JPS5860195A - シ−ト技術により熱交換器を製造する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はシートを成形し、堆積し１．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関す
る。

セラミッ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ック
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゛な方法はセラミッ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
わゆるパンフルを組込むことはできない。ノ々−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
非常に耐難であり、さらに製法が非常に複雑である。さ
らに積層の際会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ックを粗仕上加工
する際工具がシートに含まれる有機結合剤によって容易
に焼付くことが明らかになった。セラミックからすべて
の結合剤を除去すると、ブロックは非常に脆くなるので
、再び７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．
１５ｍのシートは燃焼可能の支持材料上にｒフタブレー
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
らかになった。熱交換器の組立はケイ素−プラスチック
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
チツ化法を実施しなければならない。ざらに紙の燃焼の
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って除去しなければ
ならない。さらに紙の燃焼前に熱交換器ブロックの部分
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的量産をこ使用できない
。熱交換器はその仕上後もしＧｆ　ｔ、　Ｇｆ不均一な
構造を有する。とくにチ・ン化ケイ素力）らなる熱交換
器の場合、チフ化ケイ素の長子り柱表面のため平滑な流
路が得られなし）ので、流れの状態が最適でないことが
明らか（こなった。

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、それによって製造の自動化を可能にする
方法を得ることである。この場合加工容易な、欠陥のな
し亀、寸法の正確な均質なセラミック熱交換器を得るこ
と【こ重点力（置かれる。さらに個々のシート力１ら熱
交換器を組立てるこの方法の実施に適する装置を得な番
すればならない。

この目的は本発明により特許請求の範囲第１項記載の方
法によって解決される。シート製造には常用のセラミッ
クスリップが使用される。

スリップはセラミック粉末、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Ｇこオイルの形のそ
の他助剤からなる。主としてとくにツージ−ライト３〜
１０重量％を添加したケイ素スリップから出発する。他
のセラミック粉末はＲｊｇＯ９〜２０重量％、Ａｌ２Ｏ
３，３０Ｎ５０重量％およびＳｉ０□４１〜５７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
イ素も好適であり、そ・の際混合物はＳｉＯ７０〜９２
重Ｍ％およびＣ８〜３０Ｊｉｉｉ％からなる。

さらにチタン酸ノセ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ッ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ッ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声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？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った。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、ドルオール
およびトリクロルエチレンが使用される。本１発明によ
るセラミックシートの・製造にとくに適する処方は次表
に示され、ここにスリップ処方はセラミック原料および
結合剤または溶剤により示されるニ スリップの粘度はとくに溶剤含量によって制御される。

流込スリッ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った。

この処理によって高い均質性、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ップが得られ、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
。ざらに流込ベルトに振動装置を備え、流込スリップを
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ッ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゜１〜１．５　ｍｍ
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−を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ｒ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ｒをダイプレスす
る。

ダイプレスの場合セラミックシートは型内で２０〜１２
０℃の温度および５〜１００パールの圧力にさらされ、
それによってクシ形のノ９ツフル突起が発生する。

打抜またはダイプレスしたシートまたはカーｒを次に本
発明の装置により熱交換器ブロックに組立て、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ノ々−ルとくに１
ノ々−ルの圧力、１〜ｌＣ１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ック
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っ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
っ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。次にプラスチック分の４０〜６０％まで有機成分
の駆出加熱が行われ、それによっ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ックは工具がセラ
ミックシートの有機成分によって焼付を生ずるこ七なく
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、熱交換器ブロックを１２００〜１７００℃
で焼結する。場合により種々の導入および導出媒体への
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する装置に関する。

詳細には打抜装置種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ｒ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１８ｏ０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。次に吸着板はこの装置から
旋回してカーＰを積層プレスへ運び、そこに種々に打抜
されたカーｒを交互に堆積し、それによって熱交換器ブ
ロックが形成される。このように得られた堆積カーＰ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ってほとんど自動化
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っ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って品質的に良好
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・々ツフルを組込むことができる。ノ
々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。したがっ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２６
３１０９２号のように板またはシートの形のチツ化ケイ
素、炭化ケイ素およびニージーライトの層からなる熱交
換器が得られる。

ニージーライトの使用によっ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
施例によって明らかである第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
ミック流込スリップを製造するため、ケイ素粉末１００
重量％にエタノール２４重量％、トルオ゛−ル１０重量
％、メンヘーデン（Ｍｅｎｈｓｄ４−ｎ）オイル１．５
重量％、Ｉジビニルブチラール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）ニーコン（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Ｐ
ラムミルで摩砕し、次にスリップを排気する。スリップ
のシート製造に常用の流延は鋼ベルト上に行われる。ス
リップは流込シューを介して供給され、シート厚さは流
込シューの調節可能のギャップ高さ０．２〜１．５　ｍ
ｍによって決定される。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Ｐを形成するのが有利なことが明らかに
なった。個々のシート相互の結合は積層助剤のスプレー
または印刷によって達成される。印刷の場合ケイ素およ
び（または）ニ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。ペーストの印刷はこ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って同時に表
面の波が補償される。同様ペーストによってシートの表
面が溶解され、それによって後・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ニージーライト
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。それによって打抜いた部分を再び
返り材として流込スリッ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．
９闘の矩形シートまたはカーｒが示される。このカーｒ
ｌはこの場合Ｌ２０＋ｕＸ４００ｍ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
．８鰭の打抜いたカードの場合、排ガス通路３は５０ｍ
ｔｘの幅を有し、壁昼の幅は３〜７１Ｅ１１１である。

打抜いた水ポケットδには１００ｍｍの幅が選択され、
流れ方向と垂直のバッフル６を備え１このカード厚サバ
２．７　關である。ノ々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。

熱交換器ブロックの組立は第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Ｐ３と５の間の隔壁どして役立つカーＰ１をマガジ
ン８の堆積がら引取る。吸着板７は１８ｏ０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ｒを積層プレス１１の
下部１ｏへ置き、マガジン８へ戻る。

次に新たなカーｒ１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Ｉおよび水通路
δ用のスタンプ■が備えられる。吸着板７は打抜いたカ
ーＰ３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。スクリン印刷を行った後、吸着
板７を１８０　　反転し、カーＰ１の上へ軽く押付ける
。カーＰ゛１を打抜いたカーｒ３および５の上へ交互に
配置することによって、熱交換器ブロックの堆積が生ず
る。このように配置した熱交換器ブロックを次に積層プ
レス１１の上部１２と下部１０の間で圧縮し、それによ
っ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ッ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。その際有機成
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
交換器ブロックから駆出される。次に熱交換器ブロック
はフライスまたはソーによっ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２００〜３０
０℃の温度で駆出する。この手段によってとくにケイ素
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。チッ化は公知法で１３００
〜１４０ｏ℃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
をツージ−ライトと置替えることによってさらに高くす
ることができる。この手段は流込スリップで行うことも
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７０−シート、第２図は種々
の流路を打抜いたカーＰおよび打抜前のカーｒ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
熱交換器ブロックの斜視図である。 １・・・カーｒ１２・・・端縁、３・・・排ガス通路、
ヰ・・・壁、５・・・水ポケット、６・・・バッフル、
７・・・吸着板、８・・・マガジン、９・・・スクリン
印刷装置、１１蟲・・１層プレス、１３・・・スタンプ
装置第１頁の続き ０発　明　者　アクセル・クラウド ドイツ連邦共和国ゼルプ・バイ エルン・オーベルヴアイセンバ ツハ５８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　シートを成形し、堆積し、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において、 シートをセラミックスリップから製造し、シートに種々
   の流路を打抜き、またはダイゾレスし、個々のシートを
   前積層して所定の厚さのカーｒを得、 個々のシートまたはカーＰへ積層助剤を印刷し、 個々のシートまたはカーＰを堆積して熱交換器ブロック
   をつくり、同時に個々の層の積層を行い、 有機成分をプラスチック分の４０〜６０％まで駆出加熱
   し、 熱交換器ブロックを加工し、次に残りの有機成分を２０
   ０〜３００℃の温度で除去し、積層した熱交換器ブロッ
   クを１２００〜１７００℃の温度で焼成し、 流路の入口および出口孔を後加工する ことを特徴とするシート技術により熱交換器を製造する
   方法。 ２、　ケイ素スリップがとくにコージーライト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ップの場合のセラミック分が
   Ｍｇ０９〜１０重量％、Ａ１２０３３０−５０重量％お
   よび５ｉｎ２４１〜５７重量％からなる特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ４、炭化ケイ素スリップの場合のセラミック分が８１０
   ７ｏ〜９２重量％オヨびａ８〜３０重量％からなる特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ５、流込スリップが・々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、流込ベルトに超音波および（または）振動装置を配
   置する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ７、流路だけでなく、任意のバッフルも打抜く特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 ８、流路をダイプレスによって製造し、その際セラミッ
   クシートを型内で２０〜１２０℃の温度および５〜１０
   ０パールの圧力にさらす特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ９、　シートを取度し、堆積し、積層し、焼成する、シ
   ート技術により熱交換器を製造する装置において、シー
   トまたはカーｒを堆積したマガジンによって作業し、打
   抜装置、積層助剤の印刷装置および積層装置への輸送を
   反転および回転可能の吸着板によって行うことを特徴と
   するシート技術により熱交換器を製造する装置。