. Das heiße abzukühlende Medium, durchgezogene Ströinungslinie, fließt den Strömungskanälen 1 über Zuströmöffnungen 5 zu und verläßt die Strömungskanäle 1 über Abströmöffnungen In den Strömungskanälen 2 strömt das aufzuheizende Medium, gestrichelte Strömungslinie, im Gegenstrom. In der perspektivischen Darstellung der Wärmeübertrager nach Figur 1, 2 und 3 befinden sich die Zu- und Abströmöffnungen der StröiTiungskanälc 2 auf der den Zu- und Abströmö'f fnungen 5, 6 entgegengesetzten, unteren Seiten des Wärmeübertragers. Anordnung und Form der Zu- und Abströmöffnungen der Strömungskanäle 2 entsprechen der Anordnung und Form der Zu- und Abotrömöffnungen 5,
Die Strömungskanäle 1, 2 sind jeweils benachbart angeordnet und parallel zueinander geführt. Sie bilden die einzelnen Kammern der Wärmetauschermatrix· Der Wärmeübergang erfolgt über Trennwände 7 zwischen benachbarten Strömungskanälen. In vorteilhafter Weise lassen sich beim erfindungsgemäßen Wärmetauscher die Wandstärken der Trennwände bis auf 0,3 mm verringern. Die Stirnseiten 3, der Strömungskanäle sind gasdicht verschlossen. In ihrer Längserstreckung werden die Strömungskanäle 1, 2 beidseitig der Wärmeübertragermatrix von Deckwandungen 8, (Figur 1) und 10, 11 (Figur 2) abgedeckt, deren einzelne Teilstücke mit 8a, 8b, 8c, 8d; 9a, 9b, 9c, 9d bzw. 10a, 10b, 'i0c, 1Od; 11a, 11b, 11c lld bezeichnet sind.
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Zwischen den Teilstücken der Deckwandungen 8, 9 bzw. 10, 11 befinden sich die Zu- und Abströmöffnungen der Strömungskanäle 1, 2. Die Strömungskanäle 1, 2 sind paarweise gegeneinander versetzt angeordnet. Dabei überragen die Strömungskanäle 1 in ihrer ganzen Länge die ihnen benachbarten Strömungskanäle 2 zur Deckwandung 8 bzw. 10 hin, während die Strömungskanäle 2 die Ströniungskanälo 1 /.ur Deckwandung 9 bzw. hin überragen. Der Betrag, um den sich die Strömungskanäle überragen, entspricht zumindest der Dicke 12 der Trennwände 7. Durch diese Ausbildung verlaufen die Wandungen zwischen den Strömungskanälen 1, 2 in einem Querschnitt parallel zu den Stirnseiten 3, 4 etwa mäanderförmig, was besonders deutlich in Figur 2 erkennbar ist.
Die Deckwandungen 8, 9 und 10, 11 sind an den Stellen, an denen Zu- und Abströmöffnungen für die Medien vorgesehen sind, so weit abgesetzt, daß jeweils diejenigen Strömungskanäle geöffnet sind, die die benachbarten Strömungskanäle zur abgesetzten Deckwandung hin überragen. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 werden die Deckwandungen 8, 9 durch Fräsen abgetragen, im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 werden die Strömungskanäle mit Teilstücken der Deckwandung 10a, 10b, 10c, 1Od bzw. 11a, 11b, 11c, Hd derart abgedeckt, daß beidseitig der Wärmübertrager Ausnehmungen für die Zu- und Abströmöffnungen verb Leiben.
In den Ausführungsbeispielen nach Figur 1, 2 und 3 befindet sich die heiße Seite dos Wärmeübertragers im mittleren Bereich der Warmetauscheriuattrix. Das abzu-
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kühlende Medium durchströmt die Strömungskanäle 1 in zwei entgegengesetzt gerichteten Tei1strömen und verläßt die Wärmetauschermatrix über die Abströmöffnungen 6 im Dereich der Stirnseiten 3, 4. Die Stirnseiten bilden also jeweils kalte Seiten des Wärmeübertragers. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt eine symmetrische Wäriuebelastung vor. Es ist aber auch möglich, die Abdeckungen 8, 1J nur im Bereich der Stirnseiten 3, 4 abzusetzen und zwischen den Teilstücken 8a, 8d bzw. 9a, 9d die Abdeckungen geschlossen zu halten, so daß Zu- und Abströmöffnungen nur im Bereich der Stirnseiten 3, 4 der Wärmeübertrager vorhanden sind. Die heiße Seite des Wärmeübertragers bildet dann den Bereich, an dem das heiße, abzukühlende, Medium über die Zuströmöffnungen 5. den Strömungskanälen 1 zuströmt und das aufgeheizte Medium nach Durchströmen der Strömungskanäle 2 den Wärmeübertrager verläßt. Im Bereich der kalten Seite des Wärmeübertragers strömt aus den SLrömungskanälen 1 das abgekühlte Medium über die Abströmöffnungen 6 ab, während das kalte Medium den Strömungskanälen 2 zugeführt wird. Ein Ausführungsbeispiel für einen Gegenstrom-Wärmeübertrager der zuletzt genannten Art ist in der Zeichnung nicht dargestellt.
Die Strömungskanäle 1, 2 weisen einen schlitzartig geformten Querschnitt auf, dessen Breite 13 klein ist gegenüber der Schlitzhöhe 14. Sie sind so angeordnet, daß jeweils die größten Flächen benachbarter Schlitze einander gegenüberliegen. Im Wärmeübertrager entstehen auf diese Weise große Wärmeaustauschflachen für die im Wärmeaustausch stehenden Medien.
β 0 9 Ö 3 4 / 0 2 5 0
In Fiyur 4 ist ein Querschnitt von mäanderförmig verlaufenden Trennwänden 7 in stark vergrößertem Maßstab dargestellt. Zwischen den Trennwänden 7 sind in den Strömungskanälen 1 in schematischer Weise verschiedene Abstützungen 15 eingesetzt. Abstützungen zwischen den Trennwänden 7 sind dann erforderlich, wenn die beiden im Wärmeaustausch stehenden Medien einen sehr unterschiedlichen Druck aufweisen. Die Abstützungen 15 werden in denjenigen Strömungskanälen angebracht, die das Medium mit dem niederen Druck führen. Als Abstützungen 15 sind verschieden geformte Körper und verschiedene Materialien verwendbar. In Figur 4 sind Kugeln 15a, geschäumte Materialien 15b, Körner 15c, miteinander vernetzte Teile 15d und wellenförmige Teile 15e beispielhaft zwischen den Trennwänden 7 eingesetzt. Dabei sind Kugeln und Körner in den Strömungskanälen statistisch verteilt angeordnet. Zur Abstützung lassen sich zwischen den Trennwänden 7 auch ein oder mehrere Stege 15 f anbringen, die zumindest im Bereich der Zu- und Abströmöffnungen 5, 6 Ausnehmungen aufweisen, durch die hindurch die im Wärmetaustausch stehenden Medium zu- bzw. abfließen können. Derartige Ausnehmungen sind auch bei den wellenförmigen Teilen 15e vorhanden. Zum Abstützen eignen sich auch Bänder 15g mit noppenartigen Verdickungen in regelmäßiger oder statistischer Verteilung, so daß eine Vielzahl etwa punktförmigerStützstellen zwischen den Trennwänden 7 gebildet werden. Als Material für die Abstützungen kommen insbesondere keramische Werkstoffe in Frage.
In Figur .3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragers mit schalenförmig gekrümmten Deckenwandungen 16 gezeigt. Die Schalenform der Decken-
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wandungen wird den für den Wärmeaustausch zur Verfügung stehenden Räumen angepaßt. Um mehrere Wärmeübertrager aneinanderfügen zu können, weist der Wärmeübertrager nach Figur 3 auf einer seiner Seitenwar;dungen 17 und auf der Stirnseite 3 Stege 20, auf der anderen Seitenwandung 19 und auf der Stirnseite 4 Nuten 18 auf. In diese Nuten 18 und Stege 20 lassen sich Stege oder Nuten weiterer Wärmeübertrager mit Spi2l einpassen. In Figur 3 ist lediglich ein weiterer Wärmeübertrager 21 in gestrichelten Linienzügen wiedergegeben. Vorteilhaft ist insbesondere, die Wärmeübertrager in Parallelschaltung zu einem Hohlkörper miteinander zu verbinden und die Zu- und Ableitung für die im Wärmeaustausch stehenden Medien koaxial an die Wärmeübertrager anzuschließen. Zur Versteifung der von den Strömungskanälen 1, 2 gebildeten Wärmetauschermatrix sind die Seitenwandungen 17, 19 sowie Seitenwandungen 22, 23 der Wärmeübertrager nach Figur 1 und 2 stärker ausgelegt als die Trennwände 7 zwischen den Strömungskanälen.
An Lagersteilen zwischen aneinandergefügten Wärme-Übertragern und zwischen Wärmeübertragern und angrenzenden, nicht keramischen Bauteilen befinden sich elastische Zwischenlagen 24, die die Wärmeübertrager sowohl vor gegenseitiger mechanischer Beschädigung schützen als auch unterschiedliche Wärmedehnungen zwischen Wärmeübertragern und nicht keramischen Bauteilen ausgleichen. Die elastischen Zwischenlagen 24 bestehen bevorzugt aus Material auf der Basis keramischer Fasern.
Keramische Wärmeübertrager nach Figur 1 oder 3 werden vorteilhaft durch Strangpressen keramischer Massen mittels Extrudern hergestellt. Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Extruderdüse für einen
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keramischen Wärmeübertrager nach Ficjur 1 . Der Austrittsquerschnitt der Extrudordüse mit Breite 25 und Höhe 26 ist den gewünschten äußeren Abmessungen des Stirnquerschnitts eines Wärmeübertragers angepaßt. Der Austrittsquerschnitt ist kleiner bemessen als der Querschnitt der Extruderdüse an der rückwärtigen Eintrittsseite für die keramischen Massen. Innerhalb des Austrittssquerschnittes sind mehrere Kernkörper 27 angeordnet, im Ausführunysbeispiel nach Figur 5 im Querschnitt rechteckige Kernkörper, deren Höhe 28 einem Vielfachen ihrer Breite 29 entspricht. Die Kernkörper 27 sind mit Abstand 30 in einer •Reihe nebeneinander angeordnet und so eingesetzt, daß die größten Flächen der Kernkörper einander zugewandt sind. Höhe 28 und Breite 29 der Kernkörper bestimmen den späteren Querschnitt der Strömungs- ' ■ kanüle 1, 2 des keramischen Wärmeübertragers.
Die Kernkörper 27 sind an der Eintrittr.seite der Extruderdüse befestigt. Sie ragen freistehend in den Austrittsquerschnitt hinein und sind paarweise derartig gegeneinander versetzt, daß jeder Kernkörper die benachbarten Kernkörper zu einer der beiden jeweils Deckwandungen des Wärmeübertragers bildenen Düsenwandungen 31, 32 hin überragt. Die einzelnen Kernkörper überragen die benachbarten Kernkörper um einen Betrag 33, der zumindest dem Abstand 30 zwischen nebeinander angeordneten Kernkörpern entspricht.
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Die Herstellung der Wärmeübertrager geschieht in der Weise, daß geeignete keramische Massen von einem Extruder, dessen Extruderdüse in Figur 5 dargestellt ist, durch den Austrittsquerschnitt der Extruderdüse gepreßt werden, wobei ein Grünkörperstrang mit Strömungskanälen entsteht. Der Grünkörperstrang wird auf Länge geschnitten und vorgebrannt. Danach werden die Deckwandungen an den Stellen abgefräst, an denen Zu-und Abströmöffnungen für die Strömungskanäle zu bilden sind. Dabei werden die Deckwandungen so weit abgetragen, bis die Strömungskanäle, die die benachbarten Strömungskanäle zur abzutragenden Deckwandung hin überragen, geöffnet sind. An den Stirnseiten werden die Strömungskanäle 1, 2 mit keramischer Masse verschlossen. Anschließend wird der Wärmeüber- ' trager fertig gebrannt.
In den Extruderdüsen 2 5 sind verschieden geformte Kernkörper 28 einsetzbar. In Figur 5 sind neben den im Querschnitt rechteckigen Kernkörpern 27 beispielhaft auch bogenförmig gekrümmte Kernkörper 27a sowie wellenfömig ausgebildete Kernkörper 27b dargestellt. Beim Verpressen von keramischen Massen mit derartigen Kernkörpern entstehen Wärmeübertrager mit gekrümmten oder wellenförmigen Strömungskanälen, die vor allem dann, wenn zwischen den im Wärmeaustausch stehenden Medien hohe Druckdifferenzen bestehen, wegen ihrer höheren Steifigkeit gegenüber Strömungskanälen mit rechteckig geformten Querschnitten, bevorzugt angewandt werden.
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Wärmeübertrager nach Figur 2 werden zweckmäßig aus isostatisch gepreßten keramischen Körpern hergestellt. Dabei werden von zwei planparallelen Seitenflächen ausgehend, paarv/eise versetzt gegeneinander schlitzförmige Ausnehmungen für die Strömungskanäle der Wärmeübertrager in die keramischen Körper jeweils so tief eingefräst, daß zur Bodenebene des Körpers hin noch eine Schichtdicke verbleibt, die zumindest der Stärke der Trennwandungen entspricht, die zwischen den von beiden Seitenflächen des Körpers her eingefrästen Strömungskanälen stehen bleiben. Danach werden die Strömungskanäle mit Deckwandungen abgedeckt, wobei die einzelnen Teile der Deckwandungen den gewünschten Abmessungen der Zu- und Abströmöffnungen der Strömungskanäle angepaßt sind. Die nach dem Fräsen offenen Stirnseiten der Strötnungskänäle werden mit ■ ~~ ~~ keramischer Masse ausgefüllt. Nach dem Brennen sind die Wärmeübertrager daher auch stirnseitig gasdicht verschlossen.
Wärmeübertrager der erfindungsgemäßen Art eignen sich insbesondere für den Wärmeaustausch zwischen Medien bei hoher Temperatur. Die Ausbildung der Wärmeübertrager ist für die Massenfertigung keramischer Bauteile im Strangpreßverfahren geeignet. Die Wärmeübertrager zeichnen sich darüber hinaus dadurch aus, daß in einfachster Weise aus einzelnen Wärmeübertrager-Bauteilen größere Wärmetauschereinheiten für höhere Wärmeübertragerleistungen nach dem Baukastenprinzip zusammensetzbar sind.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    (1.)Rekuperativer Wärmeübertrager aus keramischem Material mit mehreren, in Reihe nebeneinander angeordneten Kammern mit Zu- und Abströmöffnungen für im Wärmeaustausch stehende Medien, wobei jeweils benachbarte Kammern eine gemeinsame Trennwand aufweisen und von einem anderen der im Wärmeaustausch stehenden Medien durchströmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in einem keramischen Körper mehrere, die Kammern bildende, parallel geführte Strömungskanäle (1, 2) mit geschlossenen Stirnseiten (3, '4) zwischen die Strömungskanäle in ihrer Längserstreckung abdeckenden Deckwandungen (8, 9, 10, 11) paarweise derart gegeneinander versetzt angeordnet sind, daß jeder Strömungskanal (1; 2) über seine gesamte Länge die ihm nebengeordneten Strömungskanäle (2; 1) zu einer der beiden Deckwandungen (8, 10; 9, 11) hin überragt, und daß zur Bildung der Zu- und Abströmöffnungen (5, 6) ein Teil der Deckwandungen (8, 9, 10, 11) zumindest im an den Stirnseiten (3, 4) gelegenen Deckenbereich so weit abgesetzt ist, daß jeweils die die benachbarten Strömungskanäle (2; 1) zur abzusetzenden Deckwandung hin überragenden Strömungskanäle (1; 2) zur abzusetzenden Deckwandung hin geöffnet sind.
    2. Rekuperativer Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (1, 2) einen schlitzartig
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    geformten Querschnitt aufweisen und so angeordnet sind, daß jeweils die größten Flächen benachbarter Schlitze einander gegenüber liegen.
    3. Rekuperativer Wärmeübertrager nach Anspruch 1
    oder 2 d adurch gekennzeichnet, daß zumindest in einem Teil der Strömungskanäle (1, 2) Abstützungen (15) zwischen den Trennwänden
    (7) vorgesehen sind.
    4. Rekuperativer Wärmeübertrager nach Anspruch 2
    oder 3, d adurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (1,2) einen bogenförmig gekrümmten Querschnitt aufweisen.
    5. Rekuperativer Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Strömungsknanäle (1, 2) in ihrer LängserStreckung abdeckenden Deckwandungen (16) schalenförmig gekrümmt sind.
    6. Rekuperativer Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseiten (3, 4) und /oder Seitenwandungen (17, 19) Nuten (18) oder Stege (20) aufweisen, in die Stege oder Nuten von Stirnseiten und Seitenwandungen benachbarter Wärmeübertrager (21) einpaßbar sind.
    7. Rekuperativer Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Parallelschaltung mitein-
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    ander verbundene Wärmeübertrager gemeinsam einen Hohlkörper bilden.
    £. Rekuperativer Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an Lagerstellen der Wärnieübertrager elastische Zwischenlagen (24) vergesehen sind.
    ΐ·. Rekuperativer Wärmeübertrager nach Anspruch 8, dad urch gekennz eich net, daß die elastischen Zwischenlagen (24) aus keramischem Fasernaterial bestehen.
    IC.Verfahren zur Herstellung eines rekuperativen Wär.T.eübertragers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einen isostatisch gepreßten keramischen Grünkörper von zwei planparallelen Seiten her mehrere nebeneinander angeordnete, zueinander parallel verlaufende Ausnehmungen eingefräst werden, wobei die Ausnehmungen der einen Seite gegenüber den Ausnehmungen der anderen Seite um einen halben Ab- * stand zwischen den Ausnehmungen einer Seite versetzt sind und zwischen die Ausnehmungen der Gegenseite eingreifen, daß die Ausnehmungen an ihren Stirnseiten mittels keramischer Masse gasdicht verschlossen und auf den planparallelen Seiten von Deckwandungen aus Keramik so abgedeckt werden, daß zumindest im an den Stirnseiten gelegenen Deckenbereich Zu- und Abströmöffnungen für die Medien offen bleiben, und daß der Grünkörper im Anschluß
    -20-
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    daran gebrannt wird.
    11. Verfahren zur Herstellung eines rekuperativen Wärmeübertragers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß keramische Masse in an sich bekannter Weise im Strangpreßverfahren mittels eines Extruders durch eine den Stirnquerschnitt des Wärmeübertragers bestimmende, sich in Bewegungsrichtung der Masse verjüngenden Extruderdüse gepreßt wird, die in ihrem freien Austrittsquerschnitt mehrere, mit Abstand zur Düsenwandung in Reihe nebeneinander angeordnete Kernkörper aufweist, deren Querschnittsform den Querschnitt von Ströiriungskanälen bestimmt und die paarweise' : so gegeneinander versetzt angeordnet sind, daß jeder Kernkörper den ihm nebengeordneten Kernkörper zu einer der beiden jeweils Deckwandungen des Wärmeübertragers bildenden Düsenwandungen hin überragt, daß die die Extruderdüse verlassende Masse auf Länge geschnitten und gegebenenfalls vorgebrannt wird, worauf zur Bildung von Zu- und Abströmöffnungen für im Wärmeaustausch stehende Medien ein Teil der Deckwandungen zumindest im an den Stirnseiten gelegenen Deckenbereich so weit abgetragen wird, daß jeweils die die benachbarten Strömungskanäle zur abzutragenden Deckwandung hin überragenden Strömungskanäle geöffnet v/erden, daß die Strömungskanäle stirnseitig mittels keramischer Masse verschlossen und daß die Körper im Anschluß daran gebrannt werden.
    809834/8250
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