SE444072B - Gavel for rekuperativ vermevexlare av keramiskt material - Google Patents

Description

7906715-s 2 nerativ typ med roterande keramiska skivor kunnat lösa problemet helt, varför man nu återvänder till värmeväxlare av rekuperativ typ. För dessa eller för andra användningsmål lämpade värmeväx- lare skall ha en hög utnyttjandegrad, små mått och låg vikt. Vi- dare krävs att dylika keramiska rekuperativa värmeväxlare arbetar tillförlitligt och är billiga att tillverka.

Syftet med uppfinningen är att åstadkomma en keramisk, rekupera- tiv värmeväxlare, som är effektiv men ändå är enkel och billig att tillverka.

Detta uppnås enligt uppfinningen därigenom att strönningskanalerna vid åtndnstone en av gavlarna är tillslutna medelst ett kamliknande ändstycke vilket tillsammans med täck- och sidoväggar bildar vär- meväxlarblockets yttre hölje.

Denna värneväxlares båda inloppsöppningar kan vara belägna i sam- ua täckplatta eller i var sin täckplatta.

Enligt uppfinningen kännetecknas ett sätt för framställning av en rekuperativ värmeväxlare där en kropp förses med två uppsättningar av inbördes parallella strömningskanaler för två olika medier, av att strömningskanalerna i åtminstone den ena uppsättningen först göres genomgående i kroppens längdled från den ena gaveln till den andra och att därefter dessa strömningskanaler tillsluts med hjälp av ett kamliknande gavelstycke vid den gavel där dessa strömnings- kanaler har en inloppsöppning i en av kroppens lângsidor.

Uppbyggnaden av samt sättet för tillverkning av en enligt uppfin- ningen utförd keramisk värmeväxlare med L-formad mediestyrning 'förklaras i det följande närmare med hjälp av på bifogade ritning fig. visade utföringsexempel, där: _ fig. 1 visar i perspektivvy ett första utföringsexempel av en vär- meväxlare enligt uppfinningen, fig. 2 visar ett snitt längs linjen:II-II i fig. 1, fig. 3 visar ett snitt längs linjen III-III i fig. 1, fig. 4 visar en vy uppifrån av en med sågningsteknik framställd värmeväxlare enligt uppfinningen, fig. 5 visar ett snitt längs linjen V-V i fig. 4, visar ett snitt längs linjen VI-VI i fig. 4, visar en perspektivvy av en med strängpressningsteknik till- m fig. \l ..._ .,,_.~.... a............,._.:, ._ .

M .. .__ l.i?§6¿àiš:šr verkad värmeväxlare, fig. S visar en med folieteknik framställd värmeväxlare, fig. 9 visar ett snitt längs linjen IX-IX i fig. 8, och fig.10 visar ett snitt längs linjen X-X i fig. 8.

I fig. 1-3 visas ett värmeväxlarblock 1 med en L-formad medie- styrning. Den rekuperativa värmeväxlaren är uppbyggd av intill varandra anordnade, parallellt löpande strömningskanaler 2, 3, varvid intill ;_;andra belägna strömningskanaler har en gemensam skiljevägg 7. Det har visat sig lämpligt att för högtryckssidans strömningskanaler 2 ha en slitsbredd av 0,8 nm och att för låg- tryckssidans strömningskanaler 3 ha en slitsbredd av 1,6 mm. Dess- utom kan strömningskanalerna 3 på lågtryckssidan vara förstärkta med stöd 18. Därigenom uppträder även till följd av den mångfal- diga tvärsnittsminskningen högre strömningshastigheter och virvel- bildningar, vilket medför en effektiv ökning av värmeövergången.

Ytterligare delar utgörs av täckplattor 8, 9 samt kamliknande ga- velstycken 10 vilka tillsammans bildar de egentliga byggelementen i värneväxlaren. De öppna gavlarna 4, 5 försluts med kamliknande ändstycken 10 på ett sådant sätt att strömningskanalerna 2,3 ger upphov till en L-formad mediestyrning. Genom anslutningar vid in- loppsöppningar 11 och 12 sker tillförsel av gaser eller vätskor i den av pilarna angivna riktningen, var igenom värmeutbyte sker enligt motströmsprincipen. Därvid kan inloppsöppningarna 11 och 12 befinna sig antingen i samma täckplatta eller i var sin täckplatta 8, 9.

De olika delarna till en dylik värmeväxlare av enkelflödestyp kan med fördel tillverkas av sådana keramiska ämnen som kiselnitrid, kiselkarbid och kordierit, vilka i bränt tillstånd har en hög tem- peraturtålighet på ända upp till 1300°C och mer och även har en god temperaturväxlingstålighet. Speciellt öppnas genom den höga tempe- raturtâligheten användningsmöjligheter som inte står öppna för me- talliska värmeväxlare. Däremot är det inte möjligt att utan vidare med hjälp av keramik göra rekuperatorer lika kompakta som med anwüüh ning av metaller. Därför måste olika framställningsmoment och dimen- sioner vara inbördes så avpassade att man får en ur såväl teknisk som ekonomisk synpunkt optimal tillverkning.V> 7906715-3 Värmeväxlaren enligt fig. 4-6 är framställd med sågningsteknik, varvid kiselnitrid är speciellt lämpligt .såsom material. Man utgår ifrån ett isostatiskt pressat och förnitrerat block, i vil- ket från den sida där senare täckplattan 8 kommer att befinna sig strömingskanaler 2 fräses ur med hjälp av dianantslipskivor, så att gaveln 5 till att börja med förblir hel. För att erhålla så konstanta slitsbredder som möjligt och förhindra brott i skilje- väggarna 7 blåses slipdammet genast bort ned ett tryckluftmunstycke nära bearbetningsstället. Därigenom erhålls även en extra kylning, varigenom värmespänningen i skivan minskas. Både täckplattorna 8 och 9 samt blocket 1 har dessförinnan slipats planparallella. I täckplattan 8 åstadkommes dessutom ett urtag,som utgör inloppsöpp- ning 11 i form av ett fönster 6 för högtrycksmediet. Därefter mon- teras täckplattan 8 på ett sådant sätt att fönstret 6 kommer att befinna sig vid den ännu hela gaveln 5. Kroppen placeras därefter ned täckplattan 8 nedåt på fräsen och den motsatta sidan förses med genomgående strömningskanaler 3 på lågtryckssidan, varvid såg- bladensänkspå ett sådant sätt vid den ände där gaveln 4 befinner sig att slitsar 17 för lågtryckssidan;bildas i täckplattan 8. Om så är nödvändigt anbringas från denna sida även stöd 18 i ström- ningskanalerna 3. Därefter försluts strömningskanalerna 3 i gaveln 4 med ett gavelstycke 10, så att vid denna änd endast strömnings- kanalerna 2 förblir öppna. Såsom sista moment sker montering av den ogenombrutna täckplattan 9. Den på detta sätt tillverkade värmeväx- laren färdignitreras därefter vid en temperatur mellan 13500 och 1soo°c.

I fig. 7 visas en enligt uppfinningen utförd keramisk värmeväxlare av enkelflödestyp som framställts genom strängpressningsteknik. Den speciella utformningen av strömningskanalerna erhålls med hjälp av en motsvarande kärna i pressens munstycke. Exempelvis kan munstyc- ket vara så utformat att breda strömningskanaler 3 och något längre, tunna strömningskanaler 2 bildas. Pressträngen kapas därefter till en längd motsvarande längden på värmeväxlarblocket 1. Inloppsöpp- ningen 11 för högtryckssidan erhålls genom att man frilägger ström- ningskanalerna 2 genom ett fönster 6 i täckplattan 8. Strömningska- nalerna 3 för lågtryckssidan öppnas i täckplattan 8 genom fräsning av slitsar 17 i riktning av strömningskanalerna 3 i närheten av gaveln 4. Slutligen anbringas de kamliknande gavelstyckena 10 7906715-3 vid de båda gavlarna 4 och 5, vilka är så utformade att en L-for- mad mediestyrning erhålls. Slutligen underkastas den på detta sätt framställda värmeväxlaren en sintringsprocess.

Den blockliknande värmeväxlaren 1 enligt uppfinningen kan även framställas av separata rektangulära eller kvadratiska folier, såsom framgår av fig. 8-10. Värmeväxlarblocket erhålls genom att man exempelvis placerar utstansade folier 19 på växelvis tjockare 15 och tunnare 16 distanselement och avgränsar den på detta sätt erhållna stapeln i sidled med hjälp av två basplattor 13 och 14.

Täckplattorna 8 och 9 bildas av de yttre kanterna av distansele- menten 15 och 16 samt folierna 19. Distanselementen 15 och 16 är antingen strängpressade eller isostatiskt pressade. Ur tillverk- ningssynpunkt är det därvid fördelaktigare att fräsa ur fönstret 6 i stället för att förse distanselementen 15 och 16 med avbrott i detta område. Inloppsöppningen 12 för lågtryckssidan med de bre- da slitsarna 17 erhålls genom att förse distanselementen 16 i täck- plattan 8 med avbrott. En råhâllfasthet hos värmeväxlaren erhålls genom att man underkastar den för antingen en kall- eller varmla- melleringsprocess. Vid varmlamellering uppnås temperaturer mellan so och 15o°c och ett måttligt tryck av ca 2 MPa används för att åstadkomma en hopfogning av de olika delarna. Vid kallamellering däremot måste trycket ökas avsevärt och uppgår till mellan 4 och 20 MPa, varvid de olika skikten dessförinnan måste förses med ett plastskikt för att ihopklibbning skall ske. Därefter utsätts krop- pen för en sedvanlig sintringsprocess. Även om framställningskost- naderna med detta förfarande är högre än vid strängpressning er- hålls den fördelen att de bildade stöden 18 kan införas i gasström- ningsriktningen, såsom framgår av fig. 10.

Tillverkning av en keramisk värmeväxlare enligt uppfinningen in- skränker sig inte till de beskrivna tillverkningsmetoderna, utan det är även möjligt att använda en kombinerad sågnings- och sträng- pressningsteknik. Dylika tillverkningsmetoder möjliggör en billig och tillförlitlig produktion av dylika värmeväxlare i keramik. Ge- nom bestämda utformningar av in- och utloppsöppningarna kan värme- växlaren utan användning av ett fjädrande, töjningsupptagande or- gan t.ex. anslutas direkt till ledningen vid en gasturbin. Vidare är värmeväxlaren på grund av det relativt billiga utgångsmate- rialet ekonomisk att tillverka.

Claims (6)

1. 7906715 - 3 Patentkrav l. Rekuperativ värmeväxlare av keramiskt material, med flera i rad bredvid varandra anordnade kamrar med in- (ll. 12) och ut- loppsöppningar för 1 värmeutbyte stående medier, varvid intill varandra belägna kamrar har en gemensam skiljevägg och genom- strömmas av var sitt av de i värmeutbyte stående medierna. varvid det inuti ett block av keramiskt material finns flera. inbördes parallella strömningskanaler (2. 3). som bildar kam- rarna. och som sträcker sig över blockets hela längd. och var-_ vid strömningskanalerna (2, 3) inbördes alternerande är vända åt motsatta ytor på blocket. så att varje strömningskanal över hela sin längd når förbi de omedelbart intill belägna kanaler- na. varvid kanalerna vid en av sina ändar och vid sina vid ytan belägna längsidor är slutna. med undantag av inloppsöpp- ningar (ll, 12) för medierna. k ä n n e t e c k n a d av att strömningskanalerna (2 och 3) vid åtminstone en av gavlarna (4 eller 5) är tillslutna medelst ett kamliknande ändstycke (10). vilket tillsammans med täck- (8. 9) och sidoväggar (13. 14) bildar värmeväxlarblockets yttre hölje.

2. Rekuperativ värmeväxlare enligt krav 1. k ä n n e - t e c k n a d av att de båda inloppsöppningarna (11. 12) är belägna i samma täckplatta (8).

3. Rekuperativ värmeväxlare enligt krav 1. k ä n n e - t e c k n a d av att inloppsöppningarna (ll. 12) är belägna i var sin täckplatta (8. 9).

4. Sätt för framställning av en rekuperativ värmeväxlare en- ligt krav 1. där en kropp förses med två uppsättningar av in- bördes parallella strömningskanaler (2. 3) för två olika medier. k ä n n e t e c k n a t av att strömningskanalerna (2. 3) i åtminstone den ena uppsättningen först göres genom- gående i kroppens längdled från den ena gaveln (4. 5) till den andra (4. 5). och att därefter dessa strömningskanaler till- 7:9 osm s- z , 7 $' sluts med hjälp av ett kamliknande gavelstycke (10) vid den gavel där dessa strömningskanaler har en inloppsöppning (11. 12) i en av kroppens långsidor (8).

5. Sätt enligt krav 4. k ä n n'e t e c k n a t av att i ena sidan av ett block (1) urfräses strömningskanaler (2) för hög- tryckssidan på ett sådant sätt att den ena gaveln (5) först förblir hel, varefter en med ett fönster (6) försedd täckplat- ta (8) anbringas med fönstret (6) vid nämnda gavel (5). att därefter blocket (1) vänds och förses med genomgående ström- ningskanaler (3) för lâgtryckssidan, varvid vid,området för inloppsöppningarna (12) fräsen sänks ned så att det vid änden av den anbringade täckplattan (8) bildas slitsar (17). och att därefter strömningskanalerna (3) för lågtryckssidan i den mot- satta gaveln (4) tillsluts med ett kamliknande gavelstycke (10), varefter slutligen ännu en täckplatta (9) anbringas.

6. Sätt enligt krav 4. k ä n n e t e c k n a t av att ström- ningskanalerna (2. 3) åstadkommes genom strängpressning med en motsvarande kärna. varvid breda lägtryckskanaler (3) göres lägre. och varvid tunnare högtryckskanaler (2) göres högre, att därefter den blockliknande strängen måttkapas och en in- loppsöppning (ll) för högtryckskanalerna (2). fräses upp i form av ett fönster (6) i en täckplatta (8). att lågtrycks- , kanalerna (3) däremot öppnas i täckplattan (8) genom fräsning av slitsar (17), och att därefter två kamliknande gavelstycken (10) anbringas på gavlarna (4. 5) på ett sådant sätt att i vardera typen av strömningskanal fås en L-formad mediestyrning.