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(chēng)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。現(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(wèn)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(guó)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(wèn)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(guò)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(guò)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(shù)脂和固化劑組合而成的復(fù)合材料制備而成；熱固性樹(shù)脂為酚醛樹(shù)脂或改性酚醛樹(shù)脂或呋喃樹(shù)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(guò)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(kāi)設(shè)有工藝側(cè)口；夾套的上端、下端均開(kāi)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(shù)脂基體內(nèi)，使樹(shù)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(shù)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(lái)，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(shù)脂、碳纖維、固化劑混合而成；粘接劑中的熱固性樹(shù)脂與碳纖維換熱管中的熱固性樹(shù)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(guò)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(lái)，再通過(guò)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(guò)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(jiǎn)單，原料成本較低，有助于提高企業(yè)利潤(rùn)，適合于大規(guī)模的推廣應(yīng)用。

附圖說(shuō)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(shuō)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(guò)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(guò)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(shù)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(shù)脂為酚醛樹(shù)脂或改性酚醛樹(shù)脂或呋喃樹(shù)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(guò)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(kāi)設(shè)有工藝側(cè)口16；夾套4的上端、下端均開(kāi)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(shù)脂(包括酚醛樹(shù)脂、改性酚醛樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂、聚酰亞胺等高分子化學(xué)合成熱固性樹(shù)脂等)基體內(nèi)，使樹(shù)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(shù)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(lái)，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(jiǎn)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(shù)脂、碳纖維、固化劑等混合而成；粘接劑中的熱固性樹(shù)脂與碳纖維換熱管中的熱固性樹(shù)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(guò)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(lái)，再通過(guò)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(guò)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(shì)：

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(zhǎng)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(wú)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(zhǎng)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。