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，多個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位排列，起到增加殼程流體停留時間的作用；

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，用于實現(xiàn)液體的流動以及熱交換。

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，密封更安全；單根碳纖維換熱管單獨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o型密封圈進(jìn)行擠壓膨脹，實現(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，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。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(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，多個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左右錯位排列，起到增加殼程流體停留時間的作用，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，用于實現(xiàn)液體的流動以及熱交換。

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，性能更穩(wěn)定；

單根碳纖維換熱管單獨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o型密封圈進(jìn)行擠壓膨脹，實現(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間，進(jìn)一步加長了設(shè)備的使用壽命。

上述實施方式并非是對本發(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。