CN120593538A - 一种用于石墨化工艺冷却的重力热管换热装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于石墨化工艺冷却的重力热管换热装置及使用方法，包括换热箱体、进气道和出气道，换热箱体上还安装有多个重力热管；重力热管包括蒸发段和冷凝段。本发明换热箱体底部设有隔热层用作隔绝重力热管的冷凝段与蒸发段，换热箱体收集并传出由重力热管导出的热量。重力热管由蒸发段与冷凝段构成，内部设有传热工质区域与工质回流区域，冷凝段一侧设有散热翅片，加快散热速率，蒸发段一侧设有插入尖头用于插入石墨烧结后的成品中取热。冷凝段放入换热箱体内部，使用时将蒸发段放入石墨烧结后的成品中，加快石墨化工艺冷却效率。

Description

一种用于石墨化工艺冷却的重力热管换热装置及使用方法

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，具体涉及一种用于石墨化工艺冷却的重力热管换热装置及使用方法。

背景技术

石墨化是指非石墨质碳经高温热处理，转变成具有石墨三维规则有序结构的石墨质碳。其作用是为了提高碳材料的热、电传导性，提高碳材料的抗热震性和化学稳定性，使碳材料具有润滑性和抗磨性，提高碳材料纯度。使用高温热处理为原子重排及结构转变提供能量，这一过程需要消耗大量能量。烧结工艺，是指把粉状物料转变为致密体，是一个传统的工艺过程。一般来说，粉体经过成型后，通过烧结得到的致密体是一种多晶材料，其显微结构由晶体、玻璃体和气孔组成。

石墨化烧结工艺步骤中，成品冷却是一个非常重要的环节。在烧结过程中，温度最高会达到2000摄氏度以上，这就意味着成品冷却时需要释放大量热量使烧结成品达到室温。烧结工艺传统冷却方式为自然冷却，即将烧结成品放置在室温环境中，利用空气流原理换热，这种冷却方式的弊端在于冷却时间较长，冷却效率较低，通过空气对流换出的大量热量也会消散到空气中；或是通过在烧结槽表面洒水、利用强冷风的方式加快散热效率，但这就导致了石墨化成品内部发生氧化导致成品受损。这些方法也均会导致余热无法充分利用，不能实现能源的二次利用，同时造成环境污染。综上，传统石墨化工艺冷却技术较为落后，同时存在着环境污染问题与能源损失问题，急需一种新的换热装置加快散热速率提升石墨化工艺冷却效率。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种用于石墨化工艺冷却的重力热管换热装置及使用方法，解决现有技术中缺少一种石墨化工艺冷却装置的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：一种用于石墨化工艺冷却的重力热管换热装置，包括换热箱体和安装在换热箱体两端的进气道和出气道，所述的换热箱体上还安装有多个重力热管。

所述的重力热管包括连通设置的蒸发段和冷凝段，所述的冷凝段位于换热箱体内部，所述的蒸发段位于换热箱体外部，并且蒸发段位于换热箱体的同一侧。

本发明还具有如下技术特征：

所述的多个重力热管呈阵列状安装在换热箱体上。

所述的冷凝段上还安装有散热翅片，所述的蒸发段背向换热箱体一侧安装有插入尖头。

所述的换热箱体呈长方体形结构，两端通过圆台形的通气口分别连接圆柱状的进气道和出气道。

所述的进气道和出气道分别通过连接法兰与通气口连接。

所述的换热箱体内部与重力热管连接一侧设有隔热层。

所述的重力热管为双层式结构，内管内部构成传热工质管道，内外管之间构成冷凝工质回流管道。

本发明还给出一种用于石墨化工艺冷却的重力热管换热装置的使用方法，采用如上述的用于石墨化工艺冷却的重力热管换热装置实现，包括如下步骤：

使用时将制作好的换热箱体与重力热管组合，并在连接处的换热箱体内表面加入隔热层。

将组装好的换热装置利用重型吊车吊起，将插入尖头与蒸发段垂直插入并固定到石墨化烧结后的成品中。

随后在换热箱体的进气道一侧安装进气通道连接气体发生装置，在换热箱体的出气道一侧安装热量输送管道通向热量存储或使用装置。

烧结成品的高温热量通过重力热管的蒸发段，蒸发段的热量传递工质受热发生气化相变，相变后的气体工质通过重力热管内部传热工质管道向上传递至冷凝段。

再由散热翅片将热量排放到换热箱体内部，同时气态工质在冷凝段受散热翅片的高效换热凝结为液体，冷凝液体依靠重力作用沿管壁内设置的冷凝流体回流管道回流至蒸发段完成自主循环。

而由散热翅片传递到箱体内部的热量由进气道一侧安装进气通道连接的气体发生装置所产生的气体带离至出气道，再由出气道一侧将气体携带的热量通向热量存储或使用装置。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

（Ⅰ）本发明提出的一种用于石墨化工艺冷却的重力热管换热装置，包括换热箱体，换热箱体为主体其两侧安装进气道和出气道，用于冷凝换热，换热箱体底部设有隔热层用作隔绝重力热管的冷凝段与蒸发段，换热箱体主要作用是：收集并传出由重力热管导出的热量。重力热管整体由蒸发段与冷凝段构成，其内部设有传热工质区域与工质回流区域，外部冷凝段一侧设有散热翅片，加快散热速率，蒸发段一侧设有插入尖头用于插入石墨烧结后的成品中取热。重力热管的冷凝段放入换热箱体内部，使用时将蒸发段放入石墨烧结后的成品中，加快石墨化工艺冷却效率。

（Ⅱ）本发明提出的一种用于石墨化工艺冷却的重力热管换热装置，用于石墨烧结工艺的换热装置。设计合理，操作简单，即有效解决了石墨烧结后热量难以快速降低的问题，同时利用换热器收集并二次利用这部能量，做到了节能减排，使能源二次利用。

（Ⅲ）本发明提供的用于石墨化工艺冷却的重力热管换热装置，结构简单、操作方便、安全可靠、适应性强。

附图说明

图1为本发明的用于石墨化工艺冷却的重力热管换热装置的整体结构示意图。

图2为换热箱体的内部结构示意图。

图3为重力热管外部结构示意图。

图4为重力热管内部结构示意图。

附图中各个标号含义：

1-换热箱体，2-进气道，3-出气道，4-重力热管，5-通气口，6-连接法兰，7-隔热层。

4-1-蒸发段，4-2-冷凝段，4-3-散热翅片。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

本发明中的所有部件，例如重力热管，如无特殊说明，全部采用现有技术中已知的部件。

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

本实施例给出一种用于石墨化工艺冷却的重力热管换热装置，如图1-图4所示，包括换热箱体1和安装在换热箱体1两端的进气道2和出气道3，所述的换热箱体1上还安装有多个重力热管4。

所述的重力热管4包括连通设置的蒸发段4-1和冷凝段4-2，所述的冷凝段4-2位于换热箱体1内部，所述的蒸发段4-1位于换热箱体1外部，并且蒸发段4-1位于换热箱体1的同一侧。

首先，传统烧结工艺的散热方式效率较低，将2000摄氏度左右的石墨烧结工艺成品冷却至室温需要两个月左右的时间，这期间耽误了人力成本与物力成本。其次传统烧结工艺的散热方式无法二次利用换出的余热，无法做到能源的二次利用，并且当余热排向大气中也造成了空气热污染。

本发明专利为一种用于石墨化工艺冷却的重力热管换热装置，由换热箱体1、重力热管4组成。

换热箱体1由进气道2、隔热层7、换热箱体1、出气道3四部分组成，换热箱体1为主体，其两侧安装进气道2和出气道3道用于冷凝换热，换热箱体1底部设有隔热层7用作隔绝重力热管4的冷凝段4-2与蒸发段4-1，换热箱体1主要作用是：收集并传出由重力热管4导出的热量，这一部分主要可以做到能源的二次利用，将重力热管换4出的热量进行收集并由出气道3集中排出，做到了节能减排。

重力热管4由不锈钢材料制成，整体由蒸发段4-1与冷凝段4-2构成，其内部设有传热工质区域与工质回流区域，外部冷凝段4-2一侧设有散热翅片4-3，加快散热速率，蒸发段4-1一侧设有插入尖头4-4加快导热效率。使用时将蒸发段4-1插入石墨烧结后的成品中，加快石墨化工艺冷却效率。

作为本实施例的一种优选：

所述的多个重力热管4呈阵列状安装在换热箱体1上。

作为本实施例的一种优选：

所述的冷凝段4-2上还安装有散热翅片4-3，所述的蒸发段4-1背向换热箱体1一侧安装有插入尖头4-4。

作为本实施例的一种优选：

所述的换热箱体1呈长方体形结构，两端通过圆台形的通气口5分别连接圆柱状的进气道2和出气道3。

所述的进气道2和出气道3分别通过连接法兰6与通气口5连接。

所述的换热箱体1内部与重力热管4连接一侧设有隔热层7；用于隔绝蒸发段4-1与冷凝段4-2外部换热。

作为本实施例的一种优选：

所述的重力热管4为双层式结构，内管内部构成传热工质管道，内外管之间构成冷凝工质回流管道。

本发明的具体工作过程：

换热箱体1、进气道2、隔热层7、出气道3四部分共同构成换热箱体部分，换热箱体1左侧设置进气道2，右侧设置出气道3，用于二次利用重力热管4排出的热量做到了节能减排，使能源二次利用。

蒸发段4-1、冷凝段4-2、传热工质管道、冷凝工质回流管道、散热翅片4-3、插入尖头4-4构成重力热管4主体部分，重力热管4中心部分为传热工质管道，由工质填充，管道内壁为冷凝流体回流管道。

蒸发段4-1与冷凝段4-2相连通，蒸发段4-1下端与插入尖头4-4相连通。冷凝段4-2外侧设有散热翅片4-3，冷凝段4-2与散热翅片4-3整体固定在换热箱体1中，蒸发段4-1与插入尖头4-4暴露在换热箱体1外部。

重力热管4由高温不锈钢等耐高温换热材料制成。

在使用时利用重型吊车将本发明产品吊起后再将其蒸发段4-1及插入尖头4-4插入烧结后的石墨化成品中，热量通过重力热4管的蒸发段4-1传热至冷凝段4-2，再由散热翅片4-3将热量排放到换热箱体1内部，在换热箱体1内部的热量由进气道2的风带离由出气道3连通二次利用管道。

实施例2：

一种用于石墨化工艺冷却的重力热管换热装置的使用方法，采用如实施例1所述的用于石墨化工艺冷却的重力热管换热装置实现，包括如下步骤：

使用时将制作好的换热箱体1与重力热管4组合，并在连接处的换热箱体1内表面加入隔热层7。

将组装好的换热装置利用重型吊车吊起，将插入尖头4-4与蒸发段4-1垂直插入并固定到石墨化烧结后的成品中。

随后在换热箱体1的进气道2一侧安装进气通道连接气体发生装置，在换热箱体1的出气道3一侧安装热量输送管道通向热量存储或使用装置。

烧结成品的高温热量通过重力热管4的蒸发段4-1，蒸发段4-1的热量传递工质受热发生气化相变，相变后的气体工质通过重力热管4内部传热工质管道向上传递至冷凝段4-2。

再由散热翅片4-3将热量排放到换热箱体1内部，同时气态工质在冷凝段4-2受散热翅片4-3的高效换热凝结为液体，冷凝液体依靠重力作用沿管壁内设置的冷凝流体回流管道回流至蒸发段4-1完成自主循环。

而由散热翅片4-3传递到箱体内部的热量由进气道2一侧安装进气通道连接的气体发生装置所产生的气体带离至出气道3，再由出气道3一侧将气体携带的热量通向热量存储或使用装置。

以上技术方案仅是本发明的较优具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，不经创造性劳动想到的变化或替换，都涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于石墨化工艺冷却的重力热管换热装置，包括换热箱体（1）和安装在换热箱体（1）两端的进气道（2）和出气道（3），其特征在于，所述的换热箱体（1）上还安装有多个重力热管（4）；

所述的重力热管（4）包括连通设置的蒸发段（4-1）和冷凝段（4-2），所述的冷凝段（4-2）位于换热箱体（1）内部，所述的蒸发段（4-1）位于换热箱体（1）外部，并且蒸发段（4-1）位于换热箱体（1）的同一侧。

2.如权利要求1所述的用于石墨化工艺冷却的重力热管换热装置，其特征在于，所述的多个重力热管（4）呈阵列状安装在换热箱体（1）上。

3.如权利要求2所述的用于石墨化工艺冷却的重力热管换热装置，其特征在于，所述的冷凝段（4-2）上还安装有散热翅片（4-3），所述的蒸发段（4-1）背向换热箱体（1）一侧安装有插入尖头（4-4）。

4.如权利要求3所述的用于石墨化工艺冷却的重力热管换热装置，其特征在于，所述的换热箱体（1）呈长方体形结构，两端通过圆台形的通气口（5）分别连接圆柱状的进气道（2）和出气道（3）；

所述的进气道（2）和出气道（3）分别通过连接法兰（6）与通气口（5）连接；

所述的换热箱体（1）内部与重力热管（4）连接一侧设有隔热层（7）。

5.如权利要求4所述的用于石墨化工艺冷却的重力热管换热装置，其特征在于，所述的重力热管（4）为双层式结构，内管内部构成传热工质管道，内外管之间构成冷凝工质回流管道。

6.一种用于石墨化工艺冷却的重力热管换热装置的使用方法，采用如权利要求1-5任一项所述的用于石墨化工艺冷却的重力热管换热装置实现，其特征在于，包括如下步骤：

使用时将制作好的换热箱体（1）与重力热管（4）组合，并在连接处的换热箱体（1）内表面加入隔热层（7）；

将组装好的换热装置利用重型吊车吊起，将插入尖头（4-4）与蒸发段（4-1）垂直插入并固定到石墨化烧结后的成品中；

随后在换热箱体（1）的进气道（2）一侧安装进气通道连接气体发生装置，在换热箱体（1）的出气道（3）一侧安装热量输送管道通向热量存储或使用装置；

烧结成品的高温热量通过重力热管（4）的蒸发段（4-1），蒸发段（4-1）的热量传递工质受热发生气化相变，相变后的气体工质通过重力热管内部传热工质管道向上传递至冷凝段（4-2）；

再由散热翅片（4-3）将热量排放到换热箱体（1）内部，同时气态工质在冷凝段（4-2）受散热翅片（4-3）的高效换热凝结为液体，冷凝液体依靠重力作用沿管壁内设置的冷凝流体回流管道回流至蒸发段（4-1）完成自主循环；

而由散热翅片（4-3）传递到箱体内部的热量由进气道（2）一侧安装进气通道连接的气体发生装置所产生的气体带离至出气道（3），再由出气道（3）一侧将气体携带的热量通向热量存储或使用装置。