DE3243713A1 - Flachwaermetauscherplatte und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Flachwaermetauscherplatte und verfahren zu deren herstellung

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DE3243713A1 DE19823243713 DE3243713A DE3243713A1 DE 3243713 A1 DE3243713 A1 DE 3243713A1 DE 19823243713 DE19823243713 DE 19823243713 DE 3243713 A DE3243713 A DE 3243713A DE 3243713 A1 DE3243713 A1 DE 3243713A1
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    • F28F3/12—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
    • F28F3/14—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels by separating portions of a pair of joined sheets to form channels, e.g. by inflation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/02—Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers
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    • B21D53/045—Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers of sheet metal by inflating partially united plates
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4935—Heat exchanger or boiler making
    • Y10T29/49366—Sheet joined to sheet

Description

.,_ . ..1,,1.JIiVJ. aunwo i-»u η IVI
KARLSRUHE FELIX-MpTTL-STRASSE ΐ** "TELEFON 853355 3243 ZUGELASSENER VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT
K 3146/82
12. November 1982
Fr. Kammerer GmbH
7530 Pforzheim
Goethestraße 2-8
Flachwärmetauscherplatte und Verfahren zu deren Herstellung
15
Die Erfindung bezieht sich auf eine Flachwärmetauscherplatte mit zwei dicht aneinander liegenden Platten aus Metall und mindestens einem zwischen diesen Platten angeordneten Kanal für ein durchströmendes, zu erwärmendes oder abzukühlendes flüssiges bzw. gasförmiges Medium.
Die Erfindung findet Anwendung bei Wärmetauschern, die bei Solaranlagen, zur Meerwasserentsalzung, bei der chemischen Verfahrenstechnik und der Lebensmittelchemie eingesetzt werden und insbesondere überall dort, wo aggressive bzw. korrosive Medien als Wärmeträger beteiligt sind.
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Wärmetauscher dienen zur Übertragung thermischer Energie zwischen zwei flüssigen oder gasförmigen Medien unterschiedlicher Temperaturen, welche entweder gekühlt oder
erhitzt werden sollen.
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BAD ORIGINAL
Flachwärmetauscher bestehen aus Metallplatten, welche einen oder mehrere Kanäle zur Aufnahme eines durch diese hindurchzuleitenden Mediums aufweisen. Solche Flachwärmetauscherplatten werden als Plattenstapel für kom- pakte Wärmetauscher oder auch als großflächige Einzelplatte beispielsweise zur Aufnahme von Sonnenenergie eingesetzt.
Flachwärmetauscherplatten sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. So offenbart die deutsche Offenlegungsschrift 29 02 640 ein Wärmetauschelement mit zwei aneinanderliegenden Metallagen aus Aluminium und einen dazwischen angeordneten Metallrohr für den Wärmeträger. Wegen der mangelnden Korrosionsbeständigkeit des Aluminiums besteht das Metallrohr aus Kupfer, was nicht unerhebliche Fertigungsprobleme nach sich zieht. Zur Herstellung der mit der deutschen Offenlegungsschrift 28 47 897 beschriebenen Wärmetauscherplatte müssen in einen Metallblock Bohrungen zur Aufnahme eines Schweiß-Stoppmittels angebracht werden, was bewirkt, daß beim anschließenden Walzen die Bereiche der Bohrungen nicht verschweißen, sodaß sich diese zu Kanälen aufweiten lassen» Das Anbringen der Bohrungen ist jedoch recht aufwendig und für die Entfernung des Schweißstoppmittels was zur Verhinderung von unerwünschten Korrosionen unumgänglich ist - sind mehrere zusätzliche Arbeitsgänge notwendig« Mit der Deutschen Patentschrift 21 23 628 ist schließlich ein plattenförmiger Wärmetauscher bekannt geworden, welcher aus zwei Streifen eines plattier baren Metalles durch Kaitwalzplattieren hergestellt ist, und der einen in Walzrichtung liegenden Längskanal aufweist«, Auf den einen Streifen wird im Bereich dieses späteren Längskanales vor dem Plattieren eine dem Verschweißen entgegenwirkende Schicht aufgebracht, welche
das Aufweiten des Kanales ermöglicht. Ein solchermaßen
BAD ORIGINAL
hergestellter Flachwärmetauscher ist relativ aufwendig herstellbar und kann nur aus herkömmlich plattierbaren Metallen hergestellt werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Konzeption einer technisch wenig aufwendigen und kostengünstig hergestellten Flachwärmetauscherplatte, welche vielseitig anwendbar ist.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird von einer Flachwärmetauscherplatte der eingangs beschriebenen Bauart ausgegangen und gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß die Platten aus einem schlecht oder nicht plattierbaren Material bestehen, daß zwischen den beiden Platten und zu beiden Seiten dicht neben dem Kanal eine Haftschicht aus einem amorphen Metall vorgesehen ist, und daß die Platten im Bereich der Haftschicht durch Kaltwalzplattieren fest miteinander verbunden sind. Die Herstellung einer solchen Flachwärmetauscherplatte im Kaltwalzverfahren ist sehr einfach und es sind mittels der Haftschicht Metalle für die Platten verwendbar, die bisher nicht eingesetzt werden konnten.
Zur Begünstigung des Wärmeüberganges bestehen die beiden Platten vorteilhaft aus Kupfer bzw. einer Kupfer-Legierung.
Die erfindungsgemäße Haftschicht besteht aus einer amorphen Nickel-, Eisen- oder Kupfer-Legierung und enthält kristallisationsverzögernde Bestandteile, diese sind Silizium, Bor, Phosphor, Aluminium und/oder Kohlenstoff.
Nach einem weiteren, wichtigen Merkmal der Erfindung trägt jede Platte eine aufplattierte Deckschicht, welche OvJ - wenn es sich bei dieser um ein mit der Platte nicht plattierbares Metall handelt - gemäß dem Erfindungsgedanken unter Verwendung einer Haftschicht aus amorphem
BAD,
Metall hergestellt ist.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung • bestehen die beiden Deckschichten der Platten aus einem gegen aggressive und/oder korrosive Medien beständigen Metall j wobei als Metall für die Deckschicht Titan bzw. eine Titanlegierung oder Tantal bzw. eine Tantallegierung Verwendung findet. Nehmen die Kanäle der erfindungsgemäßen Flachwärmetauscherplatte das aggressive Medium aufj dann werden die beiden Platten ihre beständigen Deckschichten innen, den Kanälen zugewandt,tragen, strömt das aggressive Medium jedoch auf den Außenflächen der Flachwärmetauscherplatte, dann befinden sich die aggressionsbeständigen Deckschichten außen und die beiden meistens kupfernen Platten werden erfindungsgemäß aufeinander plattiert. Die Anwendung einer solchen Deckschicht läßt die sparsamste Verwendung des sehr teuren, korrosionsbeständigen Metalles zu.
zur Herstellung von erfindungsgemäßen Flachwärmetauscherplatten wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem zwei von Vorratsrollen abgewickelte Metallbänder an vorgesehenen Stellen durch Kaltwalzplattieren mittels eines sich drehenden Walzenpaares unter Druck miteinander verbunden, dann in Platten getrennt und anschließend die beim Plattieren ausgesparten Abschnitte zur Bildung wenigstens eines Kanals aufgeweitet werden, das sich dadurch auszeichnet, daß zwischen die aus einem schlecht oder nicht plattierbaren Material bestehenden Metallbän-
ou der vor dem Kaltwalzplattieren an den zu verbindenden Stellen eine Haftschicht aus einem amorphen Metall eingebracht wird. Hierbei kann jedes Metallband eine aufplattierte Deckschicht, z.B. aus einem korrosionsbeständigen Material, aufweisen. Dieses Verfahren ist hinsicht-
lieh der Gestaltung der herzustellenden Flachwärmetau-
BAO ORIGINAL
scherplatten ausserordentlich flexibel.
Die Haftschicht ist entweder eine Folie aus amorphem Metall oder sie wird als Oberflächenschicht auf wenigstens einem der Metallbänder aufgebracht.
Die Haftschicht kann aus voneinander getrennt angeordneten Streifen bestehen und die Streifen können parallel und senkrecht zueinander angeordnet sein.
Vorteilhaft besteht die Haftschicht aus jeweils zwei kammartig ausgebildeten und miteinander verzahnt angeordneten Streifen, dies gestattet die Herstellung einer Flachwarmetauscherplatte mit einem mäanderförmigen Kanal, welcher nur zwei Anschlüsse benötigt.
Zur Bildung der Haftschicht kann ein Metallnetz eingebracht werden, welches an wenigstens einem Teil seiner Kreuzungspunkte Plättchen aus amorphem Metall trägt.
Mit Hilfe eines solchen Metallnetzes kann auf einfache Weise die Herstellung einer Flachwarmetauscherplatte mit vielfach verzweigten Kanälen bewerkstelligt werden. Zum Aufweiten der Kanäle werden die Platten zweckmäßig in eine Matrize entsprechender Form eingelegt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Flachwarmetauscherplatte mit zwei parallelen Kanälen in einer perspekti
vischen Darstellung;
Fig. 2 eine Flachwarmetauscherplatte mit einem mäanderförmig angeordneten Kanal, in perspektivischer Wiedergabe;
BAD ORIGINAL
1- Fig. 3 eine zweiteilige Haftschicht aus einem
amorphen Metall für eine Flachwärmetauscherplatte mit mäanderförmigem Kanal, in einer Draufsicht;
Fig. 4 ein zur Bildung einer Haftschicht dienendes Metallnetz mit an dessen Kreuzungspunkten angeordneten Plättchen aus einem amorphen Metall, in Draufsicht. 10
Eine erfindungsgemäße Flachwärmetauscherplatte 1 besteht - vgl. Figur 1 - aus zwei dicht aneinander liegenden Platten 2 und 3 aus Metall, zwischen welchen zwei Kanäle 4 und 5 angeordnet sind. Diese beiden Kanäle 4 und 5 dienen zur Durchleitung eines strömenden, zu erwärmenden oder abzukühlenden, flüssigen bzw« gasförmigen Mediums.
Die beiden Platten 2 und 3 bestehen aus einem schlecht oder nicht durch einen Plattiervorgang zu verbindenden Metall« Zwischen den Platten 2 und 3 ist eine Haftschicht 6 vorgesehen, welche als Haftvermittler dient und welche bis dicht beiderseits an die Kanäle 4 und 5 herangeführt ist«, Im Bereich dieser Haftschicht 6 sind die beiden Platten 2 und 3 durch Kaltwalzplattieren fest miteinander verbunden.
Die Haftschicht 6 besteht aus einer amorphen Nickel-, Eisen oder Kupfer-Legierung, welche kristallisationsverzögernde Bestandteile, nämlich insbesondere Silizium, Bor, Phosphor, Aluminium und/oder Kohlenstoff enthält. Diese Haftschicht 6 kann eine Folie sein, welche vor dem Kaltwalzplattieren zwischen die beiden Platten 2 und 3 gelegt ist, es ist aber auch möglich, die Haftschicht 6 durch eine Bestrahlung der Oberfläche der einen der beiden Platten 2 bzw. 3 mit Laserlicht herzustellen.
BAD ORIGINAL
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-T-
Die beiden beispielsweise aus Kupfer bestehenden Platten 2 und 3 tragen jeweils eine mehr oder weniger dünne Deckschicht 7 bzw. 8, welche durch Kaitwalzplattieren aufgebracht ist. Bei der in Figur 1 wiedergegebenen Flachwärmetauscherplatte 1 liegen diese Deckschichten 7, 8 der Haftschicht 6 bzw. dem Innern der Kanäle 4 und 5 zugekehrt, sie können aber - wenn es der Anwendungszweck erfordert - auch an der Außenseite der Flachwärmetauscherplatte 1 liegen.
Die beiden Deckschichten 7 und 8 bestehen aus einem gegen aggressive und/oder korrosive Medien beständigen Metall, nämlich aus Titan oder aus Tantal bzw. einer Titan- oder Tantal-Legierung.
Die in Figur 2 dargestellte Flachwärmetauscherplatte 1 ist ebenfalls aus zwei Platten 21 und 31 zusammengesetzt, die aus Kupfer bestehen und durch Kaitwalzplattieren unter Zwischenlage einer Haftschicht 6 miteinander verbunden sind. Zwischen den beiden Platten 2', 3· ist ein mäanderförmiger Kanal 9 angeordnet.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Flachwärmetauscherplatte geschieht dadurch, daß zwischen zwei von Vorrats- rollen abgewickelten, aus einem schlecht oder nicht plattierbaren Material, nämlich z.B. aus Kupfer, bestehenden Metallbändern zunächst an bestimmten Stellen eine Haftschicht aus einem amorphen Metall (z.B. eine Nickel-, Eisen- oder Kupfer-Legierung mit kristallisations verzögernden Bestandteilen) eingebracht wird. Diese beiden Metallbänder werden sodann durch einen Kaltwalzplattiervorgang unter Verwendung eines sich drehenden Paares von Stahlwalzen unter hohem Druck miteinander verbunden, wobei die Verbindung nur an denjenigen Stellen geschieht,
OJ an welchen sich die Haftschicht befindet. Anschließend
BAD ORiGiNAL
U
- -ΤΙ werden die verbundenen Metallbänder in einzelne Platten zerschnitten und zuletzt werden die ausgesparten, nicht in Verbindung miteinander getretenen Abschnitte zur Bildung eines oder mehrerer Kanäle für ein zu erwärmendes bzw. abzukühlendes Medium auf übliche Weise aufgeweitet.
In der Figur 3 ist eine Haftschicht 6 aus einem amorphen Metall in Form von zwei kammartig ausgebildeten und miteinander verzahnt angeordneten, aus Folien hergestellten Streifen 10 und 11 dargestellt. Mittels dieser Haftschicht 6 können Flachwärmetauscherplatten hergestellt werden, welche einen mäanderförmigen Kanal aufweisen. Die strichpunktierte Linie deutet die Stelle an, an welcher nach dem Kaltwalzplattieren der Schnitt zum Zertrennen der Platten erfolgt.
Zur Herstellung von Flachwärmetauscherplatten, bei welchen die beiden aneinanderliegenden Platten zur Bildung von mehrfach verzweigten Kanälen nur an bestimmten Stel— len mehr oder weniger punktförmig miteinander verbunden werden sollen, dient ein beispielsweise aus einer Folie gefertigtes Metallnetz 12, wie dies in Figur 4 in Draufsicht wiedergegeben ist» Dieses Metallnetz 12 trägt an einem Teil seiner Kreuzungspunkte 13 kleine, quadratisehe Plättchen 14, die aus einem amorphen Metall bestehen. Wird ein solches Metallnetz 12, welches vorzugsweise aus dem Metall der Bänder gefertigt ist, zwischen die schlecht bzw. nicht plattierbaren Metallbänder vor dem Kaltwalzplattieren eingelegt, dann werden diese nur an bestimmten Punkten miteinander verbunden.
BAD ORIGINAL
- 12 -
K 3146/82
12. November 1982
5 Zusammenstellung der verwendeten Bezugsziffern
1 FlachwMrmetauscherplatte
2, 2f Platte
3, 3· Platte
4 Kanal
5 Kanal
6 Haftschicht
7 Deckschicht
8 Deckschicht
9 Kanal
10 Streifen
11 Streifen
12 Metallnetz
13 Kreuzungspunkt
14 Plättchen
BAD ORlGSHAL
Leerseite

Claims (1)

  1. K 3146/82
    12» November 1982
    Patentansprüche
    ι 1.1 Flachwärmetauscherplatte mit zwei dicht aneinander liegenden Platten aus Metall und mindestens einem zwisehen diesen Platten angeordneten Kanal für ein durchströmendes, zu erwärmendes oder abzukühlendes,flüssiges bsw. gasförmiges Medium, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (2, 2' und 3, 3') aus einem schlecht oder nicht plattierbaren Material bestehen, daß zwischen den beiden Platten (2, 2' und 3, 3') und zu beiden Seiten dicht neben dem Kanal (4? 5) eine Haftschicht (6) aus einem amorphen Metall vorgesehen ist, und daß die Platten (2, 2' und 3, 3·) im Bereich der Haftschicht (6) durch Kaltwalzplattieren fest miteinander verbunden sind.
    2« Flachwärmetauscherplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Platten (2, 2' und 3, 3f) aus Kupfer bzw. einer
    zo Kupfer-Legierung bestehen.
    3. Flachwärmetauscherplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschicht (6) aus einer amorphen Nickel-, Eisen- oder Kupon
    fer-Legierung besteht und kristallisätionsverzögernde Bestandteile enthält.
    4«, Flachwärmetauscherplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kri-
    stallisationsverzögernden Bestandteile Silizium, Bor, Phosphor, Aluminium und/oder Kohlenstoff sind.
    BAD ORIGINAL
    -k.
    5. Flachwarmetauscherplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Platte (2, 2» und 3, 31) eine aufplattierte Deckschicht (7, 8) trägt.
    6. Flachwarmetauscherplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschichten (7 und 8) aus einem gegen aggressive und/oder korrosive Medien beständigem Metall besteht.
    7. Flachwarmetauscherplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall für die Deckschicht (7, 8) Titan bzw. eine Titanlegierung dient.
    8. Flachwarmetauscherplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall für die Deckschicht (7, 8) Tantal bzw. eine Tantallegierung dient.
    9. Flachwarmetauscherplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall für die Deckschicht (7, 8) rostfreier Chrom-Nickel-Stahl dient.
    I
    10. Verfahren zur Herstellung von Flachwärmetauscher-
    platten nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welchem zwei von Vorratsrollen abgewickelte Metallbänder an vorgesehenen Stellen durch Kaltwalzplattieren mittels eines sich drehenden Walzenpaares unter Druck miteinander verbunden, dann in Platten getrennt und anschließend die beim Plattieren ausgesparten Abschnitte zur Bildung wenigstens eines Kanals aufgeweitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die aus einem schlecht oder nicht plattierbaren Material bestehenden Metallbänder vor dem Kaltwalzplattieren an den zu verbindenden Stellen eine Haftschicht (6) aus ' einem amorphen Metall eingebracht wird.
    ORlGiHAL
    11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Metallband eine aufplattierte Deckschicht (7, 8) trägt.
    12„ Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschicht (6) eine Folie aus amorphem Metall ist.
    13. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschicht (6) als Oberflächenschicht auf wenigstens einem der Metall bänder aufgebracht wird·
    14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, d a durch gekennzeichnet, daß die Haftschicht (6) aus voneinander getrennt angeordneten Streifen besteht.
    15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch ge kennzeichnet, daß die Streifen parallel und senkrecht zueinander angeordnet sind.
    16« Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Haft- ^ schicht (6) aus jeweils zwei kammartig ausgebildeten und miteinander verzahnt angeordneten Streifen (10, 11) besteht»
    17« Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a durch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Haftschicht (6) ein Metallnetz (12) eingebracht wird, welches an wenigstens einem Teil seiner Kreuz punkte (13) Plättchen (14) aus amorphem Metall trägt.
    BAD ORIGINAL
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