[发明专利]由多层陶瓷板制成的部件

说明书

技术领域

本发明涉及一种由相互迭加的多层平板制成的部件，至少一层平板由陶瓷材料组成，平板迭层通过夹紧装置和特别成型的扁平密封物采用压力配合的方式被连接，所述扁平密封物被分别设置在迭层的单独平板之间。所述部件特别地可以是板式热交换器或反应器。

背景技术

陶瓷零件通常用在有磨损、腐蚀以及热应力高的设备和机器结构中。工业陶瓷(特别是碳化硅陶瓷)的硬度、化学稳定性以及导热性远优于作为可选材料的钢和石墨的。

作为一种工业陶瓷，碳化硅(SiC)的优势在于导热性比钢强4倍而硬度与钻石的接近。除了使用在喷嘴、阀体、滑动环形密封物以及滑动轴承上，整体特性使得这种材料同样非常适合用在热交换器和微反应器上。

在热交换器和微反应器内，由于流体动力因素，这些零件必须被内部地以非常复杂的方式成型。通常，这种结构与可使用的陶瓷成型方法是矛盾的，从而必须将把单独的陶瓷部件连接在一起。可使用压力配合(force-fit)连接和材料配合(material-fit)连接。

现有技术

烧结碳化硅(SSiC)在板式热交换器和微反应器领域内是新型材料。

原则上SiC零件的材料配合连接是可能的。相比压力配合连接，材料配合连接提供的优势在于流经的危险或有毒介质被永久地密封。烧结碳化硅特别地能通过扩散焊、激光焊以及使用金属或玻璃焊剂的热焊接采用材料配合的方式被连接。所述方法的共同特点是零件被永久地并且因此不能分离地连接。

DE 10 2004 044 942 A1记载了通过扩散焊连接SiC零件的方法，这些零件被连接且变形很小从而形成整体。

扩散焊的SiC零件以及由扩散焊生产的部件(如上述文件中记载的)在服役寿命上呈现相当大的优势，并且它们能在非常高的温度下使用。可能承受16个标准大气压或更多的操作压力。但是，用于维护作业或检测的拆卸是不可能的，或者仅在被破环的情况下是可能的。仅能通过化学或热解过程进行清洁，并且费用很高，或者完全不可能。

扩散焊SiC热交换器另外的特征是硬度高。在使用温差很大的介质操作时，会产生热诱导应力，并且存在特别是由热震动引起的损坏风险。

在某些应用中，要求能容易地拆卸设备从而能使用很少的费用进行清洁和清除热交换器或反应器表面上的沉淀物。对此不可避免地要使用密封物。

在传统的板式热交换器中，流经的流体相互之间被密封并且使用周圈密封物与外界密封，周圈密封物被放置在柔性平板之间。在金属板式热交换器中，例如丁晴橡胶(NBR)、三元乙丙橡胶(EPDM)、氟橡胶(FPM)以及其他类型橡胶的弹性体主要用作密封材料，并且在石墨板式热交换器中主要使用聚四氟乙烯(PTFE)。

在热交换板的平面上引入能增加稳定性并且改进流体分配的结构是已知的。这些结构被成型成使得在夹紧状态下它们能接触邻近的热交换板并且因此有助于支撑热交换板。在现有技术中能找到各种版本的密封概念。其包括能平面地位于平板的外部区域上的周圈密封物，平板的表面结构被稍微加高。但是，更习惯地，所述表面结构被加工成平齐的，并且密封物(例如O形环)被放置并且固定在缺口/凹槽内。

GB 2 128 726 A记载了一种由金属材料(例如不锈钢或钛)制成的板式热交换器，其中单独的平板通过放置在凹槽内的周圈密封物相互连接。在介质的进口和出口区域，平板具有特殊的结构从而能改进密封效果。

WO 00/77468 A1同样记载了一种使用放置在凹槽中的周圈密封物的(金属)热交换器。为了更好地固定密封物，这些密封物和凹槽具有至少一个加工成舌状物的加宽。密封物优选地由橡胶制成。

EP 1 757 887 A1记载了一种由安装有盖的两个平板组成的热交换块。冷却剂流经平板的朝外的表面和盖之间的空间。在平板上设有用于气体介质的流动通道，流动通道由平板表面上互补的凹槽形成。

所述平板由石墨、陶瓷材料或复合材料制成，复合材料由其间分散有大比例热传导粒子的树脂基体组成，并且所述盖由金属材料制成。

由两个平板组成的热交换单元通过周圈扁平密封物或O形环密封物与盖连接。两个平板通过粘结物或软密封相互连接从而密封平板之间的盖。

EP 0 203 213 A1记载了由石墨－含氟聚合物的复合材料制成的板式热交换器，其中耐腐蚀柔性密封物被放置在邻近的平板元件的框架之间。扁平密封物例如由含氟聚合物制成。优选使用被压缩至0.1-0.3mm的石墨薄片。扁平密封物是周圈的并且位于被加工在平板的边缘区域的缺口内。