DE102010030780A1

DE102010030780A1 - Wärmeübertragungselement für einen Wärmeübertrager, Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragungselements für einen Wärmeübertrager, Wärmeübertrager und Nachrüstverfahren für einen Wärmeübertrager

Info

Publication number: DE102010030780A1
Application number: DE102010030780A
Authority: DE
Inventors: Dr. Franz Marcus; Dr. Brehler Klaus-Peter
Original assignee: SGL Carbon SE
Current assignee: SGL Carbon SE
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2012-01-05
Also published as: EP2588829A1; CN103038598A; WO2012000769A1; US20130118720A1; BR112012033620A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmeübertragungselement (10, 20) für einen Wärmeübertrager (100, 200), ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragungselements (10, 20) für einen Wärmeübertrager (100, 200), einen Wärmeübertrager (100, 200) als solchen sowie ein Verfahren zum Nachrüsten eines bestehenden Wärmeübertragers, bei welchen durch Vorsehen einer Beschichtung (30) das Auftreten durch Abrasion erzeugter Verunreinigungen in einem oder mehreren Wärmeübertragungsmedien (M1, M2) und/oder Korrosion verhindert oder zumindest reduziert ist oder wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmeübertragungselement für einen Wärmeübertrager, ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragungselements für einen Wärmeübertrager, einen Wärmeübertrager selbst, nämlich unter Verwendung des erfindungsgemäßen Wärmeübertragungselements, sowie ein Nachrüstverfahren für einen Wärmeübertrager. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere auch CVD-beschichteten und imprägnierten Graphit, der insbesondere für ein Wärmeübertragungselement oder Wärmetauscherelement, insbesondere bei einem Kern für einen Blockwärmetauscher verwendet wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In vielen Bereichen der chemischen und/oder physikalischen Verfahrenstechnik müssen zwischen mindestens zwei fluiden Medien – seien dies Flüssigkeiten, Gase, Gele, pastöse Medien oder dergleichen – Wärmemengen übertragen werden, um z. B. ein vorgesehenes Prozessmedium zu kühlen oder zu erhitzen. Dabei werden Wärmeübertrager oder Wärmetauscher eingesetzt, die mindestens ein Wärmeübertragungselement oder Wärmetauscherelement aufweisen, die ihrerseits von dem eigentlichen Prozessmedium, das erwärmt oder abgekühlt werden soll, und mindestens einem weiteren Medium, welches die Wärmemenge zur Verfügung stellt oder abführt und welches oft als Servicemedium bezeichnet wird, an entsprechenden Kontaktflächen oder Kontaktbereichen angeströmt wird, wobei Wärmemenge in einen der Kontaktbereiche oder in eine der Kontaktflächen eingebracht, über einen Wärmeleitungsmechanismus des Wärmeübertragungselements auf eine andere Kontaktfläche oder einen anderen Kontaktbereich übertragen und dann von diesem an das andere Medium abgegeben wird.
Häufig werden dabei Wärmeübertragungselemente eingesetzt, die im Wesentlichen aus einem Graphitmaterial bestehen, das an der mit einem jeweiligen Medium in Kontakt tretenden Kontaktfläche mit einem Harzmaterial imprägniert ist, um z. B. ein Eindringen des jeweiligen Mediums in den porösen Komplex des dem Wärmeübertragungselement zu Grunde liegenden Materials einzuschränken oder gar zu verhindern.
Es kommt dabei häufig vor, dass beim Anströmen durch das jeweilige Medium, insbesondere durch das Prozessmedium, Partikel der Harzimprägnierung und/oder des dem Wärmeübertragungselements zu Grunde liegenden Materials, z. B. des Graphitmaterials, physikalisch und/oder chemisch abgelöst werden, im eigentlichen Prozessmedium verbleiben und dieses dadurch verunreinigen. Dies kann oft nicht hingekommen werden.
Auch können eine Korrosion am Material des Wärmeübertragungselements und/oder ein Ablösen von korrodiertem Material und ein Kontaminieren des oder der Wärmeübertragungsfluide mit korrodiertem Material des Wärmeübertragungselements oft nicht toleriert werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Wärmeübertragungselement für einen Wärmeübertrager, ein Herstellungsverfahren für ein Wärmeübertragungselement für einen Wärmeübertrager, einen Wärmeübertrager selbst sowie ein Nachrüstverfahren für einen Wärmeübertrager anzugeben, bei welchen auf besonders einfache und doch zuverlässige Art und Weise eine Verunreinigung des oder der Wärmeübertragungsmedien durch Material des zu Grunde liegenden Wärmeübertragungselements und eine Korrosion des Materials des oder der Wärmeübertragungselemente und eine Kontamination des oder der Wärmeübertragungsfluide mit korrodiertem Material reduziert oder gar verhindert werden kann.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird einem Wärmeübertragungselement erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1, bei einem Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragungselements erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 11, bei einem Wärmeübertrager erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 21 sowie bei einem Verfahren zum Nachrüsten eines Wärmeübertragers erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 22 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils in den Unteransprüchen definiert.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein neuartiges Wärmeübertragungselement für einen Wärmeübertrager geschaffen, welches zur strömungsmäßig getrennten Wärmeübertragung zwischen einem ersten Wärmeübertragungsmedium als Prozessmedium und einem zweiten Wärmeübertragungsmedium als Servicemedium einen ersten Kontaktbereich und einen zweiten Kontaktbereich zum strömungsmäßig getrennten Kontakt mit dem ersten Wärmeübertragungsmedium bzw. mit dem zweiten Wärmeübertragungsmedium aufweist, welches im Wesentlichen mit oder aus einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe von Materialien ausgebildet ist, die Graphitmaterialien, Graphite und offenporige und nicht gesinterte SiC- oder Siliziumcarbidmaterialien aufweist, und bei welchem mindestens einer der ersten und zweiten Kontaktbereiche teilweise oder vollständig mit einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe von Materialien als Beschichtung beschichtet ist, die SiC oder Siliziumcarbidmaterialien, Carbidoxidmaterialien, Silizidmaterialien, Wolframtitanatmaterialien und deren Derivate und Kombinationen aufweist. Dabei sind als die ersten und zweiten Wärmeübertragungsmedien Fluide möglichen, also z. B. als Flüssigkeiten, Gase, gelartige oder pastöse Medien, Schäume, Schlämme und deren Kombinationen und Gemische.
Es ist somit eine Kernidee der vorliegenden Erfindung, die Wahrscheinlichkeit des Ablösens und/oder des Korrodierens von Material, welches dem Wärmeübertragungselement zu Grunde liegt, zu reduzieren oder zu vermeiden, indem zumindest an einem der ersten und zweiten Kontaktbereiche oder Kontaktflächen des Wärmeübertragungselements das dem Wärmeübertragungselement zu Grunde liegende Material mit einer besonders widerstandsfähigen oder abrasionsbeständigen Beschichtung ausgebildet wird, gerade dann, wenn das dem Wärmeübertragungselement zu Grunde liegende Material aus einem Graphitmaterial oder einem offenporigen und/oder nicht gesinterten SiC- oder Siliziumcarbidmaterial gebildet ist.
Es kann eine Imprägnierung mit einem Imprägniermaterial mit oder aus einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe ausgebildet sein, die Harzmaterialien, Phenolharzmaterialien und deren Derivate und Kombinationen aufweist. Die Imprägnierung mit dem Imprägniermaterial dient insbesondere dazu, ein zu tiefes Eindringen und insbesondere ein Durchdringen des dem Wärmeübertragungselement zu Grunde liegenden Materials mit einem der Wärmeübertragungsmedien dessen verbleib darin zu vermeiden, um dadurch eine materielle Durchmischung, und sei dies auch nur auf lange Sicht möglich, miteinander und/oder eine Kontamination bei einem Medienwechsel zu reduzieren oder zu verhindern.
Die Imprägnierung mit dem Imprägniermaterial kann ganz oder teilweise auf und/oder in der Beschichtung und/oder ganz oder teilweise auf und/oder in dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich ausgebildet sein. Da die Beschichtung zur Vermeidung der Verunreinigung, z. B. durch Abrasion oder dergleichen das dem Wärmeübertragungselement zu Grunde liegende Material ohnehin zumindest teilweise, wenn nicht vollständig, abdichtet, dort also Poren schließt, ist es besonders vorteilhaft, wenn eine vorzusehende Imprägnierung auf oder in der Beschichtung zur Vermeidung der Kontamination ausgebildet ist oder wird. Dies bietet darüber hinaus auch verfahrenstechnische Vorteile, weil bei der Prozessierung der Beschichtung auf dem dem Wärmeübertragungselement zu Grunde liegenden Material nicht auf thermische Randbedingungen des Materials der Imprägnierung Rücksicht genommen werden muss. So können z. B. bei der Herstellung Hochtemperaturschritte gefahren werden, ohne dass mit einer Beschädigung oder Zersetzung des Imprägniermaterials zu rechnen ist, da dies dann im Nachhinein, also nach dem Hochtemperaturschritt auf- oder eingebracht werden kann.
Für die Beschichtung mit dem beschichtungsmaterial sind unterschiedlich Strukturen und Verfahren zu ihrer Herstellung denkbar.
Die Beschichtung kann als CVD-Beschichtung ausgebildet sein.
Alternativ oder zusätzlich kann die Beschichtung als chemischer und/oder physikalischer Umwandlungsbereich – insbesondere über einen Vorgang des ganz oder teilweisen chemischen und/oder physikalischen Umwandelns des Materials des ersten und/oder zweiten Kontaktbereichs – ausgebildet sein.
Die Beschichtung kann ferner alternativ oder zusätzlich über einen Vorgang des Plasmaspritzens und/oder Flammenspritzens ausgebildet sein. Zudem ist die Ausbildung einer festen Schicht über die so genannte Flüssigsilizierung, sowohl im Tauchverfahren als auch im Verdampfungsverfahren als auch im Dochtverfahren, bereits erfolgreich getestet worden.
Je nach Art und Weise des für die Beschichtung vorgesehenen Materials oder der für die Beschichtung vorgesehenen Materialien können unterschiedliche Beschichtungsmechanismen und entsprechende Herstellungsverfahren verwendet werden, wobei jedoch das Ausbilden der Beschichtung als chemische und/oder physikalische Umwandlungsschicht besonders elegant ist, insbesondere dann, wenn keine oder in ihrer Menge nur geringfügige zusätzlichen materiellen Komponenten zur Beschichtung bereitgestellt werden müssen.
Verschiedene Herstellungsverfahren und Strukturen können beim Aufbau der Beschichtung miteinander kombiniert sein oder werden.
Das erfindungsgemäße Wärmeübertragungselement kann als Wärmeübertragerplatte oder Wärmetauscherplatte eines Plattenwärmeübertragers oder Plattenwärmetauschers ausgebildet sein.
Das erfindungsgemäße Wärmeübertragungselement kann auch als Wärmeübertragerkern oder -block oder als Wärmetauscherkern oder -block eines Blockwärmeübertragers oder Blockwärmetauschers ausgebildet sein.
Ferner kann das erfindungsgemäße Wärmeübertragungselement als Wärmeübertragerrohr oder Wärmetauscherrohr eines Rohrwärmeübertragers oder Rohrwärmetauschers ausgebildet sein.
Das erfindungsgemäße Konzept kann also grundsätzlich bei sämtlichen Wärmeübertragern oder Wärmetauschern eingesetzt werden, bei welchen ein oder mehrere Wärmeübertragerelemente oder Wärmetauscherelemente eingesetzt werden, die dem oben näher bezeichneten Prinzip folgen, nämlich an mindestens einem Kontaktbereich oder an einer Kontaktfläche von einem Medium zur Wärmeübertragung, insbesondere von einem Prozessmedium angeströmt zu werden und also mit diesem in mechanischen Kontakt zu geraten, wodurch aufgrund physikalischer und/oder chemischer Wechselwirkung eine Abrasion an einer Oberfläche des Kontaktbereichs oder der Kontaktfläche des Wärmeübertragerelements denkbar ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragungselements für einen Wärmeübertrager geschaffen, bei welchem das Wärmeübertragungselement zur strömungsmäßig getrennten Wärmeübertragung zwischen einem ersten Wärmeübertragungsmedium als Prozessmedium und einem zweiten Wärmeübertragungsmedium als Servicemedium mit einem ersten Kontaktbereich und mit einem zweiten Kontaktbereich zum strömungsmäßig getrennten Kontaktieren mit dem ersten Wärmeübertragungsmedium bzw. mit dem zweiten Wärmeübertragungsmedium ausgebildet wird, bei welchem das Wärmeübertragungselement im Wesentlichen mit oder aus einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe von Materialien ausgebildet wird, die Graphitmaterialien, Graphite und offenporige und nicht gesinterte SiC- oder Siliziumcarbidmaterialien aufweist, und bei welchem mindestens einer der ersten und zweiten Kontaktbereiche ganz oder teilweise mit einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe von Materialien als Beschichtung beschichtet wird, die SiC oder Siliziumcarbidmaterialien, Pyrokohlenstoff, Oxidkeramiken, wie z. B. Chromoxide, Diamant, Carbidoxidmaterialien, Silizidmaterialien, Wolframtitanatmaterialien und deren Derivate und Kombinationen aufweist.
Es kann eine Imprägnierung mit einem Imprägniermaterial mit oder aus einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe ausgebildet werden, die Harzmaterialien, Phenolharzmaterialien und deren Derivate und Kombinationen aufweist.
Die Imprägnierung mit dem Imprägniermaterial kann ganz oder teilweise auf und/oder in der Beschichtung und/oder ganz oder teilweise auf und/oder in dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich ausgebildet werden.
Die Beschichtung kann als CVD-Beschichtung ausgebildet werden.
Die Beschichtung kann auch als CVI-Beschichtung ausgebildet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Beschichtung als chemischer und/oder physikalischer Umwandlungsbereich – insbesondere über einen Vorgang des ganz oder teilweisen chemischen und/oder physikalischen Umwandelns des Materials des ersten und/oder zweiten Kontaktbereichs – ausgebildet werden.
Die Beschichtung kann ferner zusätzlich oder alternativ über einen Vorgang des Plasmaspritzens und/oder Flammenspritzens ausgebildet werden.
Das Wärmeübertragungselement kann als Wärmeübertragerplatte oder Wärmetauscherplatte eines Plattenwärmeübertragers oder Plattenwärmetauschers ausgebildet werden.
Das Wärmeübertragungselement kann auch als Wärmeübertragerkern oder -block oder als Wärmetauscherkern oder -block eines Blockwärmeübertragers oder Blockwärmetauschers ausgebildet werden.
Auch kann das erfindungsgemäße Wärmeübertragungselement als Wärmeübertragerrohr oder Wärmetauscherrohr eines Rohrwärmeübertragers oder Rohrwärmetauschers ausgebildet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch ein Wärmeübertrager geschaffen, bei welchem ein oder mehrere erfindungsgemäße Wärmeübertragungselemente ausgebildet sind oder werden. Darüber hinaus wird gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung auch ein Verfahren zum Nachrüsten eines bereits bestehenden Wärmeübertragers angegeben, bei welchem ein oder mehrere vorhandene und insbesondere herkömmliche Wärmeübertragungselemente durch ein oder mehrere entsprechende erfindungsgemäße Wärmeübertragungselemente ausgetauscht werden und/oder bei welchem ein oder mehrere vorhandene und insbesondere herkömmliche Wärmeübertragungselemente zu erfindungsgemäßen Wärmeübertragungselementen umgewandelt werden, wobei insbesondere gemäß das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wird.
Diese und weitere Aspekte werden beispielhaft auf der Grundlage der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine schematische und perspektivische Explosionsdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers nach Art eines Plattenwärmetauschers unter Verwendung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungselements nach Art einer Wärmetauscherplatte.
2 zeigt in einer schematischen und perspektivischen Seitenansicht ein einzelnes Wärmeübertragungselement der Anordnung aus 1.
3A, B zeigen in schematischer und geschnittener Seitenansicht zwei Zwischenzustände, die bei der Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für ein erfindungsgemäßes Wärmeübertragungselement erreicht werden.
4 ist eine schematische und perspektivische Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers, und zwar nach Art eines Blockwärmetauschers.
5A, B zeigen in schematischer und geschnittener Seitenansicht zwei Zwischenzustände, die bei einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für ein erfindungsgemäßes Wärmeübertragungselement erreicht werden.
6A, B zeigen in schematischer und geschnittener Seitenansicht zwei Zwischenzustände, die bei einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für ein erfindungsgemäßes Wärmeübertragungselement erreicht werden.
7A, B zeigen in schematischer und geschnittener Draufsicht zwei Zwischenzustände, die bei einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für ein erfindungsgemäßes Wärmeübertragungselement erreicht werden.
DETAILBESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschreiben. Sämtliche Ausführungsformen der Erfindung und auch ihre technischen Merkmale und Eigenschaften können einzeln isoliert oder wahlfrei zusammengestellt miteinander beliebig und ohne Einschränkung kombiniert werden.
Strukturell und/oder funktionell gleiche, ähnliche oder gleich wirkende Merkmale oder Elemente werden nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall wird eine detaillierte Beschreibung dieser Merkmale oder Elemente wiederholt.
Zunächst wird auf die Zeichnungen im Allgemeinen Bezug genommen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmeübertragungselement 10, 20 für einen Wärmeübertrager 100, 200, ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragungselements 10, 20 für einen Wärmeübertrager 100, 200, einen Wärmeübertrager 100, 200 als solchen sowie ein Verfahren zum Nachrüsten eines bestehenden Wärmeübertragers, bei welchen durch Vorsehen einer Beschichtung 30 das Auftreten durch Abrasion und/oder Korrosion erzeugter Verunreinigungen in einem oder mehreren Wärmeübertragungsmedien M1, M2 und/oder Korrosion verhindert oder zumindest reduziert sind oder werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft neben dem oben beschriebenen allgemeinen Prinzip auch CVD-beschichteten und imprägnierten Graphit und insbesondere dessen Verwendung zur Ausgestaltung von Wärmeübertragungs- oder Wärmetauscherelementen 10, 20.
Insbesondere in der Feinchemikalien- und Pharmaindustrie werden Wärmeübertrager 100, 200 und Wärmetauscher 100, 200 häufig aus kunstharzimprägniertem Graphit, eingesetzt, um Medien M1, M2 zu kühlen oder aufzuheizen. Dabei kommt es vor, dass Graphitpartikel oder aus der Imprägnierung stammende Partikel, also Harzpartikel, durch das den Wärmeübertrager 100, 200, insbesondere in Form eines Blockwärmetauschers 200, durchströmende Prozessmedium M1 von den Oberflächen 22v oder von den Wandungen 22v der Produktbohrungen 22 abgelöst und/oder korrodiert werden. Diese Partikel sind als Fremdpartikel aufzufassen, denn sie verunreinigen das Endprodukt, so dass im ungünstigen Fall die gesamte Produktionscharge verworfen werden muss.
Um dieses Problem zu vermeiden oder zu umgehen, kann z. B. daran gedacht werden, Wärmetauscher 100, 200 einzusetzen, deren Wärmeübertragungselemente 10, 20 oder Wärmetauscherelemente 10, 20 vollständig aus Siliziumcarbid oder SiC gefertigt sind. Gegenüber aus Graphit bestehenden Wärmetauscherelementen oder Wärmeübertragungselementen hat Siliziumcarbid den Vorteil, dass eine deutlich höhere Abrasions- und/oder Korrosionsbeständigkeit vorliegt und somit praktisch keine Siliziumcarbidpartikel in dem Wärmeübertragungsmedium M1, M2, insbesondere in dem Produktmedium M1 oder in der Produktlösung M1 auftreten.
Nachteilig eines vollständig aus Siliziumcarbid bestehenden Wärmeübertragungselements oder Wärmetauscherelements sind die im Vergleich zu reinem Graphit um ein Vielfaches höheren Material- und Herstellungskosten, so dass in der Regel von dieser Möglichkeit nur in Ausnahmefällen Gebrauch gemacht werden kann. Zudem ist das extrem sprödbrüchige Verhalten von SiC-Keramiken anwendungsbedingt oft nachteilig.
Die vorliegende Erfindung nutzt auch die Erkenntnis, dass man insbesondere Graphitoberflächen über ein CVD-Verfahren, welches insbesondere bei Temperaturen von über 1000°C durchgeführt wird, mit Siliziumcarbid oder SiC beschichten kann, um somit die Abrasions- und/oder Korrosionsbeständigkeit des einem Wärmeübertragungselement 10, 20 zu Grunde liegendem Materials 10', 20', insbesondere also des zu Grunde liegenden Graphitmaterials, zu erhöhen. Dies gilt auch für Substarte wie z. B. CSiC-Material. Hier ist die verminderte Korrosionsbeständigkeit von freiem Kohlenstoff problematisch und steht einem oben beschriebenen Einsatz of entgegen.
Dabei ist von Vorteil, dass einerseits durch das Verwenden z. B. von Siliziumcarbid als Beschichtungsmaterial 30' eine höhere Abrasionsbeständigkeit erreicht wird, andererseits jedoch die Herstellungskosten nicht übermäßig anwachsen, da das zu Grunde liegende Material 10', 20' unverändert ein kostengünstiges Material sein kann, insbesondere ein Graphitmaterial, welches dann an seiner Oberfläche durch die Beschichtung 30 quasi veredelt wird.
Insbesondere bei so genannten Blockwärmetauschern 200 könnte auch daran gedacht werden, dem Wärmetauscherblock 20, insbesondere im Hinblick auf die Produktbohrungen 22, ein Blockelement vorzuschalten, welches vollständig aus einem abrasionsresistenten Material besteht, z. B. aus Siliziumcarbid, und welches aber keine Servicebohrungen 24 für das zweite Wärmeübertragungsmedium M2 enthält. Auf diese Art und Weise wird gewährleistet, dass der erste Kontakt mit dem Prozessmedium M1 von einer abrasionsresistenten Komponente übernommen wird.
Dadurch lassen sich zwar Verunreinigungen in ihrem Ausmaß absenken, jedoch ist das Vorsehen eines derart vollständig aus abrasionsresistentem Material bestehenden Vorblocks ebenfalls kostenintensiv und hat den technischen Nachteil, dass ein Todvolumen vor dem eigentlichen Wärmetauscherprozess eingeführt wird und somit insgesamt die Effektivität einer derartigen Anlage gesenkt wird.
Demgegenüber wird erfindungsgemäß eine verfeinerte Vorgehensweise vorgeschlagen, nämlich die Beschichtung eines oder mehrerer Wärmeübertragungselemente 10, 20 eines Wärmeübertragers 100, 200 mit einem abrasions- und/oder korrosionsresistenten Material 30', und zwar zumindest in den Bereichen oder Teilbereichen, an welchen ein Kontakt mit dem Prozessmedium M1 erfolgt.
Die Erfindung schafft somit eine kostengünstige und ggf. eine mechanisch, gegenüber Sprödbruch, tolerantere Variante zu Wärmetauscherelementen 10, 20, z. B. zu Blockwärmetauschern, die vollständig aus einem abrasions- und/oder korrosionsresistenten Material gefertigt sind. Es kann somit ein kostengünstiges und bisher übliches Material 10', 20' für die Wärmeübertragungselemente 10, 20 verwendet werden, bei welchem dann alle Flächen, die mit dem abrasiven und/oder korrosiven Medium M1, M2 in Kontakt kommen, z. B. die beiden Endflächen 20e und die Produktbohrungen 22 bei einem Blockwärmetauscher 200, mit einer Schicht 30 aus einem abrasions- und/oder korrosionsresistenten Material 30', z. B. aus Siliziumcarbid, geschützt sind und dessen Poren dann vollständig mit einem Kunstharz 40' imprägniert sind, um die Dichtheit des Wärmeübertragungselements 10, 20, insbesondere des Wärmetauscherblocks 20 zu gewährleisten.
Eine auf Kunstharz 40' basierende Imprägnierung 40 oder auch anderweitige Imprägnierung 40 ist oft notwendig, da häufig nicht sichergestellt werden kann, dass jede mit dem Prozessmedium M1 in Berührung kommende Oberfläche des Wärmeübertragungselements 10, 20, insbesondere des Blockwärmetauschers 200, vollständig durch das verwendete abrasions- und/oder korrosionsresistente Material 30', insbesondere durch das Siliziumcarbid, versiegelt ist.
Eine Imprägnierung 40, insbesondere mit Kunstharz 40', muss nach dem Vorgang des Beschichtens mit dem abrasions- und/oder korrosionsresistenten Material erfolgen, da Temperaturen von mehr als 1000°C während des Beschichtungsvorgangs das Material 40' für die Imprägnierung 40 zerstören können.
Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für ein Wärmeübertragungselement 10, 20, insbesondere für einen Wärmetauscherblock 200 oder dergleichen, kann folgende Struktur aufweisen:
Ein fertig bearbeiteter Block 20, z. B. aus Graphit 20' oder dergleichen, wird mit einer Siliziumcarbidbeschichtung 30 auf der Grundlage eines CVD-Verfahrens beschichtet, wobei z. B. die Mantelflächen 20m des Blocks z. B. mit einer Graphitfolie abgedeckt werden können, damit dort keine Beschichtung erfolgt.
Alternativ können die Servicebohrungen 24 nach der Beschichtung mit dem Siliziumcarbidmaterial 30' in den Block 20 eingebracht werden.
Anschließend wird der mit Siliziumcarbid 30' beschichtete Block 20 analog zur Herstellung herkömmlicher Wärmeübertragerblöcke mit einer Imprägnierung 40 ausgebildet, z. B. mit einem Kunstharz 40' imprägniert. Vor der Imprägnierung 40 können die beiden Endflächen 20e des Blocks 20 mit zwei entsprechend großen Metallscheiben abgedeckt werden, wobei eine Dichtung zwischen jeder Blockendfläche 20e und der Metallscheibe den Kontakt des Imprägnierharzes 40' mit den Blockendflächen 20e und den Produktbohrungen 22 verhindert. Das Harz 40' zur Imprägnierung 40 kann über die Mantelflächen 20m und die Servicebohrungen 24 in den Block 20 eindringen. Die Mantelscheiben werden z. B. durch mehrere Zuganker, die durch die Produktbohrungen 22 geführt werden, fixiert und verspannt. Nach der Imprägnierung 40 wird der Block 20 mit den verspannten Metallplatten in den Härteofen gegeben. Das Kunstharz 40' wird gemäß einer Standardprozedur ausgehärtet. Als Endprodukt erhält man einen produktseitig mit Siliziumcarbid beschichteten und in den Produktbohrungen 22 harzfilmfreien Block 20.
Derartige und ähnliche erfindungsgemäße Herstellungsverfahren und erfindungsgemäße Wärmeübertragungselemente 10, 20 haben vielfältige Vorteile gegenüber bekannten Vorgehensweisen:
Der auf die erfindungsgemäße Art und Weise hergestellte Wärmeübertrager 100, 200 oder Wärmetauscher 100, 200, insbesondere Blockwärmetauscher 200, ist resistent gegen abrasive und/oder korrosive Medien und trägt – wie ein gewöhnlicher Wärmeübertrager – zum Wärmetausch zwischen einem Prozessmedium M1 und einem Servicemedium M2 vollständig bei, d. h. ohne dass Todvolumina auftreten.
Weiterhin verhindert die abrasionsresistente Schicht 30 oder Beschichtung 30, insbesondere die SiC-Schicht sowohl die Adsorption von Medien M1, M2 als auch deren anschließende Desorption bei einem Produktwechsel oder bei einem Wechsel des Servicemediums M2. Zudem kann die abrasions- und/oder korrosionsresistente Schicht 30 oder die SiC-Schicht 30 jeden Abrieb bzw. Anfall von Graphitpartikeln oder Harzpartikeln im Prozessmedium M1 und somit in der Produktlösung und/oder Korrosion verhindern.
In vorteilhafter Weise können Substratmaterial 10', 20' – also z. B. der Graphit 10', 20' – und Beschichtungsmaterial 30' hinsichtlich ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten abgestimmt werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann nämlich das Verhältnis der Wärmeausdehnungskoeffizienten des Substratmaterials 10', 20', insbesondere des Graphitsubstrats 10', 20', und des Beschichtungsmaterials 30' und/oder Imprägniermaterials 40' – insbesondere des CVD-SiC – z. B. so gewählt und eingestellt werden, dass diese – besonders bei der höchsten Prozesstemperatur – möglichst Werte im Bereich zwischen etwa 1,2 bis etwa 0,8, bevorzugt im Bereich zwischen etwa 1,1 und etwa 0,9 und besonders bevorzugt im Bereich zwischen etwa 1,05 bis 0,95 aufweisen. Idealerweise sind die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Materialpaarungen identisch.
Überraschender Weise hat sich gezeigt, dass Schichtdicken von unter 5 μm bereits abrassionsfest und korrosionsfest sind. Partikel werden erfolgreich zurückgehalten, Korrosion des Substrats wird verhindert, die Oberflächenhärte wird extrem gesteigert. Idealerweise werden also Schichtdicken zwischen 5 und 1000 μm aufgebracht, bevorzugt zwischen 20 und 400 μm und besonders bevorzugt zwischen 50 und 200 μm aufgebracht.
Bevorzugte Prozesstemperaturen liegen dabei insbesondere im Bereich zwischen etwa 1.200°C und etwa 2.400°C, je nach angewandtem Beschichtungsverfahren, insbesondere CVD-Verfahren.
Erstaunlicherweise können durch derart geschickt gewählte Materialpaarungen hinsichtlich deren thermischer Ausdehnung absolut rissfrei Beschichtungen erzielt werden, so dass ggf. ganz auf eine Abdichtung z. B. durch Harze verzichtet werden kann.
Derartig gefertigte Oberflächen weisen neben einer hohen Verschleißfestigkeit eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf, die insbesondere der von einem SiC, alpha-SiC oder α-SiC gleichkommt.
Nun wird im Detail auf die Zeichnungen Bezug genommen.
1 zeigt in schematischer und perspektivischer Explosionsdarstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 100 in Form eines so genannten Plattenwärmeübertragers 100' oder Plattenwärmetauschers 100, der gebildet wird von einer Anordnung 110 nach Art eines Stapels einer Mehrzahl von als Wärmeübertragerplatten 10 oder Wärmetauscherplatten 10 ausgebildeten erfindungsgemäßen Wärmeübertragerelementen 10 oder Wärmetauscherelementen 10.
Die Pfeile deuten die Zu- und Abflüsse der ersten und zweiten Wärmeübertragungsmedien M1 und M2 an, die alternierend in den Zwischenräumen R1, ..., Rn als Strömungsräume strömen, wobei entsprechende Dichtungseinrichtungen zwischen den aufeinander folgenden Wärmeübertragerelementen 10 vorgesehen sind (hier nicht explizit dargestellt), um eine Durchmischung der ersten und zweiten Wärmeübertragungsmedien M1 bzw. M2 miteinander zu verhindern.
2 zeigt in schematischer und perspektivischer Seitenansicht ein einzelnes Wärmeübertragungselement 10 in Form einer Wärmeübertragerplatte 10 aus der Anordnung der 1. Dieses Wärmeübertragungselement 10 in Plattenform besteht im Wesentlichen aus einem Grundmaterial 10', z. B. aus einem Graphitmaterial, und weist eine Oberseite 100 oder Vorderseite 100 und eine Rückseite 10u oder Unterseite 10u auf. Die Vorderseite 100 und die Rückseite 10u können mit entsprechenden Fließkanälen in der Oberfläche des zu Grunde liegenden Materials 10' der Platte 10 ausgebildet sein, um den mechanischen Kontakt und damit den Wärmeübertrag zwischen den beiden Seiten 100 und 10u der Platte 10 zu intensivieren. Diese Fließ- oder Strömungskanäle sind hier nicht explizit dargestellt und bilden eine Art Relief auf der Oberseite 100 oder Unterseite 10u der Platte 10.
Die 3A und 3B zeigen verschiedene Herstellungsstadien für das in 2 dargestellte Wärmeübertragungselement 10 in Plattenform.
In der 3A ist praktisch der Rohling für das Wärmeübertragungselement 10 in Plattenform angedeutet. Das bedeutet, dass die Platte 10 im Wesentlichen aus einem z. B. herkömmlichen Material 10', z. B. aus einem Graphitmaterial, als Plattensubstrat 10' besteht. Angedeutet sind auch die Oberseite 100 und die Unterseite 10u der Platte 10.
Im Übergang zu der Darstellung der 3B wird dann zumindest auf der Oberseite 100 und der Unterseite 10u eine Beschichtung 30 aus einem abrasionsresistenten Material 30' ausgebildet.
Häufig ist es ausreichend, dass diejenige Seite – also entweder die Oberseite 100 oder sie Unterseite 10u – mit dem abrasionsresistenten Material 30' als Beschichtung 30 ausgebildet wird, welche mit dem eigentlichen Prozessmedium, z. B. dem Wärmeübertragungsmedium M1, in Kontakt gerät, welches als Produkt nicht verunreinigt werden darf. Ob das Servicemedium, also z. B. das zweite Wärmeübertragungsmedium M2, verunreinigt wird oder nicht, ist häufig zweitrangig. Daher ist die Seite – in den 3A und 3B die Unterseite 10u – oft nur optional mit der Beschichtung 30 auszubilden, diese ist in der 3B gestrichelt angedeutet.
Die 4 zeigt in schematischer und perspektivischer Seitenansicht eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 200 oder Wärmetauschers 200, nämlich in Form eines Blockwärmetauschers 200' mit einem kreiszylindrisch ausgebildeten Wärmeübertragerkern oder Wärmetauscherkern 20 aus einem Material 20', welcher parallel zur Symmetrieachse, also in Z-Richtung erste, senkrechte oder vertikale Bohrungen 22 oder Prozessbohrungen 22 für das erste Wärmeübertragungsmedium M1 oder Prozessmedium M1 sowie senkrecht dazu zweite oder horizontale Bohrungen 24 oder Servicebohrungen 24 für das zweite Wärmeübertragungsmedium M2 oder Servicemedium M2 aufweist.
Die Bohrungen 22 und 24 kommunizieren miteinander nicht, so dass keine Durchmischung der ersten und zweiten Wärmeübertragungsmedien M1 und M2 stattfinden kann. Zur lateralen und vertikalen Begrenzung und zur Steuerung der Flüsse der ersten und zweiten Wärmeübertragungsmedien M1 und M2 ist ein Leitscheibenrahmen 50, 60 mit einer Anordnung mehrerer Leitscheiben 50, die in entsprechenden Leisten 60 eingespannt sind, vorgesehen. Dargestellt sind noch die Mantelfläche 20m und die Endflächen 20e des als Block ausgebildeten Wärmeübertragungselements 20 sowie die Flächen 20v, 20h oder Innenflächen 20v, 20h der vertikalen bzw. der horizontalen Kanäle oder Bohrungen 22 bzw. 24.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können bei einem blockartig ausgebildeten Wärmeübertragungselement 20 gemäß 4 einerseits die Endflächen 20e, die Mantelfläche 20m, aber auch gerade die Innenflächen 20v und 20h der ersten bzw. zweiten Bohrungen 22 bzw. 24 für das Prozessmedium M1 bzw. das Servicemedium M2 mit einer entsprechenden Beschichtung 30 mit einem abrasionsresistenten Beschichtungsmaterial 30' ausgebildet sein.
Dies ist in den 5A bis 7B noch einmal im Rahmen zweier aufeinander folgender Prozessschritte in schematischer und geschnittener Seitenansicht bzw. in schematischer Draufsicht dargestellt.
Die 5A und 5B zeigen einen Schnitt der Anordnung aus 4 für ein blockartig ausgebildetes Wärmeübertragungselement 20, wobei hier ausschließlich die vertikalen Bohrungen 22 parallel zur Z-Richtung dargestellt sind, die z. B. dem Transport des Prozessmediums M1 oder ersten Wärmeübertragungsmediums M1 dienen und Innenflächen 20v aufweisen.
Das Grundmaterial 20' dieses Wärmeübertragungselements 20 kann ein herkömmliches Material 20' sein. Im Übergang zu dem in 5B gezeigten Zwischenzustand werden dann die Endflächen 20e des als Block ausgebildeten Wärmeübertragungselements 20 und die Innenflächen 20v oder Innenseiten 20v der vertikalen Bohrungen 22 oder vertikalen Strömungskanäle 22 mit einer Beschichtung 30 mit oder aus dem Beschichtungsmaterial 30' ausgebildet. Dabei ergibt sich gegebenenfalls auch an der Endfläche 20e eine entsprechende Beschichtung 30.
Gegebenenfalls wird der Querschnitt der vertikalen Bohrungen 22 leicht eingeschränkt, wobei jedoch die Darstellung in den 5A bis 7B nicht maßstabsgetreu ist; die tatsächliche Verringerung der lichten Weite der Bohrungen 22 und 24 mit den Innenflächen 20v und 20h wird nur geringfügig eingeschränkt.
Entsprechendes gilt bei einer Beschichtung, die die Mantelfläche 20m und die Innenflächen 20h oder Innenseiten 20h der horizontalen Bohrungen 24 betreffen, wie dies in den 6A und 6B analog zu den 5A und 5B dargestellt ist.
Die 7A und 7B eine Draufsicht auf die Anordnung des Blockwärmetauschers 200' der 4 bis 6B entgegen der Z-Richtung, also direkt auf die obere Endfläche 20e des zu Grunde liegenden Zylinders.
Auch bei Rohrwärmeübertragern, die hier nicht grafisch dargestellt sind, ist eine derartige Beschichtung 30 an der Innenseite und/oder an der Außenseite eines jeweiligen Wärmeübertragerrohrs denkbar.
Bezugszeichenliste

10: Wärmeübertragungselement, Wärmetauscherelement, Wärmeübertragerplatte, Wärmetauscherplatte
10': Material des Wärmeübertragerelements
10o: Oberseite, Vorderseite
10u: Unterseite, Rückseite
20: Wärmeübertragungselement, Wärmetauscherelement, Wärmeübertragerkern, Wärmetauscherkern
20': Material des Wärmeübertragerelements
20e: Endfläche
20h: Fläche der horizontalen oder Servicebohrung 24
20m: Mantelfläche
20v: Fläche oder Innenseite der vertikalen oder Prozessbohrung 22
22: vertikale Bohrung, Prozessbohrung, Bohrung für das erste Wärmeübertragungs- oder Prozessmedium
24: horizontale Bohrung, Servicebohrung, Bohrung für das zweite Wärmeübertragungsmedium oder Servicemedium
30: Beschichtung
30': Beschichtungsmaterial
40: Imprägnierung
40': Imprägniermaterial
50: Leitscheibe für Blockwärmerauscher 200'
60: Leiste/Rahmen für Leitscheibe 50 für Blockwärmetauscher 200'
100: Wärmeübertrager, Wärmetauscher,
100': Plattenwärmeübertrager, Plattenwärmetauscher
110: Anordnung/Stapel einer Mehrzahl Wärmeübertragerelemente/Wärmeübertragerplatten 10
200: Wärmeübertrager, Wärmetauscher
200': Blockwärmeübertrager, Blockwärmetauscher
M1: erstes Wärmeübertragungsmedium, Prozessmedium, Produktmedium
M2: zweites Wärmeübertragungsmedium, Servicemedium
Rj: Zwischenraum, Strömungsraum, j = 1, ..., n

Claims

Wärmeübertragungselement (10, 20) für einen Wärmeübertrager (100, 200), welches zur strömungsmäßig getrennten Wärmeübertragung zwischen einem ersten Wärmeübertragungsmedium (M1) als Prozessmedium (M1) und einem zweiten Wärmeübertragungsmedium (M2) als Servicemedium (M2) einen ersten Kontaktbereich (100; 20e, 20v) und einen zweiten Kontaktbereich (10u; 20h, 20m) zum strömungsmäßig getrennten Kontakt mit dem ersten Wärmeübertragungsmedium (M1) bzw. mit dem zweiten Wärmeübertragungsmedium (M2) aufweist, welches im Wesentlichen mit oder aus einem oder mehreren Materialien (10', 20') aus der Gruppe von Materialien ausgebildet ist, die Graphitmaterialien, Graphite und offenporige und nicht gesinterte SiC- oder Siliziumcarbidmaterialien aufweist, und bei welchem mindestens einer der ersten und zweiten Kontaktbereiche (100; 20e, 20v, 20u, 20h, 20m) teilweise oder vollständig mit einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe von Materialien (30') als Beschichtung (30) beschichtet ist, die SiC oder Siliziumcarbidmaterialien, Carbidoxidmaterialien, Silizidmaterialien, Wolframtitanatmaterialien, Oxidmaterialen, Pyrokohlenstoff, Diamant, und deren Derivate und Kombinationen aufweist.
Wärmeübertragungselement (10, 20) nach Anspruch 1, bei welchem eine Imprägnierung (40) mit einem Imprägniermaterial (40') mit oder aus einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe ausgebildet ist, die Harzmaterialien, Phenolharzmaterialien und deren Derivate und Kombinationen aufweist.
Wärmeübertragungselement (10, 20) nach Anspruch 2, bei welchem die Imprägnierung (40) mit dem Imprägniermaterial (40') ganz oder teilweise auf und/oder in der Beschichtung (30) und/oder ganz oder teilweise auf und/oder in dem ersten Kontaktbereich (100; 20e, 20v) und dem zweiten Kontaktbereich (10u; 20h, 20m) ausgebildet ist.
Wärmeübertragungselement (10, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Beschichtung (30) als CVD-Beschichtung ausgebildet ist.
Wärmeübertragungselement (10, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Beschichtung (30) als chemischer und/oder physikalischer Umwandlungsbereich – insbesondere über einen Vorgang des ganz oder teilweisen chemischen und/oder physikalischen Umwandelns des Materials (10', 20') des ersten und/oder zweiten Kontaktbereichs (100, 10u; 20v, 20h, 20m) – ausgebildet ist.
Wärmeübertragungselement (10, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Beschichtung (30) über einen Vorgang des Plasmaspritzens und/oder Flammenspritzens ausgebildet ist.
Wärmeübertragungselement (10, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, welches als Wärmeübertragerplatte (10) oder Wärmetauscherplatte (10) eines Plattenwärmeübertragers (100) oder Plattenwärmetauschers (100) ausgebildet ist.
Wärmeübertragungselement (10, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, welches als Wärmeübertragerkern (20) oder Wärmetauscherkern (20) eines Blockwärmeübertragers (200) oder Blockwärmetauschers (200) ausgebildet ist.
Wärmeübertragungselement (10, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, welches als Wärmeübertragerrohr oder Wärmetauscherrohr eines Rohrwärmeübertragers oder Rohrwärmetauschers ausgebildet ist.
Wärmeübertragungselement (10, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem das Material (10', 20') des Wärmeübertragungselements (10, 20) und das Material (30') der Beschichtung (30) so aufeinander abgestimmt gewählt sind, dass das Verhältnis der Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials 10', 20') des Wärmeübertragungselements (10, 20), insbesondere eines Graphitsubstrats (10', 20'), und des Materials (30') der Beschichtung (30) – insbesondere eines CVD-SiC-Material (30') – und/oder eines Imprägniermaterials (40') einen Wert im Bereich zwischen etwa 1,2 bis etwa 0,8, bevorzugt im Bereich zwischen etwa 1,1 und etwa 0,9 und besonders bevorzugt im Bereich zwischen etwa 1,05 bis etwa 0,95 aufweist, insbesondere in einem Temperaturbereich von etwa 1.200°C bis etwa 2.400°C oder einem Teilbereich davon.
Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragungselements (10, 20) für einen Wärmeübertrager (100, 200), bei welchem das Wärmeübertragungselement (10, 20) zur strömungsmäßig getrennten Wärmeübertragung zwischen einem ersten Wärmeübertragungsmedium (M1) als Prozessmedium (M1) und einem zweiten Wärmeübertragungsmedium (M2) als Servicemedium (M2) mit einem ersten Kontaktbereich (100; 20e, 20v) und mit einem zweiten Kontaktbereich (10u; 20h, 20m) zum strömungsmäßig getrennten Kontaktieren mit dem ersten Wärmeübertragungsmedium (M1) bzw. mit dem zweiten Wärmeübertragungsmedium (M2) ausgebildet wird, bei welchem das Wärmeübertragungselement (10, 20) im Wesentlichen mit oder aus einem oder mehreren Materialien (10', 20') aus der Gruppe von Materialien ausgebildet wird, die Graphitmaterialien, Graphite und offenporige und nicht gesinterte SiC- oder Siliziumcarbidmaterialien aufweist, und bei welchem mindestens einer der ersten und zweiten Kontaktbereiche (100; 20e, 20v, 20u, 20h, 20m) ganz oder teilweise mit einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe von Materialien (30') als Beschichtung (30) beschichtet wird, die SiC oder Siliziumcarbidmaterialien, Carbidoxidmaterialien, Silizidmaterialien, Wolframtitanatmaterialien und deren Derivate und Kombinationen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem eine Imprägnierung (40) mit einem Imprägniermaterial (40') mit oder aus einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe ausgebildet wird, die Harzmaterialien, Phenolharzmaterialien und deren Derivate und Kombinationen aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 oder 12, bei welchem die Imprägnierung (40) mit dem Imprägniermaterial (40') ganz oder teilweise auf und/oder in der Beschichtung (30) und/oder ganz oder teilweise auf und/oder in dem ersten Kontaktbereich (100; 20e, 20v) und dem zweiten Kontaktbereich (10u; 20h, 20m) ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 13, bei welchem die Beschichtung (30) als CVD-Beschichtung ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 14, bei welchem die Beschichtung (30) als chemischer und/oder physikalischer Umwandlungsbereich – insbesondere über einen Vorgang des ganz oder teilweisen chemischen und/oder physikalischen Umwandelns des Materials (10', 20') des ersten und/oder zweiten Kontaktbereichs (100, 10u; 20v, 20h, 20m) – ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 15, bei welchem die Beschichtung (30) über einen Vorgang des Plasmaspritzens und/oder Flammenspritzens ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 16, bei welchem das Wärmeübertragungselement (10, 20) als Wärmeübertragerplatte (10) oder Wärmetauscherplatte (10) eines Plattenwärmeübertragers (100) oder Plattenwärmetauschers (100) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 16, bei welchem das Wärmeübertragungselement (10, 20) als Wärmeübertragerkern (20) oder Wärmetauscherkern (20) eines Blockwärmeübertragers (200) oder Blockwärmetauschers (200) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 16, bei welchem das Wärmeübertragungselement (10, 20) als Wärmeübertragerrohr oder Wärmetauscherrohr eines Rohrwärmeübertragers oder Rohrwärmetauschers ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 19, bei welchem das Material (10', 20') des Wärmeübertragungselements (10, 20) und das Material (30') der Beschichtung (30) so aufeinander abgestimmt gewählt sind oder werden, dass das Verhältnis der Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials 10', 20') des Wärmeübertragungselements (10, 20), insbesondere eines Graphitsubstrats (10', 20'), und des Materials (30') der Beschichtung (30) – insbesondere eines CVD-SiC-Material (30') – und/oder eines Imprägniermaterials (40') einen Wert im Bereich zwischen etwa 1,2 bis etwa 0,8, bevorzugt im Bereich zwischen etwa 1,1 und etwa 0,9 und besonders bevorzugt im Bereich zwischen etwa 1,05 bis etwa 0,95 aufweist, insbesondere in einem Temperaturbereich von etwa 1.200°C bis etwa 2.400°C oder einem Teilbereich davon.
Wärmeübertrager (100, 200), bei welchem ein oder mehrere Wärmeübertragungselemente (10, 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet sind.
Verfahren zum Nachrüsten eines Wärmeübertragers (100, 200), bei welchem ein oder mehrere vorhandene Wärmeübertragungselemente durch ein oder mehrere entsprechende Wärmeübertragungselemente (10, 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgetauscht werden und/oder bei welchem ein oder mehrere vorhandene Wärmeübertragungselemente zu Wärmeübertragungselementen (10, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 10 umgewandelt werden, insbesondere gemäß einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 20.