板式换热器、其制造方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种由多个优选由烧结陶瓷材料制成的板（１）组成的板式换热器，在所述板中流体流动引导通道（２）这样形成通道系统，使得流体流动在各板的整个面积上大致成蜿蜒状地延伸，其中引导通道（２）的侧壁（３）具有多个开口（４），该开口导致流体流动产生湍流。此外，本发明专利技术还涉及一种用于特别是通过扩散焊接方法制造这种板式换热器的方法，在该方法中板接合成无接缝的整体块。根据本发明专利技术的板式换热器特别适于应用在高温和／或腐蚀性介质的情况下，以及用作反应器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种包括多个优选由烧结陶瓷材料制成的板的板式换热 器、 一种用于制造这种板式换热器的方法、以及这种板式换热器作为高温 换热器和/或与腐蚀性介质一起使用、以及也作为反应器的应用。
技术介绍
换热器应当能特别有效地在两种相互分开流动的介质之间进行热传 输，也就是说，它们应当以尽可能小的换热面积传输尽可能多的热量。同 时，它们应当仅对物质流造成小的阻力，以使用来运行用于输送的泵所必 须耗费的能量尽可能小。如果强侵蚀性或腐蚀性的介质可能甚至在大于20ox:的高温下经由换热器被引导，则所有在换热器中与该介质相接触的材 料都必须足够耐腐蚀。这除了换热面积外还包括所有密封件和套管。此夕卜， 换热器的结构应当设计成使得在需要时容易实现换热器的无残余地排空， 例如为了维护工作。板式换热器是换热器的一种特殊的结构形式。它们的特征在于特别紧 凑的设计。板式换热器的板在换热面积的区域内通常具有凸出或凹入结构， 通常也被称为人字形花紋或v形花紋。凸出部分使在两个相邻的板之间的 间隙中流动的介质产生强湍流，这有益于热传输。同时，这种结构对介质 造成较小的流动阻力。这样在尽可能小的压力损失下很大程度上满足了有 效的热传输。所述板通常在边缘处柏贵地相互叠置，并通过密封件相互分隔。因为由塑性材料制成的密封件只能在不高于300'C的温度下使用，当换热器具有用于更高工作温度或压力的由金属材料制成的板时，所述板在边缘处相互钎焊或焊接。两个相邻板之间的间隙分别形成密封的室。所述室的容积与板凸出部 分一起决定了热传输时的压力损失和效率。大的室容积对两者都有益，因 而是所希望的。但是，这样也得承受操作危险。 一旦在室中没有使用支承 段，则在相邻的室之间的未预料到的高的压力差的建立会导致金属板剧烈变形，或者在易碎材料(sprMen Werkstoffen )的情况下容易造成板破裂。 这种形式的换热器板由金属材料、特别是由不锈钢、钛或钽制成。在商业 上也使用石墨。烧结SiC陶瓷(SSiC)是一种普遍耐腐蚀、但易碎的材料，该材料与 渗珪碳化硅(SiSiC)相比不含金属硅。SSiC由于其非常高的导热性而理 想地适于用作换热器换热面积的材料。此外，SSiC在远大于1000'C的高 温下也可使用。与SiSiC相比，SSiC在热水或强碱介质中也是耐腐蚀的。尽管烧结SiC陶瓷(SSiC )原则上很好地适用于换热器，但是它目前 在商业上仍未用在板式换热器中，而是最多也是用在壳管式换热器中。原 因在于，迄今为止尚没有可用的适合于陶瓷的设计和生产方法，并使得能 由SSiC制造板式换热器部件以用于具有足够的热传输性能和所需的小的 压力损失的设备。DE 28 41 571 C2描述了 一种具有L形介质导向的由陶瓷材料制成的 换热器，其中优选地将渗硅SiC陶瓷(SiSiC)或氮化硅用作材料。这些材 料的缺点是，它们不是任何情况下都耐腐蚀。在热水或强碱介质中，作为 粘结相在SiSiC中用以渗透和用以密封的金属硅会溶出。结果造成泄漏流 和强度降低。在氮化硅的情况下，晶界被侵蚀得比较快，表面渐渐被分解。在DE 28 41 571 C2中提出的结构设计的缺点是，换热器由大量具有 不同几何结构的元件构成，因此不能给出能不复杂地进行扩展的模块化类 型的结构。另外，这种类型的结构需要大量接合。由于用于所用材料的无 压烧结方法，换热器块中存在较高的泄漏的危险。此外，对于所选择的通 道设计，还遇到高的压力损失的问题，并且换热器仅具有低的热传输性能。作为一种替换材料，DE 197 17 931 Cl描述了一种在200-1600。C的高温下和/或在腐蚀性介质的情况下在换热器中使用的纤维增强陶乾(C/SiC 或SiC/SiC)。这些材料在生产上相比于SSiC明显更复杂和成本高。此夕卜， 陶瓷纤维复合材料C/SiC和SiC/SiC通常到处都多孔，由此不能得到气密 密封。通过附加的、复杂的且非常昂贵的表面浸渍也不能克服这些缺点。作为其变型，EP 1 544 565 A2描述了将纤维增强陶瓷或SiC特别用于 高温板式换热器的板的应用。其中描述的板的通道结构具有翅片或肋，并 特别设计用于使热气体流过，特别是用于燃气轮机。在将这种结构用于液 体介质时，效率不好且压力损失太大。此外，板式换热器也通过溶液淺铸 制成和通过钎焊接合。然而，当与腐蚀性介质一起使用时，钎焊接合处总 是薄弱点，因而使得这种换热器不适于与强腐蚀性介质、例如碱性溶液一 起使用。EP 0 074 471 Bl描述了 一种通过溶液浇铸和层压来制造陶资板式换热 器的方法。该层压法特别为以SiSiC作为材料和在制造时的液体珪化而设 计。该专利说明书的图2示出了一种气暖换热器的实施形式，其中，垂直 于流动方向设置有用于在流动通道中造成均匀的温度分布的扰流子 (Schikane)。但是，这种换热器的热传输性能和压力损失仍不令人满意。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于设计一种具有改善的热传输性能和减小的压 力损失的板式换热器，以在需要时用于高温下和/或与腐蚀性介质一起使 用。此外，也给出了一种用于制造这种换热器的方法。根据本专利技术，上述目的通过一种根据权利要求1所述的由多个板组成 的板式换热器、 一种根据权利要求19和20所述的用于制造这种板式换热 器的方法、以及根据权利要求22和23所述的板式换热器的应用来实现。 本申请的主题的有利的或特别适宜的实施形式在从属权利要求中给出。因此，本专利技术的主题是一种由多个板组成的板式换热器，其中，流体 流引导通道形成通道系统，使得在各板的整个面积上得到流体流的大致成 蜿蜒状的流型，引导通道的侧壁具有多个开口，这导致流体流产生湍流。本专利技术的主题还在于一种用于制造这种板式换热器的方法，其中，各 个板层叠在一起，并分别借助于周边密封件相互连接。本专利技术的主题同样还在于一种用于制造这种板式换热器的方法，其中， 各个板层叠在一起，并在扩散焊接方法中、在存在保护气体气氛时或在真空条件下、当温度至少为1600C时和可能施加有载荷的情况下接合成无接 缝的整体块。根据本专利技术的板式换热器适于用作高温换热器和/或与腐蚀性介质一 起使用。根据本专利技术的板式换热器同样也能用作具有至少两个分隔的流体回路 的反应器。此外，根据本专利技术的板式换热器还适于用作反应器，其中在所述板之 间设置有附加的 一个或多个反应器板，所述反应器板具有不同于所述板的 通道系统。在根据本专利技术的板式换热器的各个板中，流体流引导通道形成通道系 统，使得在板的整个面积上得到流体流的大致成蜿蜒状的流型，其中，引 导通道的侧壁具有多个断口或开口，这导致流体流产生湍流。因此，根据 本专利技术成功地使得能够设计由易碎材料、如石墨或玻璃、优选地由烧结陶 瓷材料、特别是由SSiC制成的板，使流经的介质获得剧烈的湍流，并因此实现有效的热传输，同时形成小的压力损失，这种设计在换热面积中具 有足够的支承点，以便在有压力差时吸收变形或脆裂，使得为维护工作能 够无残留地排空，使得由塑性材料制成的密封件能够容易地被结合，并同 时能够在扩散焊接方法中由板制造无接缝的整体块。根据本专利技术的板的设计的另一优点是，使得用于流体流的进口和出口 能够例如以镗孔的形式一体地形成在板中。在才艮据本专利技术的板本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由多个板（１）组成的板式换热器，其中，流体流引导通道（２）形成通道系统，使得在各板的整个面积上得到流体流的大致成蜿蜒状的流型，其特征在于，引导通道（２）的侧壁（３）具有多个开口（４），这导致流体流产生湍流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：F麦施克，A凯塞，
申请(专利权)人：ESK陶瓷有限及两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]