EP2588829A1 - Wärmeübertragungselement für einen wärmeübertrager, verfahren zum herstellen eines wärmeübertragungselements für einen wärmeübertrager, wärmeübertrager und nachrüstverfahren für einen wärmeübertrager - Google Patents

Wärmeübertragungselement für einen wärmeübertrager, verfahren zum herstellen eines wärmeübertragungselements für einen wärmeübertrager, wärmeübertrager und nachrüstverfahren für einen wärmeübertrager

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EP2588829A1
EP2588829A1 EP11725423.5A EP11725423A EP2588829A1 EP 2588829 A1 EP2588829 A1 EP 2588829A1 EP 11725423 A EP11725423 A EP 11725423A EP 2588829 A1 EP2588829 A1 EP 2588829A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat transfer
heat exchanger
materials
coating
transfer element
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11725423.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marcus Franz
Klaus-Peter Brehler
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SGL Carbon SE
Original Assignee
SGL Carbon SE
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 SGL Carbon SE filed Critical SGL Carbon SE
Publication of EP2588829A1 publication Critical patent/EP2588829A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • F28F21/02—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of carbon, e.g. graphite
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F7/00—Elements not covered by group F28F1/00, F28F3/00 or F28F5/00
    • F28F7/02—Blocks traversed by passages for heat-exchange media
    • 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
    • Y10T29/49716—Converting

Definitions

  • HEAT TRANSFER ELEMENT FOR A HEAT TRANSMITTER METHOD FOR CREATING A HEAT TRANSFER ELEMENT FOR A HEAT TRANSFER, THERMAL TRANSMITTER, AND AFTER REFRIGERATION METHOD FOR A HEAT TRANSFER
  • the present invention relates to a heat transfer element for a heat exchanger, a method for producing a heat transfer element for a heat exchanger, a heat exchanger itself, namely using the heat transfer element according to the invention, and a retrofitting method for a heat exchanger.
  • the present invention also relates in particular to CVD-coated and impregnated graphite which is used in particular for a heat transfer element or heat exchanger element, in particular in a core for a block heat exchanger.
  • heat exchangers or heat exchangers are used, which have at least one heat transfer element or heat exchanger element, which in turn is the actual process medium to be heated or cooled and at least one further medium which provides or dissipates the amount of heat and which is often referred to as a service medium is flown, at respective contact surfaces or contact areas, with heat introduced into one of the contact areas or in one of the contact surfaces, via a heat conduction mechanism of the heat transfer element to another contact surface or transferred to another contact area and then released from this to the other medium.
  • heat transfer elements which consist essentially of a graphite material which is impregnated with a resin material at the contact surface in contact with a respective medium, e.g. to restrict or even prevent penetration of the respective medium into the porous complex of the material underlying the heat transfer element.
  • the invention is based on the object of specifying a heat transfer element for a heat exchanger, a production method for a heat transfer element for a heat exchanger, a heat exchanger itself and a retrofitting method for a heat exchanger, in which a contamination of or in a particularly simple yet reliable manner the heat transfer media by material of the underlying heat transfer element and corrosion of the material or the heat transfer elements and a contamination of the or the heat transfer fluids can be reduced or even prevented with corroded material.
  • the object underlying the invention is a heat transfer element according to the invention with the features of claim 1, in a method for producing a heat transfer element according to the invention with the features of claim 1 1, in a heat exchanger according to the invention with the features of claim 21 and in a method for retrofitting a heat exchanger according to the invention with the features of claim 22 solved.
  • Advantageous developments are defined in the subclaims.
  • a novel heat transfer element for a heat exchanger which for flow-separated heat transfer between a first heat transfer medium as a process medium and a second heat transfer medium as a service medium, a first contact area and a second contact area for fluidly separated contact with the first heat transfer medium or with the second heat transfer medium formed substantially with or from one or more materials from the group of materials comprising graphite materials, graphites, and open cell and non-sintered SiC or silicon carbide materials, and wherein at least one of the first and second contact regions are partially or completely coated with one or more materials from the group of materials as a coating comprising SiC or silicon carbide rubber erialia, Carbidoxidmaterialien, Silizidmate- materials, tungsten titanate ien and their derivatives and combinations.
  • the first and second heat transfer media fluids are possible, e.g. as liquids, gases, gelatinous or pasty media, foams, sludges and their combinations and mixtures
  • the likelihood of detachment and / or corroding of material, which is at least at one of the first and second contact areas or contact surfaces of the heat transfer element, the heat transfer element underlying material with a particularly resistant or abrasion resistant coating is formed, even if that is the heat transfer element based LIEgende material of a graphite material or an open-pored and / or non-sintered SiC or Siliziumcarbidmaterial is formed.
  • An impregnation with an impregnating material may be formed with or from one or more materials from the group comprising resin materials, phenolic resin materials and their derivatives, and combinations.
  • the impregnation with the impregnating material serves in particular to avoid too deep penetration and in particular penetration of the material lying on the heat transfer element with one of the heat transfer media whose remaining material is thereby mixed, even if only in the long term, with each other and / or to reduce or prevent contamination in a media change.
  • the impregnation with the impregnating material may be wholly or partly formed on and / or in the coating and / or completely or partially on and / or in the first contact region and the second contact region. Since the coating to avoid contamination, for example by abrasion or the like, the material underlying the heat transfer element anyway at least partially, if not completely, seals, there closes pores, it is particularly advantageous if an intended impregnation on or in the coating for Avoidance of contamination is or will be formed. This also offers procedural advantages, because in the processing of the coating on the material underlying the heat transfer material does not have to take into account thermal boundary conditions of the material of the impregnation. For example, in the production of high temperature steps be driven without damage or decomposition of the impregnating material is to be expected, since this can then be in retrospect, so after the high-temperature step or introduced.
  • the coating may be formed as a CVD coating.
  • the coating may be formed as a chemical and / or physical conversion region, in particular via a process of wholly or partially chemical and / or physical conversion of the material of the first and / or second contact region.
  • the coating may also be alternatively or additionally formed via a process of plasma spraying and / or flame spraying.
  • the formation of a solid layer on the so-called remplissigigsil izi für, both in the dipping process as well as in the evaporation process and in the wicking process, has already been successfully tested.
  • coating material or coating materials different coating mechanisms and corresponding methods of production may be used, however, forming the coating as a chemical and / or physical conversion layer is particularly elegant, especially if none or in their amount only minor additional material components for coating must be provided.
  • the heat transfer element according to the invention can be designed as a heat transfer plate or heat exchanger plate of a plate heat exchanger or plate heat exchanger.
  • the heat transfer element according to the invention can also be designed as a heat transfer core or block or as a heat exchanger core or block of a block heat exchanger or block heat exchanger.
  • the heat transfer element according to the invention can be designed as a heat exchanger tube or heat exchanger tube of a tube heat exchanger or tube heat exchanger.
  • the inventive concept can therefore be used in principle in all heat exchangers or heat exchangers, in which one or more heat transfer elements or heat exchanger elements are used, which follow the above-described principle, namely at least one contact area or at a contact surface of a medium for heat transfer, in particular To be flown to a process med ium and thus come into mechanical contact with this, which due to physical and / or chemical interaction abrasion on a surface of the contact region or the contact surface of the heat transfer element is conceivable.
  • a method of manufacturing a heat transfer element for a heat exchanger wherein the heat transfer element for flow separated heat transfer between a first heat transfer medium as the process medium and a second heat transfer medium as a service medium with a first contact area and with a second contact area to the flow is formed with the first heat transfer medium or with the second heat transfer medium, wherein the heat transfer element substantially with or from one or more materials from the group p is formed of materials comprising graphite materials, graphites, and open-cell and non-sintered SiC or silicon carbide materials, and in which at least one of the first and second contact regions is wholly or partially coated with one or more materials from the group of materials as a coating SiC or Siliziumcarbidmaterial ien, pyrocarbon, oxide ceramics, such as chromium oxides, diamond, Carbidoxidmaterialien, silicide, tungsten titanate materials and their derivatives and combinations.
  • An impregnation with an impregnating material may be formed with or from one or more of the group consisting of resin materials, phenolic resin materials and their derivatives and combinations.
  • the impregnation with the impregnating material may be wholly or partly formed on and / or in the coating and / or completely or partially on and / or in the first contact region and the second contact region.
  • the coating can be formed as a CVD coating.
  • the coating can also be formed as a CVI coating.
  • the coating may be formed as a chemical and / or physical conversion region, in particular via a process of wholly or partly chemical and / or physical conversion of the material of the first and / or second contact region.
  • the coating may also be additionally or alternatively formed via a process of plasma spraying and / or flame spraying.
  • the heat transfer element may be formed as a heat exchanger plate or heat exchanger plate of a plate heat exchanger or Plattenarnarnne (2004).
  • the heat transfer element can also be designed as a heat transfer core or block or as a heat exchanger core or block of a block heat exchanger or block heat exchanger.
  • the heat transfer element according to the invention can be formed as a heat exchanger tube or heat exchanger tube of a Rohr Hopkinsschreibers or tube heat exchanger.
  • a heat exchanger in which one or more heat transfer elements according to the invention are or are formed.
  • a method for retrofitting an existing heat exchanger in which one or more existing and in particular conventional heat transfer elements are replaced by one or more corresponding heat transfer elements according to the invention and / or in which one or more existing and In particular, conventional heat transfer elements are converted to heat transfer elements according to the invention, in particular according to the inventive method is used.
  • Fig. 1 is a schematic and exploded perspective view of one embodiment of a plate heat exchanger type heat exchanger according to the present invention using FIG an embodiment of the heat transfer element according to the invention in the manner of a heat exchanger plate.
  • FIG. 2 shows, in a schematic and perspective side view, a single heat transfer element of the arrangement from FIG. 1 .
  • Fig. 3A, B show a schematic and sectional side view of two
  • Fig. 4 is a schematic and perspective side view of another embodiment of a heat exchanger according to the invention, in the manner of a block heat exchanger.
  • Fig. 5A, B show a schematic and sectional side view of two
  • Fig. 6A, B show a schematic and sectional side view of two
  • Fig. 7A, B show, in a schematic and sectional plan view, two intermediate states which are achieved in a further embodiment of a production method according to the invention for a heat transfer element according to the invention.
  • the present invention relates to a heat transfer element 1 0, 20 for a heat exchanger 1 00, 200, a method for producing a heat transfer element 1 0, 20 for a heat exchanger 1 00, 200, a heat exchanger 1 00, 200 as such and a method for retrofitting a existing heat exchanger, in which by providing a coating 30, the occurrence by abrasion and / or corrosion of generated impurities in one or more heat transfer media M 1, M2 and / or corrosion is prevented or at least reduced or become.
  • the present invention also relates to CVD-coated and impregnated graphite and in particular to its use for the design of heat transfer or heat exchanger elements 10, 20.
  • heat exchangers 100, 200 and heat exchangers 100, 200 are used to cool or heat media M1, M2. It happens that graphite particles or particles originating from the impregnation, ie resin particles, through which the heat exchanger 1 00, 200, in particular in the form of a block heat exchanger 200, flowing through Process medium M1 are detached from the surfaces 22v or from the walls 22v of the product bores 22 and / or corroded. These particles are to be regarded as foreign particles because they contaminate the end product, so that in the worst case the entire production batch must be discarded.
  • the heat transfer elements 1 0, 20 or heat exchanger elements 1 0, 20 are made entirely of silicon carbide or SiC.
  • silicon carbide has the advantage that a significantly higher abrasion and / or corrosion resistance is present and thus virtually no silicon carbide particles in the heat transfer medium M 1, M2, in particular in the product medium M 1 or in the product solution M 1 occur.
  • the present invention also utilizes the knowledge that, in particular, graphite surfaces can be coated with silicon carbide or SiC by means of a CVD method, which is carried out in particular at temperatures of more than 1000 ° C., in order to reduce the abrasion and / or corrosion resistance of a Heat transfer element 1 0, 20 underlying material 1 0 ', 20', in particular so the underlying graphite material to increase.
  • a CVD method which is carried out in particular at temperatures of more than 1000 ° C., in order to reduce the abrasion and / or corrosion resistance of a Heat transfer element 1 0, 20 underlying material 1 0 ', 20', in particular so the underlying graphite material to increase.
  • substrates such as CSiC material.
  • the reduced corrosion resistance of free carbon is problematic and contrary to a use of above.
  • block heat exchangers 200 it may also be considered to precede the heat exchanger block 20, in particular with respect to the product bores 22, by a block element made entirely of an abrasion-resistant material, e.g. silicon carbide, but which does not include service holes 24 for the second heat transfer medium M2. In this way, it is ensured that the first contact with the process medium M 1 is taken over by an abrasion-resistant component.
  • abrasion-resistant material e.g. silicon carbide
  • the invention proposes a more refined procedure, namely the coating of one or more heat transfer elements 10, 20 of a heat exchanger 100, 200 with an abrasion- and / or corrosion-resistant material 30 ', specifically at least in the areas or partial areas to which a contact done with the process medium M 1.
  • the invention thus provides a cost-effective and possibly a mechanical, compared to sprouting, more tolerant variant to heat exchanger elements 1 0, 20, for example, to block heat exchangers, which consists entirely of abrasions- and / or corrosion resistant material. It can thus be a cost-effective and hitherto conventional material 10 ', 20' are used for the heat transfer elements 1 0, 20, in which then all surfaces that come into contact with the abrasive and / or corrosive medium M 1, M2, for example, the two End surfaces 20e and the product bores 22 in a block heat exchanger 200, with a layer 30 of an abrasions- and / or corrosion-resistant material 30 ', for example of silicon carbide, are protected and its pores are then completely impregnated with a synthetic resin 40' to the tightness of Heat transfer element 10, 20, in particular to ensure the heat exchanger block 20.
  • An impregnation 40 or otherwise impregnation 40 based on synthetic resin 40 ' is often necessary since it can often not be ensured that each surface of the heat transfer element 10, 20, in particular of the block heat exchanger 200, which comes into contact with the process medium M 1, completely through the used abrasions- and / or corrosion-resistant material 30 ', in particular by the silicon carbide is sealed.
  • An impregnation 40 in particular with synthetic resin 40 ', must take place after the process of coating with the abrasion- and / or corrosion-resistant material, since temperatures of more than 1000 ° C. during the coating process destroy the material 40' for the impregnation 40 can .
  • An embodiment of a production method according to the invention for a heat transfer element 10, 20, in particular for a heat exchanger block 200 or the like, may have the following structure:
  • a finished block 20, for example of graphite 20 'or the like, is coated with a silicon carbide coating 30 based on a CVD method, wherein, for example, the lateral surfaces 20m of the block with a graphite foil can be covered so that there is no coating.
  • the service bores 24 may be introduced into the block 20 after being coated with the silicon carbide material 30 '.
  • the silicon carbide 30 'coated block 20 is formed analogous to the preparation of conventional heat exchanger blocks with an impregnation 40, e.g. impregnated with a synthetic resin 40 '.
  • an impregnation 40 e.g. impregnated with a synthetic resin 40 '.
  • the two end faces 20e of the block 20 may be covered with two correspondingly large metal discs, with a seal between each block end face 20e and the metal disc preventing contact of the impregnating resin 40 'with the block end faces 20e and product bores 22.
  • the resin 40 'for impregnation 40 can penetrate into the block 20 via the lateral surfaces 20m and the service bores 24.
  • the jacket disks are e.g. by several tie rods that are passed through the product holes 22, fixed and braced.
  • the block 20 is placed with the strained metal plates in the curing oven.
  • the resin 40 ' is cured according to a standard procedure.
  • the end product obtained is a product side coated with silicon carbide and in the product holes 22 resin film-free block 20th
  • the heat exchanger 1 00, 200 or heat exchanger 100, 200, in particular block heat exchanger 200, produced in the manner according to the invention is resistant to abrasive and / or corrosive media and, like a conventional heat exchanger, carries the heat exchange between a process medium M 1 and a service medium M2 completely in, that is without death volumes occur.
  • the abrasion-resistant layer 30 or coating 30, in particular the SiC layer prevents both the adsorption of media M 1, M2 and their subsequent desorption during a product change or when the service medium M2 is changed.
  • the abrasion and / or corrosion-resistant layer 30 or the SiC layer 30 can prevent any abrasion or attack of graphite particles or resin particles in the process medium M 1 and thus in the product solution and / or corrosion.
  • substrate material 10 ', 20' - e.g. the graphite 1 0 ', 20' - and coating material 30 ' are matched in terms of their coefficients of thermal expansion.
  • the ratio of the thermal expansion coefficients of the substrate material 1 0 ', 20', in particular of the graphite substrate 10 ', 20', and the coating material 30 'and / or impregnating material 40' - in particular the CVD SiC - eg be chosen and adjusted so that these - especially at the highest process temperature - as possible values in the range between about 1, 2 to about 0.8, preferably in the range between about 1, 1 and about 0.9 and more preferably in the range between about 1, 05 to 0.95.
  • the thermal expansion coefficients of the material pairings are identical.
  • layer thicknesses of less than 5 ⁇ m are already resistant to abrasion and corrosion. Particles are successfully retained, corrosion of the substrate is prevented, the surface hardness is extremely increased. Ideally, therefore layer thicknesses between 5 and 1000 ⁇ applied, preferably between 20 and 400 ⁇ and more preferably applied between 50 and 200 ⁇ .
  • Preferred process temperatures are in particular in the range between about 1 .200 ° C and about 2400 ° C, depending on the applied coating process, in particular CVD process. Surprisingly, it is possible to achieve absolutely crack-free coatings by means of such skillfully selected material pairings with respect to their thermal expansion, so that, if necessary, it is entirely possible to do without a seal, for example by means of resins.
  • Such surfaces produced in addition to a high wear resistance on a high corrosion resistance which is equivalent in particular to that of a SiC, alpha-SiC or ⁇ -SiC.
  • Fig. 1 shows a schematic and perspective exploded view of an embodiment of a heat exchanger 100 according to the invention in the form of a so-called plate heat exchanger 1 00 'or plate heat exchanger 1 00', which is formed by an arrangement 1 1 0 in the manner of a stack of a plurality of as heat exchanger plates 1 0 or Heat exchanger plates 1 0 formed inventive heat exchanger elements 1 0 or heat exchanger elements 1 0th
  • the arrows indicate the inflows and outflows of the first and second heat transfer media M 1 and M2, which flow alternately in the spaces R1, Rn as flow spaces, with corresponding sealing devices being provided between the consecutive heat transfer elements 10 (not explicitly shown here), to prevent mixing of the first and second heat transfer media M 1 and M2 together.
  • Fig. 2 shows a schematic and perspective side view of a single heat transfer element 10 in the form of a heat transfer plate 10 from the arrangement of FIG. 1 .
  • This heat transfer element 10 in plate form essentially consists of a base material 10 ', for example of a graphite material, and has an upper side 10o or front side 10o and a rear side 10u or lower side 10u.
  • the front 1 0o and the back 1 0u may be formed with corresponding flow channels in the surface of the underlying material 10 'of the plate 10 in order to intensify the mechanical contact and thus the heat transfer between the two sides 10o and 10u of the plate 10.
  • These flow or flow channels are not explicitly shown here and form a kind of relief on the top 10o or bottom 1 0u of the plate 10.
  • FIGS. 3A and 3B show different stages of production for the embodiment shown in FIG. 2 illustrated heat transfer element 1 0 in plate form.
  • the plate 10 essentially consists of e.g. Conventional material 1 0 ', e.g. from a graphite material, as a disk substrate 1 0 'consists. Also indicated are the top 1 0o and the bottom 1 0u of the plate 1 0.
  • a coating 30 made of an abrasion-resistant material 30 ' is then formed at least on the upper side 10o and the lower side 10u.
  • the side - that is either the top 10o or bottom 1 0u - is formed with the abrasion-resistant material 30 'as a coating 30, which with the actual process med ium, e.g. the heat transfer medium M1, in contact, which must not be contaminated as a product.
  • the service medium e.g. the second heat transfer medium M2, contaminated or not, is often secondary. Therefore, the page - in Figs. 3A and 3B, the bottom 1 0u - often only optionally form with the coating 30, this is shown in FIG. 3B indicated by dashed lines.
  • the Fig. 4 shows a schematic and perspective side view of another embodiment of a heat exchanger 200 or heat exchanger 200 according to the invention, namely in the form of a block heat exchanger 200 ' a Vietnamese indrisch trained heat exchanger core or heat exchanger core 20 of a material 20 ', which parallel to the axis of symmetry, ie in the Z direction first, vertical or vertical bores 22 or process bores 22 for the first heat transfer medium M1 or process medium M 1 and perpendicular thereto second or horizontal holes 24 or service bores 24 for the second heat transfer medium M2 o- the service medium M2 has.
  • the bores 22 and 24 do not communicate with each other, so that mixing of the first and second heat transfer media M 1 and M2 can not take place.
  • a guide disk frame 50, 60 with an arrangement of a plurality of guide disks 50, which are clamped in corresponding strips 60 is provided. Shown are still the lateral surface 20m and the end faces 20e of the block formed as heat transfer element 20 and the surfaces 20v, 20h or inner surfaces 20v, 20h of the vertical or horizontal channels or holes 22 and 24th
  • FIGS. 5A to 7B This is shown in FIGS. 5A to 7B again in the context of two consecutive process steps in a schematic and sectional side view and in a schematic plan view.
  • Fig. 5A and 5B show a section of the arrangement from FIG. 4 for a block-shaped heat transfer element 20, in which case only the vertical bores 22 are shown parallel to the Z direction are, for example, the transport of the process medium M 1 or first heat transfer medium M 1 are used and have inner surfaces 20v.
  • the base material 20 'of this heat transfer element 20 may be a conventional material 20'.
  • the end surfaces 20e of the block-formed heat transfer element 20 and the inner surfaces 20v or inner sides 20v of the vertical bores 22 or vertical flow channels 22 are then formed with a coating 30 with or from the coating material 30 '. If appropriate, a corresponding coating 30 also results on the end face 20e.
  • the cross section of the vertical bores 22 is slightly restricted, but the illustration in FIGS. 5A to 7B is not to scale; the actual reduction of the clear width of the bores 22 and 24 with the inner surfaces 20v and 20h is only slightly limited.
  • FIGS. 6A and 6B analogous to FIGS. 5A and 5B.
  • Fig. 7A and 7B show a plan view of the arrangement of the block heat exchanger 200 'of FIG. 4 to 6B against the Z direction, ie directly to the upper end face 20e of the underlying cylinder.

Landscapes

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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

WÄRMEÜBERTRAGUNGSELEMENT FÜR EINEN WÄRMEÜBERTRAGER, VERFAHREN ZUM H ERSTELLEN EINES WÄRMEÜBERTRAGUNGSELEMENTS FÜR EINEN WÄRMEÜBERTRAGER, WÄRMEÜBERTRAGER UND NACH RÜSTVERFAHREN FÜR EINEN WÄRMEÜBERTRAGER
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 vorl iegende 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 .
H INTERGRUN D DER ERFINDU NG
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 eigentl ichen 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 eigentl ichen 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 ERFINDU NG
Der Erfindung l iegt 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 1 1 , 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 Material ien ausgebildet ist, die Graphitmaterialien, Graphite und offenporige und nicht gesinterte SiC- oder Sil izi- umcarbidmaterialien 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 Sil iziumcarbidmaterialien, Carbidoxidmaterialien, Silizidmate- rialien, Wolframtitanatmaterial ien und deren Derivate und Kombinationen aufweist. Dabei sind als die ersten und zweiten Wärmeübertragungsmedien Fluide mögl ichen, 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 Wärme- übertragungselement 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 l iegende 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 l iegenden 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 Umwandeins 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 Flüssigsil izierung, 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 unterschiedl iche 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 Wärmeübertra- gerplatte oder Wärmetauscherplatte eines Plattenwärmeübertragers oder Plat- tenwärmetauschers 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 Prozessmed ium 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 Grup- pe 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 Siliziumcarbidmaterial ien, 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 Umwandeins 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 Wär- metauscherplatte eines Plattenwärmeübertragers oder Plattenwarnnetauschers 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.
KU RZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Fig . 1 ist eine schematische und perspektivische Explosionsdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers nach Art eines Plattenwärmetauschers unter Verwendung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmeübertra- gungselements nach Art einer Wärmetauscherplatte.
Fig . 2 zeigt in einer schematischen und perspektivischen Seitenansicht ein einzelnes Wärmeübertragungselement der Anordnung aus Fig . 1 .
Fig . 3A, B zeigen in schematischer und geschnittener Seitenansicht zwei
Zwischenzustände, die bei der Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für ein erfindungsgemäßes Wärmeübertragungselement erreicht werden .
Fig . 4 ist eine schematische und perspektivische Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers, und zwar nach Art eines Blockwärmetauschers.
Fig . 5A, B zeigen in schematischer und geschnittener Seitenansicht zwei
Zwischenzustände, die bei einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für ein erfindungsgemäßes Wärmeübertragungselement erreicht werden .
Fig . 6A, B zeigen in schematischer und geschnittener Seitenansicht zwei
Zwischenzustände, die bei einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für ein erfindungsgemäßes Wärmeübertragungselement erreicht werden .
Fig . 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 bel iebig und ohne Einschränkung kombiniert werden .
Strukturell und/oder funktionell gleiche, ähnl iche 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 1 0, 20 für einen Wärmeübertrager 1 00, 200, ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragungselements 1 0, 20 für einen Wärmeübertrager 1 00, 200, einen Wärmeübertrager 1 00, 200 als solchen sowie ein Verfahren zum Nachrüsten eines bestehenden Wärmeübertragers, bei welchen durch Vorsehen einer Be- schichtung 30 das Auftreten durch Abrasion und/oder Korrosion erzeugter Verunreinigungen in einem oder mehreren Wärmeübertragungsmedien M 1 , 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 1 0, 20.
Insbesondere in der Feinchemikalien- und Pharmaindustrie werden Wärmeübertrager 1 00, 200 und Wärmetauscher 1 00, 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 1 00, 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 1 00, 200 einzusetzen, deren Wärmeübertragungselemente 1 0, 20 oder Wärmetauscherelemente 1 0, 20 vollständig aus Silizi- umcarbid 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 M 1 , M2, insbesondere in dem Produktmedium M 1 oder in der Produktlösung M 1 auftreten .
Nachteil ig 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 1 000°C durchgeführt wird, mit Sil iziumcarbid oder SiC beschichten kann, um somit die Abrasions- und/oder Korrosionsbeständigkeit des einem Wärmeübertragungselement 1 0, 20 zu Grunde liegendem Materials 1 0', 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 Silizium- carbid als Beschichtungsmaterial 30' eine höhere Abrasionsbeständigkeit erreicht wird, andererseits jedoch die Herstellungskosten nicht übermäßig anwachsen, da das zu Grunde liegende Material 1 0', 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 Wärmeübertragungsmed ium M2 enthält. Auf diese Art und Weise wird gewährleistet, dass der erste Kontakt mit dem Prozessmedium M 1 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 Wärmetauscher- prozess 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 1 0, 20 eines Wärmeübertragers 1 00, 200 mit einem abrasions- und/oder korrosionsresistenten Material 30', und zwar zumindest in den Bereichen oder Teilbereichen, an welchen ein Kontakt mit dem Prozessmedium M 1 erfolgt.
Die Erfindung schafft somit eine kostengünstige und ggf. eine mechanisch, gegenüber Sprodbruch, tolerantere Variante zu Wärmetauscherelementen 1 0, 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 1 0, 20 verwendet werden, bei welchem dann alle Flächen, die mit dem abrasiven und/oder korrosiven Medium M 1 , 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 M 1 in Berührung kommende Oberfläche des Wärmeübertragungselements 1 0, 20, insbesondere des Blockwärmetauschers 200, vollständig durch das verwendete abrasions- und/oder kor- rosionsresistente 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 1 000°C während des Be- schichtungsvorgangs das Material 40' für die Imprägnierung 40 zerstören können .
Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für ein Wärmeübertragungselement 1 0, 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 ähnl iche erfindungsgemäße Herstellungsverfahren und erfindungsgemäße Wärmeübertragungselemente 1 0, 20 haben vielfältige Vorteile gegenüber bekannten Vorgehensweisen :
Der auf die erfindungsgemäße Art und Weise hergestellte Wärmeübertrager 1 00, 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 M 1 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 M 1 , 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 M 1 und somit in der Produktlösung und/oder Korrosion verhindern .
In vorteilhafter Weise können Substratmaterial 1 0', 20' - also z.B. der Graphit 1 0', 20' - und Beschichtungsmaterial 30' hinsichtlich ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten abgestimmt werden .
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann nämlich das Verhältnis der Wärmeausdehnungskoeffizienten des Substratmaterials 1 0', 20', insbesondere des Graphitsubstrats 10', 20', und des Beschichtungsmate- rials 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 5μηη 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 μιτι aufgebracht, bevorzugt zwischen 20 und 400 μιτι und besonders bevorzugt zwischen 50 und 200 μιτι aufgebracht.
Bevorzugte Prozesstemperaturen liegen dabei insbesondere im Bereich zwischen etwa 1 .200 °C und etwa 2.400 °C, je nach angewandtem Beschich- tungsverfahren, insbesondere CVD-Verfahren . Erstaunlicherweise können durch derart geschickt gewählte Materialpaarungen hinsichtlich deren thermischer Ausdehnung absolut rissfrei Beschichtun- gen 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 .
Fig . 1 zeigt in schematischer und perspektivischer Explosionsdarstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 1 00 in Form eines so genannten Plattenwärmeübertragers 1 00' oder Plattenwärmetauschers 1 00', der gebildet wird von einer Anordnung 1 1 0 nach Art eines Stapels einer Mehrzahl von als Wärmeübertragerplatten 1 0 oder Wärmetauscherplatten 1 0 ausgebildeten erfindungsgemäßen Wärmeübertragerelementen 1 0 oder Wärmetauscherelementen 1 0.
Die Pfeile deuten die Zu- und Abflüsse der ersten und zweiten Wärmeübertragungsmedien M 1 und M2 an, die alternierend in den Zwischenräumen R1 , Rn als Strömungsräume strömen, wobei entsprechende Dichtungseinrichtungen zwischen den aufeinander folgenden Wärmeübertragerelementen 1 0 vorgesehen sind (hier nicht explizit dargestellt), um eine Durchmischung der ersten und zweiten Wärmeübertragungsmedien M 1 bzw. M2 miteinander zu verhindern .
Fig . 2 zeigt in schematischer und perspektivischer Seitenansicht ein einzelnes Wärmeübertragungselement 1 0 in Form einer Wärmeübertragerplatte 1 0 aus der Anordnung der Fig . 1 . Dieses Wärmeübertragungselement 1 0 in Plattenform besteht im Wesentl ichen aus einem Grundmaterial 1 0', z.B. aus einem Graphitmaterial, und weist eine Oberseite 1 0o oder Vorderseite 1 0o und eine Rückseite 10u oder Unterseite 1 0u auf. Die Vorderseite 1 0o und die Rückseite 1 0u können mit entsprechenden Fl ießkanälen 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 1 0o und 1 0u der Platte 1 0 zu intensivieren . Diese Fl ieß- oder Strömungskanäle sind hier nicht explizit dargestellt und bilden eine Art Relief auf der Oberseite 1 0o oder Unterseite 1 0u der Platte 1 0.
Die Fig . 3A und 3B zeigen verschiedene Herstellungsstadien für das in Fig . 2 dargestellte Wärmeübertragungselement 1 0 in Plattenform.
In der Fig . 3A ist praktisch der Rohling für das Wärmeübertragungselement 1 0 in Plattenform angedeutet. Das bedeutet, dass die Platte 1 0 im Wesentlichen aus einem z.B. herkömml ichen Material 1 0', z.B. aus einem Graphitmaterial , als Plattensubstrat 1 0' besteht. Angedeutet sind auch die Oberseite 1 0o und die Unterseite 1 0u der Platte 1 0.
Im Übergang zu der Darstellung der Fig . 3B wird dann zumindest auf der O- berseite 1 0o und der Unterseite 1 0u eine Beschichtung 30 aus einem abrasi- onsresistenten Material 30' ausgebildet.
Häufig ist es ausreichend, dass diejenige Seite - also entweder die Oberseite 1 0o oder sie Unterseite 1 0u - mit dem abrasionsresistenten Material 30' als Beschichtung 30 ausgebildet wird, welche mit dem eigentlichen Prozessmed ium, 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 Fig . 3A und 3B die Unterseite 1 0u - oft nur optional mit der Beschichtung 30 auszubilden, diese ist in der Fig . 3B gestrichelt angedeutet.
Die Fig . 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 kreiszyl indrisch 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 M 1 sowie senkrecht dazu zweite oder horizontale Bohrungen 24 oder Servicebohrungen 24 für das zweite Wärmeübertragungsmedium M2 o- der Servicemedium M2 aufweist.
Die Bohrungen 22 und 24 kommunizieren miteinander nicht, so dass keine Durchmischung der ersten und zweiten Wärmeübertragungsmedien M 1 und M2 stattfinden kann . Zur lateralen und vertikalen Begrenzung und zur Steuerung der Flüsse der ersten und zweiten Wärmeübertragungsmedien M 1 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 Fig . 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 Fig . 5A bis 7B noch einmal im Rahmen zweier aufeinander folgender Prozessschritte in schematischer und geschnittener Seitenansicht bzw. in schematischer Draufsicht dargestellt.
Die Fig . 5A und 5B zeigen einen Schnitt der Anordnung aus Fig . 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 M 1 oder ersten Wärmeübertragungsmediums M 1 dienen und Innenflächen 20v aufweisen .
Das Grundmaterial 20' dieses Wärmeübertragungselements 20 kann ein herkömml iches Material 20' sein . Im Übergang zu dem in Fig . 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 Fig. 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 Fig. 6A und 6B analog zu den Fig . 5A und 5B dargestellt ist.
Die Fig . 7A und 7B eine Draufsicht auf die Anordnung des Blockwärmetauschers 200' der Fig . 4 bis 6B entgegen der Z-Richtung, also direkt auf die obere Endfläche 20e des zu Grunde l iegenden 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
1 0 Wärmeübertragungselement, Wärmetauscherelement, Wärmeübertra- gerplatte, Wärmetauscherplatte
1 0' Material des Wärmeübertragerelements
1 0o Oberseite, Vorderseite
1 0u 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 Wärme- übertragungs- 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' 1 00 Wärmeübertrager, Wärmetauscher,
1 00' Plattenwärmeübertrager, Plattenwärmetauscher
1 1 0 Anordnung/Stapel einer Mehrzahl Wärmeübertragerelemente/Wärmeübertragerplatten 1 0
200 Wärmeübertrager, Wärmetauscher
200' Blockwärmeübertrager, Blockwärmetauscher
M1 erstes Wärmeübertragungsmedium, Prozessmedium, Produktmedium M2 zweites Wärmeübertragungsmedium, Servicemedium Zwischenraum, Strömungsraum, j = 1, n

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Wärmeübertragungselement (1 0, 20) für einen Wärmeübertrager (1 00, 200),
welches zur strömungsmäßig getrennten Wärmeübertragung zwischen einem ersten Wärmeübertragungsmedium (M1 ) als Prozessmed ium (M 1 ) und einem zweiten Wärmeübertragungsmedium (M2) als Servicemedium (M2) einen ersten Kontaktbereich (1 0o; 20e, 20v) und einen zweiten Kontaktbereich (1 0u; 20h, 20m) zum strömungsmäßig getrennten Kontakt mit dem ersten Wärmeübertragungsmedium (M 1 ) bzw. mit dem zweiten Wärmeübertragungsmedium (M2) aufweist,
welches im Wesentlichen mit oder aus einem oder mehreren Materialien (1 0', 20') aus der Gruppe von Materialien ausgebildet ist, die Graphitmaterialien, Graphite und offenporige und nicht gesinterte SiC- oder Siliziumcarbid- material ien aufweist, und
bei welchem mindestens einer der ersten und zweiten Kontaktbereiche (1 0o; 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, Silizidmaterial ien, Wolframtitanatmaterialien, Oxidmaterialen, Pyrokohlenstoff, Diamant, und deren Derivate und Kombinationen aufweist.
2. Wärmeübertragungselement (1 0, 20) nach Anspruch 1 ,
bei welchem eine Imprägnierung (40) mit einem Imprägniermaterial (40') mit oder aus einem oder mehreren Material ien aus der Gruppe ausgebildet ist, die Harzmaterialien, Phenolharzmaterial ien und deren Derivate und Kombinationen aufweist.
3. Wärmeübertragungselement (1 0, 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 (1 0o; 20e, 20v) und dem zweiten Kontaktbereich (1 0u; 20h, 20m) ausgebildet ist.
4. Wärmeübertragungselement (1 0, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei welchem die Beschichtung (30) als CVD-Beschichtung ausgebildet ist.
5. Wärmeübertragungselement (1 0, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei welchem die Beschichtung (30) als chemischer und/oder physikal ischer Umwandlungsbereich - insbesondere über einen Vorgang des ganz oder teilweisen chemischen und/oder physikalischen Umwandeins des Materials (1 0', 20') des ersten und/oder zweiten Kontaktbereichs (1 0o, 1 0u; 20v, 20h, 20m) - ausgebildet ist.
6. Wärmeübertragungselement (1 0, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei welchem die Beschichtung (30) über einen Vorgang des Plasmaspritzens und/oder Flammenspritzens ausgebildet ist.
7. Wärmeübertragungselement (1 0, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
welches als Wärmeübertragerplatte (1 0) oder Wärmetauscherplatte (1 0) eines Plattenwärmeübertragers (1 00) oder Plattenwärmetauschers (1 00) ausgebildet ist.
8. Wärmeübertragungselement (1 0, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6,
welches als Wärmeübertragerkern (20) oder Wärmetauscherkern (20) eines Blockwärmeübertragers (200) oder Blockwärmetauschers (200) ausgebildet ist.
9. Wärmeübertragungselement (1 0, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6,
welches als Wärmeübertragerrohr oder Wärmetauscherrohr eines Rohrwärmeübertragers oder Rohrwärmetauschers ausgebildet ist.
1 0. Wärmeübertragungselement (1 0, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei welchem das Material (1 0', 20') des Wärmeübertragungselements (1 0, 20) und das Material (30') der Beschichtung (30) so aufeinander abgestimmt gewählt sind,
dass das Verhältnis der Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials 1 0', 20') des Wärmeübertragungselements (1 0, 20), insbesondere eines Graphitsubstrats (1 0', 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 .
1 1 . Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragungselements (1 0, 20) für einen Wärmeübertrager (1 00, 200),
bei welchem das Wärmeübertragungselement (1 0, 20) zur strömungsmäßig getrennten Wärmeübertragung zwischen einem ersten Wärmeübertragungsmedium (M 1 ) als Prozessmedium (M 1 ) und einem zweiten Wärmeübertragungsmedium (M2) als Servicemedium (M2) mit einem ersten Kontaktbereich (1 0o; 20e, 20v) und mit einem zweiten Kontaktbereich (1 0u; 20h, 20m) zum strömungsmäßig getrennten Kontaktieren mit dem ersten Wärmeübertragungsmedium (M 1 ) bzw. mit dem zweiten Wärmeübertragungsmedium (M2) ausgebildet wird,
bei welchem das Wärmeübertragungselement (1 0, 20) im Wesentlichen mit oder aus einem oder mehreren Materialien (1 0', 20') aus der Gruppe von Material ien ausgebildet wird, die Graphitmaterialien, Graphite und offenporige und nicht gesinterte SiC- oder Siliziumcarbidmaterialien aufweist, und bei welchem mindestens einer der ersten und zweiten Kontaktbereiche (1 0o; 20e, 20v, 20u, 20h, 20m) ganz oder teilweise mit einem oder mehreren Material ien aus der Gruppe von Materialien (30') als Beschichtung (30) beschichtet wird, die SiC oder Sil iziumcarbidmaterialien, Carbidoxidmaterialien, Silizidmaterial ien, Wolframtitanatmaterialien und deren Derivate und Kombinationen aufweist.
1 2. Verfahren nach Anspruch 1 1 ,
bei welchem eine Imprägnierung (40) mit einem Imprägniermaterial (40') mit oder aus einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe ausgebildet wird, die Harzmaterial ien, Phenolharzmaterialien und deren Derivate und Kombinationen aufweist.
1 3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 1 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 (1 0o; 20e, 20v) und dem zweiten Kontaktbereich (1 0u; 20h, 20m) ausgebildet ist.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 1 bis 1 3,
bei welchem die Beschichtung (30) als CVD-Beschichtung ausgebildet wird .
1 5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 1 bis 14,
bei welchem die Beschichtung (30) als chemischer und/oder physikal ischer Umwandlungsbereich - insbesondere über einen Vorgang des ganz oder teilweisen chemischen und/oder physikalischen Umwandeins des Materials (1 0', 20') des ersten und/oder zweiten Kontaktbereichs (1 0o, 1 0u; 20v, 20h, 20m) - ausgebildet wird .
1 6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 1 bis 1 5,
bei welchem die Beschichtung (30) über einen Vorgang des Plasmaspritzens und/oder Flammenspritzens ausgebildet wird .
1 7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 1 bis 1 6, bei welchem das Wärmeübertragungselement (10, 20) als Wärmeübertragerplatte (10) oder Wärmetauscherplatte (1 0) eines Plattenwärmeübertragers (1 00) oder Plattenwärmetauschers (1 00) ausgebildet wird .
1 8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 1 bis 1 6,
bei welchem das Wärmeübertragungselement (1 0, 20) als Wärmeübertragerkern (20) oder Wärmetauscherkern (20) eines Blockwärmeübertragers (200) oder Blockwärmetauschers (200) ausgebildet wird .
1 9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 1 bis 1 6,
bei welchem das Wärmeübertragungselement (10, 20) als Wärmeübertragerrohr oder Wärmetauscherrohr eines Rohrwärmeübertragers oder Rohrwärmetauschers ausgebildet wird .
20. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 1 bis 1 9,
bei welchem das Material (1 0', 20') des Wärmeübertragungselements (1 0, 20) und das Material (30') der Beschichtung (30) so aufeinander abgestimmt gewählt sind oder werden,
dass das Verhältnis der Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials 1 0', 20') des Wärmeübertragungselements (1 0, 20), insbesondere eines Graphitsubstrats (1 0', 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 .
21 . Wärmeübertrager (1 00, 200),
bei welchem ein oder mehrere Wärmeübertragungselemente (1 0, 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 0 ausgebildet sind .
22. Verfahren zum Nachrüsten eines Wärmeübertragers (1 00, 200), bei welchem ein oder mehrere vorhandene Wärmeübertragungselemente durch ein oder mehrere entsprechende Wärmeübertragungselemente (10, 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 0 ausgetauscht werden und/oder
bei welchem ein oder mehrere vorhandene Wärmeübertragungselemente zu Wärmeübertragungselementen (1 0, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 1 0 umgewandelt werden,
insbesondere gemäß einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 1 bis 20.
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