DE3643750A1 - Waermetauschermodul aus gebranntem keramischen material - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauschermodul aus gebranntem keramischen Material, der durch Brennen eines Stapels gestanzter und laminierter grüner keramischer Karten hergestellt wird.

Wärmetauscher der genannten Art sind aus der DE-A-31 36 253 bekannt. Sie werden aus keramischen Folien bzw. Karten hergestellt, in die die Strömungskanäle eingestanzt oder geprägt sind und die durch Laminierhilfsmittel miteinander verbunden werden. Der so erhaltene Wärmetauscherblock wird zunächst erhitzt, und die organischen Bestandteile werden bei 200-300°C ausgeheizt. Anschließend wird der Block bei 1200 bis 1700°C gebrannt. Nachteilig ist die große Anzahl unterschiedlicher Kartenmuster für den Aufbau des Blocks, das Nacharbeiten des grünen Blocks, sowie des gebrannten Blocks und die begrenzte Reinigungsmöglichkeit der Kanäle. Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.

Der Wärmetauscher soll durch ein Minimum an Kartenmustern herstellbar und für partikelbeladene Gasströme sowie für den Wärmetausch zwischen Flüssigkeit-Gas und Flüssigkeit-Flüssigkeit gleichermaßen einsetzbar sein.

Die Aufgabe wird durch einen Wärmetauschermodul gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Stapel aus mindestens zwei Karten besteht, die Karten erste Ausnehmungen, die bei gestapelten Karten rohrförmige Kanäle bilden und zweite Ausnehmungen aufweisen, die um die ersten Ausnehmungen angeordnet sind und sich bei gestapelten Karten mit den zweiten Ausnehmungen benachbarter Karten teilweise überlappen, wobei sich in Kartenebene liegende Kanäle ausbilden, die die rohrförmigen Kanäle umgeben.

Die zweiten Ausnehmungen können schlitzförmig oder winklig ausgebildet sein. Die Innenseite des Winkels kann eine kreisförmige Begrenzung aufweisen, die konzentrisch zur ersten Ausnehmung angeordnet ist. Die zweiten Ausnehmungen der ersten Karte können schlitzförmig und die der zweiten Karte kreisförmig ausgebildet sein. Die Schlitze können eine Länge von 1 bis 3 Durchmessern der ersten Ausnehmungen aufweisen.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß der Modul sich aus einem bis maximal zwei Kartenmustern aufbauen läßt. Das Stanzen und Positionieren von Stegen und Schikanen entfällt. Einfacher Aufbau eines Wärmetauschersystems aus solchen Modulen. Durch großflächiges Verbinden der einzelnen Karten miteinander zuverlässige Abdichtung der Stoffströme gegeneinander im Modul. Um die rohrförmigen, geradlinigen Kanäle für das heiße Medium (erste Ausnehmungen) und die schlitzförmigen Kanäle herum, bleibt genügend Material stehen, das sich über die Modulhöhe zu zusammenlaminierten Säulen und Rohre aufbaut, die unter hohem Druck verdichtet werden können, wodurch sich Laminierfehler vermeiden lassen. Falls erforderlich, kann die Abdichtung des gebrannten Moduls durch einen zweiten Brand und Einbringen von Abdichtungsmittel, z.B. Silizium oder einer Glasur über die für das warme Medium bestimmten rohrförmigen Kanäle in das Innere des Moduls verbessert werden. Der Wärmetauschermodul eignet sich besonders gut zum Aufbau von Wärmetauschersystemen. Dabei werden die Modulen zweckmäßig zu Säulen aufeinandergesetzt. Das heiße Medium wird bei dieser Anordnung geradlinig durch den säulenförmigen Aufbau geleitet. Die Dichtung der Modulen untereinander kann wahlweise durch Verkleben mit organischen oder anorganischen Klebern, Mörteln, Gläsern und ähnlichem erfolgen. Es eignen sich aber auch übliche Dichtelemente wie Faserschnüre, Faserpapiere, O-Ringe, C-Dichtungen usw. Die Dichtflächen können strukturiert oder geschliffen sein. In ein Wärmetauschergehäuse können beliebig viele Säulen eingebaut werden. Dabei genügt es, die einzelnen Säulen gegen ein festes Widerlager mit Federelementen zur Kompensation von Wärmedehnungen zu verspannen. Eine starre Verbindung der Säulen untereinander ist nicht erforderlich. Sie können jedoch über in Führungsnuten des Moduls eingeschobene Leitelemente positioniert werden. Die Leitelemente können so gestaltet werden, daß das kalte Medium beim Übergang von einer zur nächsten Säule stets in das Modulinnere geleitet wird. Durch die Gestaltung des Wärmetauschergehäuses kann ohne Änderung des Säulenkonzepts die Betriebsweise des Wärmetauschers von z.B. Kreuz - in Kreuz-Gegenstrom geändert werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 gestanzte Karten mit gleichem Muster zum Aufbau eines Wärmetauschermoduls;

Fig. 2 den Schnitt II-II gemäß Fig. 1 eines Wärmetauscher­ moduls;

Fig. 3 alternativ gestanzte Karten mit gleichem Muster zum Aufbau eines Wärmetauschermoduls;

Fig. 4 den Schnitt IV-IV gemäß Fig. 3 eines Wärmetauscher­ moduls;

Fig. 5 eine weitere Alternative mit zwei Kartenmustern zum Aufbau eines Wärmetauschermoduls;

Fig. 6 einen Schnitt VI-VI gemäß Fig. 5 eines Wärmetauscher­ moduls;

Fig. 7 ein Wärmetauschersystem, aufgebaut aus Wärmetauschermodulen bestehend aus Karten gemäß Fig. 3, und zwar den Schnitt VII-VII der Fig. 8 und

Fig. 8 den Schnitt VIII-VIII der Fig. 7.

Das Kartenmuster gemäß Fig. 1 weist als erste Ausnehmung kreisförmige Ausnehmungen 1 und um diese herum als zweite Ausnehmungen winklig ausgebildete Ausnehmungen 2 auf, wobei die Innenseite des Winkels als kreisförmige Begrenzung 3 ausgebildet ist. Aus diesen Karten werden zwei Stapel a, a′ gebildet, wobei der Stapel a′ durch Wenden der Karten von Stapel a hervorgeht. Der Wärmetauschermodul wird durch abwechselndes Aufeinanderstapeln der Karten von Stapel a und a′ aufgebaut. Dabei entstehen durchgehende rohrförmige Kanäle 12 und senkrecht dazu schlitzförmige Kanäle 13, die die rohrförmigen Kanäle umgeben und abwechselnd in einer oder mehreren Kartenebenen liegen.

Ähnlich ist auch der Wärmetauschermodul gemäß Fig. 4 aufgebaut. Er unterscheidet sich vom Wärmetauschermodul gemäß Fig. 2 lediglich im Kartenmuster. Um die kreisförmigen ersten Ausnehmungen 1 sind schlitzförmige zweite Ausnehmungen 4 angeordnet (Fig. 3). Der Wärmetauschermodul wird durch abwechselndes Aufeinanderstapeln der Karten von Stapel b und b′ aufgebaut.

Der Wärmetauschermodul gemäß Fig. 6 ist aus zwei unterschiedlichen Kartenmustern 5 und 6 aufgebaut, die abwechselnd aufeinander geschichtet werden. Das Kartenmuster 5 weist kreisförmige erste Ausnehmungen 1 und um diese herum schlitzförmige zweite Ausnehmungen 7 auf, während das zweite Kartenmuster 6 kreisförmige erste Ausnehmungen 1 und kreisförmige zweite Ausnehmungen 8 aufweist. Beim abwechselnden Stapeln der beiden Kartenmuster bilden die Ausnehmungen 1 rohrförmige Kanäle 12, während die Ausnehmungen 8 jeweils vier gegenüberliegende Enden der Schlitze 7 überbrücken, wodurch sich die schlitzförmigen Kanäle 13 in Kartenebene ausbilden.

Die Höhe der Kanäle 13, deren Strömungsrichtung im wesentlichen quer zu den rohrförmigen Kanälen 12 verläuft, kann durch Übereinanderschichten mehrerer Karten eines Stapels a, a′, b, b′ bzw. der Kartenmuster 5 oder 6 variiert werden. Die Perforation 9 am Kartenrand (Fig. 1, 3, 5, 8) kann der Aufnahme von Stapelhilfen, Leitelementen, Montagehilfen 10 usw. dienen.

Bei dem Wärmetauschersystem gemäß Fig. 7 und 8 sind Wärmetauschermodulen 14 zu Säulen 16 zusammengestellt, die parallel zueinander in einem Gehäuse 15 angeordnete sind. Die einzelnen Säulen 16 sind zueinander und in Bezug auf das Gehäuse 15 durch Montagehilfen 10, die auch als Leitelemente ausgebildet sein können, lagemäßig fixiert. Zwischen den Modulen 14 einer Säule 16 sind Dichtungen 11 angeordnet, um zu verhindern, daß sich die Wärmetauschermedien vermischen. Gegenüber dem Gehäuse 15 sind die Enden einzelner Säulen 16 ebenfalls durch Dichtungen 11 abgedichtet. Um temperaturbedingte Längenausdehnungen der Säulen 16 aufzufangen, sind die Säulen 16 auf Lagerelementen 17, 17′ angeordnet, die mittels Dichtungen 11 gegenüber den Säulen 16 und 11′, 18 und 19 gegenüber dem Gehäuse 15 abgedichtet sind. Während sich das Lagerelement 17′ direkt über Dichtung 11′ am Gehäuse 15 abstützt, stützt sich das Lagerelement 17 über Federn 20 am Gehäuse 15 ab. 21 deutet die Strömungsrichtung des kalten Mediums und 22 die Strömungsrichtung des heißen Mediums an.

Claims (8)

1. Wärmetauschermodul aus gebranntem keramischen Material, hergestellt aus einem Stapel gestanzter und laminierter, grüner keramischer Karten, dadurch gekennzeichnet, daß der Stapel aus mindestens zwei Karten besteht, die Karten erste Ausnehmungen (1), die bei gestapelten Karten rohrförmige Kanäle (12) bilden und zweite Ausnehmungen (2, 4, 7, 8) aufweisen, die um die ersten Ausnehmungen (1) angeordnet sind und sich bei gestapelten Karten mit den zweiten Ausnehmungen (2, 4, 7) benachbarter Karten teilweise überlappen, wobei sich in Kartenebene liegende Kanäle (13) ausbilden, die die rohrförmigen Kanäle (12) umgeben.

2. Wärmetauschermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Ausnehmungen (4, 7) schlitzförmig ausgebildet sind.

3. Wärmetauschermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Ausnehmungen (2) winklig ausgebildet sind.

4. Wärmetauschermodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite des Winkels eine kreisförmige Begrenzung (3) aufweist, die konzentrisch zur ersten Ausnehmung (1) angeordnet ist.

5. Wärmetauschermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Ausnehmungen (7, 8) der ersten Karte (5) schlitzförmig und die der zweiten Karte (6) kreisförmig ausgebildet sind.

6. Wärmetauschermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kanäle (12) bildenden ersten Ausnehmungen (1) kreisförmig sind.

7. Wärmetauschermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ausnehmung (1) von vier rechtwinklig zueinander angeordneten Schlitzen (4, 7) umgeben ist.

8. Wärmetauschermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (4, 7) eine Länge von ein bis drei Durchmessern der ersten Ausnehmungen (1) aufweisen.