CN101405554B - 板式换热器、其制造方法和应用 - Google Patents

板式换热器、其制造方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN101405554B
CN101405554B CN2007800103720A CN200780010372A CN101405554B CN 101405554 B CN101405554 B CN 101405554B CN 2007800103720 A CN2007800103720 A CN 2007800103720A CN 200780010372 A CN200780010372 A CN 200780010372A CN 101405554 B CN101405554 B CN 101405554B
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat exchanger
type heat
plate type
plate
exchanger according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2007800103720A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101405554A (zh
Inventor
F·麦施克
A·凯塞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
3M Innovative Properties Co
Original Assignee
ESK Ceramics GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ESK Ceramics GmbH and Co KG filed Critical ESK Ceramics GmbH and Co KG
Publication of CN101405554A publication Critical patent/CN101405554A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101405554B publication Critical patent/CN101405554B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • F28D9/005—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another the plates having openings therein for both heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/12—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/04—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of ceramic; of concrete; of natural stone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • F28F3/048—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of ribs integral with the element or local variations in thickness of the element, e.g. grooves, microchannels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/04—Communication passages between channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/10—Particular pattern of flow of the heat exchange media
    • F28F2250/102—Particular pattern of flow of the heat exchange media with change of flow direction

Abstract

本发明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。

Description

板式换热器、其制造方法和应用
技术领域
本发明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。
背景技术
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200℃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。此外，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纹或V形花纹。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松散地相互叠置，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℃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(
Figure G2007800103720D0002161325QIETU
 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，该材料与渗硅碳化硅(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℃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 C1描述了一种在200-1600℃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瓷(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。此外，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浇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 B1描述了一种通过溶液浇铸和层压来制造陶瓷板式换热器的方法。该层压法特别为以SiSiC作为材料和在制造时的液体硅化而设计。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。
发明内容
因此，本发明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。
根据本发明，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，本发明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。
本发明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。
本发明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1600℃时和可能施加有载荷的情况下接合成无接缝的整体块。
根据本发明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。
根据本发明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，根据本发明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。
在根据本发明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，根据本发明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。
根据本发明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。
在根据本发明的板式换热器中，相对于现有技术的板式换热器，热传输提高约5-30％，压力损失降低了高达30％。特别地，压力损失是设计换热器时的重要标准，因为它能使所需的泵容量相应地减少。
根据本发明的板式换热器具有一种其中优选由烧结材料制成的多个板上下层叠的结构。烧结碳化硅(SSiC)、纤维增强碳化硅、氮化硅或其组合物特别适于用作烧结陶瓷材料，其中特别优选SSiC。优选使用具有双峰粒度分布的SSiC，SSiC可选择性地包含最多35％体积百分数的其它物质成分，如石墨、碳化硼或另外的陶瓷粒子，因为这种材料在热压方法(扩散焊接方法)中特别好地适合于扩散粘结。优选地，具有双峰粒度分布的烧结碳化硅包括50％-90％体积百分数的长度为100-1500μm的棱柱形、小片状的SiC微晶和10％-50％体积百分数的长度为5μm至小于100μm的棱柱形、小片状的SiC微晶。SiC微晶的粒度或长度的测量可根据光学显微镜的显微照片例如借助于确定晶粒的最大Feret直径的图像评估程序来确定。
在根据本发明所使用的板中，板中的引导通道与用于第一流体的第一进口和第一出口相连。此外，还可为第二流体设置第二进口和第二出口以供给到相邻板，其中，这些开口可简单地通过镗孔来设置。
根据一优选的实施例，第一板类型的板包括用于第一流体的通道系统，而第二板类型的相邻板包括用于第二流体的通道系统。在此实施例中，第一板类型的板和第二板类型的板可以任意秩序排列，以便能够实现可变的速度匹配。为此，与换热器两个回路之一并行布置或前后布置的板变为两倍或三倍，以便使待处理的物质流能以特定的速度流过板。由此造成换热器板例如按照A-BB-A-BB...或A-BBB-A-BBB...的秩序堆叠。
然而，根据本发明的换热器板的设计也可以实现两种或多种运行方式。为此，一个回路的板不是并行地而是前后布置。结果使流过的介质获得较长的用于加热或冷却的距离。
在另一优选的实施例中，板的通道系统具有镜像对称性。这种镜像对称的设计可以实现板交替翻转180°地上下层叠，从而使进口交替地在左、在右设置。这种布置能以用于所有板的单一的设计构造换热器，这从制造角度来说提供了优点。
根据一实施例，可在一个板内设置至少两个用于不同流体的分隔的通道系统，热传输在所述流体之间发生。在此有利的是，不同流体在分隔的通道系统中以反向流动进行引导。
根据本发明所使用的板优选地具有在0.2-20mm范围内、特别优选为约3mm的基部厚度(
Figure G2007800103720D0006161436QIETU
)。按照根据本发明的通道系统，板的换热面积中的流体或物质流被蜿蜒地引导，以便实现尽可能长的停留时间。换热面积中的引导通道的侧壁或引导壁优选具有从板的基部测量在0.2-30mm范围内、更优选为0.2-10mm、特别优选为0.2-5mm的高度。引导通道的设计成翼板(Stege)的侧壁可通过铣削来制造，但是也可通过近终成形压制(endkonturnahes Pressen)来制造。引导通道的侧壁在特定位置上具有断口或开口，该断口或开口优选地具有0.2-20mm、更优选地为2-5mm的宽度。这些开口导致流体流产生强的湍流，并在大致成蜿蜒状的流型中可实现高的和改善的热传输效率。此外，这些开口还使得在传统的板式换热器中很高的压力损失能够显著减小。通过开口的数量和宽度能以所希望的方式设定压力损失。此外，开口还用于当换热器处于竖直位置时实现换热器的无残余的排空。
此外，引导通道的被开口的侧壁也起支承点的作用，并在有压力差的情况下避免不希望的板的变形和同样防止板破裂。
按照根据本发明的板式换热器的一实施例，各个板层叠在一起并借助于周边密封件相连。可在最高约300℃的温度下使用的惯用的塑性材料密封件适用于此。通过密封件相连接的构造方式造价非常低廉，并且在换热器必须被拆开和清洗以进行维护的任何情况下都特别有利。
按照根据本发明的板式换热器的另一实施例，各个板层叠在一起并一体地接合成无接缝的整体块。这种其中的板不用密封件、而是通过无接缝接合的气密密封连接的整体构造方式对于在高温下的应用和与环境有害或腐蚀性介质一起使用的应用特别有利。
按照根据本发明的板式换热器的又一实施例，至少两个板层叠在一起并一体地接合成无接缝的整体块，至少两个这种整体块借助于周边密封件相互连接。当在一物质回路中使用腐蚀性介质而在另一物质回路中使用有形成沉积倾向的介质时，这种所谓的半密封的实施例特别有利。为此，根据本发明，用于腐蚀性介质的板至少成对地相互烧结在一起，而由此获得的整体板块通过例如由弹性体材料制成的合适的塑性材料密封件密封地层叠在一起。这种类型的板式换热器总能被拆除，例如以便清洁形成沉积的密封室。
为了制造如上所述的整体块，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下、当温度至少为1600℃、优选超过1800℃、特别优选地超过2000℃时和在可能施加有载荷的情况下接合成无接缝的整体块，其中，待接合的部件在受力方向上经历优选地小于5％、更优选地小于1％的塑性变形。热压法作为扩散焊接方法在使用由烧结SiC(SSiC)、特别优选地由具有上述双峰粒度分布的大颗粒的SSiC制成的陶瓷板的情况下特别合适，该具有双峰粒度分布的SSiC可包含最多35％体积百分数的其它物质成分，如石墨、碳化硼或另外的陶瓷粒子。
在高温区域中对塑性变形的抵抗力在材料科学中被称为高温蠕变阻力。蠕变阻力用所谓的蠕变率来进行测量。令人惊讶地发现，待接合的陶瓷板的蠕变率可被用作重要参数以使烧结陶瓷板无接缝接合的接合过程中的塑性变形最小。最能从市场上获得的烧结SiC材料具有单峰粒度分布和约为5μm粒度的微结构。因此，它们在超过1700℃的接合温度下具有足够高的烧结活性，但是其具有的蠕变阻力对于小变形接合来说过小。因此，目前为止，当扩散焊接这种部件时总能观察到高的塑性变形。由于SSiC材料的蠕变阻力通常不是特别不同，所以，目前为止，对于SSiC的接合尚不考虑将蠕变率作为可用的可变参数。
现在发现，SSiC的蠕变率可通过改变微结构形成而在很宽的范围内变化。因此，只要通过使用例如这种具有双峰粒度分布的特定的类型，则对于SSiC材料可实现小变形接合。根据本发明，待接合的陶瓷板优选地由在接合过程中的蠕变率总小于2×10-4l/s、优选地总小于8×10-5l/s、特别优选地总小于2×10-5l/s的SSiC材料制成。
在根据本发明使用的扩散焊接中，优选地超过10kPa、特别优选地超过1MPa、更优选地超过10MPa的载荷被施加，其中，当温度至少为1600℃时，温度保持时间优选地超过10分钟，特别优选地超过30分钟。
因此，现在用根据本发明的制造方法可将目前为止密封件或焊接处形成薄弱点的板式换热器制造成无接缝的整体块。因此，这样由烧结SiC陶瓷制成的板式换热器具有特别高的耐高温和耐腐蚀性。
如上所述，具有根据本发明设计的换热器板的板式换热器也适于用作反应器，例如用于蒸发和冷凝、但也用于其它相变过程，例如用于特定的结晶过程。当用于蒸发和冷凝时，如果引导通道的侧壁相互间的距离从流体入口到流体出口变得更大或更小，则有利地获得减小的压力损失。
为了特别有效地用作反应器，有益地在根据本发明设计的换热器板之间装入反应器板，其中换热器板用于控制反应器板的温度。反应器板可具有不同的几何形状。对于受控制的停留时间和确定的沉淀反应，例如对于特定的结晶过程，有利地例如使用具有贯穿的(durchgezogenen)直通道的反应器板。但是，也可在反应器板中使至少两股开始时分隔的流体流在特定温度下相互混合。为此使用一种通道结构，物质流通过该通道结构在反应器板的特定区域中相互供给并强烈混合。反应器板也可具有合适的催化涂层，该催化涂层专用于加速化学反应。
根据本发明的气密密封的换热器块不再需要传统的重型框架来夹紧就位和连接凸缘/法兰，而是仅需要接触供给镗孔处的相应的凸缘系统即可。因此，在本发明的一实施例中，板式换热器在其上侧和/或下侧(盖和/或底部)上还具有用于供给和排出流体的陶瓷或金属凸缘系统。对于凸缘系统的密封，对于高温应用优选地使用云母基的密封材料。
附图说明
图1示出了根据本发明所使用的由烧结陶瓷材料制成的换热器板的俯视图；
图2示出了根据本发明所使用的反应器板的俯视图；以及
图3a和3b是包括凸缘系统的根据本发明的板式换热器的照片。
具体实施方式
如图1所示，根据本发明可使用的板1具有由引导通道2形成的通道系统，该通道系统可使流体流在板的整个面积上大致成蜿蜒状流型。在该实施例中，引导通道2的侧壁3包括3mm宽的翼板，这些翼板具有多个3.5mm宽的开口4。所述板还具有用于流体流的第一进口5和第一出口6，它们分别具有半径为30mm的镗孔的形式。此外，在板中还设置有第二进口7和第二出口8，它们用作将另一种介质供给到相邻的室的通道。第二进口和第二出口分别包括半径为32mm的镗孔。在此实施例中，板的总长度为500mm，宽度为200mm。如所见的，此实施例的通道系统镜像对称。通过这种镜像对称，可使板能上下叠置在一起，每次交替翻转180°，从而使进口交替地在左、在右设置。
图2示出了根据本发明可使用的反应器板9，其具有用于第一流体流的第一进口10和用于第二流体流的第二进口11。这两股流体流然后通过扰流子12向彼此供给，使得发生流体流的强烈混合。混合后的流体流然后通过出口13排出。
图3a和图3b示出金属凸缘如何夹紧在陶瓷整块上。
下述示例用于进一步阐述本发明。
换热器的应用示例：
按照图1的形式用换热器板制造陶瓷换热器。所述板具有500mm的长度、3mm的基部厚度和3.5mm高的引导通道。侧壁具有3mm宽的开口。为制造换热器块，使用四个根据本发明的换热器板和一个盖板，其中，所有部件都由具有双峰粒度分布的烧结碳化硅制成。所有的陶瓷板层叠、一体且无接缝地接合成一整体块。这些板在所述块中布置成使得两股物质流能在反向流动中热交换。由烧结碳化硅制成的气密密封的换热器块配备有四个内径为50mm的金属凸缘。换热器设备以水成介质工作。当通过量为1000l/h时，压力损失为100mbar，而热传输为6000W/m2K。

Claims (33)

1.一种由多个板(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，该大致成蜿蜒状的流型由引导通道(2)的侧壁(3)界定，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。
2.根据权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，所述板(1)由陶瓷材料制成。
3.根据权利要求2所述的板式换热器，其特征在于，所述板(1)由烧结碳化硅、纤维增强碳化硅、氮化硅或它们的组合制成。
4.根据权利要求2所述的板式换热器，其特征在于，陶瓷材料选择成具有双峰粒度分布的烧结碳化硅，该具有双峰粒度分布的烧结碳化硅包含最少65％体积百分数的碳化硅。
5.根据权利要求4所述的板式换热器，其特征在于，所述具有双峰粒度分布的烧结碳化硅还包括石墨、碳化硼或另外的陶瓷粒子。
6.根据权利要求4所述的板式换热器，其特征在于，具有双峰粒度分布的烧结碳化硅包括50％-90％体积百分数的长度为100-1500μm的棱柱形的、小片状的SiC微晶和10％-50％体积百分数的长度为5μm至100μm的棱柱形的、小片状的SiC微晶。
7.根据权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，所述流体流包括第一流体和第二流体，在板中引导通道(2)与用于第一流体的第一进口(5)和第一出口(6)相连。
8.根据权利要求7所述的板式换热器，其特征在于，所述板配备有用于将第二流体供给到相邻板的第二进口(7)和第二出口(8)。
9.根据权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，组成板式换热器的所述多个板包括第一板类型的板和第二板类型的板，其中，第一板类型的板包括用于第一流体的通道系统，而第二板类型的相邻板包括用于第二流体的通道系统。
10.根据权利要求9所述的板式换热器，其特征在于，第一板类型的板和第二板类型的板上下层叠在一起。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的板式换热器，其特征在于，所述通道系统具有镜像对称性。
12.根据权利要求1至10中的任一项所述的板式换热器，其特征在于，在所述多个板中的一板内设置有至少两个用于不同流体的分隔的通道系统，热传输将在这些流体之间进行。
13.根据权利要求12所述的板式换热器，其特征在于，不同流体在分隔的通道系统中反向流动地被引导。
14.根据权利要求1至10中的任一项所述的板式换热器，其特征在于，所述多个板(1)具有0.2-20mm范围内的基部厚度。
15.根据权利要求14所述的板式换热器，其特征在于，所述多个板具有约为3mm的基部厚度。
16.根据权利要求1至10中的任一项所述的板式换热器，其特征在于，引导通道(2)的侧壁(3)具有0.2-30mm范围内的高度。
17.根据权利要求16所述的板式换热器，其特征在于，引导通道(2)的侧壁(3)具有0.2-10mm范围内的高度。
18.根据权利要求17所述的板式换热器，其特征在于，引导通道(2)的侧壁(3)具有0.2-5mm范围内的高度。
19.根据权利要求1至10中的任一项所述的板式换热器，其特征在于，引导通道(2)的侧壁(3)中的开口(4)具有0.2-20mm范围内的宽度。
20.根据权利要求19所述的板式换热器，其特征在于，引导通道(2)的侧壁(3)中的开口(4)具有2-5mm范围内的宽度。
21.根据权利要求1至10中的任一项所述的板式换热器，其特征在于，所述多个板(1)层叠在一起并通过周边密封件相互连接。
22.根据权利要求1至10中的任一项所述的板式换热器，其特征在于，所述多个板(1)层叠在一起并一体地接合成无接缝的整体块。
23.根据权利要求1至10中的任一项所述的板式换热器，其特征在于，所述多个板(1)中的至少两个层叠在一起并一体地接合成无接缝的整体块，至少两个这种整体块借助于周边密封件相互连接。
24.根据权利要求1至10中的任一项所述的板式换热器，其特征在于，还包括用于在板式换热器的上侧和/或下侧上供给和排出流体的陶瓷的或金属的凸缘系统。
25.一种用于制造根据权利要求1至24中的任一项所述的板式换热器的方法，其特征在于，所述多个板中的各个板层叠在一起并分别通过周边密封件相互连接。
26.一种用于制造根据权利要求1至24中的任一项所述的板式换热器的方法，其特征在于，所述多个板中的各个板层叠在一起，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1600℃时接合成无接缝的整体块。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，还在施加有载荷的情况下进行所述接合。
28.根据权利要求1至24中的任一项所述的板式换热器用作高温换热器和/或与腐蚀性的介质一起使用的应用。
29.根据权利要求1至24中的任一项所述的板式换热器用作具有至少两个分隔的流体回路的反应器的应用。
30.根据权利要求1至24中的任一项所述的板式换热器用作反应器的应用，其中在板(1)之间设置有附加的一个或多个反应器板(9)，其特征在于，反应器板(9)具有与板(1)不同的通道系统。
31.根据权利要求30的应用，其特征在于，反应器板(9)包括并行延伸的流体流引导通道，这些引导通道的侧壁没有开口。
32.根据权利要求30的应用，其特征在于，形成在反应器板(9)中的通道系统能使至少两股开始时分隔的流体流相混合。
33.根据权利要求30至32中的任一项所述的应用，其特征在于，反应器板(9)具有催化涂层。
CN2007800103720A 2006-03-23 2007-03-22 板式换热器、其制造方法和应用 Expired - Fee Related CN101405554B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006013503A DE102006013503A1 (de) 2006-03-23 2006-03-23 Plattenwärmetauscher, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung
DE102006013503.2 2006-03-23
PCT/EP2007/002565 WO2007110196A1 (de) 2006-03-23 2007-03-22 Plattenwärmetauscher, verfahren zu dessen herstellung und dessen verwendung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101405554A CN101405554A (zh) 2009-04-08
CN101405554B true CN101405554B (zh) 2011-05-11

Family

ID=38267705

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007800103720A Expired - Fee Related CN101405554B (zh) 2006-03-23 2007-03-22 板式换热器、其制造方法和应用

Country Status (9)

Country Link
US (1) US8967238B2 (zh)
EP (1) EP1996889B1 (zh)
JP (1) JP2009530582A (zh)
CN (1) CN101405554B (zh)
AT (1) ATE535769T1 (zh)
CA (1) CA2643757C (zh)
DE (1) DE102006013503A1 (zh)
ES (1) ES2373992T3 (zh)
WO (1) WO2007110196A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9694434B2 (en) 2012-03-28 2017-07-04 Alfa Laval Corporate Ab Plate heat exchanger

Families Citing this family (54)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004044942A1 (de) * 2004-09-16 2006-03-30 Esk Ceramics Gmbh & Co. Kg Verfahren zum verformungsarmen Diffusionsschweißen von keramischen Komponenten
DE102008019556A1 (de) 2008-04-18 2009-10-22 Esk Ceramics Gmbh & Co. Kg Bauteil aus einem Stapel stoffschlüssig gefügter Platten und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102009024976A1 (de) 2008-06-18 2009-12-24 Josch Strahlschweißtechnik GmbH Wärmetauscher-Element
DE102008048014A1 (de) * 2008-09-12 2010-04-15 Esk Ceramics Gmbh & Co. Kg Bauteil aus einem Stapel keramischer Platten
DE102009012493A1 (de) * 2009-03-12 2010-09-16 Behr Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zum Austausch von Wärme und Kraftfahrzeug
EP2228615B1 (de) 2009-03-12 2018-04-25 MAHLE Behr GmbH & Co. KG Vorrichtung zum Austausch von Wärme, insbesondere zur Wärmerückgewinnung aus Abgasen eines Kraftfahrzeugs
US9567876B2 (en) * 2009-06-05 2017-02-14 Gas Technology Institute Reactor system and solid fuel composite therefor
EP2278251A3 (de) 2009-06-16 2013-03-06 Josch Strahlschweisstechnik Gmbh Wärmetauscher-Element
DE102009032370A1 (de) 2009-07-08 2011-01-13 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Plattenwärmetauscher
FR2949699B1 (fr) * 2009-09-07 2011-09-30 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication d'un module a zone creuse, de preference pour la circulation de fluide
DE102009050500B4 (de) 2009-10-23 2011-06-30 Voith Patent GmbH, 89522 Wärmeübertragerplatte und Verdampfer mit einer solchen
DE102009050482B4 (de) * 2009-10-23 2011-09-01 Voith Patent Gmbh Wärmeübertragerplatte und Verdampfer mit einer solchen
DE102010010207A1 (de) * 2010-03-04 2011-09-08 Karlsruher Institut für Technologie Verfahren zum Diffusionsverschweißen
DE102010051996A1 (de) 2010-06-02 2011-12-22 Gab Neumann Gmbh Verfahren zu Herstellung von Bauteilen und ein nach dem Verfahren hergestelltes Bauteil
DE202010015615U1 (de) 2010-06-02 2011-03-03 Gab Neumann Gmbh Wärmetauscher
DE102010030781A1 (de) * 2010-06-30 2012-01-05 Sgl Carbon Se Wärmeübertragerplatte, damit versehener Plattenwärmeübertrager und Verfahren zum Herstellen eines Plattenwärmeübertragers
CN102538546A (zh) * 2010-12-29 2012-07-04 中国科学院上海硅酸盐研究所 碳化硅陶瓷热交换板及其制造方法
KR101218314B1 (ko) * 2011-01-27 2013-01-04 한국과학기술원 열교환기용 마이크로채널 판
US9151539B2 (en) * 2011-04-07 2015-10-06 Hamilton Sundstrand Corporation Heat exchanger having a core angled between two headers
US9868276B2 (en) 2011-11-29 2018-01-16 Corning Incorporated Method of treating joint in ceramic assembly
US20150122467A1 (en) * 2012-05-29 2015-05-07 Hangzhou Shenshi Energy Conservation Technology Co., Ltd. Micro-channel structure for heat exchanger and integrated type micro-channel heat exchanger
EP2857786B1 (en) 2012-05-30 2020-12-23 Kyocera Corporation Flow path member, and heat exchanger and semiconductor manufacturing apparatus using same
SE537148C2 (sv) * 2012-10-22 2015-02-17 Alfa Laval Corp Ab Plattvärmeväxlarplatta och plattvärmeväxlare
CN103063078A (zh) * 2012-11-08 2013-04-24 江苏巴威工程技术股份有限公司 一种余热回收的换热器
DE102012222019A1 (de) * 2012-11-30 2014-06-05 Sgl Carbon Se Plattenwärmeaustauscher in abgedichteter Bauweise
JP6216118B2 (ja) * 2013-01-11 2017-10-18 フタバ産業株式会社 熱交換器
DE102013215241A1 (de) 2013-06-27 2014-12-31 Robert Bosch Gmbh Wärmeübertrager
CN103453680A (zh) * 2013-08-27 2013-12-18 山东汉霖太阳能有限公司 夹缝式太阳能吸热板芯及采用该板芯的太阳能集热器
JP6333973B2 (ja) * 2013-10-14 2018-05-30 アイレック アーベー 熱交換器用プレートおよび熱交換器
JP5932757B2 (ja) 2013-11-15 2016-06-08 株式会社フィルテック 流体熱交換装置
DE102014001499A1 (de) * 2014-02-06 2015-08-06 Api Schmidt-Bretten Gmbh & Co. Kg Zum Wärme- und/oder Stoffaustausch geeigneter Plattenapparat
JP6192564B2 (ja) 2014-02-18 2017-09-06 日新製鋼株式会社 プレート式熱交換器およびその製造方法
TWI529365B (zh) * 2015-01-19 2016-04-11 國立中央大學 熱交換模組
US10023317B2 (en) * 2015-06-23 2018-07-17 The Boeing Company Flight deck takeoff duct and trim air mix muff
FR3050519B1 (fr) * 2016-04-25 2019-09-06 Novares France Echangeur thermique en matiere plastique et vehicule comprenant cet echangeur thermique
CN106099242B (zh) * 2016-07-04 2019-06-14 上海蔚来汽车有限公司 电池冷却换热器
CN106503390B (zh) * 2016-11-09 2017-08-25 中国石油大学(华东) 一种板翅式换热器的蠕变疲劳强度设计方法
US10184728B2 (en) * 2017-02-28 2019-01-22 General Electric Company Additively manufactured heat exchanger including flow turbulators defining internal fluid passageways
SE542079C2 (en) 2017-05-11 2020-02-18 Alfa Laval Corp Ab Plate for heat exchange arrangement and heat exchange arrangement
ES2787017T3 (es) * 2017-08-22 2020-10-14 Innoheat Sweden Ab Intercambiador de calor
EP3447429B1 (en) * 2017-08-22 2023-06-07 InnoHeat Sweden AB Heat exchanger plate and heat exchanger
EP3447428A1 (en) * 2017-08-22 2019-02-27 Airec AB Heat exchanger plate and heat exchanger
US20190345070A1 (en) * 2017-12-06 2019-11-14 Melior Innovations, Inc. Pneumatic Cooling and Transport Apparatus for Extrusion Reaction Manufacturing of Polymer Derived Ceramics
CN109990630A (zh) * 2017-12-29 2019-07-09 核工业西南物理研究院 一种适合高温高压换热流道结构
DE102018117738A1 (de) 2018-07-23 2020-01-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Reaktionsgefügte keramische Bauteile und Verfahren zu ihrer Herstellung
CN109099410A (zh) * 2018-09-06 2018-12-28 黑龙江赫尔特生物质能源发展有限公司 不含燃烧系统的组合式换热装置
DE102018217652A1 (de) * 2018-10-15 2020-04-16 Danfoss Silicon Power Gmbh Strömungsverteiler zum Kühlen einer elektrischen Baugruppe, ein Halbleitermodul mit einem derartigen Strömungsverteiler und ein Verfahren zu dessen Herstellung
JP7256951B2 (ja) * 2018-10-29 2023-04-13 株式会社ノーリツ プレート式熱交換器およびこれを備えた温水装置
GB2582653B (en) * 2019-03-29 2021-05-26 Yasa Ltd Cooling arrangement
CN111928705B (zh) * 2019-05-13 2022-03-25 亚浩电子五金塑胶（惠州）有限公司 具有重力型回路热管的散热装置
JP2022546049A (ja) 2019-08-31 2022-11-02 コーニング インコーポレイテッド 改良された熱交換流れ反応器
DE102020203223A1 (de) 2020-03-12 2021-09-16 Sgl Carbon Se Plattenwärmetauscher
EP4313399A1 (en) * 2021-03-29 2024-02-07 Corning Incorporated Methods for producing metal flow reactor modules with integrated temperature control and modules produced
CN115070366B (zh) * 2022-06-14 2023-08-15 西安热工研究院有限公司 一种避免化学蚀刻的pche换热器加工方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1770254A (en) * 1928-03-07 1930-07-08 Seligman Richard Heat-exchange apparatus
US2705617A (en) * 1950-08-11 1955-04-05 Ekwall Nils Richard Gosta Pasteurizing apparatus of the plate type
NL107643C (zh) * 1956-03-21
SE7508256L (sv) * 1975-07-18 1977-01-19 Munters Ab Carl Sett att framstella en vermevexlarkorpp for rekuperativa vexlare
FR2314461A1 (fr) * 1976-05-07 1977-01-07 Dieu Andre Echangeur de chaleur
WO1981000617A1 (en) * 1979-08-23 1981-03-05 Hisaka Works Ltd Plate type heat exchanger
US4574876A (en) * 1981-05-11 1986-03-11 Extracorporeal Medical Specialties, Inc. Container with tapered walls for heating or cooling fluids
FR2526930A1 (fr) * 1982-05-14 1983-11-18 Bertin & Cie Echangeur recuperateur de chaleur a effet convecto-radiatif en materiau ceramique
US4551436A (en) * 1984-04-11 1985-11-05 General Electric Company Fabrication of small dense silicon carbide spheres
DE3855049T2 (de) * 1987-11-17 1996-09-19 Shinwa Sangyo Kk Wärmetauscher für einen Kühlturm
US5658537A (en) * 1995-07-18 1997-08-19 Basf Corporation Plate-type chemical reactor
JP3858484B2 (ja) * 1998-11-24 2006-12-13 松下電器産業株式会社 積層式熱交換器
US7241423B2 (en) * 2000-02-03 2007-07-10 Cellular Process Chemistry, Inc. Enhancing fluid flow in a stacked plate microreactor
US7125540B1 (en) * 2000-06-06 2006-10-24 Battelle Memorial Institute Microsystem process networks
US6357396B1 (en) * 2000-06-15 2002-03-19 Aqua-Chem, Inc. Plate type heat exchanger for exhaust gas heat recovery
US7032654B2 (en) * 2003-08-19 2006-04-25 Flatplate, Inc. Plate heat exchanger with enhanced surface features
DE10361346A1 (de) * 2003-12-16 2005-07-14 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Platten-Wärmeübertrager, Verfahren zur Herstellung eines Platten-Wärmeübertragers und keramischer Faserverbundwerkstoff, insbesondere für einen Platten-Wärmeübertrager

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9694434B2 (en) 2012-03-28 2017-07-04 Alfa Laval Corporate Ab Plate heat exchanger

Also Published As

Publication number Publication date
DE102006013503A1 (de) 2008-01-24
CA2643757C (en) 2011-09-27
JP2009530582A (ja) 2009-08-27
US20090151917A1 (en) 2009-06-18
ES2373992T3 (es) 2012-02-10
EP1996889A1 (de) 2008-12-03
CN101405554A (zh) 2009-04-08
ATE535769T1 (de) 2011-12-15
WO2007110196A1 (de) 2007-10-04
US8967238B2 (en) 2015-03-03
CA2643757A1 (en) 2007-10-04
EP1996889B1 (de) 2011-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101405554B (zh) 板式换热器、其制造方法和应用
JP4052587B2 (ja) ２種類のガスを多経路一体式の構造体に流出入させる方法及び装置
JP5495843B2 (ja) 多目的マイクロチャネルマイクロコンポーネント
US6994829B2 (en) Fluid processing device and method
US7871578B2 (en) Micro heat exchanger with thermally conductive porous network
CN102836675B (zh) 一种装置
CN102150000B (zh) 由多层陶瓷板制成的部件
US4130160A (en) Composite ceramic cellular structure and heat recuperative apparatus incorporating same
KR101218967B1 (ko) 초고온가스 원자로용 열교환기
JP7208326B2 (ja) 熱交換器
US20130330246A1 (en) Micro-fluidic device
JP2010175245A6 (ja) 多目的マイクロチャネルマイクロコンポーネント
AU2004229150A1 (en) Microreactor composed of plates and comprising a catalyst
NO333304B1 (no) Katalytisk reaktor, anvendelse derav, og anlegg omfattende slik reaktor
RU2010130572A (ru) Узел микрореактора, включающий в себя соединительную основу
JP5881483B2 (ja) 多流路機器
CN211562906U (zh) 一种微通道反应器
JP7267413B2 (ja) 流路部材
JP6980607B2 (ja) 熱交換器および熱交換システム
CN213434370U (zh) 一种圆盘夹心型微通道反应器
CN110860263A (zh) 一种高效反应器
KR20110104675A (ko) 전열판 및 세라믹 열교환기 및 세라믹 열교환기의 제조 방법
CN214233983U (zh) 一种新型管壁式碳化硅反应器
EP1718911B1 (en) Apparatus provided with heat-exchanging means
JP2023176697A (ja) 水素製造装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20150929

Address after: American Minnesota

Patentee after: 3M Innovative Properties Company

Address before: Germany Kempten

Patentee before: ESK Ceramics GmbH & Co. KG

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110511

Termination date: 20180322