DE19717931C1 - Wärmetauscher für Einsatzbereiche bei Temperaturen größer 200 DEG C bis 1.600 DEG C und/oder korrosiven Medien - Google Patents

Wärmetauscher für Einsatzbereiche bei Temperaturen größer 200 DEG C bis 1.600 DEG C und/oder korrosiven Medien

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Description

Die Erfindung betrifft einen Hochtemperatur-Wärmetauscher für den Einsatz bei Temperaturen von 200-1600°C und/oder korrosiven Medien, insbesondere in oxidie­ renden Säuren.
Bei den bisher bekannten Wärmetauschern ist die Einsatztemperatur auf ca. 800°C begrenzt wobei dabei der Wirkungsgrad aufgrund von wassergekühlten Systemen entsprechend niedrig ist bzw. entsprechend große Austauschflächen notwendig sind. Des weiteren ist der Einsatz von Wärmetauschern in korrosiven oxidierenden Medien bei Temperaturen über 200°C nicht möglich gewesen.
Hintergrund für die Entwicklung von HT-Wärmetauschern ist einerseits die Errich­ tung von kleinen thermischen Verbrennungsanlagen mit einem minimalen Apparate- und Kostenaufwand bei gleichzeitigem maximalen energetischen Wirkungsgrad als auch der Einsatz von Wärmetauschern in der chemischen Industrie.
Aufgabe der Erfindung ist es, den energetischen Wirkungsgrad von thermischen Verbrennungsprozessen im Hinblick auf die Wärmenutzung erheblich zu verbessern und gleichzeitig die Baugröße der Apparate stark zu verringern, sowie der Einsatz von Wärmetauschern in korrosiven Medien auch bei niedrigen Temperaturen zu ermöglichen.
Gemäß der Erfindung wird dies durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die entscheidenden Vorteile des erfindungsgemäßen HT-Wärmetauschers aus faserverstärkter Keramik (C/SiC: Kohlenstoffaserverstärktes Siliciumcarbid, C/C: Kohlenstoffaserverstärktes Kohlenstoff SiC/SiC: Siliciumcarbidfaserverstärktes Siliciumcarbid) sind u. a.:
  • - Hochtemperaturbeständigkeit und HT-Festigkeit bis 1600°C an Luft und bis 2000°C in sauerstoffarmer Atmosphäre
  • - Chemische Beständigkeit auch bei hohen Temperaturen gegenüber chemisch aggressiven Medien (alle Säuren und Laugen etc.)
  • - Der keramische Werkstoff ist gas- und flüssigdicht
  • - Hohe Wärmeleitfähigkeit und damit verbunden eine ausgezeichnete Temperatur­ homogenität
  • - Geringe Dichte
  • - niedrigere Betriebskosten durch höheren energetischen Wirkungsgrad.
Darüber hinaus können die Temperatur- und die Temperaturwechselbeständigkeit, die chemische Resistenz, die Wärmeleitfähigkeit und die Festigkeit gezielt über die Auswahl der Rohstoffe (Art, Länge, Orientierung und Menge der Fasern bzw. Art und Menge der Harzbindemittel) und/oder die Art der Formgebungsprozesse (Pressen, Wickeln, Laminieren u. a.) der faserverstärkten Rohstrukturen und/oder die Quantität bzw. Qualität der thermischen Infiltrations-Verdichtungsprozesse eingestellt werden.
Die einzelnen Wärmetauscherelemente wie Rohre, Kopfplatten etc. werden im "Grünzustand" in relativ kleinen Einzelbauteilen gefertigt und erst anschließend zu dem endgültigen Bauteil keramisch verbunden und/oder geklebt, so daß eine mono­ lithische Struktur entsteht. Diese Verarbeitungsmethode ermöglicht auch eine Mini­ mierung bei den Herstellungskosten. Es ist aber auch bei sehr komplexen Bauteilen möglich, die keramischen Einzelbauteile nach der Infiltration zu dem endgültigen Gesamtbauteil mit einem Keramikkleber zu verbinden. Aufgrund dieser Fertigungs­ methode ist es sichergestellt, daß die Wärmetauscher an den Fügestellen dicht sind.
Durch diese gas- und flüssigkeitsdichte Fügetechnik mit dem Keramikkleber ist es möglich, z. B. einzelne defekte Rohre eines Rohrbündelwärmetauschers auszutau­ schen, ohne das gesamte Rohrbündel demontieren zu müssen. Dies senkt die Wartungskosten einzelner Apparate drastisch.
Durch die hohe Designflexibilität des Verbundwerkstoffes können nahezu alle Bau­ teilformen nach den Erfordernissen der Einbausituation gestaltet und gefertigt wer­ den.

Claims (5)

1. Hochtemperatur-Wärmetauscher für den Einsatz bei Temperaturen von 200-1600°C und/ oder in korrosiven Medien, insbesondere in oxidierenden Säuren, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Einzelbauteile aus faser­ verstärkter Keramik (C/SiC oder SiC/SiC) hergestellt werden.
2. Hochtemperatur-Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher sowohl als Rohrbündel-, Plattenwärmetauscher, Flüssig/Flüssig-, Gas/Flüssig- Gas/Gas-Wär­ metauscher oder in jeder anderen beliebigen Bauform hergestellt wer­ den kann.
3. Hochtemperatur-Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelbauteile keramisch miteinander ver­ bunden werden (siliziert) und dadurch das Gesamtbauteil eine monolithische Struktur aufweist, die gas- und flüssigkeitsdicht ist.
4. Hochtemperatur-Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelbauteile nach der Silizierung mit ei­ nem Keramikkleber zusammengefügt werden.
5. Hochtemperatur-Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauform den jeweiligen Prozess- und Ein­ baubedingungen hinsichtlich der Gestaltung der Einzelelemente genau an­ gepaßt werden kann.
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