CN108458622A - 碳化硅换热器管板以及碳化硅换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化工领域，具体而言，涉及一种碳化硅换热器管板以及碳化硅换热器。该碳化硅换热器管板，包括：管板本体和金属加强件。其中，管板本体由非金属材质制成。管板本体上设置有多个用于容置碳化硅管的管孔，多个管孔间隔设置。金属加强件设置在管板本体的内部，且每相邻的两个管孔之间均设置有金属加强件。通过在非金属材质制成的管板本体内设置金属加强件，有效增加了聚四氟乙烯材料管板高温高压工况下的机械强度，提高了整个碳化硅换热器管板的使用压力和使用温度，解决现有的四氟管板高温容易产生形变和蠕变，对碳化硅管产生不良影响的问题。

Description

碳化硅换热器管板以及碳化硅换热器

技术领域

本发明涉及化工领域，具体而言，涉及一种碳化硅换热器管板以及碳化硅换热器。

背景技术

碳化硅具有极高的耐腐蚀、抗氧化和耐冲蚀性能，可耐高浓度硫酸、硝酸、磷酸、混合酸、强碱、氧化剂等，是唯一可耐氢氟酸腐蚀的陶瓷材料。

碳化硅换热器作为一种新型材料应用于化工设备制造还没有得到广泛推广，主要是碳化硅换热器制造技术还不够成熟，尤其是换热器管板选材和加工制作还存在缺陷，限制了碳化硅换热器在较高温度和压力工况下的应用。

现有的碳化硅换热器管板均采用模压四氟圆块车加工制作。在四氟圆块上车加工多个圆孔，将碳化硅管安装在圆孔中。

但是，这种结构存在很多缺点，限制了其应用范围。

尽管聚四氟乙烯材质管板可以抵御大部分酸碱的腐蚀，是一种可靠的防腐材料，但聚四氟乙烯在高温下机械强度大大降低，且与金属材质相比聚四氟乙烯有较高的伸缩率和蠕变性，在高温下容易产生形变，导致密封效果不理想；同时限制了碳化硅换热器设备制作规模，大直径换热器制造困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳化硅换热器管板，解决现有的四氟管板高温容易产生形变和蠕变，对碳化硅管产生不良影响的问题。

本发明的目的在于提供一种碳化硅换热器，该碳化硅换热器机械强度高，能够有效地克服因高温四氟管板产生形变和蠕变对碳化硅管产生不良影响。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

一种碳化硅换热器管板，包括：管板本体；管板本体由非金属材质制成；管板本体上设置有多个用于容置碳化硅管的管孔；多个管孔间隔设置；金属加强件；金属加强件设置在管板本体的内部，且每相邻的两个管孔之间均设置有金属加强件。

在本发明较佳的实施例中，管板本体具有的第一表面和相对的第二表面；管孔贯通第一表面和第二表面。

在本发明较佳的实施例中，每一个管孔均为台阶孔，每一个管孔的形状均与碳化硅管的形状相匹配。

在本发明较佳的实施例中，金属加强件还具有加强边；加强边的形状大致呈云线花边状；云线花边状的加强边与管板本体嵌套连接。

在本发明较佳的实施例中，金属加强件与管板本体之间设置有填充剂。

在本发明较佳的实施例中，填充剂的材质选自玻纤、碳纤维或者碳化硅中的任意一种。

在本发明较佳的实施例中，第一表面和第二表面均设置有水线。

在本发明较佳的实施例中，管板本体的材质选自聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物或者乙烯-四氟乙烯共聚物中的任意一种。

在本发明较佳的实施例中，金属加强件的材质选自碳钢、不锈钢或者铝合金中的任意一种。

一种碳化硅换热器，该碳化硅换热器包括如上述的碳化硅换热器管板；以及多个碳化硅管。其中，多个碳化硅管设置在碳化硅换热器管板的管孔内。

本发明的有益效果是：

本发明提供的一种碳化硅换热器管板，包括：管板本体和金属加强件。其中，管板本体由非金属材质制成。管板本体上设置有多个用于容置碳化硅管的管孔，多个管孔间隔设置。金属加强件设置在管板本体的内部，且每相邻的两个管孔之间均设置有金属加强件。通过在非金属材质制成的管板本体内设置金属加强件，有效增加了聚四氟乙烯材料管板高温高压工况下的机械强度，提高了整个碳化硅换热器管板的使用压力和使用温度，解决现有的四氟管板高温容易产生形变和蠕变，对碳化硅管产生不良影响的问题。

本发明提供的一种碳化硅换热器，该碳化硅换热器包括如上述的碳化硅换热器管板以及多个碳化硅管。其中，多个碳化硅管设置在碳化硅换热器管板的管孔内。该碳化硅换热器通过设置上述的碳化硅换热器管板，提高了整个碳化硅换热器管板的机械强度，使得整个碳化硅换热器的使用压力和使用温度提高，能够有效地克服因高温四氟管板产生形变和蠕变对碳化硅管产生不良影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的碳化硅换热器管板的第一视角的结构示意图；

图2为本发明第一实施例提供的碳化硅换热器管板的第二视角的结构示意图；

图3为本发明第一实施例提供的碳化硅换热器管板的管孔的结构示意图；

图4为本发明第二实施例提供的碳化硅换热器的结构示意图。

图标：100-碳化硅换热器管板；110-管板本体；111-管孔；120-金属加强件；121-第一表面；122-第二表面；123-加强边；124-水线；200-碳化硅换热器；210-碳化硅管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

请参照图1-图3，本实施例提供一种碳化硅换热器管板100，其包括管板本体110和金属加强件120。

进一步地，管板本体110由非金属材质制成。管板本体110上设置有多个用于容置碳化硅管的管孔111；多个管孔111间隔设置。金属加强件120设置在管板本体110的内部，且每相邻的两个管孔111之间均设置有金属加强件120。

通过在非金属材质制成的管板本体110内设置金属加强件120，极大地提高了整个碳化硅换热器管板100的机械强度，进而能够提高整个碳化硅换热器管板100的使用温度以及使用压力，有效地解决了现有的四氟管板高温容易产生形变和蠕变，对碳化硅管产生不良影响的问题。

进一步地，管板本体110的材质选自聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物或者乙烯-四氟乙烯共聚物中的任意一种。

聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物或者乙烯-四氟乙烯共聚物均是能够用来做管道的材料，且这些材料均具有耐腐蚀的性能。

因此，选用这类材料制作管板本体110能够有效地抵抗各种酸碱和有机溶剂腐蚀。

进一步地，在本实施例中，可选的，上述的管板本体110的材质选择聚四氟乙烯。聚四氟乙烯可通过市售购得。

进一步地，管板本体110具有的第一表面121和相对的第二表面122；管孔111贯通第一表面121和第二表面122。

进一步地，第一表面121和第二表面122均设置有水线124。

需要说明的是，上述的水线124的设置可以采用本领域常见的操作方法进行设置。

进一步地，每一个管孔111均为台阶孔，每一个管孔111的形状均与碳化硅管的形状相匹配。

具体地，上述的每一个管孔111均通过机加工的方式制得。

进一步地，金属加强件120设置在管板本体110的内部，且每相邻的两个管孔111之间均设置有金属加强件120。

进一步地，金属加强件120的材质选自碳钢、不锈钢或者铝合金中的任意一种。

进一步可选地，上述的金属加强件120的材质选择不锈钢，不锈钢轻度高、价格便宜，易于加工。

进一步地，金属加强件120还具有加强边123；加强边123的形状大致呈云线花边状；云线花边状的加强边123与管板本体110嵌套连接。

具体地，将金属加强件120还具有加强边123设置为云线花边状，有利于金属加强件120与聚四氟乙烯材料制成的管板本体110结合得更紧密，进而提高整个碳化硅换热器管板100的结构牢固性。

进一步地，金属加强件120与聚四氟乙烯材料制成的管板本体110之间设置有填充剂。

进一步地，填充剂的材质选自玻纤、碳纤维或者碳化硅中的任意一种。

通过设置上述的填充剂，可以大大增加整个碳化硅换热器管板100的的耐磨性和机械强度。

具体地，上述的金属加强件120与聚四氟乙烯材料制成的管板本体110之间的间隙控制在1-2mm之间，填充剂填充在该间隙内，能够有效避免因为两种材料不同的热膨胀系数、以及温差引起的聚四氟乙烯材料脱落等问题，极大地提高了聚四氟乙烯材料与金属材料的连接牢固性。

进一步地，在本发明可选的实施例中，上述的碳化硅换热器管板100是这样制备的：

将金属加强件120在预埋模压之前经过车加工处理，既能达到加强模压聚四氟乙烯材料制成的管板本体110的目的，又能满足碳化硅管孔车加工余量。该碳化硅换热器管板100采用冷压热烧结技术，在模压聚四氟乙烯粉末的过程中，在模具中设置金属加强件120，以预埋件的形式将金属加强件120与聚四氟乙烯材料结合成一体；在烧结炉中升温烧结时控制升温速度和保温时间，保证金属加强件120和聚四氟乙烯材料结合紧密性。

与现有技术相比，该碳化硅换热器管板100增加了金属加强件120，有效增加了聚四氟乙烯材料管板高温高压工况下的机械强度，克服了因高温聚四氟乙烯材料管板产生形变和蠕变对碳化硅管产生不良影响。

该碳化硅换热器管板100通过合理的机械加工可以保证金属加强件120贴合面聚四氟乙烯材料层厚度通过20K电火花检测，完全满足防腐要求。该碳化硅换热器管板100拥有以上优势有利于碳化硅换热器在更严苛的工况下推广应用，也让大直径换热器制造成为可能。聚四氟乙烯材料的伸缩率大大超过金属材料，当用于制作大直径管板时，模压聚四氟乙烯圆块直径收缩后，管孔111间距变化，造成管板报废。该碳化硅换热器管板100内部预埋了金属加强件120之后，大直径管板直径收缩得到完全控制，让大直径碳化硅换热器制作成为可能。

需要说明的是，在本发明其他可选的实施例中，上述碳化硅换热器管板100的制备方法也可以选择注塑的方式。

综上，该碳化硅换热器管板100包括管板本体110和金属加强件120。管板本体110上设置有多个用于容置碳化硅管的管孔111，多个管孔111间隔设置。金属加强件120设置在管板本体110的内部，且每相邻的两个管孔111之间均设置有金属加强件120。通过在非金属材质制成的管板本体110内设置金属加强件120，有效增加了聚四氟乙烯材料管板高温高压工况下的机械强度，提高了整个碳化硅换热器管板100的使用压力和使用温度，解决现有的四氟管板高温容易产生形变和蠕变，对碳化硅管产生不良影响的问题。

第二实施例

本实施例提供一种碳化硅换热器200，该碳化硅换热器200包括第一实施例提供的碳化硅换热器管板100以及多个碳化硅管210。

进一步地，多个碳化硅管210设置在碳化硅换热器管板100的管孔内。

需要说明的是，上述的多个碳化硅管210设置在碳化硅换热器管板100的管孔内时，具体的操作方法可以选择本领域常见的操作方法，此处不再赘述。

该碳化硅换热器200通过设置上述的碳化硅换热器管板100，提高了整个碳化硅换热器管板100的机械强度，使得整个碳化硅换热器200的使用压力和使用温度提高，能够有效地克服因高温四氟管板产生形变和蠕变对碳化硅管210产生不良影响。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (10)

1.一种碳化硅换热器管板，其特征在于，包括：

管板本体；所述管板本体由非金属材质制成；所述管板本体上设置有多个用于容置碳化硅管的管孔；多个所述管孔间隔设置；

金属加强件；所述金属加强件设置在所述管板本体的内部，且每相邻的两个所述管孔之间均设置有所述金属加强件。

2.如权利要求1所述的碳化硅换热器管板，其特征在于，

所述管板本体具有的第一表面和相对的第二表面；

所述管孔贯通所述第一表面和所述第二表面。

3.如权利要求2所述的碳化硅换热器管板，其特征在于，

每一个所述管孔均为台阶孔，每一个所述管孔的形状均与所述碳化硅管的形状相匹配。

4.如权利要求1所述的碳化硅换热器管板，其特征在于，

所述金属加强件还具有加强边；

所述加强边的形状大致呈云线花边状；

云线花边状的所述加强边与所述管板本体嵌套连接。

5.如权利要求4所述的碳化硅换热器管板，其特征在于，

所述金属加强件与所述管板本体之间设置有填充剂。

6.如权利要求5所述的碳化硅换热器管板，其特征在于，

所述填充剂的材质选自玻纤、碳纤维或者碳化硅中的任意一种。

7.如权利要求2所述的碳化硅换热器管板，其特征在于，

所述第一表面和所述第二表面均设置有水线。

8.如权利要求1所述的碳化硅换热器管板，其特征在于，

所述管板本体的材质选自聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物或者乙烯-四氟乙烯共聚物中的任意一种。

9.如权利要求1所述的碳化硅换热器管板，其特征在于，

所述金属加强件的材质选自碳钢、不锈钢或者铝合金中的任意一种。

10.一种碳化硅换热器，其特征在于，

所述碳化硅换热器包括如权利要求1-9任一项所述的碳化硅换热器管板；以及

多个碳化硅管；多个所述碳化硅管设置在所述碳化硅换热器管板的管孔内。