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一種新型碳纖維熱交換器及其制作工藝的制作方法

文檔序號(hào):11196544閱讀:1231來源:國知局
一種新型碳纖維熱交換器及其制作工藝的制造方法與工藝

本發(fā)明涉及一種熱交換器及其制作工藝,尤其涉及一種新型碳纖維熱交換器及其制作工藝,屬于熱交換技術(shù)領(lǐng)域。



背景技術(shù):

換熱器又稱熱交換器,是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備,在化工、石油、動(dòng)力、食品及其它許多工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位?,F(xiàn)有的換熱器根據(jù)材質(zhì)的不同主要分為金屬換熱器和非金屬高分子材料換熱器。其中,金屬換熱器具有耐腐蝕性較差、使用壽命短的缺陷,而非金屬高分子材料換熱器的傳導(dǎo)效率較低的問題仍有待解決,并且大部分高分子材質(zhì)較脆,在急冷急熱狀態(tài)易破碎,耐壓力低,導(dǎo)致強(qiáng)度較低。目前我國在發(fā)展不銹鋼銅合金復(fù)合材料、鋁鎂合金及碳化硅等非金屬材料等方面都有不同程度的進(jìn)展,其中尤以鈦材發(fā)展較快,但由于金屬鈦的成本較為昂貴,一直未能得到普及的推廣應(yīng)用。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

為了解決上述技術(shù)所存在的不足之處,本發(fā)明提供了一種新型碳纖維熱交換器及其制作工藝。

為了解決以上技術(shù)問題,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種新型碳纖維熱交換器,包括夾套,它還包括碳纖維換熱管、折流板、上管板、下管板;夾套的內(nèi)部空腔中豎直設(shè)置有多根碳纖維換熱管;碳纖維換熱管沿夾套的軸心呈正三角形或正方形分布;

折流板為多個(gè),多個(gè)折流板從上向下分布于夾套的內(nèi)部空腔中;相鄰的折流板左右錯(cuò)位排列,起到增加殼程流體停留時(shí)間的作用;

碳纖維換熱管的兩端分別通過上輔助管板、下輔助管板進(jìn)行定位;上輔助管板、下輔助管板分別與上管板、下管板緊密粘接;上管板、下管板的另一端分別設(shè)置有上封頭、下封頭;

上封頭的上端、下封頭的下端分別蓋置有上蓋板、下蓋板;同一側(cè)的封頭、蓋板、管板均通過金屬拉桿實(shí)現(xiàn)拉緊固定;

碳纖維換熱管由碳纖維、熱固性樹脂和固化劑組合而成的復(fù)合材料制備而成;熱固性樹脂為酚醛樹脂或改性酚醛樹脂或呋喃樹脂或聚酰亞胺;上管板、下管板的材質(zhì)為石墨或聚四氟乙烯或聚丙烯或玻璃鋼或金屬噴涂pfa或金屬襯膠或耐腐蝕金屬。

碳纖維換熱管直接通過o型密封圈實(shí)現(xiàn)其與上管板、下管板的機(jī)械密封。

夾套上端法蘭的一側(cè)設(shè)置有放空口;夾套下端法蘭的一側(cè)設(shè)置有排凈口。

上蓋板和上封頭的中間、下蓋板和下封頭的中間均開設(shè)有工藝側(cè)口;夾套的上端、下端均開設(shè)有服務(wù)側(cè)口。

一種新型碳纖維熱交換器的制作工藝,其具體步驟如下:

ⅰ、將碳纖維預(yù)浸漬在熱固性樹脂基體內(nèi),使樹脂和碳纖維相結(jié)合形成復(fù)合材料;在預(yù)浸漬后的碳纖維表面再包裹一層以酚醛或環(huán)氧樹脂為主劑的固化劑,使固化劑與碳纖維基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)形成強(qiáng)化學(xué)鍵,從而將性質(zhì)不同的兩種材料牢固的結(jié)合起來,防止纖維起毛;

ⅱ、將固化后的碳纖維加熱至粘流狀態(tài)后纏繞到芯模上,控制纏繞厚度在20mm以上;或?qū)⒐袒蟮奶祭w維加熱至粘流狀態(tài)后纏繞到石墨管上,控制纏繞厚度在10mm以上;脫模,制成碳纖維換熱管;

ⅲ、采用粘接工藝或單根碳纖維換熱管單獨(dú)填料密封工藝將碳纖維換熱管與管板進(jìn)行固定;粘接工藝使用的粘接劑由熱固性樹脂、碳纖維、固化劑混合而成;粘接劑中的熱固性樹脂與碳纖維換熱管中的熱固性樹脂材質(zhì)相同;

ⅳ、沿碳纖維換熱管的軸向依次錯(cuò)位安裝折流板;將與管板粘接完成的碳纖維換熱管密封于夾套內(nèi),夾套上預(yù)留服務(wù)側(cè)口;在管板的外側(cè)安裝封頭,然后在封頭的外側(cè)安裝蓋板,并在蓋板及封頭上預(yù)留工藝側(cè)口;服務(wù)側(cè)口和工藝側(cè)口均為兩個(gè),用于實(shí)現(xiàn)液體的流動(dòng)以及熱交換。

粘接工藝是首先將碳纖維換熱管的兩端通過輔助管板進(jìn)行定位,然后使用粘接劑將輔助管板、管板以及碳纖維換熱管粘接起來,再通過金屬拉桿或工裝夾具固定管板與輔助管板,使碳纖維換熱管與管板粘接處的粘接劑填充更密實(shí),密封更安全;單根碳纖維換熱管單獨(dú)填料密封工藝是在碳纖維換熱管與管板的接頭處設(shè)置o型密封圈,并通過螺絲固定對(duì)o型密封圈進(jìn)行擠壓膨脹,實(shí)現(xiàn)碳纖維換熱管與管板之間的機(jī)械密封。

一種新型碳纖維熱交換器用于制作冷卻器、冷凝器、氣體吸收器、加熱器、蒸發(fā)器。

本發(fā)明制備的換熱器具有高傳熱、高強(qiáng)度、耐強(qiáng)化學(xué)腐蝕的優(yōu)點(diǎn),可明顯提高設(shè)備在惡劣工況環(huán)境下的適應(yīng)能力以及使用壽命;此外,本發(fā)明的制備方法簡單,原料成本較低,有助于提高企業(yè)利潤,適合于大規(guī)模的推廣應(yīng)用。

附圖說明

圖1為采用粘接工藝制備的換熱器的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為采用單根碳纖維換熱管單獨(dú)填料密封工藝制備的換熱器的結(jié)構(gòu)圖。

圖3為圖2的部分放大結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中:1、o型密封圈;2、碳纖維換熱管;3、折流板;4、夾套;5、上輔助管板;6、下輔助管板;7、上管板;8、下管板;9、上封頭;10、下封頭;11、上蓋板;12、下蓋板;13、金屬拉桿;14、放空口;15、排凈口;16、工藝側(cè)口;17、服務(wù)側(cè)口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如圖1~3所示,一種新型碳纖維熱交換器,包括夾套4,它還包括碳纖維換熱管2、折流板3、上管板7、下管板8;夾套4的內(nèi)部空腔中豎直設(shè)置有多根碳纖維換熱管2;碳纖維換熱管2沿夾套4的軸心呈正三角形或正方形分布;

折流板3為多個(gè),多個(gè)折流板從上向下分布于夾套4的內(nèi)部空腔中;相鄰的折流板3左右錯(cuò)位排列,起到增加殼程流體停留時(shí)間的作用,且折流板3之間的距離可以調(diào)節(jié),從而更有效的控制流速,提高傳熱效率;

碳纖維換熱管2的兩端分別通過上輔助管板5、下輔助管板6進(jìn)行定位;上輔助管板5、下輔助管板6分別與上管板7、下管板8緊密粘接;上管板7、下管板8的另一端分別設(shè)置有上封頭9、下封頭10;

上封頭9的上端、下封頭10的下端分別蓋置有上蓋板11、下蓋板12;同一側(cè)的封頭、蓋板、管板均通過金屬拉桿13實(shí)現(xiàn)拉緊固定;

碳纖維換熱管2由碳纖維、熱固性樹脂和固化劑組合而成的復(fù)合材料制備而成;其中,碳纖維可替換為石墨纖維;熱固性樹脂為酚醛樹脂或改性酚醛樹脂或呋喃樹脂或聚酰亞胺;上管板7、下管板8的材質(zhì)為石墨或聚四氟乙烯或聚丙烯或玻璃鋼或金屬噴涂pfa或金屬襯膠等各種耐腐蝕材料,視具體工況而定。

碳纖維換熱管2與管板之間的另一種密封工藝為:在碳纖維換熱管與管板的接頭處設(shè)置o型密封圈1,通過o型密封圈1實(shí)現(xiàn)碳纖維換熱管2和管板之間的機(jī)械密封。

夾套4上端法蘭的一側(cè)設(shè)置有放空口14;夾套4下端法蘭的一側(cè)設(shè)置有排凈口15。

上蓋板11和上封頭9的中間、下蓋板12和下封頭10的中間均開設(shè)有工藝側(cè)口16;夾套4的上端、下端均開設(shè)有服務(wù)側(cè)口17。

一種新型碳纖維熱交換器的制作工藝,其具體步驟如下:

ⅰ、將碳纖維(或石墨纖維)預(yù)浸漬在熱固性樹脂(包括酚醛樹脂、改性酚醛樹脂、呋喃樹脂、聚酰亞胺等高分子化學(xué)合成熱固性樹脂等)基體內(nèi),使樹脂和碳纖維相結(jié)合形成復(fù)合材料;在預(yù)浸漬后的碳纖維表面再包裹一層以酚醛或環(huán)氧樹脂為主劑的固化劑,使固化劑與碳纖維基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)形成強(qiáng)化學(xué)鍵,從而將性質(zhì)不同的兩種材料牢固的結(jié)合起來,防止纖維起毛;

ⅱ、將固化后的碳纖維加熱至粘流狀態(tài)后纏繞到芯模上,控制纏繞厚度在20mm以上;或?qū)⒐袒蟮奶祭w維加熱至粘流狀態(tài)后纏繞到石墨管上,控制纏繞厚度在10mm以上;具體厚度均視熱交換器的使用壓力而定;脫模,制成碳纖維換熱管;

ⅲ、采用粘接工藝或單根碳纖維換熱管單獨(dú)填料密封工藝將碳纖維換熱管與管板進(jìn)行固定,安裝簡單、方便,在碳纖維換熱管損壞時(shí)易更換;粘接工藝使用的粘接劑由熱固性樹脂、碳纖維、固化劑等混合而成;粘接劑中的熱固性樹脂與碳纖維換熱管中的熱固性樹脂材質(zhì)相同;

ⅳ、沿碳纖維換熱管的軸向依次錯(cuò)位安裝折流板;將與管板粘接完成的碳纖維換熱管密封于夾套內(nèi),夾套上預(yù)留服務(wù)側(cè)口;在管板的外側(cè)安裝封頭,然后在封頭的外側(cè)安裝蓋板,并在蓋板及封頭上預(yù)留工藝側(cè)口;服務(wù)側(cè)口和工藝側(cè)口均為兩個(gè),用于實(shí)現(xiàn)液體的流動(dòng)以及熱交換。

粘接工藝是首先將碳纖維換熱管的兩端通過輔助管板進(jìn)行定位,然后使用粘接劑將輔助管板、管板以及碳纖維換熱管粘接起來,再通過金屬拉桿或工裝夾具固定管板與輔助管板,使碳纖維換熱管與管板粘接處的粘接劑填充更密實(shí),性能更穩(wěn)定;

單根碳纖維換熱管單獨(dú)填料密封工藝是在碳纖維換熱管與管板的接頭處設(shè)置o型密封圈,并通過螺絲固定對(duì)o型密封圈進(jìn)行擠壓膨脹,實(shí)現(xiàn)碳纖維換熱管與管板之間的機(jī)械密封;o型密封圈可視工況選用fkm、ffkm等橡膠材質(zhì)的密封圈。

一種新型碳纖維熱交換器可廣泛用于制作冷卻器、冷凝器、氣體吸收器、加熱器、蒸發(fā)器等各種換熱設(shè)備。

本發(fā)明與傳統(tǒng)技術(shù)相比,具有以下優(yōu)勢:

1)換熱器的耐腐蝕性能好,能耐大多數(shù)非強(qiáng)氧化性酸、堿、鹽溶液及大多數(shù)有機(jī)溶劑,可延長裝置的使用壽命;

2)換熱器的強(qiáng)度較高,抗拉強(qiáng)度在350mpa以上,是鋼的7-9倍;抗拉彈性模量為23000~43000mpa,亦高于鋼,對(duì)惡劣工況環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng);

3)換熱器在非氧化環(huán)境下耐超高溫、耐疲勞性好,比熱及導(dǎo)電性介于非金屬與金屬之間,無蠕變,熱膨脹系數(shù)小,且具有各向異性,熱傳導(dǎo)性能明顯優(yōu)于一般的非金屬高分子材料換熱器;

4)單根碳纖維換熱管可更換,從而降低了維修成本以及維修時(shí)間,進(jìn)一步加長了設(shè)備的使用壽命。

上述實(shí)施方式并非是對(duì)本發(fā)明的限制,本發(fā)明也并不僅限于上述舉例,本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的技術(shù)方案范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換,也均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

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