[发明专利]碳化硅陶瓷热交换板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于工程陶瓷材料技术领域，其涉及一种热交换器，更具体地涉及碳化硅陶瓷热交换板及其制造方法，所述热交换板在其内部具有冷却或加热介质的换热通道。

背景技术

随着世界性能源危机的日益加剧，为有效回收利用各种工业领域废液废气的多余热量，工业上对热交换器的需求越来越大，对热交换器的质量要求也越来越高。

板式热交换器是一种具有特殊结构形式的热交换器，结构紧凑，热交换效率高，广泛应用于两种介质的直接换热。由于金属良好的可加工性能，目前所使用的热交换板材料大都为金属材料。然而，普通金属材料的耐酸碱腐蚀性能比较差，在高压高腐蚀性的环境中，必须采用价格昂贵的贵金属如哈氏合金、锆、钽等，对于温度较高的情况下，特别是高于200℃时，金属材料的耐腐蚀性能迅速降低，并且产生较严重的结垢现象，大大降低了热交换器的换热效率和寿命。

碳化硅陶瓷具有优异的力学、热学和耐腐蚀性能，特别是其室温热导率高达120～180W/m·K，约为金属钽的两倍，不锈钢的5倍，镍合金的10倍，即使壁厚仅1.5～2.0mm的碳化硅热交换管也具有较高的强度。90年代以来，碳化硅热交换管已经成功用于管壳式热交换器，在各种极端环境下的热交换应用中效果良好。然而，目前碳化硅陶瓷尚未在板式热交换器中得到应用。

专利DE 2841571C2设计了一种“L”形导向的换热板，板的结构采用机械加工而成，各部分形状不规则，通用性较差。专利EP 0074471B1给出了一种湿法铸膜和叠层方法成型的制造方法。这两个专利中采用的材料均为反应烧结碳化硅或氮化硅。在碱性环境下，残余硅容易与介质反应，造成强度降低而导致板面破裂。制造的热交换器在热交换效率、耐腐蚀和气密性方面性能较差。

专利DE 19717931C1采用了纤维增强的C/Si或Si/SiC材料用于200～1600℃的热交换。这种材料的制备工艺比反应烧结碳化硅更加复杂，成本也更高。此外这种材料气孔率较高，不能采用气动密封。通过各种表面改性的方法也大大提高了制造成本。专利EP 1544565A2设计了一种用于高温热交换管的板式热交换器，材料为纤维增强碳化硅。通道结构利用了翅片或肋板式，主要用于高温气体换热。这两个专利多用于高温气体的热交换，用于液体特别是强碱性腐蚀介质换热时，气密性较差，换热效率降低。

专利US 20090151917A1，CN101405554A公开了一种板式陶瓷热交换器，利用常压烧结碳化硅为主要材料，板的设计采用长方形设计，采用橡胶垫和扩散焊接的方法分别应用于低温和高温环境下的热交换。长方形的设计延续了金属热交换器的造型，但对于陶瓷材料的来说，成型相对较为困难，成品率较低。而且由于陶瓷材料的脆性，介质高速高压冲击带来的振动，容易对薄壁结构造成破坏。

因此，到目前为止，碳化硅陶瓷在板式热交换器中尚未得到广泛应用，其主要原因是缺乏合理的设计，有效的制造及封装工艺，因此其效率。

综上所述，本领域缺乏一种热交换效率高的碳化硅陶瓷板式热交换器。因此，本领域迫切需要开发一种热交换效率高的碳化硅陶瓷板式热交换器。

发明内容

本发明的第一目的在于获得一种热交换效率高的碳化硅陶瓷板式热交换器。

本发明的第二目的在于获得一种热交换效率高的碳化硅陶瓷板式热交换器的制备方法。

本发明的第三目的在于获得一种碳化硅热交换板在热交换处理中的应用。

在本发明的第一方面，提供了一种碳化硅陶瓷热交换板，

所述热交换板的设计形状为中心对称结构，所述中心对称结构包括正方形或圆形；

所述热交换板上设有双回路结构换热通道；

所述碳化硅陶瓷的碳化硅含量不低于95重量％，以碳化硅陶瓷总重量计。

在一优选例中，所述双回路结构换热为换热介质从一端进口流入后，两侧分流，从各自独立的换热通道从出口流出。

在本发明的一个具体实施方式中，所述双回路结构换热通道为直线双回路结构换热通道或弧形双回路结构换热通道。

在一优选例中，当所述热交换板的设计形状为正方形时，所述双回路结构换热通道为直线双回路结构换热通道。

在一优选例中，当所述热交换板的设计形状为圆形时，所述双回路结构换热通道为弧形双回路结构换热通道。

在一优选例中，热交换介质从所述的双回路结构换热通道的一进口流入，分流后沿着直线或弧形通道从出口流出。

在一优选例中，所述的热交换板的厚度可以为4～10mm，优选的厚度为6～8mm。