CN105135919A - 整体密封的碳化硅换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于碳化硅换热器领域，具体涉及一种整体密封的碳化硅换热器，包括外壳和换热芯体，换热芯体是碳化硅材质的一体结构；换热芯体上间隔交错开有多排横向的热侧流道孔和冷侧流道孔；外壳围绕在换热芯体侧面的各矩形盲板与换热芯体向外凸出的外边缘之间安装耐高温的密封件，换热芯体的外边缘与矩形盲板之间形成空腔；位于热侧流道孔两侧的热侧空腔通过热侧通道与热侧进口、热侧出口连通，并与热侧流道孔共同形成热侧流道；位于冷侧流道孔两侧的冷侧空腔通过冷侧通道与冷侧进口、冷侧出口连通，并与冷侧流道孔形成冷侧流道。本发明制作工艺简单、成本降低，性价比高；能够将设计压力提高至1.6兆帕、将设计温度提高至300℃，适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及一种整体密封的碳化硅换热器，属于碳化硅换热器领域。
背景技术
截至目前，用在腐蚀工况的换热器经历了一个更新换代的过程，从最初的板式不锈钢换热器到钛材、钽材换热器，再后来出现了玻璃管换热器、搪瓷管换热器，以及石墨换热器，这个从前到后的过程也是工业腐蚀工况换热技术革命的过程。对于以上技术工业上已使用多年，从抗腐蚀能力上是逐渐提高的，虽然上述技术解决了大部分腐蚀工况的换热问题，但还有少数强腐蚀工况目前没有有效的换热解决方案。针对这种情况，专利CN203949546U和CN104880105A采用了碳化硅管换热器，解决了一部分问题。这种改变是不容易的，但更艰难的改变将是迫切需要和里程碑式的，因为即使按上述两个专利的方法建造，解决了腐蚀问题(由于搪瓷层爆瓷问题会影响使用寿命)，但由于现有碳化硅换热器都是采用的碳化硅列管式换热器，制作时需要在碳化硅列管的两端用聚四氟乙烯进行密封，这种密封方式具有局限性，承压力低且不适用于200℃以上高温，因此通常设计压力小于0.8兆帕，设计温度小于200℃。
发明内容
根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种能够完全解决腐蚀问题且能够将设计压力提高至1.6兆帕、将设计温度提高至300℃、适用范围广的整体密封的碳化硅换热器。
本发明所述的整体密封的碳化硅换热器，包括外壳和换热芯体，换热芯体是碳化硅材质的一体结构；换热芯体的上、下端面上设有热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口，热侧进口、冷侧出口位于同一端面，热侧出口、冷侧进口位于同一端面；换热芯体上间隔交错开有多排横向的热侧流道孔和冷侧流道孔，热侧流道孔和冷侧流道孔横向交错呈一定夹角且二者互不相通；换热芯体的四个侧面的外边缘均向外凸出；外壳包括围绕在换热芯体侧面的四片矩形盲板，矩形盲板与换热芯体固定连接，各矩形盲板与换热芯体的外边缘接触且在接触部位安装耐高温的密封件，换热芯体的外边缘与矩形盲板之间形成空腔；位于热侧流道孔两侧的热侧空腔通过热侧通道与热侧进口、热侧出口连通，并与热侧流道孔共同形成热侧流道；位于冷侧流道孔两侧的冷侧空腔通过冷侧通道与冷侧进口、冷侧出口连通，并与冷侧流道孔形成冷侧流道。
本发明中换热芯体采用一体结构，制作时只需通过模具在换热芯体上开有热侧流道孔、冷侧流道孔、热侧进口、热侧出口、冷侧进口、冷侧出口以及通道即可，相比传统碳化硅列管式换热器，制作工艺更为简单，无需将多根碳化硅列管一一安装在管板的管孔中，制作成本大幅度降低，具有很高的性价比；通过采用整体结构，能够增强换热芯体的承压能力，使设计压力提高至1.6兆帕，提高了使用寿命；传统碳化硅列管的两端通过聚四氟乙烯密封安装在管板的管孔中，但聚四氟乙烯通常耐受的最高温度为200℃，从而使换热器的适用范围受限，而本发明中通过耐高温的密封件能够使换热器适用于300℃的高温，使应用范围更为广泛。
优选的，换热芯体的四个侧面上均具有外凸的折流筋板，折流筋板的外端面与换热芯体的四个侧面的外边缘齐平，折流筋板与矩形盲板接触的部位也安装有耐高温的密封件，通过折流筋板实现热侧流道以及冷侧流道内的折流。
本发明中，各矩形盲板与换热芯体的外边缘接触部位之间的密封件(当设有折流筋板时，还包括矩形盲板与折流筋板接触部位之间的密封件)可采用整体结构，即直接在换热芯体侧面与外壳接触的位置设置耐高温的密封衬板，使换热芯体向外凸出的外边缘与密封衬板紧密贴合(当设有折流筋板时，由于折流筋板的外端面与换热芯体的四个侧面的外边缘齐平，因此折流筋板的外端面也与密封衬板紧密贴合)，通过采用整体结构，便于碳化硅换热器的安装，使制作工艺更为简化，同时由于换热芯体整体在密封衬板的作用下与外壳的矩形盲板进行密封，所以密封效果得到很大提升，比起碳化硅管换热器逐根管子两端的密封，密封效果更加可靠。优选的，耐高温的密封件(或者密封衬板)采用全氟醚橡胶材质，该橡胶由美国杜邦公司研制，属于目前现有密封材料中最高端的密封材料，使耐受温度在现有技术的基础上提升了100℃，能够适用于300℃的工况。
优选的，外壳还包括上压板和下压板，上、下压板分别固定在换热芯体的上、下端面上；对应换热芯体的热侧进口、热侧出口、冷侧进口、冷侧出口，在上、下压板上开有形状及尺寸相匹配的通孔。通过上、下压板能够对换热芯体进行有力防护。
优选的，沿换热芯体的高度方向，热侧流道孔和冷侧流道孔之间有一定的距离，既能够使热侧流道孔和冷侧流道孔横向交错，实现换热，又能确保二者互不相通。
优选的，换热芯体为立方体，热侧流道孔和冷侧流道孔横向交错所呈夹角为90°。
优选的，换热芯体中，沿高度方向的四条棱上开设条形槽，条形槽的横截面为内窄外宽的梯形；
优选的，矩形盲板的两侧均设有均布的槽口，相邻两矩形盲板通过槽口相互插接拼合，并通过螺栓与换热芯体固定连接，安装方便快捷，便于提高换热器的生产效率。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：
本发明中的换热芯体采用一体结构，制作工艺更为简单，制作成本大幅度降低，具有很高的性价比；通过采用整体结构，能够增强换热芯体的承压能力，使设计压力提高至1.6兆帕，提高了使用寿命；通过采用耐高温的密封件能够使换热器的耐受温度在现有技术的基础上提升100℃，使其适用于300℃的高温，使应用范围更为广泛。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是省去换热芯体以及一侧矩形盲板的本发明的结构示意图；
图3是换热芯体的结构示意图。
图中：1、上压板；2、换热芯体；3、矩形盲板；4、螺栓；5、下压板；6、通孔；7、槽口；8、密封衬板；9、上端面；10、冷侧出口；11、冷侧通道；12、热侧进口；13、热侧通道；14、外边缘；15、热侧流道孔；16、热侧空腔；17、折流筋板；18、冷侧流道孔；19、冷侧空腔；20、条形槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：
如图1、2所示，本发明所述的整体密封的碳化硅换热器包括外壳和换热芯体2，换热芯体2是碳化硅材质的一体结构。换热芯体2的结构如图3所示，其上端面9上设有热侧进口12、冷侧出口10，下端面上设有热侧出口、冷侧进口；换热芯体2为立方体，换热芯体2上间隔交错开有多排横向的热侧流道孔15和冷侧流道孔18，热侧流道孔15和冷侧流道孔18横向交错所呈夹角为90°，且沿换热芯体2的高度方向，热侧流道孔15和冷侧流道孔18之间有一定的距离，既能够使热侧流道孔15和冷侧流道孔18横向交错，实现换热，又能确保二者互不相通二者互不相通；换热芯体2的四个侧面的外边缘14均向外凸出；换热芯体2的四个侧面上均具有外凸的折流筋板17，折流筋板17的外端面与换热芯体2的四个侧面的外边缘14齐平，折流筋板17与矩形盲板3接触的部位也安装有耐高温的密封件，通过折流筋板17实现热侧流道以及冷侧流道内的折流。外壳包括上压板1、下压板5和围绕在换热芯体2侧面的四片矩形盲板3；上、下压板分别固定在换热芯体2的上、下端面上，对应换热芯体2的热侧进口12、热侧出口、冷侧进口、冷侧出口10，在上、下压板上开有形状及尺寸相匹配的通孔6，矩形盲板3与换热芯体2固定连接，各矩形盲板3与换热芯体2的外边缘14接触且在接触部位安装耐高温的密封件，换热芯体2的外边缘14与矩形盲板3之间形成空腔。位于热侧流道孔15两侧的热侧空腔16通过热侧通道13与热侧进口12、热侧出口连通，并与热侧流道孔15共同形成热侧流道；位于冷侧流道孔18两侧的冷侧空腔19通过冷侧通道11与冷侧进口、冷侧出口10连通，并与冷侧流道孔18形成冷侧流道。
本发明中换热芯体2采用一体结构，制作时只需通过模具在换热芯体2上开有热侧流道孔15、冷侧流道孔18、热侧进口12、热侧出口、冷侧进口、冷侧出口10以及通道即可，相比传统碳化硅列管式换热器，制作工艺更为简单，无需将多根碳化硅列管一一安装在管板的管孔中，制作成本大幅度降低，具有很高的性价比；通过采用整体结构，能够增强换热芯体2的承压能力，使设计压力提高至1.6兆帕，提高了使用寿命；传统碳化硅列管的两端通过聚四氟乙烯密封安装在管板的管孔中，但聚四氟乙烯通常耐受的最高温度为200℃，从而使换热器的适用范围受限，而本发明中通过耐高温的密封件能够使换热器适用于300℃的高温，使应用范围更为广泛。
本实施例中，各矩形盲板3与换热芯体2的外边缘14接触部位之间的密封件以及矩形盲板3与折流筋板17接触部位之间的密封件直接采用整体结构，即直接在换热芯体2侧面与外壳接触的位置设置耐高温的密封衬板8，使换热芯体2向外凸出的外边缘14与密封衬板8紧密贴合(由于折流筋板17的外端面与换热芯体2的四个侧面的外边缘14齐平，因此折流筋板17的外端面也与密封衬板8紧密贴合)，通过采用整体结构，便于碳化硅换热器的安装，使制作工艺更为简化，同时由于换热芯体2整体在密封衬板8的作用下与外壳的矩形盲板3进行密封，所以密封效果得到很大提升，比起碳化硅管换热器逐根管子两端的密封，密封效果更加可靠。本实施例中，密封衬板8采用全氟醚橡胶材质，该橡胶由美国杜邦公司研制，属于目前现有密封材料中最高端的密封材料，使耐受温度在现有技术的基础上提升了100℃，能够适用于300℃的工况。
在本碳化硅换热器中，全程为逆流换热，即两种介质逆向流动实现换热，为方便描述，将热侧流道内的介质定义为A介质，将冷侧流道内的介质定义为B介质。其工作过程如下换热时，A介质自上而下，在换热器内折流筋板17的作用下呈S型流动，B介质自下而上，在换热器内折流筋板17的作用下呈S型流动。除此之外，两侧介质流动的方向还可以根据实际需要进行调整，不影响结构的布置。
除上述外，本实施例中还采用了如下优选结构：换热芯体2中，沿高度方向的四条棱上开设条形槽20，条形槽20的横截面为内窄外宽的梯形；矩形盲板3的两侧均设有均布的槽口7，相邻两矩形盲板3通过槽口7相互插接拼合，并通过螺栓4与换热芯体2固定连接，安装方便快捷，便于提高换热器的生产效率。
Claims (9)
1.一种整体密封的碳化硅换热器，包括外壳和换热芯体(2)，其特征在于：换热芯体(2)是碳化硅材质的一体结构；
换热芯体(2)的上、下端面上设有热侧进口(12)、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口(10)，热侧进口(12)、冷侧出口(10)位于同一端面，热侧出口、冷侧进口位于同一端面；换热芯体(2)上间隔交错开有多排横向的热侧流道孔(15)和冷侧流道孔(18)，热侧流道孔(15)和冷侧流道孔(18)横向交错呈一定夹角且二者互不相通；换热芯体(2)的四个侧面的外边缘(14)均向外凸出；
外壳包括围绕在换热芯体(2)侧面的四片矩形盲板(3)，矩形盲板(3)与换热芯体(2)固定连接，各矩形盲板(3)与换热芯体(2)的外边缘(14)接触且在接触部位安装耐高温的密封件，换热芯体(2)的外边缘(14)与矩形盲板(3)之间形成空腔；
位于热侧流道孔(15)两侧的热侧空腔(16)通过热侧通道(13)与热侧进口(12)、热侧出口连通；位于冷侧流道孔(18)两侧的冷侧空腔(19)通过冷侧通道(11)与冷侧进口、冷侧出口(10)连通。
2.根据权利要求1所述的整体密封的碳化硅换热器，其特征在于：所述的换热芯体(2)的四个侧面上均具有外凸的折流筋板(17)，折流筋板(17)的外端面与换热芯体(2)的四个侧面的外边缘(14)齐平，折流筋板(17)与矩形盲板(3)接触的部位也安装有耐高温的密封件。
3.根据权利要求1或2所述的整体密封的碳化硅换热器，其特征在于：所述的耐高温的密封件采用全氟醚橡胶材质。
4.根据权利要求1或2所述的整体密封的碳化硅换热器，其特征在于：所述的外壳还包括上压板(1)和下压板(5)，上、下压板(5)分别固定在换热芯体(2)的上、下端面上；对应换热芯体(2)的热侧进口(12)、热侧出口、冷侧进口、冷侧出口(10)，在上、下压板(5)上开有形状及尺寸相匹配的通孔(6)。
5.根据权利要求1所述的整体密封的碳化硅换热器，其特征在于：沿换热芯体(2)的高度方向，热侧流道孔(15)和冷侧流道孔(18)之间有一定的距离。
6.根据权利要求1所述的整体密封的碳化硅换热器，其特征在于：所述的换热芯体(2)的沿高度方向的四条棱上开设条形槽(20)，条形槽(20)的横截面为内窄外宽的梯形。
7.根据权利要求1所述的整体密封的碳化硅换热器，其特征在于：所述的换热芯体(2)为立方体，热侧流道孔(15)和冷侧流道孔(18)横向交错所呈夹角为90°。
8.根据权利要求1、2、5、6或7所述的整体密封的碳化硅换热器，其特征在于：所述的矩形盲板(3)的两侧均设有均布的槽口(7)，相邻两矩形盲板(3)通过槽口(7)相互插接拼合。
9.根据权利要求4所述的整体密封的碳化硅换热器，其特征在于：所述的矩形盲板(3)的两侧均设有均布的槽口(7)，相邻两矩形盲板(3)通过槽口(7)相互插接拼合。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Integrally sealed silicon carbide heat exchanger Effective date of registration: 20211215 Granted publication date: 20170329 Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Limited Zibo Zichuan sub branch Pledgor: SHANDONG WINTECH TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2021980015057 |
|
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20231213 Granted publication date: 20170329 Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Limited Zibo Zichuan sub branch Pledgor: SHANDONG WINTECH TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2021980015057 |