EP0331026A2 - Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherblockes sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherblockes sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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EP0331026A2
EP0331026A2 EP89103242A EP89103242A EP0331026A2 EP 0331026 A2 EP0331026 A2 EP 0331026A2 EP 89103242 A EP89103242 A EP 89103242A EP 89103242 A EP89103242 A EP 89103242A EP 0331026 A2 EP0331026 A2 EP 0331026A2
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EP
European Patent Office
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outer shell
heat exchanger
profile
cylindrical
matrix
Prior art date
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EP89103242A
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English (en)
French (fr)
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EP0331026A3 (en
EP0331026B1 (de
Inventor
Karl Maier
Horst Stirnweis
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
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Publication of EP0331026A3 publication Critical patent/EP0331026A3/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0063—Casting in, on, or around objects which form part of the product finned exchangers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/04—Casting in, on, or around objects which form part of the product for joining parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/04—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/16—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling
    • F28F9/162—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by using bonding or sealing substances, e.g. adhesives

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1.
  • Heat exchanger blocks of the type mentioned are known in profile tube heat exchangers according to DE-PS 3146090.
  • Such known profile tube heat exchangers essentially have two header tubes arranged approximately parallel to one another for guiding the compressed air.
  • a profile tube matrix running in a U-bend is to be connected to the collecting tubes on the inlet side or outlet side. Hot gas flows through the profile tube matrix in order to heat up the compressed air supplied via a collecting tube, the heated compressed air then via the adjacent further collecting tube to a suitable consumer, for.
  • the combustion chamber of a gas turbine engine can be supplied.
  • soldering represents a risk factor that has not been dealt with in practice to date in that comparatively large soldering gaps or joints must be assumed in order to be able to guarantee a perfect transport of the molten solder supplied. There is a risk that the molten solder will shift to different zones, so that during the final cooling process there is no guarantee that the solder joints in question will be completely filled with solder over their entire circumference. This has an adverse effect on the required tightness and strength of the connections. A relatively large soldering thickness in turn has an adverse effect on the corrosion behavior of the connection. In addition, even with connection versions already welded with electron beams, a comparatively low strength can be expected as a result of notch effects at the relevant connection points of the header pipe.
  • a tube sheet or manifold is to be composed of a large number of precisely pre-shaped or pre-profiled elements;
  • the layer in question should be joined together on layer Elements should therefore be preformed in such a way that they can enclose half of the arranged profile tube ends of the matrix in a form-fitting manner.
  • the profiled tubes are to be inserted into predetermined openings in a hollow mold which form a wall section of the collecting tube with sintered powder, in which the profiled tube ends are firmly and gas-tightly integrated should.
  • a major disadvantage of this known solution is that due to the hollow shape, only a boundary surface of the tub to be formed d section is set.
  • the wall thickness is thus predetermined by the amount of powder bulk, a difficulty being seen in keeping the wall thickness tolerances low. This is particularly difficult due to the spatially relatively narrow arrangement of a large number of profile tubes.
  • a known case on which the preamble of patent claim 1 is based (DE-PS 521 654) deals with a connection which is to be established simultaneously when casting collecting chambers and with the respective outer end sections of connecting pipes of a radiator which are to be particularly widened here.
  • the known case requires a special frame, which receives a core and a shape, for local positioning of the connecting pipes.
  • there can be no question of local melting of an outer mold switch during casting which would also be to be regarded as profile tubes of a cross-countercurrent matrix relating to positioning and centering means.
  • the invention has for its object to provide such a method and devices for carrying it out that in a comparatively simple manner to create header pipe section or tube in a given wall thickness, the ends of the profile tubes at a relatively low cost at exactly the desired spacing density simultaneously poured into the header tube material can be.
  • the invention makes it possible to produce a manifold wall in the required wall thickness practically "in one casting", in particular by means of an investment casting process, and at the same time cast the profiled pipe ends firmly and reliably in the required mutual spacing into the wall to be created.
  • z. B purely cylindrical manifolds or sections of the same, either individually or in multiple numbers, manufactured substantially simultaneously and connected in one or more arrangements to the relevant tube ends.
  • an outer shell configuration (outer perforated plates) which does not have to be destroyed in a cumbersome manner after the relevant collecting pipes or pipe sections have been cast; the perforated sheet in question (original molded body) should therefore be melted on the surface side with the relevant manifold material during the casting process.
  • the collecting tube created by casting in particular investment casting, is not exposed to any damage, as can generally not be ruled out as a result of local destruction of an outer shell (material caking).
  • an additional outer shell treatment or mechanical post-contouring is omitted, in particular in the area of the relevant profile tube connection parts.
  • the perforated plate configuration according to the invention ensures that one of the required spatial profile spacing in accordance with reliable profile tube connection is initiated from the beginning, that is to say prior to the casting with the profile tube ends.
  • this is additionally supported as a result of the core-side grid-like centering seat surfaces, which form a longitudinal stop of the respective profile tube ends.
  • the profile tube heat exchanger essentially consists of two manifolds 1, 2 arranged parallel to one another. From these two manifolds 1, 2, a profile tube matrix 3 bent over in a U-shape protrudes against a hot gas flow G.
  • the profile tube matrix consists of individual profile tubes with an elliptical cross-section, as can be seen in FIG. 1, at the bottom left in section, without further notice. It can also be seen from the sectional view that the hot gas flow G mentioned winds essentially in a serpentine manner through the predetermined hot gas flow cross sections of the matrix.
  • the individual profile tubes 4 are thus arranged in an upright manner with respect to the hot gas flow G in question.
  • compressed air D is supplied to the upper collecting pipe 1 here, which then flows laterally into the initially straight-leg sections of the matrix 3; in the outer region of the matrix, the compressed air flow is then deflected and passes through the relevant lower straight-leg portions of the matrix 3 into the lower header pipe 2, from which it is suitable in the heated state according to arrow D ' Consumers, e.g. B. the combustion chamber of a gas turbine engine can be supplied.
  • Suitable spacers of the profile tubes 4 are shown by way of example with 5 and 6 in FIG. 1.
  • At least a section of one of the aforementioned collecting pipes 1, 2 is to be produced and can be connected to profile pipes 4 of the heat exchanger matrix 3 in a fixed and fluid-tight manner.
  • the relevant section of the collecting pipe 1, 2 is to be produced by casting, preferably by means of an investment casting process, the ends of the assigned and finished profile pipes 4 being to be simultaneously integrated into the molten casting material by means of this casting process; the ends of the profile tubes 4 should preferably be integrally connected to the relevant header tube material by means of local surface melting occurring during casting.
  • the outer shell can be at least in the respective matrix connection or connection area as a relatively thin, for.
  • FIG. 2 there is the possibility of forming and assembling the outer shell in several parts.
  • Fig. 2 thus includes a double cylindrical confirguration, in which the outer shell in the combination of arranged in the respective matrix connection areas perforated plates 15, 15 'and outer, optionally ceramic molded bodies 16, 16', 17, of which one, 17, is also central Link between the cylindrical sections of the 8-shaped or double-cylindrical outer shell 15, 15 ', 16, 16', 17.
  • the above-mentioned multi-part design and composition of the outer shell is of course not tied to an embodiment according to FIG. 2, which is double-cylindrical or 8-shaped in the aforementioned sense. I.e. in other words, it can be purely z.
  • an additional ceramic layer 13 can be applied to prevent the molten cast material from flowing out.
  • the relevant cavities 9,9 ' are formed between correspondingly rounded surfaces of the ceramic shaped bodies 16,17,16' on one side and associated outer surfaces of the cores 7,7 'on the other side.
  • the perforated plates 15, 15 'acting as external damage means furthermore have through-openings opening into the cavities 9, 9', which are provided for prepositioning and holding the ends of the profiled tubes 4 to be connected to the header tube section or tube to be produced later.
  • the outer surface of the respective central core 7, 7 'can preferably have grid-like centering seat surfaces 12, 12' for the ends of the profile tubes 4 which are pre-positioned and held on the shell.
  • the through openings in the perforated plates 15, 15 'can form a suitable and sufficiently dimensioned play seat for threading the tube.
  • the outer shell means formed as perforated plates 15, 15 ′, in particular along the outer circumferential region containing the respective through openings, can be lined with a covering skin or additional shell instead of the already mentioned pointed layer 13;
  • the spray layer 13 can be made of a suitable engineering ceramic material.
  • the spray layer 13 mentioned, but also the alternatives (Covering skin, additional shell) are intended to prevent portions of the molten cast material from flowing off in regions outside the shell in question.
  • highly heat-resistant nickel-chromium-containing alloys can be used as materials for the collecting tubes 1, 2 and the profile tubes 4.
  • the melting point of the material for the header pipes 1, 2 should be approximately 50 ° C. lower than that of the material for the profile pipes 4.
  • the mentioned central cores 7,7 ' can optionally be made divisible so that they can be reused. They can preferably be made from a suitable engineering ceramic material such as aluminum oxide, silicon carbide or silicon nitride.
  • the perforated outer shells from an injection-moldable metallic or from a metal-ceramic material.
  • the invention also includes the possibility of forming two cavities 9.9 'which receive the cast material and form the later manifolds 1, 2' between cylindrical cores 7, 7 'arranged approximately parallel next to one another and an 8-shaped outer shell placed here, for example, over the latter.
  • both manifolds 1, 2 can be cast simultaneously, and at the same time the relevant profile tube ends of the matrix can also be cast firmly and reliably into the cast material of the manifolds 1, 2.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmtauscherblocks angegeben, bei dem mindestens ein Abschnitt eines Sammelrohrs (1) unter gleichzeitiger fester und fluiddichter Verbindung mit Enden vorpositionierter Profilrohre (4) einer Wärmetauschermatrix (3) durch Eingießen eines schmelzflüssigen metallischen Werkstoffes in einen zwischen einem zentralen Formkern (7') und einer äußeren Schale ausgebildeten Hohlraum (9) gefertigt werden soll; dabei soll als äußere Schale ein Lochblech (15) verwendet werden, mit dem die Profilrohre (4) an den in den Hohlraum (9) hineinragenden Enden vorpositioniert und zentriert werden und welches beim Gießvorgang oberflächenseitig in den Sammelrohrwerkstoff eingeschmolzen wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Wärmetauscherblöcke der genannten Art sind bei Profilrohrwär­metauschern gemäß der DE-PS 3146090 bekannt. Solche bekannten Pro­filrohrwärmetauscher weisen im wesentlichen zwei etwa parallel neben­einander angeordnete Sammelrohre für die Druckluftführung auf. An die Sammelrohre ist eine in einem U-Bogen verlaufende Profilrohrmatrix eintrittsseitig bzw. austrittsseitig anzuschließen. Die Pro­filrohrmatrix wird von Heißgas durchströmt, um die über das eine Sam­melrohr zugeführte Druckluft aufzuheizen, wobei die aufgeheizte Druck­luft dann über das benachbarte weitere Sammelrohr einem geeigneten Verbraucher, z. B. der Brennkammer eines Gasturbinentriebwerkes, zuge­führt werden kann.
  • Bei derartigen bekannten Wärmetauschern müssen eine Vielzahl von Pro­filrohrenden fluiddicht und betriebssicher mit den Sammelrohren ver­ bunden werden können. Hierzu wurde schon vorgeschlagen, die be­treffenden Sammelrohre mit einer entsprechenden Vielzahl von Löchern zu versehen in die die betreffenden Profilrohrenden einzufügen und dann abschließend mit dem Rohrwerkstoff zu verlöten sind. Die genannte Verbindungsweise erfordert einen vergleichsweise hohen Herstellungs­aufwand, indem die einzelnen Profilrohrenden in einer vergleichsweise großen Anzahl von Arbeitsgängen und im Wege präzisionshandwerklicher Maßnahmen mit den Sammelrohrböden verbunden werden müssen.
  • Die zuvor genannte Lötung stellt einen praktisch bisher nicht bewäl­tigten Risikofaktor dadurch dar, daß verhältnismäßig große Lötspalte bzw. -fugen vorausgesetzt werden müssen, um einen einwandfreien Trans­port des schmelzflüssig zugeführten Lotes gewährleisten zu können. Dabei besteht die Gefahr, daß sich das schmelzflüssig zugeführte Lot in örtlich unterschiedliche Zonen verlagert, so daß beim abschließen­den Erkaltungsprozeß keinerlei Gewähr gegeben ist, daß die be­treffenden Lötfugen über ihren Gesamtumfang gänzlich mit Lot ausge­füllt sind. Dies wirkt sich nachteilig auf die erforderliche Dichtheit und Festigkeit der Verbindungen aus. Eine verhältnismäßig große Löt­dicke wirkt sich wiederum nachteilig hinsichtlich des Korrosionsver­haltens der Verbindung aus. Selbst bei schon elektronenstrahl-ge­schweißten Verbindungsversionen ist darüber hinaus eine vergleichs­weise geringe Festigkeit infolge von Kerbwirkungen an den betreffenden Verbindungsstellen des Sammelrohres zu erwarten.
  • Bei einem aus der DE-OS 3310061 bekannten Verfahren zur Herstellung einer Rohrverteileranordnung bzw. eines Wärmetauscherblockes soll ein Rohrboden oder Sammelrohr aus einer Vielzahl genauestens vorgeformter bzw. vorprofilierter Elemente zusammengesetzt werden; entsprechend der Anzahl und der gewünschten Beabstandung der Profilrohre der Matrix sollen dabei die betreffenden Schicht auf Schicht zusammenzufügenden Elemente also so vorgeformt sein, daß sie die angeordneten Pro­filrohrenden der Matrix jeweils zur Hälfte formschlüssig umschließen können.
  • Zum bekannten Fall wird es als nachteilhaft angesehen, daß trotz ver­hältnismäßig genauer Fertigung der betreffenden, die Schichten bilden­den Elemente Fertigungstoleranzen zu berücksichtigen sind; und zwar derart, daß die Gesamtlänge des zu erstellenden Bodens oder Rohres mit der Summe der Dickentoleranz der Elemente schwankt; neben Boden- oder Rohrschwankungen sind ferner im bekannten Fall örtliche Lochungsver­sätze gegenüber der normalen Profilrohrbeabstandung und -anordnung nicht auszuschließen; durch die massive Formvorgabe der Elemente sind also grundsätzlich Fertigungstoleranzen nicht zu vermeiden und prak­tisch kaum oder nur mit extrem kostenaufwendiger Nachbearbeitung kor­rigierbar.
  • Genannte Belochungsversätze wie aber auch schon geringfügige Belo­chungsformschwankungen setzen ein mühsames Feinjustieren bzw. Zen­trieren der betreffenden Rohrenden der Matrix voraus, wobei eine spä­tere Verlötung der Profilrohrenden mit dem betreffenden Sammel­rohrboden eine extrem genaue Sitzpassung der Profilrohrenden erzwingt, um örtliche Lotwerkstoffverlagerungen und die damit einhergehenden Abdichtungs- und Festigkeitsprobleme vermeiden zu wollen.
  • Bei einem aus der DE-PS 33 24 915 bekannten Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherblockes der in Rede stehenden Art sollen die Pro­filrohre in vorgegebene Durchbrüche einer Hohlform gesteckt werden, die mit Sinterpulver einen Wandabschnitt des Sammelrohres ausbilden, in den die Profilrohrenden fest und gasdicht eingebunden sein sollen.
  • Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Lösung ist es, daß durch die Hohlform lediglich eine Begrenzungsfläche des zu bildenden Wan­ dabschnittes festgelegt ist. Die Wanddicke ist dabei also durch die Pulverschüttmenge vorgegeben, wobei eine Schwierigkeit darin gesehen wird, die Wandstärkentoleranzen gering zu halten. Dies wird vor allem durch die räumlich verhältnismäßig enge Anordnung einer Vielzahl von Profilrohren erschwert.
  • Ein dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zugrunde liegener bekannter Fall (DE-PS 521 654) behandelt eine beim Gießen von Sammelkammern gleichzeitig herzustellende Verbindung mit den jeweils äußeren, hier besonders aufzuweitenden Endabschnitten von Verbindungsrohren eines Radiators. Hierfür benötigt der bekannte Fall ein besonderes, einen Kern und eine Form aufnehmendes Gestell zur örtlichen Positionierung der Verbindungsrohre. Von einem beim Gießen örtlichen Einschmelzen einer äußeren Formschalte, die zugleich als Positionier- und Zentrier­mittel betreffender Profilrohre einer Kreuz-Gegenstrom-Matrix anzu­sehen wäre, kann im bekannten Fall keine Rede sein.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Verfahren nebst Vorrichtungen zu dessen Durchführung anzugeben, daß bei auf vergleichsweise einfache weise zu erstellendem Sammelrohrabschnitt bzw. -rohr in vorgegebener Wandstärke die Enden der Profilrohre unter verhältnismäßig geringem Aufwand in genau gewünschter Abstandsdichte gleichzeitig in dem Sammelrohrwerkstoff eingegossen werden können.
  • Die Aufgabe ist bei einem Verfahren nach der eingangs genannten Art gemäß dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.
  • Die Erfindung ermöglicht es, praktisch "in einem Guß", insbesondere im Wege eines Feingußverfahrens, eine Sammelrohrwand in der erforderli­chen Wandstärke herzustellen und dabei gleichzeitig die Pro­filrohrenden in der erforderlichen gegenseitigen Beabstandung fest und betriebssicher in die zu erstellende Wand einzugießen.
  • Erfindungsgemäß können entweder z. B. rein zylindrische Sammelrohre oder Abschnitte derselben jeweils für sich oder aber in mehrfacher Anzahl im wesentlichen gleichzeitig gefertigt und dabei in ein- oder mehrfacher Anordnung mit den betreffenden Profilrohrenden verbunden werden.
  • Gemäß der Erfindung gelingt es, eine äußere Formschalenkonfiguration (äußere Lochbleche) vorzusehen, die nach dem Gießen der betreffenden Sammelrohre bzw. Rohrabschnitte nicht in umständlicher Weise zerstört werden muß; das betreffende Lochblech (ursprünglicher Formkörper) soll also beim Gießvorgang oberflächenseitig mit den betreffenden Sammel­rohrwerkstoff verschmolzen werden. Im Sinne dieses erwähnten Erfin­dungsgedankens ist es ferner vorteilhaft, daß das durch Gießen, insbe­sondere Feinguß, erstellte Sammelrohr keinerlei Beschädigungen ausge­setzt wird, wie dies im allgemeinen als Folge einer örtlichen Zer­störung einer jeweils äußeren Formschale (Materialzusammenbackung) vielfach nicht auszuschließen ist. Ferner entfällt so, insbesondere im Bereich der betreffenden Profilrohranschlußpartien, eine zusätzliche äußere Schalenbehandlung bzw. mechanische Nachkonturierung.
  • Ferner trägt die erfindungsgemäße Lochblechkonfiguration als äußere Formschalen dafür Sorge, daß von vorn herein, also vor dem Vergießen mit den Profilrohrenden, eine der verlangten räumlichen Profilbeab­standung gemäß betriebssichere Profilrohrverbindung in die Wege ge­leitet wird. In Ausgestaltung (Anspruch 2) wird dies als Folge der kernseitigen rasterartigen Zentriersitzflächen zusätzlich unterstützt, die eine Längsanschlag der jeweiligen Profilrohrenden ausbilden.
  • Bezüglich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung iwrd auf die Patentansprüche 2 bis 8 verwiesen.
  • Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise weiter erläu­tert. Es zeigen:
    • Fig. 1 die Seitenansicht eines schematisch dargestellten und für die Durchführung der Erfindung bevorzugt geeigneten Pro­filrohrwärmetauschers in Kreuz-Gegenstrom-Bauweise und
    • Fig. 2 die Ausführungsform einer doppelzylindrischen bzw. im we­sentlichen 8-förmigen Kern-Schalen-Konfiguration mit mehrtei­liger Außenschale, im Querschnitt dargestellt.
  • Fig. 1 veranschaulicht einen schematisch dargestellten, zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung ge­eigneten Profilrohrwärmetauscher. Der Profilrohrwärmetauscher besteht im wesentlichen aus zwei parallel zueinander angeordneten Sammelrohren 1, 2. Von diesen beiden Sammelrohren 1,2 kragt eine U-förmig umgeboge­ne Profilrohrmatrix 3 gegen eine Heißgasströmung G aus. Die Pro­filrohrmatrix besteht aus einzelnen Profilröhrchen mit elliptischem Querschnitt, wie dies aus Fig. 1, unten links im Schnitt, ohne wei­teres ersichtlich ist. Aus dem Schnittbild ist ferner ersichtlich, daß sich die erwähnte Heißgasströmung G im wesentlichen schlangenlinien­förmig durch die vorgegebenen Heißgasdurchströmquerschnitte der Matrix hindurchwindet. Dabei sind also die einzelnen Profilrohre 4 hochkannt im Bezug auf die betreffende Heißgasströmung G angeordnet. Im Betrieb wird also dem hier oberen Sammelrohr 1 Druckluft D zugeführt, die dann seitlich in die zunächst gradschenkeligen Abschnitte der Matrix 3 einströmt; im äußeren Bereich der Matrix wird dann die Druckluft­strömung umgelenkt und gelangt über die betreffenden unteren ge­radschenkeligen Abschnitte der Matrix 3 in das untere Sammelrohr 2, aus dem sie im aufgeheizten Zustande gemäß Pfeil D′ einem geeigneten Verbraucher, z. B. der Brennkammer eines Gasturbinentriebwerkes, zuge­führt werden kann. Mit 5 und 6 sind in Fig. 1 geeignete Abstandshalter der Profilrohre 4 beispielhaft dargestellt.
  • Erfindungsgemäß soll nun zumindest ein Abschnitt eines der zuvorge­nannten Sammelrohre 1,2 hergestellt und mit Profilrohren 4 der Wärme­tauschermatrix 3 fest und fluiddicht verbunden werden können. Dabei soll der betreffende Abschnitt des Sammelrohrs 1,2 durch Gießen, vor­zugsweise im Wege eines Feingußverfahrens, hergestellt werden, wobei im Wege dieses Gußverfahrens die Enden der zugeordneten und fertigen Profilrohre 4 in den schmelzflüssig zugeführten Gußwerkstoff gleich­zeitig eingebunden werden sollen; vorzugsweise sollen dabei die Enden der Profilrohre 4 im Wege eines beim Gießen auftretenden örtlichen Oberflächenaufschmelzens stoffschlüssig mit dem betreffenden Sammel­rohrwerkstoff verbunden werden.
  • Gemäß Fig. 2 kann die äußere Schale zumindest im jeweiligen Ma­trixanschluß- bzw. Verbindungsbereich als verhältnismäßig dünnes, z. B. gestanztes Lochblech 15,15′ ausgebildet sein, um so eine geeig­nete Vorpositionierung und Zentrierung der örtlichen Enden der Pro­filrohre 4 auszubilden, wobei das betreffende Lochblech 15,15′ beim Gießvorgang oberflächenseitig in den Sammelrohrwerkstoff einge­schmolzen werden kann.
  • Es besteht also gemäß Fig. 2 die Möglichkeit, die Außenschale mehr­teilig auszubilden und zusammenzusetzen. Fig. 2 beinhaltet also eine doppelzylindrische Konfirguration, bei der die Außenschale in der Kombination aus in den jeweiligen Matrixverbindungsbereichen ange­ordneten Lochblechen 15,15′ und äußeren, gegebenenfalls keramischen Formkörpern 16,16′,17 besteht, von denen der eine, 17, zugleich zen­trales Verbindungsglied zwischen den zylindrischen Sektionen der 8-förmigen bzw. doppelzylindrischen Außenschale 15,15′,16,16′,17 ist.
  • Die genannte mehrteilige Ausbildung und Zusammensetzung der Außen­schale ist selbstverständlich nicht an eine Ausführung gemäß Fig. 2 gebunden, die im zuvorgenannten Sinne doppelzylindrisch bzw. 8-förmig ist. D. h. mit anderen Worten, es können also rein z. B. zylindrische Sammelrohrkonfigurationen jeweils für sich unabhängig voneinander hergestellt und mit den betreffenden Enden der Profilrohre 4 vergossen werden, wobei die betreffende Außenschale dann z. B. ebenfalls im genannten Sinne mehrteilig ausgebildet sein könnte unter Anwendung der zuvor schon erwähnten blechförmigen Außenschalen 15 und der zuge­hörigen blockartigen Bauteile 16 bzw. 17, mit denen wiederum die ein­zelnen Außenschalen 15 zu verbinden wären.
  • Gemäß Fig. 2 unten, rechts - gestrichelt dargestellt - kann ferner auf die jeweiligen Außenwandbereiche der betreffenden Außenschalen 15 bzw. 15′ z. B. eine zusätzliche Keramikschicht 13 aufgebracht werden, um ein Ausfließen des schmelzflüssig zugeführten Gußwerkstoffes zu ver­hindern.
  • Gemäß Fig. 2 wird also ein aufwendiges zusätzliches Zerstören der betreffenden Außenschalen nach Fertigstellung der betreffenden Sammel­rohre 1 bzw. 2 sowie der betreffenden Verbindungen mit der Matrix nicht erforderlich. Die zu Fig. 2 schon erwähnten keramischen einzel­nen Verbindungsbauteile 16,17 bzw. 16′ können gegebenenfalls immer wieder bei weiteren Fertigungsprozessen verwendet werden.
  • Gemäß Fig. 2 enthalten ferner die jeweils äußersten keramischen Blöcke 16 bzw. 16′ trichterförmig sich verengende Öffnungen 11 bzw. 11′, mit denen der Gußwerkstoff schmelzflüssig in die betreffenden zylin­drischen Hohlräume 9 bzw. 9′ eingebracht werden soll.
  • Im Wege der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens (Fig. 2) soll ferner zwischen jeweils einem zentralen Kern 7,7′ und jeweils äußeren, als verhältnismäßig dünne Lochbleche 15,15′ ausgebildeten Schalen jeweils der den Gußwerkstoff aufnehmende Hohlraum 9,9′ ausgebildet sein, in welchen die Enden der Profilrohre 4 hineinragen.
  • Ferner werden dabei die betreffenden Hohlräume 9,9′ zwischen ent­sprechend ausgerundeten Flächen der keramischen Formkörper 16,17,16′ auf der einen Seite und zugehörigen Außenflächen der betreffenden Kerne 7,7′ auf der anderen Seite ausgebildet.
  • Die als äußere Schadenmittel fungierenden Lochbleche 15,15′ weisen ferner in die Hohlräume 9,9′ mündende Durchgangsöffnungen auf, die zur Vorpositionierung und Halterung der mit dem später gefertigten Sammel­rohrabschnitt oder Rohr zu verbindenden Enden der Profilrohre 4 vorge­sehen sind.
  • Wie ferner aus Fig. 2 erkennbar, kann vorzugsweise die betreffende äußere Oberfläche des jeweiligen zentralen Kerns 7,7′ rasterartige Zentriersitzflächen 12,12′ für die schalenseitig vorpositionierten und gehalterten Enden der Profilrohre 4 aufweisen. Dabei können die Durch­gangsöffnungen in den Lochblechen 15,15′ einen zur Profilrohreinfäde­lung geeigneten und hinreichend bemessenen Spielsitz ausbilden.
  • Gemäß weiterer Ausgestaltung können die als Lochbeleche 15,15′ ausge­bildeten äußeren Schalenmittel, insbesondere entlang des die jewei­ligen Durchgangsöffnungen enthaltenden äußeren Umfangsbereiches, an­stelle schon erwähnter Spitzschicht 13 mit einer Abdeckhaut oder Zu­satzschale ausgekleidet sein; die Spritzschicht 13 kann aus einem geeigneten ingenieurkeramischen Werkstoff gefertigt sein. Nicht nur die genannte Spritzschicht 13, sondern auch die Alternativen (Abdeckhaut, Zusatzschale), sollen verhindern, daß Anteile des schmelzflüssig zugeführten Gußwerkstoffs in Regionen außerhalb der betreffenden Schale abfließen.
  • Aus Fig. 2 erkennt man ferner, daß die zentralen Kerne 7 bzw. 7′ und die betreffenden Lochbleche 15 bzw. 15′ als jeweilige äußere Schalen­mittel und die jeweiligen Hohlräume 9 bzw. 9′ zylindrisch ausgebildet sind. Erfindungsgemäß ist es aber durchaus möglich, anstelle rein zylindrischer Sammelrohre Konfigurationen mehr- oder vieleckiger oder quadratische Sammel- oder Verteilerrohre herzustellen.
  • Als Werkstoffe der Sammelrohre 1,2 und der Profilrohre 4 können erfin­dungsgemäß hoch-warm-feste Nickel-Chrom-haltige Legierungen verwendet werden. Für die Durchführung der Erfindung sollte der Schmelzpunkt des Werkstoffes für die Sammelrohre 1,2 etwa 50 °C niedriger als derjenige des Werkstoffes für die Profilrohre 4 veranschlagt werden.
  • Die genannten zentralen Kerne 7,7′ können gegebenenfalls teilbar aus­geführt sein, so daß sie wieder verwendbar sind. Sie können vorzugs­weise aus einem geeigneten ingenieurkeramischen Werkstoff wie Alumi­niumoxid, Siliziumkarbid oder Siliziumnitrid gefertigt sein.
  • Ferner besteht die Möglichkeit, die lochblecharitigen äußeren Scha­len aus einem spritzgießfähigen metallischen oder aus einem metall-keramischen Werkstoff zu fertigen.
  • Die Erfindung beinhaltet ferner die Möglichkeit, zwei den Gußwerkstoff aufnehmende und die späteren Sammelrohre 1,2 ausbildende Hohlräume 9,9′ zwischen etwa parallel nebeneinander angeordneten zylindrischen Kernen 7,7′ und einer hier beispielsweise über die letzteren ge­stülpten, 8-förmigen Außenschale auszubilden. Im Rahmen einer derar­tigen doppelzylindrischen Konfiguration von inneren Kernen 7,7′ und einer einzigen äußeren Schale können also gleichzeitig beide Sammel­rohre 1,2 gegossen und dabei ebenso gleichzeitig die betreffenden Profilrohrenden der Matrix fest und betriebssicher in den Gußwerkstoff der Sammelrohre 1,2 miteingegossen werden.
  • Abweichend von Fig. 2 wäre es aber durchaus auch möglich, einzelne zylindrische Sammelrohre oder Rohrabschnitte jeweils für sich her­zustellen und dabei jeweils für sich mit den betreffenden Pro­filrohrenden zu verbinden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherblocks, indem minde­stens ein Abschnitt eines Sammelrohrs (1) unter gleichzeitiger fester und fluiddichter Verbindung mit Enden vorpositionierter Profilrohre (4) einer Wärmetauschermatrix (3) durch Eingießen eines schmelzflüssigen metallischen Werkstoffes in einen zwischen einem zentralen Formkern (7′) und einer äußeren Schale ausge­bildeten Hohlraum (9) gefertigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
- als äußere Schale ein Lochblech (15) verwendet wird, mit dem die Profilrohre (4) an den in den Hohlraum (9) hineinragenden Enden vorpositioniert und zentriert werden,
- das Lochblech (15) beim Gießvorgang oberflächenseitig in den Sammelrohrwerkstoff eingeschmolzen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche des zentralen Kerns (7,7′) mit rasterartigen Zen­triersitzflächen (12,12′) für die Profilrohrenden versehen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schale entlang des die Belochung enthaltenden äußeren Um­fangsbereichs mit einer Abdeckhaut, Zusatzschale oder Spritz­schicht (13), insbesondere aus Keramik, ausgekleidet wird.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­kennzeichnet, daß der zentrale Kern (7), die äußere Schale und der Hohlraum (9) zylindrisch hergestellt werden.
5. Verfahren nach einem oderr mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Kern (7) aus einem ingenieurkera­mischen Werkstoff, wie Aluminiumoxid, Siliziumkarbid oder Sili­ziumnitrid gefertigt wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schale aus einem spritzgießfähigen metallischen oder metall-keramischen Werkstoff hergestellt wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, für einen Wärmetauscherblock mit zwei etwa parallel neben­einander angeordneten Sammelrohren (1,2) und mit diesen ein- und austrittsseitig zu verbindenden Enden der Profilrohre (4) einer Kreuz-Gegenstrom-Matrix (3), dadurch gekennzeichnet, daß die Au­ßenschale in der Kombination aus in den jeweiligen Matrixverbin­dungsbereichen angeordneten Lochblechen (15,15′) und äußeren, gegebenenfalls keramischen Formkörpern (16,16′,17) zusammengesetzt ist, von denen der eine Formkörper (17) zentrales Verbindungsglied zwischen zylindrischen Sektionen einer 8-förmigen oder doppel­zylindrischen Außenschale aus Lochblechen (15,15′) und Formkörpern (16,16,17) für die beiden Sammelrohre (1,2) ist.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, für einen Wärmetauscherblock mit zwei etwa parallel neben­einander angeordneten Sammelrohren (1,2) und mit diesen ein- und austrittsseitig zu verhindernden Enden der Profilrohre (4) einer Kreuz-Gegenstrom-Matrix (3), dadurch gekennzeichnet, daß zwei den Gußwerkstoff für die Sammelrohre (1,2) aufnehmende Hohlräume (9,9′) zwischen etwa parallel nebeneinander angeordneten zylind­rischen Innenkernen (7,7′) und einer uber die letzteren ge­stülpten, doppelzylindrischen oder 8-förmigen, lochblechartigen Außenschale ausgebildet sind.
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