WO2025202085A1 - Bauteilkombination für eine verfahrenstechnische anlage - Google Patents

Bauteilkombination für eine verfahrenstechnische anlage

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WO2025202085A1
WO2025202085A1 PCT/EP2025/057918 EP2025057918W WO2025202085A1 WO 2025202085 A1 WO2025202085 A1 WO 2025202085A1 EP 2025057918 W EP2025057918 W EP 2025057918W WO 2025202085 A1 WO2025202085 A1 WO 2025202085A1
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WO
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component
tube
fibers
combination according
layers
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PCT/EP2025/057918
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christopher LEUSCHNER
Ralph SPULLER
Philipp STERLY
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SGL Carbon SE
Original Assignee
SGL Carbon SE
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Filing date
Publication date
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    • 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
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
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    • F28D2021/0022—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for chemical reactors
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    • F28F2255/06—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes composite, e.g. polymers with fillers or fibres
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    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/02—Fastening; Joining by using bonding materials; by embedding elements in particular materials
    • F28F2275/025—Fastening; Joining by using bonding materials; by embedding elements in particular materials by using adhesives

Definitions

  • the invention relates to a component combination for a process plant, in particular for pressure vessels and/or tube bundle heat exchangers, as well as a tube bundle heat exchanger.
  • connection point between different components represents a potential leak point.
  • the O-rings often used to connect components limit the service life of the device due to material aging and mechanical stress. This aging process is significantly accelerated, particularly under the influence of chemicals and elevated temperatures and pressures.
  • Shell-and-tube heat exchangers typically comprise several tubes that pass through typically cylindrical apparatus shells.
  • the tubes are enclosed in so-called tube sheets, which are usually located at the cylindrical ends of the apparatus shell.
  • a first process medium also called heat exchange medium
  • a second process medium flows around these tubes in the heat exchanger chamber located within the housing, allowing heat transfer from the first to the second process medium.
  • graphite components Due to their significantly lower mechanical strength, graphite components are significantly thicker than those used in comparable steel applications. Therefore, graphite heat exchangers require more material and thus also have a higher price structure. Due to its relatively soft nature, graphite is susceptible to erosion by fluid and gas flows, especially when particles or abrasive substances are present in the medium. Graphite-based heat exchangers are limited to specific applications where the advantages of graphite outweigh its disadvantages.
  • the component combination according to the invention is suitable for process engineering plants, particularly in the fields of chemical engineering, biotechnology, and energy technology.
  • the component combination according to the invention is particularly suitable for reactors, columns, absorbers, and/or heat exchangers, in particular shell-and-tube heat exchangers.
  • first and second component It comprises at least a first and a second component, wherein the first and second components are connected to one another, for example, by a connecting agent such as an adhesive.
  • the component type of the first and/or second component is preferably selected from the group consisting of tubes, tube plates, guide plates, inlet crowns, containers, in particular pressure vessels, nozzles, and filters, wherein preferably one of the components is a tube and the other a tube plate into which at least one tube can be inserted.
  • the term "carbon component” refers to a component that comprises > 30 wt.% of a graphitized or graphitic carbon material or a carbon material. If the material comprises combinations of these materials, the > 30 wt.% refers to the sum of the respective aforementioned materials.
  • the proportion of the material(s) is > 40 wt.%, more preferably > 50 wt.% or > 60 wt.%, even more preferably > 70 wt.% or > 80 wt.%, even more preferably > 90 wt.%, and most preferably 100 wt.%.
  • the inventors were able to determine that the chemical and mechanical resistance required for technically demanding applications, in particular systems for handling corrosive chemicals, is only achieved with a corresponding carbon content.
  • Preferred carbon materials are graphite carbon, graphitized carbon and amorphous carbon, graphite is particularly preferred because its thermal conductivity in corresponding systems.
  • more than 50% by weight of the carbon material is present as fiber material, preferably in the form of a fiber material configured as a textile fabric.
  • less than 30% by weight, preferably less than 10% by weight, of the carbon material is present as fiber material.
  • Such carbon components are preferably impregnated with an organic polymer material, e.g., a resin such as a phenolic resin, which further significantly increases their durability.
  • the term "glass component” refers to a component that contains > 30 wt.% glass.
  • the glass content is > 40 wt.%, more preferably 50 wt.%, even more preferably 70 wt.%, even more preferably 90 wt.%, and most preferably 100 wt.%.
  • the inventors were able to determine that only with a corresponding glass content is the chemical and mechanical resistance required for demanding process engineering applications, particularly systems handling corrosive chemicals, achieved.
  • more than 50% by weight of the glass material is present as fiber material, preferably in the form of a fiber material arranged in the form of a preferably textile fabric. In another preferred embodiment, less than 30% by weight, preferably less than 10% by weight, of the glass material is present as fiber material.
  • the first glass- and/or carbon-based component may also comprise a cured resin material, wherein the weight fraction of cured resin material is preferably less than 70 wt.%, more preferably less than 50 wt.% or even less than 20 wt.%.
  • carbon material refers to a carbon material that is structurally in a non-graphitized and non-graphitic state. It is obtained by carbonizing an organic material, usually by pyrolysis.
  • Graphitized refers to a carbon material for which a three-dimensional, hexagonal-crystalline long-range order in the material can be detected using diffraction methods.
  • Graphitic refers to a carbon material with a more or less perfect three-dimensional, hexagonal-crystalline long-range order.
  • a “fiber composite material” is understood to mean a material made of two or more bonded materials, such as a combination of a fiber material and a matrix material, which has different material properties than its individual components and which can serve as a component of a technical article.
  • a component can be, for example, a plate, a cylinder, or a housing.
  • the fiber composite material according to the invention is a fiber composite material such as a glass fiber reinforced plastic (GRP) or a carbon fiber reinforced plastic (CFRP).
  • the fiber composite material can be produced by joining different materials or by coating a material.
  • the fiber composite material is preferably integral, i.e., designed as a single piece. Particularly preferably, the fiber composite material is obtained by integral curing during its production.
  • Fiber materials are materials that have or consist of linear, thread-like structures, which in turn are preferably parts of a more complex surface structure such as a woven fabric, a nonwoven fabric, a scrim or a knitted fabric.
  • the "matrix material" of the fiber composite material according to the invention serves to at least partially, preferably completely, embed the fiber material, i.e., the fiber material. It holds the fibers of the fiber material in their position and transfers and distributes tensions between them. In addition, it ensures the gas and liquid impermeability of the material.
  • It is preferably a polymer material, in particular a thermosetting polymer material. However, it can also be formed from carbon, for example—as in the case of carbon fiber-reinforced carbon. This is preferably a polymer material made from a resin and a hardener. Accelerators, activators, and release agents are preferably used in the production process, which then, for the purposes of the present invention, are preferably part of the matrix material.
  • the matrix material preferably comprises >30 wt.% of a graphitized and/or graphitic carbon material and/or a carbon material. If the material comprises combinations of these materials, the >30 wt.% refers to the sum of the respective aforementioned materials.
  • the proportion of the material(s) is >40 wt.%, more preferably >50 wt.% or >60 wt.%, even more preferably >70 wt.% or >80 wt.%, even more preferably >90 wt.%, and most preferably 100 wt.%.
  • the volume ratio of matrix material to fiber material in the fiber composite material is 5:1 to 1:5, preferably 3:1 to 1:3 and particularly preferably 1:1 to 1:2.
  • the weight ratio of matrix material to fiber material in the fiber composite material is 5:1 to 1:20, preferably 1:1 to 1:15 and particularly preferably 1:2 to 1:10.
  • the volume fraction of fiber material in the total mass of the fiber composite material is from 10 to 90 vol.%, preferably 30 to 80 vol.%, more preferably 40 to 75 vol.%, even more preferably 50 to 70 vol.%, and most preferably 55 to 65 vol.%.
  • the volume fraction of matrix material in the total mass of the fiber composite material is from 10 to 90 vol.%, preferably 20 to 70 vol.%, more preferably 25 to 60 vol.%, even more preferably 30 to 50 vol.%, and most preferably 35 to 45 vol.%.
  • the weight proportion of fiber material in the total mass of the fiber composite material is from 15 to 95 wt.%, preferably 40 to 90 wt.%, more preferably 50 to 85 wt.%, even more preferably 60 to 80 wt.%, and most preferably 65 to 75 wt.%.
  • the weight proportion of matrix material in the total mass of the fiber composite material is from 5 to 85 wt.%, preferably 10 to 60 wt.%, more preferably 15 to 50 wt.%, even more preferably 20 to 40 wt.%, and most preferably 25 to 35 wt.%.
  • the fiber composite material may also contain pores, i.e., air and/or gas inclusions, which, however, preferably do not exceed 5 vol.% of the total volume of the fiber composite component. Particularly preferably, no more than 3 vol.%, even more preferably, no more than 2 vol.%, and most preferably, no more than 1 vol.%.
  • Fiber and matrix volume fractions, as well as the volume fraction of pores can be determined using computed tomography analysis, as described, for example, in Willems, Fabian, et al., "Determination of the fiber orientation of long glass fiber reinforced thermoplastics using image-optical analysis and computed tomography," German Society for Non-Destructive Testing, Ed. (2018).
  • the determination of the proportions of matrix material, fiber, and pores can also be performed as described in ISO 14127, first edition, 2008.
  • the components of the component combination are often exposed to high mechanical loads in their intended use and therefore have a particularly pronounced mechanical resistance and/or strength.
  • the first and/or the second component therefore has a flexural strength determined according to DIN EN ISO 14125:2011-05 of > 100 MPa, preferably > 200 MPa, more preferably > 300 MPa, even more preferably > 350 MPa, even more preferably > 400 MPa and most preferably > 450 MPa, but generally not more than 600 MPa.
  • the first and/or the second component therefore has a flexural modulus of elasticity determined according to DIN EN ISO 14125:2011-05 of > 10 GPa, preferably > 20 GPa, more preferably > 30 GPa, even more preferably > 50 GPa, even more preferably > 60 GPa and most preferably > 75 GPa, but generally not more than 1000 GPa.
  • the inventors were able to find out that the inventive combinations of a first component made of a soft but highly inert component material, namely carbon or glass, and a fiber composite component of high strength - despite the strong Different expansion coefficients of the materials make them particularly well-suited for building process equipment. These combinations exhibit advantageous mechanical properties, enable a permanently leak-free connection, and can be manufactured with particularly efficient materials.
  • a corrosion-resistant material approved for pressure-bearing applications e.g., graphite, special metals such as zirconium and tantalum, and plastics such as PFA and PTFE.
  • a composite material is used, consisting of a non-corrosion-resistant material as the supporting core (e.g., carbon steel) and a shell (e.g., a coating) made of a corrosion-resistant material surrounding this core.
  • the latter carries the risk that damage to the shell/coating could permanently compromise the stability of the plant. Since such damage is either impossible or very difficult to detect, such material combinations are significantly inferior to the component combination according to the invention, which is completely resistant to most chemical media.
  • the component combination according to the invention has a significantly higher temperature resistance, and compared to solid graphite component combinations based solely on graphite, it has the significant advantage of non-ceramic material properties combined with high mechanical strength.
  • the mechanical loads of a component combination can be absorbed and dissipated much more effectively by the fiber composite material, i.e., the provision of a fiber composite material provides additional stabilization for the "softer" component.
  • the fiber composite material also exhibits higher mechanical strength, allowing the tube sheets to be manufactured with thinner walls and thus with less material. At the same time, the weight of the component is reduced, which improves handling during assembly and installation of the device.
  • the service life of a material-to-material connection is generally significantly longer than that of a form-fitting connection with O-rings.
  • O-rings become brittle under chemical and thermal stress, which often leads to leaks.
  • the reduced number of required parts also reduces the complexity of the system, resulting in simpler and more cost-effective manufacturing and maintenance.
  • a bonded connection is also particularly resistant to mechanical stress, whereas an O-ring-sealed connection can only transmit forces to a minimal extent, in a way that is difficult to quantify, and not homogeneous.
  • a bonded connection is preferably achieved using a resin, preferably a phenolic resin or a multi-component cement, preferably comprising a mixture of carbon powder and phenolic resin.
  • the first component is a carbon component and the matrix material of the second component comprises or is carbon (as is the case with CFG, for example), or when the matrix material comprises or is at least an organic polymer material. This avoids peaks in temperature, mechanical stress, and chemical attack and distributes/dissipates them throughout the entire device.
  • one of the components has at least one receiving section, such as a receiving opening, in which the other component is at least partially arranged with a fitting section and fastened with a preferably material-locking connection.
  • one of the components has a fitting section that is geometrically complementary to the receiving section.
  • the receiving section can, for example, be hollow-cylindrical, and the fitting section tubular or conical.
  • the fitting section is preferably designed such that it can be positively enclosed in the receiving section.
  • one of the components has a fitting section that is geometrically complementary to the receiving section of the other component, which is preferably fastened to the receiving section with the aid of a phenolic resin and/or a multi-component cement that is arranged between the fitting section and the receiving section.
  • the geometrically complementary receiving and fitting sections are preferably designed such that they have a tenon, V, or tongue-and-groove geometry.
  • first and the second component can also each have at least one receiving section, for which a geometrically complementary fitting section is preferably provided on the respective other component.
  • At least one of the components is plate-shaped.
  • a plate is a geometric body that has a significantly smaller dimension in one spatial direction than in the other two.
  • the plate preferably comprises two or more layers, thus achieving a multi-layer structure.
  • the plate-like structure makes it possible to achieve any component thickness resulting from the mechanical calculation of the component without having to manufacture specific layer thicknesses. This allows for the customized component thickness to be constructed very cost-effectively, quickly, and extremely flexibly from standard layers.
  • the second component which comprises or consists of the fiber composite material
  • the second component is plate-shaped, and the fibers are aligned along the plane of the plate. Stress on the fibers is therefore primarily caused by bending.
  • the flexural strength of the fiber composite material determined according to DIN EN ISO 14125:2011-05, is preferably > 400 MPa, particularly preferably > 500 MPa, and most preferably > 600 MPa, but generally not more than 1000 MPa. If one of the components is plate-shaped, this component preferably has a receiving section for the other, second component, which is preferably designed as a tube.
  • the first, plate-shaped component is a CFRP or CFC plate and the second component is a graphite tube.
  • the first, plate-shaped component is a graphite plate and the second component is a CFRP or CFC tube.
  • the second component is a CFC tube and the first component is a collar which encloses the CFC tube at least in sections.
  • the first, plate-shaped component is a CFRP plate and the second component is a CFRP tube.
  • the first, plate-shaped component is a CFC plate and the second component is a CFC tube.
  • the first, plate-shaped component is a CFC plate and the second component is a CFC tube.
  • the first, plate-shaped component is a CFRP plate, and the second component is a CFC tube.
  • the first, plate-shaped component is a CFRP plate, and the second component is a CFC tube.
  • the corresponding components can be impregnated, preferably with a resin. If CFC components are used, they are preferably impregnated with an organic polymer material, e.g., a resin such as a phenolic resin.
  • the first and/or second component is plate-shaped, with the thickness of the plate preferably being in the range of 10 mm to 300 mm. If the plate-shaped structure comprises two or more layers, the thickness of the respective layers is preferably in the range of 3 mm to 100 mm.
  • the aforementioned thicknesses are particularly advantageous when the first and/or second component is a tube sheet.
  • the graphite plates commonly used can only be manufactured in greater thicknesses with considerable material expenditure and expense, making this a particularly significant advantage of the invention.
  • the two or more layers are preferably connected to one another in a force-fitting and/or material-fitting manner.
  • the component can comprise one or more pins and/or threaded rods that extend through at least two of the two or more layers, so that they connect the two or more layers to one another in a force-fitting manner.
  • the one or more pins and/or threaded rods are preferably inserted orthogonally to the plane of the plate.
  • bonding can be carried out with resin, primarily phenolic or vinyl ester resin, or carbon-containing putty. This can be done by impregnating a or several layers or by gluing the layers together by inserting the resin or putty between the layers.
  • the first and second components are configured differently, i.e., they differ in terms of their material composition and/or structural composition and/or design.
  • they contain different components i.e., one of the two components has at least one component that is not contained in the other component.
  • the fiber material has a planar structure, preferably a textile planar structure, at least in sections, preferably completely, i.e., it is present in such a form.
  • the fiber material i.e., the fiber material
  • the fiber material is present in such a form to an extent of >50 wt.%, more preferably >70 wt.%, and most preferably >90 wt.%.
  • the surface structure is selected from the group consisting of scrims, knitwear, woven fabrics, braids, nonwovens or mixtures thereof.
  • Non-crimp fabrics are particularly preferred as they are very cost-effective to produce and provide very good mechanical properties.
  • a nonwoven is understood to be a structure made of fibers of limited length, continuous fibers (filaments), or cut yarns of any type and origin, which have been joined together in any way to form a fiber layer and bonded together in any way.
  • This definition corresponds to the DIN EN ISO 9092 standard.
  • the term "nonwoven” also includes felt materials. Films and papers, however, are not considered nonwovens.
  • braiding refers to the regular interlacing of several strands of flexible material. The difference from weaving is that in braiding, the threads are not fed at right angles to the main product direction.
  • fabric is understood to mean a textile fabric consisting of two thread systems, warp (warp threads) and weft (weft threads), which are visible cross the fabric surface in a pattern at an angle of exactly or approximately 90°.
  • Each of the two systems can be made up of several warp or weft types (e.g. ground, pile, and filling warp; ground, binding, and filling weft).
  • the warp threads run lengthwise through the fabric, parallel to the fabric edge, and the weft threads run crosswise, parallel to the fabric edge.
  • the threads are connected to the fabric primarily by friction.
  • the warp and weft threads must usually be woven relatively tightly. Therefore, with a few exceptions, the fabrics also have a closed appearance. This definition corresponds to the standard DIN 61100, Part 1.
  • woven and nonwoven also include tufted textile materials. Tufting is a process in which yarns are anchored into a woven or nonwoven fabric using a machine powered by compressed air and/or electricity.
  • knitwear refers to textile fabrics made from thread systems by stitch formation. This includes both crocheted and knitted fabrics.
  • a scrim is understood to be a fabric consisting of one or more layers of parallel, stretched threads.
  • the threads are typically fixed at the intersection points. Fixation occurs either by a bonded connection or mechanically through friction and/or form fit.
  • the scrim is preferably selected from a monoaxial or unidirectional, a biaxial, or a multiaxial scrim.
  • the fiber material has an anisotropic structure, i.e., within the functional layer according to the invention, the fibers exhibit a specific fiber orientation. This can create an anisotropic mechanical behavior of the layered composite.
  • the fiber material preferably comprises or consists of fibers with a length > 42 mm.
  • the fiber material preferably comprises or consists of long and/or continuous fibers.
  • long fibers are understood to mean fibers with a length L of 1-50 mm.
  • the fibers of the fiber material according to the invention preferably have a fiber length L, where L is > 25 mm, preferably L is > 35 mm, particularly preferably > 42 mm.
  • continuous fibers are understood to mean fibers with a length L > 50 mm.
  • the fibers of the fiber material according to the invention preferably have a fiber length L, where L > 75 mm, preferably L > 100 mm. The use of continuous fibers is preferred. This results in components with particularly advantageous mechanical properties.
  • the continuous fibers are unidirectional fibers, i.e. the continuous fibers are at least partially oriented in a single direction and preferably aligned parallel to one another.
  • Natural fibers are fibers that originate from natural sources such as plants, animals, or minerals and can be used directly without further chemical conversion reactions. Examples of these according to the invention are flax or hemp fibers, as well as protein fibers or cotton. Regenerated fibers, i.e., fibers produced from naturally occurring, renewable raw materials through chemical processes, can also be used according to the invention. Such fiber materials are characterized by improved recyclability and thus a particularly high level of sustainability.
  • the invention also encompasses a "kit of parts,” also called a component system, i.e., the spatial juxtaposition of functionally coordinated components for producing the component combination according to the invention and/or for producing a process plant, in particular for producing pressure equipment and/or shell-and-tube heat exchangers, in which the components are preferably connected.
  • the component system preferably also comprises additional components and/or a connecting means, such as a material-to-material connecting means, e.g., a resin or a kit.
  • the components according to the invention are preferably shell-and-tube heat exchanger parts.
  • the first component is a tube of a shell-and-tube heat exchanger, wherein the tube is preferably a carbon tube, particularly preferably a graphite, CFRP, or CFC tube.
  • the second component is a tube sheet of a shell-and-tube heat exchanger.
  • the tubesheet is preferably a CFRP or CFC tubesheet.
  • the assignment can also be the other way around.
  • one or two tube sheets comprise or consist of a fiber composite material with a fiber material and a preferably polymeric matrix material.
  • the invention also relates to a component combination for a quench pipe, wherein the first component is a graphite plate which comprises a receiving section for the second component - a CFRP tube.
  • the invention also relates to a component combination for a feed pipe, wherein the second component is a CFC pipe, and the second component is a graphite collar which encloses the CFC pipe at least in sections.
  • Fig. 5 shows a schematic perspective view of a feed pipe.
  • Fig. 1 shows a schematic of a cylindrical tube bundle heat exchanger 1.
  • the outer structure of the heat exchanger is formed by a pressure-resistant housing 4 with pressure-resistant inlet and outlet chambers 2, 3.
  • the heat exchanger comprises two tube sheets 6 which are fitted into the housing.
  • the heat exchanger tubes 7 are held in the tube sheets 6, forming a heat exchange chamber between the two tube sheets 6, and are surrounded by a first heat exchange medium which is fed to the heat exchanger chamber of the heat exchanger via a first inlet connection 8.
  • This first heat exchange medium is discharged via a first outlet connection 9.
  • a second heat exchange medium is fed in via a second inlet connection 10, transported through the heat exchanger tubes and discharged via a second outlet connection 11, so that heat can be transferred from the first to the second heat exchange medium (or vice versa).
  • Fig. 2 shows a section of a heat exchanger base, as it can be used in the heat exchanger of Fig. 1.
  • the tube base 6 comprises a conical, ie conical or truncated cone-shaped, receiving section 17, into which the heat exchanger tube 7 is inserted.
  • the end section of the tube forms a complementary Fitting section. Using a resin 5, the fitting section can be firmly bonded to the receiving section.
  • a graphite pipe quencher 12 comprises a pipe fitting in the pipe quencher base 14 as shown in Fig. 2 and described above.
  • the pipe quencher base 14 comprises a conical, i.e., conical or truncated cone-shaped, receiving portion into which the pipe is inserted with its complementary fitting portion.
  • Fig. 5 shows a schematic representation of a feed pipe with a CFC pipe 18 with a discharge opening 19 provided therein and a graphite collar 20 enclosing the CFC pipe.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bauteilkombination für den chemischen Apparatebau, insbesondere für Druckgeräte und/oder Rohrbündelwärmetauscher, sowie einen Rohrbündelwärmetauscher.

Description

Bauteilkombination für eine verfahrenstechnische Anlage
Gegenstand der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Bauteilkombination für eine verfahrenstechnische Anlage, insbesondere für Druckgeräte und/oder Rohrbündelwärmetauscher, sowie einen Rohrbündelwärmetauscher.
Hintergrund der Erfindung
Im verfahrenstechnischen Anlagenbau, insbesondere in der Chemietechnik, der Biotechnologie und der Energietechnik, werden für den Aufbau komplexer Prozessapparaturen wie Kolonnen oder Wärmetauscher in der Regel Standardmaterialien wie Edelstahl, Duplex-Stahl oder Nickel-Basislegierungen eingesetzt. In gewissen Anwendungen stoßen diese Materialien allerdings an ihre Grenzen, sodass höherwertigere und/oder beständigere Alternativen eingesetzt werden müssen.
Auch diese Materialien weisen Nachteile auf. Aufgrund der geringen mechanischen Festigkeit müssen Graphitbauteile in der Regel dickwandiger ausgestaltet werden, was zu einem hohen Materialbedarf führt und die Apparate verteuert. Sondermetalle weisen entweder keine ausreichende Chemikalienbeständigkeit auf, sind zu teuer oder neigen an den Schweißverbindungen zu Schäden. Kunststoffe sind vor allem mechanisch und thermisch bei weitem nicht so stark belastbar wie Graphit oder Sondermetalle und weisen zudem eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit auf.
Darüber hinaus stellt jede Verbindungsstelle unterschiedlicher Bauteile eine potentielle Leckagestelle dar. Die oftmals für eine Bauteilverbindung eingesetzten O-Ringe limitieren aufgrund von Materialalterung und mechanischer Belastung die Standzeit des Apparates. Insbesondere unter Einwirkung der Chemikalien und erhöhten Temperaturen und Druck wird dieser Alterungsprozess deutlich beschleunigt.
Bei Druckbehältern und Wärmetauschern sind die vorgenannten Probleme besonders relevant. Rohrbündelwärmetauscher umfassen in der Regel mehrere Rohre, die durch typischerweise zylindrische Apparatemäntel geführt werden. Die Rohre sind in sogenannte Rohrböden, welche üblicherweise an den zylindrischen Enden des Apparatemantels angeordnet sind, eingefasst. Innerhalb der Rohre wird ein erstes Prozessmedium (auch Wärmetauschermedium genannt) geführt und diese Rohre werden in der innerhalb des Gehäuses angeordneten Wärmetauscherkammer mit einem zweiten Prozessmedium umspült, wodurch ein Wärmeübertrag von dem ersten auf das zweite Prozessmedium stattfinden kann.
In den bekannten Wärmetauschern werden die Rohrböden und Rohre meist aus metallischen Werkstoffen hergestellt. In hochkorrosiven Anwendungen ist jedoch auch die Verwendung von Graphit sowohl als Rohr- als auch als Rohrbodenmaterial weit verbreitet.
Aufgrund der deutlich geringeren mechanischen Festigkeit fallen Bauteile aus Graphit deutlich dicker aus als in vergleichbaren Stahlanwendungen. Daher weisen Graphitwärmetauscher einen höheren Materialbedarf und somit auch ein höheres Preisgefüge auf. Aufgrund seiner relativ weichen Natur ist Graphit anfällig für Erosion durch Strömungen von Flüssigkeiten und Gasen, insbesondere wenn Partikel oder abrasive Stoffe im Medium vorhanden sind. Graphitbasierte Wärmetauscher sind auf bestimmte Anwendungsbereiche beschränkt, bei denen die Vorteile von Graphit die Nachteile überwiegen.
Allerdings fallen entsprechende Rohrböden aus Stabilitätsgründen sehr dick aus, was zu einem erhöhten Apparatepreis führt. Darüber hinaus weist der Werkstoff Graphit keramische Materialeigenschaften auf, was bei dem Betreiber der Apparate neben einem erhöhten Aufwand für das Handling spezifische Kenntnisse für einen sicheren Betrieb voraussetzt. Graphit als Werkstoff ist nicht technisch dicht und muss aufwändig mit einem Matrixmaterial (Harz) imprägniert werden, um für Anwendungen im chemischen, korrosiven Bereich als Wärmetauschermaterial einsetzbar zu sein.
AUFGABE
Vor diesem Hintergrund bestand die Aufgabe der vorliegenden Erfindung daher darin, eine Bauteilkombination für eine verfahrenstechnische Anlage bereitzustellen, mit welcher die obigen Probleme überwunden werden können, und welche insbesondere eine zuverlässige, dauerhaft leckagefreie Verbindung ermöglicht und die zu vergleichbaren oder sogar zu geringeren Kosten und/oder mit einem geringeren Aufwand als die aus dem Stand der Technik bekannten Bauteilkombinationen hergestellt werden kann und darüber hinaus eine höhere strukturelle Stabilität und damit Lebensdauer ermöglicht. Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Bauteilkombination gemäß Anspruch 1.
Die erfindungsgemäße Bauteilkombination eignet sich für verfahrenstechnische Anlagen, insbesondere im Bereich der Chemietechnik, der Biotechnologie und der Energietechnik. Besonders bevorzugt eignet sich die erfindungsgemäße Bauteilkombination für Reaktoren, Kolonnen, Absorber und/oder Wärmetauscher, insbesondere Rohrbündelwärmetauscher.
Sie umfasst mindestens ein erstes und ein zweites Bauteil, wobei das erste und das zweite Bauteil miteinander verbunden sind, beispielsweise durch ein Verbindungsmittel wie einen Kleber. Vorzugsweise ist der Bauteiltyp des ersten und/oder zweiten Bauteils ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Rohren, Rohrböden, Leitscheiben, Einlaufkronen, Behältern, insbesondere Druckbehältern, Düsen und Filtern, wobei bevorzugt eines der Bauteile ein Rohr ist und das andere ein Rohrboden, in welchen mindestens ein Rohr eingebracht werden kann.
Erfindungswesentlich ist die Kombination eines ersten Bauteils aus einem weichen, aber hochinerten Bauteilmaterial, nämlich Kohlenstoff oder Glas und einem Faserverbundmaterialbauteil hoher Festigkeit, das ein verstärkendes Fasermaterial und ein vorzugsweise polymeres Matrixmaterial, insbesondere organisches, polymeres Matrixmaterial, welches dieses Fasermaterial zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig einbettet, umfasst.
Erfindungsgemäß wird unter dem Begriff “Kohlenstoffbauteil” ein Bauteil verstanden, welches > 30 Gew.-% eines graphitierten oder graphitischen Kohlenstoffmaterials oder eines Carbonmaterials aufweist, wobei wenn der Werkstoff Kombinationen dieser Materialien umfasst, sich die > 30 Gew.-% auf die Summe der jeweiligen vorgenannten Materialien bezieht. Vorzugsweise beträgt der Anteil des oder der Materialien > 40 Gew.-%, noch bevorzugter > 50 Gew.- % oder > 60 Gew., noch stärker bevorzugt > 70 Gew.-% oder > 80 Gew., noch erheblich stärker bevorzugt > 90 Gew.-%, und am bevorzugtesten 100 Gew.-%. Die Erfinder konnten feststellen, dass erst ab einem entsprechenden Gehalt an Kohlenstoff die für verfahrenstechnisch anspruchsvolle Anwendungen, insbesondere Anlagen im Bereich des Handlings korrosiver Chemikalien, notwendige chemische und mechanische Beständigkeit gegeben ist.
Bevorzugte Kohlenstoffmaterialen sind Graphit-Kohlenstoff, graphitierter Kohlenstoff und amorpher Kohlenstoff, Graphit ist besonders bevorzugt, da dessen Wärmeleitfähigkeit in entsprechenden Anlagen genutzt werden kann. In einer bevorzugten Ausführung liegt das Kohlenstoffmaterial zu mehr als 50 Gew.-% als Fasermaterial vor, bevorzugt in Form eines Fasermaterials, welches in Form eines textilen Flächengebildes ausgestaltet ist. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform liegt das Kohlenstoffmaterial zu weniger als 30 Gew.-%, bevorzugt zu weniger als 10 Gew.-%, als Fasermaterial vor. Bevorzugt sind derartige Kohlenstoffbauteile mit einem organischen Polymermaterial, z. B. einem Harz, wie einem Phenolharz, imprägniert, wodurch deren Beständigkeit noch einmal deutlich erhöht wird.
Erfindungsgemäß wird unter dem Begriff “Glasbauteil” ein Bauteil verstanden, welches > 30 Gew.-% Glas aufweist. Vorzugsweise beträgt der Anteil des Glases > 40 Gew.-%, noch bevorzugter e 50 Gew.-%, noch stärker bevorzugt e 70 Gew.-%, noch erheblich stärker bevorzugt e 90 Gew.-%, und am bevorzugtesten 100 Gew.-%.
Die Erfinder konnten feststellen, dass erst ab einem entsprechenden Gehalt an Glas die für verfahrenstechnisch anspruchsvolle Anwendungen, insbesondere Anlagen im Bereich des Handlings korrosiver Chemikalien, notwendige chemische und mechanische Beständigkeit gegeben ist.
In einer bevorzugten Ausführung liegt das Glasmaterial zu mehr als 50 Gew.-% als Fasermaterial vor, bevorzugt in Form eines Fasermaterials, welches in Form eines vorzugsweise textilen Flächengebildes angeordnet ist. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform liegt das Glasmaterial zu weniger als 30 Gew.-%, bevorzugt zu weniger als 10 Gew.-%, als Fasermaterial vor.
Das erste, glas- und/oder kohlenstoffbasierte Bauteil kann auch ein nicht-Kohlenstoff- und nicht-Glasfasermaterial umfassen, wobei der Gewichtsanteil dieses Fasermaterials bevorzugt weniger als 50 Gew.-%, stärker bevorzugt weniger als 20 Gew.-% beträgt.
Das erste, glas- und/oder kohlenstoffbasierte Bauteil kann auch ein ausgehärtes Harzmaterial umfassen, wobei der Gewichtsanteil von ausgehärtetem Harzmaterial bevorzugt weniger als 70 Gew.-%, stärker bevorzugt weniger als 50 Gew.-% oder sogar weniger als 20 Gew.-% beträgt.
Unter den erfindungsgemäßen Begriff „Kohlenstoff- oder Glasbauteil“ fallen auch Bauteile, die Kohlenstoff und Glas aufweisen, wobei die Summe dieser beiden Komponenten > 30 Gew.-% beträgt. Vorzugsweise beträgt der Anteil der Summe von Kohlenstoff und Glas > 40 Gew.-%, noch bevorzugter > 50 Gew.-%, noch stärker bevorzugt > 70 Gew.-%, noch erheblich stärker bevorzugt > 90 Gew.-%, und am bevorzugtesten 100 Gew.-%.
Erfindungsgemäß wird unter dem Begriff „Carbonmaterial” ein Kohlenstoffmaterial verstanden, welches strukturell in einem nicht-graphitierten und nicht-graphitischen Zustand vorliegt. Es wird durch Carbonisierung eines organischen Materials, in Regel durch Pyrolyse, erhalten.
„Graphitiert” bezieht sich auf ein Kohlenstoffmaterial, für das mit Hilfe von Beugungsmethoden eine dreidimensionale, hexagonal-kristalline Fernordnung im Material nachgewiesen werden kann.
„Graphitisch“ bezieht sich auf ein Kohlenstoffmaterial mit einer mehr oder weniger perfekten dreidimensionalen, hexagonal-kristallinen Fernordnung.
Unter einem „Faserverbundmaterial“ wird ein Werkstoff aus zwei oder mehr verbundenen Materialien, wie beispielsweise eine Kombination aus einem Fasermaterial und einem Matrixmaterial, verstanden, der andere Werkstoffeigenschaften besitzt als seine einzelnen Komponenten und der als Bestandteil eines technischen Gegenstands dienen kann. Ein solcher Bestandteil kann beispielsweise eine Platte, ein Zylinder oder ein Gehäuse sein. Von dem Begriff sind jedoch sinngemäß auch Faserverbundmaterialien umfasst, die einen technischen Gegenstand perse bilden können. Bei dem erfindungsgemäßen Faserverbundmaterial handelt es sich um ein Faserverbundmaterial wie z. B. ein glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) oder ein carbonfaserverstärkter Kunststoff (CFK). Das Faserverbundmaterial kann durch ein Fügen verschiedener Materialien oder ein Beschichten eines Materials hergestellt werden. Vorzugsweise ist das Faserverbundmaterial jedoch integral, d.h. einstückig, ausgestaltet. Besonders bevorzugt wird das Faserverbundmaterial bei seiner Herstellung durch einstückige Aushärtung erhalten.
„Fasermaterialien“ sind Materialien, die lineare, fadenähnliche Gebilde aufweisen oder aus diesen bestehen, welche wiederum vorzugsweise Teile einer komplexeren Flächenstruktur wie einem Gewebe, einem Vlies, einem Gelege oder einer Maschenware sind.
Das „Matrixmaterial“ des erfindungsgemäßen Faserverbundmaterials dient zur zumindest teilweisen, vorzugsweise vollständigen Einbettung des Faserwerkstoffes, d.h. des Fasermaterials. Es hält die Fasern des Faserwerkstoffes in ihrer Position und überträgt und verteilt Spannungen zwischen ihnen. Zusätzlich sorgt es für eine Gas- und Flüssigkeitsdichtheit des Materials. Es ist vorzugsweise ein Polymermaterial, insbesondere ein duromeres Polymermaterial, kann aber z.B. auch - wie bei einem kohlenstofffaserverstärkten Kohlenstoff - durch Kohlenstoff gebildet werden. Vorzugsweise handelt es sich dabei um ein aus einem Harz und einem Härter hergestelltes Polymermaterial. Bei der Herstellung werden vorzugsweise Beschleuniger, Aktivatoren und Trennmittel eingesetzt, die dann im Sinne der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Teil des Matrixmaterials sind.
Das Matrixmaterial weist bevorzugt > 30 Gew.-% eines graphitierten und/oder graphitischen Kohlenstoffmaterials und/oder eines Carbonmaterials auf, wobei wenn der Werkstoff Kombinationen dieser Materialien umfasst, sich die > 30 Gew.-% auf die Summe der jeweiligen vorgenannten Materialien bezieht. Vorzugsweise beträgt der Anteil des oder der Materialien > 40 Gew.-%, noch bevorzugter > 50 Gew.-% oder > 60 Gew., noch stärker bevorzugt > 70 Gew.- % oder > 80 Gew., noch erheblich stärker bevorzugt > 90 Gew.-%, und am bevorzugtesten 100 Gew.-%.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Volumenverhältnis von Matrixmaterial zu Fasermaterial im Faserverbundmaterial 5:1 bis 1 :5, vorzugsweise 3:1 bis 1 :3 und besonders bevorzugt 1 :1 bis 1 :2.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Gewichtsverhältnis von Matrixmaterial zu Fasermaterial im Faserverbundmaterial 5:1 bis 1 :20, vorzugsweise 1 :1 bis 1 : 15 und besonders bevorzugt 1 :2 bis 1 :10.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Volumenanteil von Fasermaterial an der Gesamtmasse des Faserverbundmaterials von 10 bis 90 Vol.-%, vorzugsweise 30 bis 80 Vol.-%, bevorzugter 40 bis 75 Vol.-%, noch stärker bevorzugt 50 bis 70 Vol.-%, und am bevorzugtesten 55 bis 65 Vol.-%.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Volumenanteil von Matrixmaterial an der Gesamtmasse des Faserverbundmaterials von 10 bis 90 Vol.-%, vorzugsweise 20 bis 70 Vol.-%, bevorzugter 25 bis 60 Vol.-%, noch stärker bevorzugt 30 bis 50 Vol.-%, und am bevorzugtesten 35 bis 45 Vol.-%.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Gewichtsanteil von Fasermaterial an der Gesamtmasse des Faserverbundmaterials von 15 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 40 bis 90 Gew.-%, bevorzugter 50 bis 85 Gew.-%, noch stärker bevorzugt 60 bis 80 Gew.-%, und am bevorzugtesten 65 bis 75 Gew.-%. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Gewichtsanteil von Matrixmaterial an der Gesamtmasse des Faserverbundmaterials von 5 bis 85 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 60 Gew.-%, bevorzugter 15 bis 50 Gew.-%, noch stärker bevorzugt 20 bis 40 Gew.-%, und am bevorzugtesten 25 bis 35 Gew.-%.
Das Faserverbundmaterial kann auch Poren umfassen, d. h. Luft- und/oder Gaseinschlüsse, die jedoch vorzugsweise nicht mehr als 5 Vol.-% des Gesamtvolumens des Faserverbundbauteils ausmachen. Besonders bevorzugt nicht mehr als 3 Vol.-%, noch stärker bevorzugt nicht mehr als 2 Vol.-% und am bevorzugtesten nicht mehr als 1 Vol.-%. Faser- und Matrixvolumen- anteile sowie der Volumenanteil von Poren können mittels computertomographischer Analyse, wie z. B. in Willems, Fabian, et al. "Bestimmung der Faserorientierung langglasfaserverstärkter Thermoplaste mittels bildoptischer Analyse und Computertomografie", Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung eV, Ed (2018) beschrieben, ermittelt werden. Für kohlenstofffaserverstärkte Bewehrungseinheiten kann die Bestimmung der Anteile von Matrixmaterial, Faser und Poren auch wie in ISO 14127, erste Ausgabe, 2008, beschrieben, erfolgen.
Die Bauteile der Bauteilkombination sind in ihrer bestimmungsgemäßen Verwendung oftmals hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt und weisen daher eine besonders ausgeprägte mechanische Beständigkeit und/oder Festigkeit auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das erste und/oder das zweite Bauteil daher eine nach DIN EN ISO 14125:2011-05 bestimmte Biegefestigkeit von > 100 MPa, vorzugsweise > 200 MPa, bevorzugter > 300 MPa, noch stärker bevorzugt > 350 MPa, noch erheblich stärker bevorzugt > 400 MPa und am bevorzugtesten > 450 MPa, in der Regel jedoch nicht mehr als 600 MPa, auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das erste und/oder das zweite Bauteil daher ein nach DIN EN ISO 14125:2011-05 bestimmtes Biege-E-Modul von > 10 GPa, vorzugsweise > 20 GPa, bevorzugter > 30 GPa, noch stärker bevorzugt > 50 GPa, noch erheblich stärker bevorzugt > 60 GPa und am bevorzugtesten > 75 GPa, in der Regel jedoch nicht mehr als 1000 GPa, auf.
Die Erfinder konnten herausfinden, dass sich die erfindungsgemäßen Kombinationen eines ersten Bauteils aus einem weichen, aber hochinerten Bauteilmaterial, nämlich Kohlenstoff oder Glas und einem Faserverbundmaterialbauteil hoher Festigkeit - trotz der stark unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien - besonders gut dazu eignen, verfahrenstechnische Apparate zu bauen. Diese Kombinationen weisen vorteilhafte mechanische Eigenschaften auf, ermöglichen eine dauerhaft leckagefreie Verbindung und können gleichzeitig besonders materialeffektiv hergestellt werden.
Viele Anlagenbauteile für den Einsatz unter korrosiven Bedingungen, wie z. B. Rohrböden, sind üblicherweise aus einem korrosionsbeständigen, für drucktragende Anwendungen zugelassenen Material (z.B. Graphit, Sondermetalle wie Zirkonium und Tantal, Kunststoffe wie PFA und PTFE) hergestellt. Teilweise kommt auch ein Materialverbund aus einem nicht korrosionsbeständigen Material als tragender Kern (z.B. Kohlenstoffstahl) und einen diesen Kern umfassenden Hülle (z.B. einer Beschichtung) aus einem korrosionsbeständigen Material zur Anwendung. Letzteres birgt das Risiko, dass bei Verletzung der Hülle/Beschichtung die Stabilität der Anlage nachhaltig beeinträchtigt werden kann. Da entsprechende Verletzungen gar nicht oder nur sehr schwer zu detektieren sind, sind derartige Materialkombinationen der erfindungsgemäßen Bauteilkombination deutlich unterlegen, denn diese ist gegenüber den meisten chemischen Medien uneingeschränkt beständig. Gegenüber massiven Kunststoffbauteilen weist die erfindungsgemäße Bauteilkombination hingegen eine deutlich höhere Temperaturbeständigkeit auf, gegenüber massiven - einzig auf Graphit basierenden - Graphitbauteilkombinationen den wesentlichen Vorteil nicht keramischer Materialeigenschaften bei gleichzeitig hohen mechanischen Festigkeiten.
Die mechanischen Lasten einer Bauteilkombination können durch das Faserverbundmaterial deutlich besser aufgenommen und abgeleitet werden, d.h. das Vorsehen eines Faserverbundmaterials bewirkt eine zusätzliche Stabilisierung des „weicheren“ Bauteils. Ebenso weist das Faserverbundmaterial höhere mechanische Festigkeiten auf, wodurch die Rohrböden mit geringerer Wanddicke und somit geringerem Materialaufwand gefertigt werden können. Im gleichen Maße sinken die Gewichte des Bauteils, wodurch sich das Handling bei Zusammenbau und Einbau des Apparats verbessert.
Im gleichen Maße sinkt die Fläche des Rohrbodens zur Umgebung, wodurch im Betrieb Beschädigungen durch äußere Einflüsse vermindert werden können. Durch die geringere Wärmeleitfähigkeit des Faserverbundmaterials im Vergleich zum Graphitmaterial wird im Zusammenhang mit der geringeren Außenfläche der Wärmeverlust zur Umgebung gesenkt und die Energieeffizienz des Apparats gesteigert. Die Bauteilkombination umfasst bevorzugt auch ein Verbindungsmittel, welches das erste und das zweite Bauteil miteinander verbindet und vorzugsweise an dem ersten und/oder zweiten Bauteil oder zwischen diesen Bauteilen angeordnet ist. Auch mehrere Verbindungsmittel sind denkbar und vorteilhaft. Das Verbindungsmittel ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe von stoffschlüssigen-, formschlüssigen-, kraftschlüssigen Verbindungen oder Kombinationen der vorgenannten. Die stoffschlüssige Verbindung führt zu einem Minimum möglicher Leckagestellen, da keine für Undichtigkeiten anfällige Abdichtung, wie beispielsweise eine O-Ring- Abdichtung, benötigt wird. Sie ist daher besonders bevorzugt.
Zudem ist die Standzeit einer stoffschlüssigen Verbindung in der Regel deutlich höher als die Standzeit einer formschlüssigen Verbindung mit O-Ringen. O-Ringe verspröden bei chemischer und thermischer Beaufschlagung, was häufig zu Undichtigkeiten führt. Die verringerte Anzahl von benötigten Teilen nimmt dem System darüber hinaus die Komplexität, was mit einer einfacheren und kostengünstigeren Herstellung und Wartung verbunden ist.
Eine solche stoffschlüssige Verbindung ist weiterhin besonders stark mechanisch belastbar, wohingegen eine O-Ring-gedichtete Verbindung nur im minimalen Maße, kaum quantifizierbar und nicht homogen Kräfte übertragen kann. Vorzugsweise wird eine stoffschlüssige Verbindung durch ein Harz, vorzugsweise ein Phenolharz oder einen Mehrkomponentenkitt, der vorzugsweise eine Mischung aus Kohlenstoffpulver und Phenolharz umfasst, erzielt.
Durch die Mischung von Kohlenstoffpulver und Phenolharz werden - bei Verwendung eines Kohlenstoffbauteils - homogene(re) Stoffeigenschaften hin zum Kohlenstoffmaterial und dem Faserverbundwerkstoff erzielt und damit eine stabilere Verbindung erzielt. Besonders ausgeprägt ist dieser Effekt, wenn das erste Bauteil ein Kohlenstoffbauteil ist und das Matrixmaterial des zweiten Bauteils Kohlenstoff umfasst oder ist (wie es z.B. bei CFG der Fall ist), oder das Matrixmaterial zumindest ein organisches Polymermaterial umfasst oder ist. Dadurch werden Spitzen im Hinblick auf Temperatur, mechanische Belastung und chemischer Angriff vermieden und über den kompletten Apparat verteilt/abgeleitet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist eines der Bauteile mindestens einen Aufnahmeabschnitt, wie z. B. eine Aufnahmeöffnung, auf, in welcher das andere Bauteil zumindest teilweise mit einem Einpassungsabschnitt angeordnet und mit einer vorzugsweise stoffschlüssigen Verbindung befestigt ist. Vorzugsweise weist eines der Bauteile einen zum Aufnahmeabschnitt geometrisch komplementär ausgestalteten Einpassungsabschnitt auf. Der Aufnahmeabschnitt kann beispielsweise hohlzylindrisch ausgestaltet sein und der Einpassungsabschnitt rohrförmig oder konisch. Der Einpassungsabschnitt ist vorzugsweise so gestaltet, dass dieser formschlüssig in den Aufnahmeabschnitt eingefasst werden kann. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist eines der Bauteile einen zum Aufnahmeabschnitt des anderen Bauteils geometrisch komplementär ausgestalteten Einpassungsabschnitt auf, der vorzugsweise unter Zuhilfenahme eines Phenolharzes und/oder eines Mehrkomponentenkitts, welches oder welcher zwischen Einpassungsabschnitt und Aufnahmeabschnitt angeordnet ist, am Aufnahmeabschnitt befestigt ist. Die geometrisch komplementär ausgestalteten Aufnahme- und Einpassungsabschnitte sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie eine Zapfen-, V- oder Nut- und-Feder-Geometrie aufweisen.
Vorzugsweise ist der Aufnahmeabschnitt in Form einer geradzylindrischen oder konischen Aussparung ausgestaltet.
Natürlich können das erste und das zweite Bauteil auch jeweils mindestens einen Aufnahmeabschnitt aufweisen, für welchen vorzugsweise ein geometrisch komplementär ausgestalteter Einpassungsabschnitt auf dem jeweils anderen Bauteil vorgesehen ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens eines der Bauteile plattenförmig ausgestaltet. Eine Platte ist ein geometrischer Körper, der in einer Raumrichtung eine deutlich geringere Ausdehnung hat als in den beiden anderen. Die Platte umfasst vorzugsweise zwei oder mehr Lagen, sodass ein mehrlagiger Aufbau erzielt wird.
Durch den plattenartigen Aufbau ist es möglich, jegliche sich durch die mechanische Berechnung des Bauteils ergebende Bauteildicke zu realisieren, ohne auf Herstellung spezifischer Lagendicken angewiesen zu sein. Hierdurch kann eine individuell erforderliche Bauteildicke sehr kostengünstig, schnell und äußerst flexibel aus Standardlagen aufgebaut werden.
Besonders bevorzugt ist das zweite Bauteil, welches das Faserverbundmaterial aufweist oder aus diesem besteht, plattenförmig ausgestaltet und die Fasern sind entlang der Plattenebene ausgerichtet. Eine Beanspruchung der Fasern erfolgt daher im Wesentlichen durch Biegung. Die nach DIN EN ISO 14125:2011-05 bestimmte Biegefestigkeit des Faserverbundmaterials beträgt bevorzugt > 400 MPa, besonders bevorzugt > 500 MPa und am bevorzugtesten > 600 MPa, in der Regel jedoch nicht mehr als 1000 MPa. Wenn eines der Bauteile plattenförmig ausgestaltet ist, so weist dieses Bauteil vorzugsweise einen Aufnahmeabschnitt für das andere, zweite Bauteil auf, welches vorzugsweise als Rohr ausgestaltet ist. Besonders bevorzugt ist das erste, plattenförmige Bauteil eine CFK- oder CFC-Platte und das zweite Bauteil ein Graphitrohr. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das erste, plattenförmige Bauteil eine Graphitplatte und das zweite Bauteil ein CFK- oder ein CFC-Rohr. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Bauteil ein CFC-Rohr und das erste Bauteil ein Bund, welcher das CFC-Rohr zumindest abschnittsweise umschließt. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das erste, plattenförmige Bauteil eine CFK-Platte und das zweite Bauteil ein CFK-Rohr. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das erste, plattenförmige Bauteil eine CFC-Platte und das zweite Bauteil ein CFC-Rohr. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das erste, plattenförmige Bauteil eine CFC-Platte und das zweite Bauteil ein CFK-Rohr. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das erste, plattenförmige Bauteil eine CFK-Platte und das zweite Bauteil ein CFC-Rohr. Die entsprechenden Bauteile können imprägniert sein, vorzugsweise mit einem Harz. Im Falle des Einsatzes von CFC-Bauteilen sind diese vorzugsweise mit einem organischen Polymermaterial, z.B. einem Harz, wie einem Phenolharz, imprägniert.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste und/oder zweite Bauteil plattenförmig ausgestaltet, wobei bevorzugt die Dicke der Platte im Bereich von 10 mm bis 300 mm liegt. Sofern der plattenförmige Aufbau zwei oder mehr Lagen umfasst, ist die Dicke der jeweiligen Lagen vorzugsweise im Bereich von 3 mm bis 100 mm.
Die vorgenannten Dicken sind insbesondere vorteilhaft, wenn das erste und/oder zweite Bauteil ein Rohrboden ist. Die üblicherweise verwendeten Graphitplatten sind nur mit erheblichem Materialaufwand und Kosten in größeren Dicken herzustellen, sodass hier ein besonders starker Vorteil der Erfindung liegt.
Bei einer lagenförmigen Ausgestaltung des ersten und/oder zweiten Bauteils sind die zwei oder mehr Lagen vorzugsweise in Kombination kraft- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden. Beispielsweise kann das Bauteil ein oder mehrere Stifte und/oder Gewindestangen umfassen, die sich durch mindestens zwei der zwei oder mehr Lagen hindurch erstrecken, sodass diese die zwei oder mehr Lagen kraftschlüssig miteinander verbinden. Die ein oder mehrere Stifte und/oder Gewindestangen werden vorzugsweise orthogonal zur Plattenebene eingebracht. Zusätzlich oder alternativ kann ein Verkleben mit Harz, vornehmlich Phenol- oder Vinylesterharz, oder kohlenstoffhaltigem Kitt erfolgen. Dies kann durch Imprägnierung einer oder mehrerer Lagen erfolgen oder durch ein Zusammenkleben der Lagen, indem das Harz oder der Kitt zwischen die Lagen eingebracht wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das erste und das zweite Bauteil unterschiedlich ausgestaltet, d.h. sie unterscheiden sich hinsichtlich ihres Materialaufbaus und/oder ihrer strukturellen Zusammensetzung und/oder ihrer konstruktiven Gestaltung. Insbesondere beinhalten diese differierende Bestandteile, d.h. eines der beiden Bauteile weist mindestens einen Bestandteil auf, der im anderen Bauteil nicht enthalten ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Faserwerkstoff zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig, eine Flächenstruktur auf, vorzugsweise eine textile Flächenstruktur, d.h. er liegt in einer solchen Form vor. Besonders bevorzugt liegt der Faserwerkstoff, d.h. das Fasermaterial, zu > 50 Gew.-%, bevorzugter zu > 70 Gew.-%, am bevorzugtesten zu > 90 Gew.-% in einer solchen Form vor.
Besonders bevorzugt ist die Flächenstruktur ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gelege, Maschenwaren, Gewebe, Geflechte, Vlies oder Mischungen davon.
Besonders bevorzugt sind Gelege, da diese sehr kosteneffektiv in der Herstellung sind und sehr gute mechanische Eigenschaften liefern.
Erfindungsgemäß wird unter Vlies ein Gebilde aus Fasern begrenzter Länge, Endlosfasern (Filamenten) oder geschnittenen Garnen jeglicher Art und jeglichen Ursprungs verstanden, die auf irgendeine Weise zu einer Faserschicht zusammengefügt und auf irgendeine Weise miteinander verbunden worden sind. Hiervon ausgeschlossen ist das Verkreuzen bzw. Verschlingen von Garnen, wie es beim Weben, Wirken, Stricken, der Spitzenherstellung, dem Flechten und der Herstellung von getufteten Erzeugnissen geschieht. Diese Definition entspricht der Norm DIN EN ISO 9092. Unter den Begriff Vliesstoff fallen erfindungsgemäß auch die Filzstoffe. Nicht zu den Vliesstoffen gehören hingegen Folien und Papiere.
Unter Flechten wird im Sinne der Erfindung das regelmäßige Ineinanderschlingen mehrerer Stränge aus biegsamem Material verstanden. Der Unterschied zum Weben liegt darin, dass beim Flechten die Fäden nicht rechtwinklig zu der Produkthauptrichtung zugeführt werden.
Erfindungsgemäß wird unter Gewebe ein textiles Flächengebilde verstanden, das aus zwei Fadensystemen, Kette (Kettfäden) und Schuss (Schussfäden), besteht, die sich in der Sicht auf die Gewebefläche unter einem Winkel von genau oder annähernd 90° mustermäßig kreuzen. Jedes der beiden Systeme kann aus mehreren Kett- bzw. Schussarten aufgebaut sein (z.B. Grund-, Pol- und Füllkette; Grund-, Binde- und Füllschuss). Die Kettfäden verlaufen in Längsrichtung des Gewebes, parallel zur Gewebekante, und die Schussfäden in Querrichtung, parallel zum Geweberand. Die Verbindung der Fäden zum Gewebe erfolgt vorwiegend durch Reibschluss. Damit ein Gewebe ausreichend schiebefest ist, müssen die Kett- und Schussfäden meistens relativ dicht gewebt werden. Deshalb weisen die Gewebe bis auf wenige Ausnahmen auch ein geschlossenes Warenbild auf. Diese Definition entspricht der Norm DIN 61100, Teil 1.
Erfindungsgemäß fallen unter die Begriffe Gewebe und Vlies auch solche textilen Materialien, die getuftet wurden. Das Tuften ist ein Verfahren, bei dem Garne mit einer durch Druckluft und/oder Strom betriebenen Maschine in ein Gewebe oder ein Vlies verankert werden.
Erfindungsgemäß werden unter Maschenware textile Stoffe verstanden, die aus Fadensystemen durch Maschenbildung hergestellt werden. Hierunter fallen sowohl gehäkelte als auch gestrickte Stoffe.
Unter Gelege wird erfindungsgemäß ein Flächengebilde, das aus einer oder mehreren Lagen von parallel verlaufenden, gestreckten Fäden besteht, verstanden. An den Kreuzungspunkten werden die Fäden üblicherweise fixiert. Die Fixierung erfolgt entweder durch Stoffschluss oder mechanisch durch Reibung und/oder Formschluss. Bevorzugt ist das Gelege ausgewählt aus einem monoaxialen oder unidirektionalen, einem biaxialen oder multiaxialen Gelege.
Vorzugsweise weist der Faserwerkstoff eine anisotrope Struktur auf, d.h. innerhalb der erfindungsgemäßen Funktionsschicht weisen die Fasern eine bestimmte Faserorientierung auf. Hierdurch kann ein anisotropes mechanisches Verhalten des Schichtverbunds erzeugt werden.
Das Fasermaterial umfasst oder besteht aus bevorzugt Fasern mit einer Länge > 42 mm.
Das Fasermaterial umfasst oder besteht aus bevorzugt Lang- und/oder Endlosfasern.
Unter „Langfasern“ werden im Rahmen der Erfindung Fasern mit einer Länge L 1-50 mm verstanden. Die Fasern des erfindungsgemäßen Fasermaterials weisen vorzugsweise eine Faserlänge L auf, wobei L > 25 mm, bevorzugt L > 35 mm, besonders bevorzugt > 42 mm ist. Unter „Endlosfasern“ werden im Rahmen der Erfindung Fasern mit einer Länge L > 50 mm verstanden. Die Fasern des erfindungsgemäßen Fasermaterials weisen vorzugsweise eine Faserlänge L auf, wobei L > 75 mm, bevorzugt L > 100 mm. Bevorzugt ist die Verwendung von Endlosfasern. Hierdurch werden Bauteile mit besonders vorteilhaften mechanischen Eigenschaften erhalten.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei den Endlosfasern um Unidirektionalfasern, d.h. die Endlosfasern sind zumindest teilweise in eine einzige Richtung orientiert und vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet.
Bevorzugt ist der Faserwerkstoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glasfasern, Carbonfasern, Keramikfasern, Basaltfasern, Borfasern, Stahlfasern, Polymerfasern wie Synthesefasern, insbesondere Aramid- und Nylonfasern, oder Naturfasern, insbesondere Naturpolymerfasern. Carbonfasern sind besonders bevorzugt.
Unter Naturfasern sind Fasern zu verstehen, die von natürlichen Quellen wie Pflanzen, Tieren oder Mineralien stammen und sich ohne weitere chemische Umwandlungsreaktionen direkt einsetzen lassen. Erfindungsgemäße Beispiele hierfür sind Flachs- oder Hanffasern sowie Proteinfasern oder Baumwolle. Erfindungsgemäß eingesetzt werden können auch Regeneratfasern, d.h. Fasern, die aus natürlich vorkommenden, nachwachsenden Rohstoffen über chemische Prozesse hergestellt werden. Entsprechende Faserwerkstoffe zeichnen sich durch eine verbesserte Recycl ierbarkeit und damit eine besonders hohe Nachhaltigkeit aus.
Die Erfindung umfasst auch ein "kit-of-parts", auch Bauteilsystem genannt, also das räumliche Nebeneinander der funktionell aufeinander abgestimmten Bauteile zur Herstellung der erfindungsgemäßen Bauteilkombination und/oder zur Herstellung einer verfahrenstechnischen Anlage, insbesondere zur Herstellung von Druckgeräten und/oder Rohrbündelwärmetauschern, bei welcher die Bauteile bevorzugt verbunden sind. Das Bauteilsystem umfasst vorzugsweise auch weitere Bauteile und/oder ein Verbindungsmittel wie ein stoffschlüssiges Verbindungsmittel, z.B. ein Harz oder ein Kit.
Die erfindungsgemäßen Bauteile sind vorzugsweise Rohrbündelwärmetauscherteile. Vorzugsweise ist das erste Bauteil ein Rohr eines Rohrbündelwärmetauschers, wobei das Rohr bevorzugt ein Kohlenstoffrohr, besonders bevorzugt ein Graphit-, ein CFK- oder CFC-Rohr, ist. Vorzugsweise ist das zweite Bauteil ein Rohrboden eines Rohrbündelwärmetauschers, wobei der Rohrboden vorzugsweise ein CFK- oder CFC-Rohrboden ist. Natürlich kann die Zuordnung auch genau umgekehrt sein.
Die Erfindung betrifft auch einen Rohrbündelwärmetauscher, umfassend ein Gehäuse, ein oder zwei Rohrböden und mindestens ein Rohr, durch welches ein erstes Wärmeaustauschmedium hindurchführbar ist, wobei das mindestens eine Rohr vorzugsweise stoffschlüssig mit dem einen oder den zwei Rohrböden verbunden ist und das Gehäuse von dem mindestens einen Rohr unter Bildung einer Wärmetauscherkammer durchsetzt ist, durch die ein zweites Wärmeaustauschmedium hindurchführbar ist, sodass eine Wärmeübertrag von dem ersten auf das zweite Wärmeaustauschmedium stattfinden kann, wobei
■ das mindestens eine Rohr ein Kohlenstoff- oder Glasbauteil ist, und
■ der eine oder die zwei Rohrböden ein Faserverbundmaterial mit einem Fasermaterial und einem vorzugsweise polymeren Matrixmaterial umfassen oder aus diesem bestehen.
Das mindestens eine Rohr ist bevorzugt ein Kohlenstoffrohr, besonders bevorzugt ein Graphitrohr. Vorzugsweise ist der eine oder sind die zwei Rohrböden CFK- oder CFC-Rohrböden. Natürlich kann die Zuordnung auch genau umgekehrt sein, d.h. der eine oder die zwei Rohrböden sind Graphitböden, wohingegen das Rohr ein CFK- oder CFC-Rohr ist.
Die Erfindung betrifft auch eine Bauteilkombination für eine Quenchpfeife, wobei das erste Bauteil eine Graphitplatte ist, welche einen Aufnahmeabschnitt für das zweite Bauteil - ein CFK-Rohr - umfasst.
Die Erfindung betrifft auch eine Bauteilkombination für ein Aufgaberohr, wobei das zweite Bauteil ein CFC-Rohr ist, und das zweite Bauteil ein Graphitbund, der das CFC-Rohr zumindest abschnittsweise umschließt.
Die Erfindung betrifft auch eine verfahrenstechnische Anlage umfassend die erfindungsgemäße Bauteilkombination, insbesondere Druckgeräte oder Rohrbündelwärmetauscher umfassend die erfindungsgemäße Bauteilkombination. BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Kurzbeschreibung:
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Rohrbündelwärmetauschers.
Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Wärmetauscherbodens eines Rohrbündelwärmetauschers so wie in Fig. 1 dargestellt mit einem darin angeordneten Wärmeaustauscherrohr.
Fig. 3 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung einer Graphitpfeifenquenche.
Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Graphitpfeifenquenche.
Fig. 5 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung eines Aufgaberohrs.
Ausführliche Beschreibung:
Fig. 1 zeigt schematisch einen zylindrischen Rohrbündelwärmetauscher 1. Die äußere Struktur des Wärmetauschers wird durch ein druckfestes Gehäuse 4 mit druckfesten Eintrittsund Austrittskammern 2 ,3 gebildet. Der Wärmetauscher umfasst zwei Rohrböden 6, die in das Gehäuse eingepasst sind. Die Wärmetauscherrohre 7 werden in den Rohrböden 6 unter Bildung einer Wärmetauscherkammer zwischen den beiden Rohrböden 6 gehalten und mit einem ersten Wärmetauschermedium, welches über einen ersten Zulaufstutzen 8 der Wärmetauscherkammer des Wärmetauschers zugeführt wird, umspült. Abgeführt wird dieses erste Wärmetauschermedium über einen ersten Ablaufstutzen 9. Ein zweites Wärmetauschermedium wird über einen zweiten Zulaufstutzen 10 zugeführt, durch die Wärmetauscherrohre transportiert und über einen zweiten Ablaufstutzen 11 abgeführt, sodass ein Wärmeübertrag von dem ersten auf das zweite Wärmeaustauschmedium stattfinden kann (oder umgekehrt).
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt eines Wärmetauscherbodens, wie er im Wärmetauscher der Fig. 1 eingesetzt werden kann. Der Rohrboden 6 umfasst einen konischen, d.h. kegel- bzw. kegelstumpfförmigen, Aufnahmeabschnitt 17, in welchen das Wärmetauscherrohr 7 eingeführt wird. Der Endabschnitt des Rohres bildet einen hierzu komplementären Einpassungsabschnitt. Mit Hilfe eines Harzes 5 kann der Einpassungsabschnitt mit dem Aufnahmeabschnitt stoffschlüssig verbunden werden.
Fig. 3 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung einer Graphitpfeifenquenche 12. Ein entsprechender Schnitt der Graphitpfeifenquenche 12 ist in Fig. 4 gezeigt. Quenchen dienen zur schnellen Abkühlung heißer Abgase aus Öfen, Brennkammern und anderen Abgasquellen. Die Graphitpfeifenquenche 12 weist einen zylindrischen Behälter 13 umfassend einen Pfeifen- quencherboden 14 aus Graphit mit einem Bündel vertikal eingebauter Rohre (=Pfeifen, 15), welche aus kohlenstofffaserverstärktem Kohlenstoff bestehen, auf. Die Quenchflüssigkeit wird über den Quenchenzulaufstutzen 16 zugeführt. Das am oberen Ende der Graphitpfeifenquenche zugespeiste Gas tritt in Kontakt mit der Quenchflüssigkeit und strömt in die vertikal angeordneten Pfeifen. Aufgrund des sich reduzierenden Querschnitts nimmt die Geschwindigkeit innerhalb der Pfeifen signifikant zu, woraus eine hohe Turbulenz und innige Vermischung resultiert. Der direkte Kontakt zwischen Gas und Flüssigkeit gewährleistet eine sofortige Gaskühlung. Eine erfindungsgemäße Graphitpfeifenquenche 12 umfasst eine Pfeifeneinpassung in den Pfeifenquencherboden 14 wie sie in Fig. 2 dargestellt und oben beschrieben ist, d.h. der Pfeifenquencherboden 14 umfasst einen konischen, d.h. kegel- bzw. kegelstumpfförmigen, Aufnahmeabschnitt, in welchen die Pfeife mit ihrem komplementären Einpassungsabschnitt eingeführt wird.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Aufgaberohrs mit einem CFC-Rohr 18 mit einer darin vorgesehenen Ausgabeöffnung 19 und einem das CFC-Rohr umschließenden Graphitbund 20.
Bezugszeichen
1 Rohrbündelwärmetauscher
2 Eintrittskammer
3 Austrittskammer
4 druckfestes Gehäuse
5 Harz
6 Rohrboden
7 Wärmetauscherrohr
8 erste Zulaufstutzen
9 erste Ablaufstutzen
10 zweite Zulaufstutzen
11 zweite Ablaufstutzen
12 Graphitpfeifenquenche
13 zylindrischer Behälter
14 Pfeifenquencherboden
15 vertikal eingebaute Rohr („Pfeife“)
16 Quenchenzulaufstutzen
17 Aufnahmeabschnitt Rohrboden
18 CFC-Rohr
19 Ausgabeöffnung
20 Graphitbund

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Bauteilkombination für eine verfahrenstechnische Anlage, insbesondere für Druckgeräte und/oder Rohrbündelwärmetauscher, umfassend ein erstes und ein zweites Bauteil, wobei das erste und das zweite Bauteil vorzugsweise stoffschlüssig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass
■ das erste Bauteil ein Kohlenstoff- oder Glasbauteil, vorzugsweise ein Graphitbauteil, ist, und
■ das zweite Bauteil ein Faserverbundmaterial mit einem Fasermaterial und einem vorzugsweise polymerem Matrixmaterial umfasst oder aus diesem besteht.
2. Bauteilkombination nach Anspruch 1 , wobei das erste oder das zweite Bauteil einen Aufnahmeabschnitt aufweist, in welchem das jeweils andere Bauteil abschnittsweise angeordnet und mit einer vorzugsweise stoffschlüssigen Verbindung befestigt ist.
3. Bauteilkombination nach Anspruch 2, wobei die stoffschlüssige Verbindung durch ein Harz, vorzugsweise Phenolharz, oder einen Mehrkomponentenkitt, vorzugsweise eine Mischung aus Kohlenstoffpulver und Phenolharz, erfolgt.
4. Bauteilkombination nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei das erste und/oder das zweite Bauteil plattenförmig ausgestaltet ist, und vorzugsweise zwei oder mehr Lagen umfasst.
5. Bauteilkombination nach Anspruch 4, wobei die Dicke des plattenförmig ausgestalteten ersten und/oder zweiten Bauteils im Bereich von 10 mm bis 300 mm liegt.
6. Bauteilkombination nach Ansprüchen 4 oder 5, wobei das plattenförmig ausgestaltete erste und/oder zweite Bauteil zwei oder mehr Lagen umfasst und die Dicke der zwei oder mehr Lagen des plattenförmig ausgestalteten ersten und/oder zweiten Bauteils im Bereich von 3 mm bis 100 mm liegt.
7. Bauteilkombination nach Ansprüchen 4-6, wobei das plattenförmig ausgestaltete erste und/oder zweite Bauteil zwei oder mehr Lagen umfasst und die zwei oder mehr Lagen kraft- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
8. Bauteilkombination nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei das erste und/oder das zweite Bauteil Stifte und/oder Gewindestangen zur Erhöhung der mechanischen Stabilität aufweist, wobei für den Fall, dass das erste und/oder das zweite Bauteil zwei oder mehr Lagen umfasst, die Stifte und/oder Gewindestangen sich durch mindestens zwei der zwei oder mehr Lagen hindurch erstrecken, sodass diese die zwei oder mehr Lagen kraftschlüssig miteinander verbinden.
9. Bauteilkombination nach Anspruch 8, wobei die Stifte und/oder Gewindestangen orthogonal zur Plattenebene eingebracht sind.
10. Bauteilkombination nach Ansprüchen 4-9, wobei das plattenförmig ausgestaltete erste und/oder zweite Bauteil zwei oder mehr Lagen umfasst und die Lagen mit Harz, vornehmlich Phenol- oder Vinylesterharz oder kohlenstoffhaltigen Kitt, stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
11. Bauteilkombination nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei das Fasermaterial zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, als textile Struktur, vorzugsweise als Gelege, Maschenware, Gewebe, Vlies, Filz, insbesondere Kurzfaserfilz, Geflechte und Mischungen davon, vorliegt.
12. Bauteilkombination nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei das Fasermaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Glasfasern, Carbonfasern, Basaltfasern, Keramikfasern, Stahlfasern, Polymerfasern wie Synthesefasern, insbesondere Aramid- und Nylonfasern, oder Naturpolymerfasern wie Flachs-, Hanf-, oder Proteinfasern, bevorzugt ausgewählt aus Carbon- und Glasfasern.
13. Bauteilkombination nach Ansprüchen 2-11 , wobei der Aufnahmeabschnitt geradzy- lindrisch oder konisch ausgestaltet ist.
14. Kit-of-parts zur Herstellung einer Bauteilkombination nach einem der vorausgehenden Ansprüche umfassend ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil wie in den vorausgehenden Ansprüchen definiert.
15. Rohrbündelwärmetauscher, umfassend ein Gehäuse, ein oder zwei Rohrböden und mindestens ein Rohr, durch welches ein erstes Wärmeaustauschmedium hindurchführbar ist, wobei das mindestens eine Rohr vorzugsweise stoffschlüssig mit dem einen oder den zwei Rohrböden verbunden ist und das Gehäuse von dem mindestens einen Rohr unter Bildung einer Wärmetauscherkammer durchsetzt ist, durch die ein zweites
Wärmeaustauschmedium hindurchführbar ist, sodass ein Wärmeaustausch zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmeaustauschmedium stattfinden kann, dadurch gekennzeichnet, dass
■ das mindestens eine Rohr ein Kohlenstoff- oder Glasbauteil ist, und der eine oder die zwei Rohrböden ein Faserverbundmaterial mit einem Fasermaterial und einem vorzugsweise polymerem Matrixmaterial umfassen oder aus diesem bestehen.
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