整體密封的碳化硅換熱器的制造方法

　　【技術(shù)領(lǐng)域】

　　[0001]本發(fā)明涉及一種整體密封的碳化硅換熱器，屬于碳化硅換熱器領(lǐng)域。

　　【背景技術(shù)】

　　[0002]截至目前，用在腐蝕工況的換熱器經(jīng)歷了一個(gè)更新?lián)Q代的過(guò)程，從*初的板式不銹鋼換熱器到鈦材、鉭材換熱器，再后來(lái)出現(xiàn)了玻璃管換熱器、搪瓷管換熱器，以及石墨換熱器，這個(gè)從前到后的過(guò)程也是工業(yè)腐蝕工況換熱技術(shù)革命的過(guò)程。對(duì)于以上技術(shù)工業(yè)上已使用多年，從抗腐蝕能力上是逐漸提高的，雖然上述技術(shù)解決了大部分腐蝕工況的換熱問(wèn)題，但還有少數(shù)強(qiáng)腐蝕工況目前沒有有效的換熱解決方案。針對(duì)這種情況，專利CNU和CNA采用了碳化硅管換熱器，解決了一部分問(wèn)題。這種改變是不容易的，但更艱難的改變將是迫切需要和里程碑式的，因?yàn)榧词拱瓷鲜鰞蓚€(gè)專利的方法建造，解決了腐蝕問(wèn)題(由于搪瓷層爆瓷問(wèn)題會(huì)影響使用壽命)，但由于現(xiàn)有碳化硅換熱器都是采用的碳化硅列管式換熱器，制作時(shí)需要在碳化硅列管的兩端用聚四氟乙烯進(jìn)行密封，這種密封方式具有局限性，承壓力低且不適用于200°C以上高溫，因此通常設(shè)計(jì)壓力小于0.8兆帕，設(shè)計(jì)溫度小于200°C。

　　【發(fā)明內(nèi)容】

　　[0003]根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種能夠完全解決腐蝕問(wèn)題且能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)壓力提高至1.6兆帕、將設(shè)計(jì)溫度提高至300°C、適用范圍廣的整體密封的碳化硅換熱器。

　　[0004]本發(fā)明所述的整體密封的碳化硅換熱器，包括外殼和換熱芯體，換熱芯體是碳化硅材質(zhì)的一體結(jié)構(gòu)；換熱芯體的上、下端面上設(shè)有熱側(cè)進(jìn)口、熱側(cè)出口、冷側(cè)進(jìn)口和冷側(cè)出口，熱側(cè)進(jìn)口、冷側(cè)出口位于同一端面，熱側(cè)出口、冷側(cè)進(jìn)口位于同一端面；換熱芯體上間隔交錯(cuò)開有多排橫向的熱側(cè)流道孔和冷側(cè)流道孔，熱側(cè)流道孔和冷側(cè)流道孔橫向交錯(cuò)呈一定夾角且二者互不相通；換熱芯體的四個(gè)側(cè)面的外邊緣均向外凸出；外殼包括圍繞在換熱芯體側(cè)面的四片矩形盲板，矩形盲板與換熱芯體固定連接，各矩形盲板與換熱芯體的外邊緣接觸且在接觸部位安裝耐高溫的密封件，換熱芯體的外邊緣與矩形盲板之間形成空腔；位于熱側(cè)流道孔兩側(cè)的熱側(cè)空腔通過(guò)熱側(cè)通道與熱側(cè)進(jìn)口、熱側(cè)出口連通，并與熱側(cè)流道孔共同形成熱側(cè)流道；位于冷側(cè)流道孔兩側(cè)的冷側(cè)空腔通過(guò)冷側(cè)通道與冷側(cè)進(jìn)口、冷側(cè)出口連通，并與冷側(cè)流道孔形成冷側(cè)流道。

　　[0005]本發(fā)明中換熱芯體采用一體結(jié)構(gòu)，制作時(shí)只需通過(guò)模具在換熱芯體上開有熱側(cè)流道孔、冷側(cè)流道孔、熱側(cè)進(jìn)口、熱側(cè)出口、冷側(cè)進(jìn)口、冷側(cè)出口以及通道即可，相比傳統(tǒng)碳化硅列管式換熱器，制作工藝更為簡(jiǎn)單，無(wú)需將多根碳化硅列管一一安裝在管板的管孔中，制作成本大幅度降低，具有很高的性價(jià)比；通過(guò)采用整體結(jié)構(gòu)，能夠增強(qiáng)換熱芯體的承壓能力，使設(shè)計(jì)壓力提高至1.6兆帕，提高了使用壽命；傳統(tǒng)碳化硅列管的兩端通過(guò)聚四氟乙烯密封安裝在管板的管孔中，但聚四氟乙烯通常耐受的*高溫度為200°C，從而使換熱器的適用范圍受限，而本發(fā)明中通過(guò)耐高溫的密封件能夠使換熱器適用于300°C的高溫，使應(yīng)用范圍更為廣泛。

　　[0006]優(yōu)選的，換熱芯體的四個(gè)側(cè)面上均具有外凸的折流筋板，折流筋板的外端面與換熱芯體的四個(gè)側(cè)面的外邊緣齊平，折流筋板與矩形盲板接觸的部位也安裝有耐高溫的密封件，通過(guò)折流筋板實(shí)現(xiàn)熱側(cè)流道以及冷側(cè)流道內(nèi)的折流。

　　[0007]本發(fā)明中，各矩形盲板與換熱芯體的外邊緣接觸部位之間的密封件(當(dāng)設(shè)有折流筋板時(shí)，還包括矩形盲板與折流筋板接觸部位之間的密封件)可采用整體結(jié)構(gòu)，即直接在換熱芯體側(cè)面與外殼接觸的位置設(shè)置耐高溫的密封襯板，使換熱芯體向外凸出的外邊緣與密封襯板緊密貼合(當(dāng)設(shè)有折流筋板時(shí)，由于折流筋板的外端面與換熱芯體的四個(gè)側(cè)面的外邊緣齊平，因此折流筋板的外端面也與密封襯板緊密貼合)，通過(guò)采用整體結(jié)構(gòu)，便于碳化硅換熱器的安裝，使制作工藝更為簡(jiǎn)化，同時(shí)由于換熱芯體整體在密封襯板的作用下與外殼的矩形盲板進(jìn)行密封，所以密封效果得到很大提升，比起碳化硅管換熱器逐根管子兩端的密封，密封效果更加可靠。優(yōu)選的，耐高溫的密封件(或者密封襯板)采用全氟醚橡膠材質(zhì)，該橡膠由美國(guó)杜邦公司研制，屬于目前現(xiàn)有密封材料中*高端的密封材料，使耐受溫度在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上提升了 100°c，能夠適用于300°C的工況。

　　[0008]優(yōu)選的，外殼還包括上壓板和下壓板，上、下壓板分別固定在換熱芯體的上、下端面上；對(duì)應(yīng)換熱芯體的熱側(cè)進(jìn)口、熱側(cè)出口、冷側(cè)進(jìn)口、冷側(cè)出口，在上、下壓板上開有形狀及尺寸相匹配的通孔。通過(guò)上、下壓板能夠?qū)Q熱芯體進(jìn)行有力防護(hù)。

　　[0009]優(yōu)選的，沿?fù)Q熱芯體的高度方向，熱側(cè)流道孔和冷側(cè)流道孔之間有一定的距離，既能夠使熱側(cè)流道孔和冷側(cè)流道孔橫向交錯(cuò)，實(shí)現(xiàn)換熱，又能確保二者互不相通。

　　[0010]優(yōu)選的，換熱芯體為立方體，熱側(cè)流道孔和冷側(cè)流道孔橫向交錯(cuò)所呈夾角為90°。

　　[0011]優(yōu)選的，換熱芯體中，沿高度方向的四條棱上開設(shè)條形槽，條形槽的橫截面為內(nèi)窄外寬的梯形；

　　[0012]優(yōu)選的，矩形盲板的兩側(cè)均設(shè)有均布的槽口，相鄰兩矩形盲板通過(guò)槽口相互插接拼合，并通過(guò)螺栓與換熱芯體固定連接，安裝方便快捷，便于提高換熱器的生產(chǎn)效率。

　　[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的有益效果是:

　　[0014]本發(fā)明中的換熱芯體采用一體結(jié)構(gòu)，制作工藝更為簡(jiǎn)單，制作成本大幅度降低，具有很高的性價(jià)比；通過(guò)采用整體結(jié)構(gòu)，能夠增強(qiáng)換熱芯體的承壓能力，使設(shè)計(jì)壓力提高至1.6兆帕，提高了使用壽命；通過(guò)采用耐高溫的密封件能夠使換熱器的耐受溫度在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上提升100°C，使其適用于300°C的高溫，使應(yīng)用范圍更為廣泛。

　　【附圖說(shuō)明】

　　[0015]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

　　[0016]圖2是省去換熱芯體以及一側(cè)矩形盲板的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

　　[0017]圖3是換熱芯體的結(jié)構(gòu)示意圖。

　　[0018]圖中:1、上壓板；2、換熱芯體；3、矩形盲板；4、螺栓；5、下壓板；6、通孔；7、槽口 ；8、密封襯板；9、上端面；10、冷側(cè)出口 ；11、冷側(cè)通道；12、熱側(cè)進(jìn)口 ； 13、熱側(cè)通道；14、外邊緣；15、熱側(cè)流道孔；16、熱側(cè)空腔；17、折流筋板；18、冷側(cè)流道孔；19、冷側(cè)空腔；20、條形槽。

　　【具體實(shí)施方式】

　　[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例做進(jìn)一步描述:

　　[0020]如圖1、2所示，本發(fā)明所述的整體密封的碳化硅換熱器包括外殼和換熱芯體2，換熱芯體2是碳化硅材質(zhì)的一體結(jié)構(gòu)。換熱芯體2的結(jié)構(gòu)如圖3所示，其上端面9上設(shè)有熱側(cè)進(jìn)口 12、冷側(cè)出口 10，下端面上設(shè)有熱側(cè)出口、冷側(cè)進(jìn)口 ；換熱芯體2為立方體，換熱芯體2上間隔交錯(cuò)開有多排橫向的熱側(cè)流道孔15和冷側(cè)流道孔18，熱側(cè)流道孔15和冷側(cè)流道孔18橫向交錯(cuò)所呈夾角為90°，且沿?fù)Q熱芯體2的高度方向，熱側(cè)流道孔15和冷側(cè)流道孔18之間有一定的距離，既能夠使熱側(cè)流道孔15和冷側(cè)流道孔18橫向交錯(cuò)，實(shí)現(xiàn)換熱，又能確保二者互不相通二者互不相通；換熱芯體2的四個(gè)側(cè)面的外邊緣14均向外凸出；換熱芯體2的四個(gè)側(cè)面上均具有外凸的折流筋板17，折流筋板17的外端面與換熱芯體2的四個(gè)側(cè)面的外邊緣14齊平，折流筋板17與矩形盲板3接觸的部位也安裝有耐高溫的

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