JPH0219400B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はシートを成形し、堆積、積層し、焼成
する、シート技術により熱交換器を製造する方法
および個々のシートからこのような熱交換器を製
造する装置にする。 セラミツクシートからなる熱交換器の製法は西
独公開特許公報第2841571号からすでに公知であ
り、これによれば２つのベースプレートの間に打
抜いたシートがスペーサとともに順次に堆積さ
れ、付加的にカバー壁へいわゆる窓が機械加工さ
れる。次にこのようなブロツク状熱交換器は冷間
または熱間で積層処理される。このような方法は
セラミツク熱交換器の常用の押出法に比して製造
費が高い欠点を有するけれど、非常に薄い壁が得
られる。他面押出法によれば流路に押出方向と直
角にいわゆるバツフルを組込むことはできない。
バーと薄肉シートからこのような熱交換器を組立
てる際の取扱いも非常に困難であり、さらに製法
が非常に複雑である。さらに積層の際必らずしも
すべてのシートが互いに均一に付着せず、とくに
未焼結の熱交換器ブロツクを粗仕上加工する際工
具がシートに含まれる有機結合剤によつて容易に
焼付くことが明らかになつた。セラミツクからす
べての結合剤を除去すると、ブロツクは非常に脆
くなるので、再び加工困難になる。 さらに英国特許第1418459号明細書によりシー
トから熱交換器を製造する方法が公知である。厚
さ約0.15mmのシートは燃焼可能の支持材料上にド
クタブレード法により製造され、その際媒体分離
壁の間のスペーサが量産に不適な非常に複雑な方
法で製造される欠点が明らかになつた。熱交換器
の組立はケイ素−プラスチツクシートと流延シー
ト上に支持するスペーサを交互に積重ねて行われ
る。圧力および温度ならびに溶剤または接着剤を
使用して熱交換器の個々の部材が接合される。焼
成の際まず支持紙を除去し、次に結合剤を除去
し、最後にチツ化法を実施例しなければならな
い。さらに紙の燃焼の際微細なケイ素構造を損傷
しないことが保証され、その際形成された灰分を
超音波洗浄によつて除去しなければならない。さ
らに紙の燃焼前に熱交換器ブロツクの部分がチツ
化を行わなければならない。 前記方法はその欠点のため経済性量産に使用で
きない。熱交換器はその仕上後もしばしば不均一
な構造を有する。とくにチツ化ケイ素からなる熱
交換器の場合、チツ化ケイ素の多孔性表面のため
平滑な流路が得られないので、流れの状態が最適
でないことが明らかになつた。 それゆえ本発明の目的は前記欠点を除去し、製
造費用を大きく低下し、それによつて製造の自動
化を可能にする方法を得ることができる。この場
合加工容易な、欠陥のない、寸法の正確な均質な
セラミツク熱交換器を得ることに重点が置かれ
る。さらに個々のシートから熱交換器を組立てる
この方法の実施例に適する装置を得なければなら
ない。 この目的は本発明による特許請求の範囲第１項
記載の方法によつて解決される。シート製造には
常用のセラミツクスリツプが使用される。スリツ
プはセラミツク粉末、有機結合剤、分散または稀
釈剤および場合により可塑剤ならびにオイルの形
のその他助剤からなる。主としてとくにシリカを
主体とし、コージーライト３〜10重量％を添加し
たセラミツクスリツプから出発する。他のセラミ
ツク粉末はMgO9〜20重量％、Al₂O₃30〜50重量
％およびSiO₂41〜57重量％の組成を有するコー
ジーライトからなる。さらに炭化ケイ素もセラミ
ツク粉末として好適であり、その際混合物は
SiC70〜92重量％およびC8〜30重量％からなる。
さらにチタン酸バリウム半導体を使用することが
でき、その際熱交換器ブロツクは電流を流すこと
により同時に加熱要素として使用される。有機結
合剤はセラミツク粉末との良好な結合が保証さ
れ、かつ場合により可塑剤と組合せたシートに所
要の靭性および寸法安定性がある限り、特殊な制
限を受けない。とくにポリビニルアセタートおよ
びポリビニルブチラールがよいことが明らかにな
つた。分散および稀釈剤としては水または有機溶
剤たとえばエタノール、トルオールおよびトリク
ロルエチレンが使用される。本発明によるセラミ
ツクシートの製造にとくに適する処方は次表に示
され、ここにスリツプ処方はセラミツク原料およ
び結合剤または溶剤により示される：

【表】 スリツプの粘度はとくに溶剤含量によつて制御
される。流込スリツプ処理の際超音波を使用する
のがとくに有利なことが明らかになつた。この処
理によつて高い均質性、良好な流延性および最大
含量の固体分を有する流込スリツプが得られ、生
シートの密度が高くなる。この方法で大きい充て
ん密度およびとくに改善された機械的性質を有す
るシートが得られる。さらに流込ベルトに振動装
置を備え、流込スリツプをもう１度ち密化し、ま
たはベルト全幅にわたりシート厚さを均一にする
のが有利である。 この方法によればセラミツクシートは積層後に
最終寸法に加工される。厚いシートまたは0.1〜
1.5mmのシート厚さを超える高い流路が要求され
る場合、前積層過程でシート積層助剤により個々
のカードに結合する。このシートもしくはカード
から次に種々の流路を打抜き、またはシートもし
くはカードをダイプレスする。ダイプレスの場合
セラミツクシートは型内で20〜120℃の温度およ
び５〜100バールの圧力にさらされ、それによつ
てバツフルとして役立つクシ形部が残留する。 打抜またはダイプレスしたシートまたはカード
を次に本発明の装置による熱交換器ブロツクに組
立て、同時に積層プレスにより個々の層の積層が
行われる。 積層過程でプレス装置は0.1〜15バールとくに
１バールの圧力、１〜10秒間、通常は室温で作業
が行われるけれど、100℃までの温度で作業する
こともできる。個々の場合の適用圧力は有機物含
量および積層助剤の種類により異なる。積層過程
にはとくにセラミツク充てん剤を含むペーストま
たはスクリン印刷、スプレーまたはローラによつ
て印刷する純有機溶剤が使用される。積層助剤の
使用により多数の利点が得られる。第１に積層過
程に低い圧力を使用することができ、それによつ
て流路の変形が避けられる。さらにシートの波が
補償され、積層助剤により有効に積層欠陥が避け
られる。次にプラスチツク分の40〜60％まで有機
成分の駆出加熱が行われ、それによつて生成形体
の強度が付加的に高くなる。さらに熱交換器ブロ
ツクは工具がセラミツクシートの有機成分によつ
て焼付を生ずることなく容易に加工することがで
きる。次に有機成分残部の駆出加熱を行い、熱交
換器ブロツクを1200〜1700℃で焼結する。場合に
より種々の導入および導入媒体への接続を良好に
するため、流路の入口および出口孔の後加工が必
要である。 本発明はさらに本発明の方法を実施例する装置
に関する。詳細には打抜装置、積層助剤印刷装置
および積層装置の組合せである。この場合シート
または前積層したカードは流路形成のため打抜さ
れる。水平および垂直に可動であり、かつ180゜旋
回しうる吸着板によりカードは積層助剤の印刷装
置へ運ばれる。次に吸着板はその装置から旋回し
てカードを積層プレスへ運び、それに種々に打抜
されたカードを交互に堆積し、それによつて熱交
換器ブロツクが形成される。このように得られた
堆積カードがプレスで圧縮される。 この方法はとくに本発明の装置によつてほとん
ど自動化される。というのは現在までの製法は打
抜、堆積および積層の際の取扱いが別個になつて
いるため連続的に作業を実施し得ないからであ
る。本発明の方法によにより焼結後に個々の層が
非常に良好に接触したきわめて均質な熱交換器が
得られる。改善された方法によつて品質的に良好
な熱交換器が得られ、大きい費用なしに流路に流
れ方向と直角のいわゆるバツフルを組込むことが
できる。バツフルは製法とは無関係に自由に選択
することができる。他の実施例によれば湾曲した
流路を製造することができる。したがつて非対称
および円筒形熱交換器を得ることもできる。さら
に選択的に西独公開特許公報第2631092号のよう
に板またはシートの形のチツ化ケイ素、炭化ケイ
素およびコージーライトの層からなる熱交換器が
得られる。コージーライトの使用によつてとくに
チツ化ケイ素の場合平滑で抵抗の低い流路が得ら
れる。 個々のシートから熱交換器を形成する本発明の
方法および装置の他の利点は以下の図面による熱
交換器製造の実施例によつて明らかである。 本願発明の効果は、まとめると以下のようにな
る。 (1) 打抜により通路の形を従来の押出方法による
より広範に変更可能である（特に、高熱ガスの
通路と水の通路の形状を自由に効率よく選択で
きる）。 (2) 一定のサイズの端周縁をもつセラミツクカー
ド（打抜をしたものと、中間の打抜きをしない
カード）を積み重ねるので、通路のずれが、ほ
とんど生じない。すなわち、通路が正確に多層
に配置された熱交換器ができる。 (3) 打抜かれた通路は、端周縁をもつて閉鎖され
ているので、その後の処理加工によつて、通路
内に異物等が混入しない。 (4) 上記端周縁を最終工程で切断するので、通路
の開口部の形状が従来の押出方法のような最初
から開口している場合より、ゆがみのない正確
なものとなる。 開口部の形状が一定であることによつて、積層
された複数の熱交換器ブロツクを、更に組み合わ
せて大きな熱交換器を作ることができるようにな
る。 第１図はチツ化ケイ素からなる本発明によるガ
ス−液熱交換器の製法を示す。セラミツク流込ス
リツプを製造するため、ケイ素粉末100重量％に
エタノール24重量％、トルオール10重量％、メル
ヘーデン（Menhaden）オイル1.5重量％、ポリ
ビニルブチラール８重量％ならびに可塑剤として
プラチノール（Platinol）および（または）ユー
コン（Ucon）オイル５重量％を添加する。この
混合物を20時間、Al₂O₃球を有するドラムミルで
摩砕し、次にスリツプを排気する。スリツプのシ
ート製造に常用の流延は鋼ベルト上に行われる。
スリツプは流込シユーを介して供給され、シート
厚さは流込シユーの調節可能のギヤツプ高さ0.2
〜1.5mmによつて決定される。次にシートを鋼ベ
ルトから剥離し、切断する。この場合２〜３シー
トからいわゆる前積層体またはカードを形成する
のが有利なことが明らかになつた。個々のシート
相互の結合は積層助剤のスプレーまたは印刷によ
つて達成される。印刷の場合ケイ素および（また
は）コージーライトまたはその混合物65重量％か
らなるペーストが使用される。さらにペースト中
には不飽和アルコール20〜40重量％ならびに結合
剤、可塑剤およびポリビニルブチラール３〜10重
量％が含まれる。ペーストの印刷はその場合スク
リン印刷法で行われる。ペーストが固体を含むこ
とによつて同時に表面の波が補償される。同様ペ
ーストによつてシートの表面が溶解され、それに
よつて後に個々の層が均質に結合される。ケイ素
シートを使用する場合、とくにペーストが後のチ
ツ化ケイ素とともに焼結過程で平滑でち密な流路
表面を形成するガラス相を浸出するコージーライ
ト成分を含む場合、前積層体を完全にペーストで
印刷するのが有利である。さもない場合はシート
の結合に必要な位置のみに印刷する。それによつ
て打抜いた部分を再び返り材として流込スリツプ
に混合することが達成される。 第２図にはガス加熱熱交換器を形成するための
厚さ0.9mmの矩形シートまたはカードが示される。
このカード１はその場合120mm×400mmの寸法を有
し、後の仕上加工の際除去される付加的端縁２を
有する。厚さ1.8mmの打抜いたカードの場合、排
ガス通路３は50mmの幅を有し、壁４の幅３〜７mm
である。打抜いた水ポケツト５には100mmの幅が
選択され、流れ方向と垂直のバツフル６を備え、
このカード厚さは2.7mmである。バツフルはとく
に流路内の温度分布が均一になるように作用しな
ければならない。 熱交換器ブロツクの組立は第３図に示すような
本発明の装置により行われる。吸着板７は同時に
後に打抜かれるカード３と５の間の隔壁として役
立つカード１をマガジン８の堆積から引取る。吸
着板７は180゜旋回し、カード１をスクリン印刷装
置９の下に運ぶ。ここで積層助剤が印刷される。
吸着板７はカードを積層プレス１１の下部１０へ
置き、マガジン８へ戻る。次に新たなカード１が
スタンプ装置１３へ送られる。この場合有利に排
ガス通路３用のスタンプおよび水通路５用のス
タンプが備えられる。吸着板７は打抜いたカー
ド３または５を引取り、積層助剤印刷のためスク
リン印刷装置９の下へ運ぶ。スクリン印刷を行つ
た後、吸着板７を180゜反転し、カード１の上へ軽
く押付ける。カード１を打抜いたカード３および
５の上へ交互に配置することによつて、熱交換器
ブロツクの堆積が生ずる。このように配置した熱
交換器ブロツクを次に積層プレス１１の上部１２
と下部１０の間で圧縮し、それによつて同時に積
層過程も開始する。第４図には端縁２を除去して
組立を完了した熱交換器が示される。 堆積した熱交換器ブロツクを積層プレスから取
出した後、100〜200℃の温度で熱処理する。この
際有機成分とくに可塑剤および積層助剤は蒸発す
る。駆出加熱過程は１〜２日続き、その際有機成
分の40〜60％は熱交換器ブロツクから駆出され
る。次に熱交換器ブロツクはフライスまたはソー
によつてその最終寸法に加工される。次に約２〜
３日の間有機成分の残量を200〜300℃の温度で駆
出する。この手段によつてとくにケイ素シートの
場合常用の1100〜1300℃での前焼結または前チツ
化が不用となる。チツ化は公知法で1300〜1400℃
で行われる。前述のようにケイ素熱交換器の最終
密度は有利に積層助剤で３〜10重量％のケイ素を
コージーライトと置換えることによつてさらに高
くすることができる。この手段は流込スリツプで
行うこともできる。しかしその際は西独特許第
2544437号明細書に記載のように、1300〜1400℃、
酸素存在下の後焼結が必要である。この方法によ
り均一な強度を有する均質な１体の熱交換器が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法のフローシート、第２図
は種々の流路を打抜いたカードおよび打抜前のカ
ードの平面図、第３図は個々のシートから熱交換
器を形成する本発明の装置の作業工程を示す略示
図、第４図は本発明による熱交換器ブロツクの斜
視図である。 １…カード、２…端縁、３…排ガス通路、４…
壁、５…水ポケツト、６…バツフル、７…吸着
板、８…マガジン、９…スクリン印刷装置、１１
…積層プレス、１３…スタンプ装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ セラミツク粉末および有機結合剤を含むセラ
   ミツクスリツプを調製し、該セラミツクスリツプ
   からカード形のセラミツクシートを製造し、該カ
   ードから以下の３種類のカードを作成し、 (a) 打抜き処理しない隔壁用カード (b) 排ガス流路を打抜いた端周縁を有するカード (c) 水流路を打抜いた端周縁を有するカード 該３種類のカードのそれぞれに積層助剤を塗布
   し、該カードを、カードａ、カードｂ、カード
   ａ、カードｃの順序で繰り返して積層し、そのよ
   うに積層したカードを圧力下に、熱交換器ブロツ
   クとして一体化し、該ブロツクを最低200℃の温
   度に加熱して有機成分を除去し、次に1200〜1700
   ℃の温度で焼成し、最後に、熱交換器ブロツクの
   端周縁を除去し、熱交換器の流入口及び流出口を
   露出させることを特徴とする熱交換器を製造する
   方法。 ２ セラミツクスリツプがコージーライト３〜10
   重量％を含む特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ コージーライトスリツプの場合のセラミツク
   分がMgO9〜10重量％、Al₂O₃30〜50重量％およ
   びSiO₂41〜57重量％からなる特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 ４ セラミツクスリツプがSiC70〜92重量％およ
   びC8〜30重量％を含む特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ５ セラミツクスリツプがバリウムチタン化合物
   半導体を含む特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６ 打抜かれた流路の形状が、任意のバツフルを
   持つようにする特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ７ 流路を打抜プレスによつて製造し、その際セ
   ラミツクシートを型内で20〜120℃の温度および
   ５〜100バールの圧力にさらす特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 ８ カードを形成し、堆積し、積層し、焼成する
   ことにより熱交換器を製造する装置において、カ
   ードを堆積するマガジン、カード打抜装置、積層
   助剤の印刷装置および積層プレス装置ならびにそ
   れらへのカード輸送を行なう反転および回転可能
   な吸着板、および端周縁を除去するためのフライ
   スまたはソーからなることを特徴とする熱交換器
   の製造装置。