CN210570132U - 一种具有新型密封结构的碳化硅换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有新型密封结构的碳化硅换热器，包括壳体，壳体内安装有换热模块，壳体的两端设置有左封头、右封头；左封头与右封头固定连接有封头法兰，封头法兰固定连接有衬氟压环；壳体的两端固定设置有壳体法兰；换热模块包括烧结为一体的管板、折流板、换热管，管板外密封围设管板压紧组件，管板压紧组件分别与衬氟压环、壳体法兰密封连接；管板压紧组件由四氟衬圈、硅胶衬垫、不锈钢紧固圈组成，四氟衬圈沿管板围设，硅胶衬垫沿四氟衬圈围，不锈钢紧固圈沿硅胶衬垫围设。本产品打破了传统的换热器采用O型密封圈进行密封的方式，既降低了生产成本，还提高了密封可靠性，同时，提高了碳化硅换热器的性能、换热效率以及使用寿命。

Description

一种具有新型密封结构的碳化硅换热器

技术领域

本实用新型涉及一种换热器，尤其涉及一种具有新型密封结构的碳化硅换热器。

背景技术

碳化硅陶瓷具有高强度、耐高温、高导热和全面的耐酸碱腐蚀特性，特别适用于高温、高压、强酸强碱腐蚀、高速气体冲刷、颗粒磨损等苛刻工况条件。用其做成的碳化硅换热器克服了传统石墨换热器、搪玻璃冷凝器、贵金属换热器和四氟换热器的局限性，使用寿命和热交换效率大幅增加，特别是随着工艺的提升和制造成本的降低，碳化硅换热器在各个领域的应用越来越广泛。

然而，碳化硅换热器在制造和应用中也存在着明显的缺点。由于陶瓷的脆性，不像石墨材料可以粘结，贵金属和氟塑料可以焊接，因此，管材、管板的密封只能采用O型密封圈的形式，在一些苛刻应用中，只能采用全氟醚密封圈，导致使用成本非常高。并且，采用O型圈密封的方式，不管是双管板还是单管板，管间距都无法做到很小，造成同样的管板面积下，碳化硅换热器的面积较小。若管板大型化后，管板的变形又成了实际应用中的硬伤，大大增加了密封失效的风险。同时，为了提高传热效率，换热器内部均布置有折流板，由于管材长度较长，其直线度会受到长度的影响，导致折流板和管材之间不可避免的存在间隙，若间隙较大时，在流体作用下会使管材产生较大的振动，特别是在蒸汽加热条件下，这种共振会带来非常大的风险，造成断管，大大影响碳化硅换热器的可靠性。

因此，亟需提供一种具有新型密封结构的换热器，以充分发挥碳化硅换热器的所有优势，促进碳化硅换热器在更大更广的范围内应用。

实用新型内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本实用新型提供了一种具有新型密封结构的碳化硅换热器。

为了解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种具有新型密封结构的碳化硅换热器，包括壳体，它还包括换热模块、左封头、右封头；换热模块安装在壳体的内部，左封头与右封头分别位于壳体的两端；

左封头处开设有物料入口，右封头处开设有物料出口，左封头与右封头还分别固定连接有封头法兰，封头法兰固定连接有衬氟压环；

壳体的两端分别固定设置有壳体法兰，壳体还连通有进料管以及出料管，进料管处开设有介质进口，出料管处开设有介质出口；

换热模块包括管板、折流板、换热管，换热管与管板、折流板烧结为一体，折流板分布在换热管上，管板设置有两个，两个管板分别位于换热管的两端；管板延伸至壳体外且管板外密封围设管板压紧组件，管板压紧组件位于衬氟压环与壳体法兰之间且管板压紧组件与衬氟压环、壳体法兰分别密封连接；

管板压紧组件由四氟衬圈、硅胶衬垫、不锈钢紧固圈组成；四氟衬圈沿管板围设，硅胶衬垫沿四氟衬圈围设并与四氟衬圈固定连接，不锈钢紧固圈沿硅胶衬垫围设并与硅胶衬垫固定连接。

进一步地，管板上开设有管孔，换热管与管孔相连通且换热管在管孔处与管板无间隙的固定连接。

进一步地，折流板上开设有折流孔，换热管穿过折流孔后与折流板无间隙的固定连接。

进一步地，四氟衬圈的切面呈U型，四氟衬圈的内部形成U型槽，硅胶衬垫、不锈钢紧固圈共同通过紧固螺栓固定在U型槽内。

进一步地，不锈钢紧固圈由两个呈半圆形的不锈钢圈组成。

本实用新型公开一种具有新型密封结构的碳化硅换热器，通过衬氟压环和管板压紧组件一方面与壳体进行密封、另一方面与封头进行密封，同时，管板压紧组件还将管板固定密封，采用四氟材料作为密封面，打破了传统的换热器采用O型密封圈进行密封的方式，既降低了生产成本，还大大提高了密封可靠性，同时，提高本碳化硅换热器的耐压、耐温、耐腐蚀等性能。并且，换热模块经一体化烧结而成，管板、换热管、折流板之间无任何间隙，使得换热管的管间距大幅降低，大大提高了换热效率，同时，抗震动性能也大幅提高，有效确保换热器的运行可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的剖面结构示意图。

图2为图1中换热模块的结构示意图。

图3为图1中管板压紧组件的结构组成示意图。

图中：1、壳体；2、换热模块；3、左封头；4、右封头；5、进料管；6、出料管；7、封头法兰；8、衬氟压环；9、管板压紧组件；10、壳体法兰；11、物料入口；12、物料出口；13、介质进口；14、介质出口；21、管板；22、折流板；23、换热板；91、四氟衬圈；92、硅胶衬垫；93、不锈钢紧固圈；94、紧固螺栓；95、U型槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

一种具有新型密封结构的碳化硅换热器，如图1所示，包括壳体1，它还包括换热模块2、左封头3、右封头4；换热模块2安装在壳体1的内部，左封头3与右封头4分别位于壳体1的两端；

其中，壳体1主要为换热模块2外的介质流动提供空间，介质主要是蒸汽或冷凝水等，壳体1的两端分别固定设置有壳体法兰10，壳体1还连通有进料管5以及出料管6，进料管5处开设有介质进口13，出料管6处开设有介质出口14，由此，介质从介质进口13进入壳体1内，再从介质出口14流出壳体。

封头则主要负责运输进入换热模块2内的物料，左封头3处开设有物料入口11，右封头4处开设有物料出口12，物料从左封头3的物料入口11流动到换热模块2的换热管23内，再从换热管23进入到右封头4内，从物料出口12流出。根据逆流换热的原理，物料出口处是介质进口，因此，物料出口12与介质进口13的设置位置靠近，物料入口11与介质进口13的设置位置靠近，实现物料与介质高效换热。

对于换热模块2，是本碳化硅换热器的核心部件，由管板21、折流板22、换热管23一体高温烧结而成，采用碳化硅陶瓷，具有耐腐蚀、热导率高等众多优点。换热模块2的具体设置方式为：如图2所示，管板21设置有两个，两个管板分别位于换热管23的两端，管板21上开设有管孔，换热管23与管孔相连通且换热管23在管孔处与管板21无间隙的固定连接。折流板22分布在换热管23上，折流板22上开设有折流孔，换热管23穿过折流孔后与折流板22无间隙的固定连接。即管板21、折流板22、换热管23一次烧结完成后，在管板、折流板、换热管的结合处涂覆焊料，焊料为碳化硅、聚碳硅烷、硅粉组成的混合物进行二次烧结，二次烧结完成后再进行退火处理。

首先，换热管23与管板21无需采用有机物密封圈，如全氟醚密封圈、O型密封圈等，有效解决了有机密封圈对碳化硅换热器耐温、耐压、耐腐蚀等性能的显著，还提高了本碳化硅换热器的使用寿命。并且，对于传热的碳化硅换热器，采用有机密封圈密封的方式，无法为管板提供刚度，因此，管板大都采用钢衬四氟的管板，钢衬四氟自身的性能限制，导致换热管的管间距无法做到很小，导致同样管板面积下换热面积小。然而，本实用新型所公开的具有新型密封结构的碳化硅换热器，使管板21与换热管23直接烧结为一体，同样管板面积下可设置更多数量的换热管23，换热模块2的管间距大幅降低，大大提高了换热效率；同时，管板21采用四氟材料制成，极大提高了端面密封的可靠性。

其次，折流板22和换热管23之间也无任何间隙，使得换热管23在高温下的抗震动性能大幅提高，降低换热管23因共振断管的现象发生，实现该换热器能够很好的应用在苛刻工况如高温、高压、强腐蚀条件，不仅能够应用于强酸强碱冷凝条件，尤其适合废酸浓缩工艺中的酸酸换热。

进一步地，为确保介质和物料换热过程的稳定运行，封头、壳体1以及管板21的密封性也具有非常重要的作用。由此，本实用新型所公开的具有新型密封结构的碳化硅换热器，其左封头3与右封头4还分别固定连接有封头法兰7，封头法兰7固定连接有衬氟压环8；管板21延伸至壳体1外且管板21外密封围设管板压紧组件9，管板压紧组件9位于衬氟压环8与壳体法兰10之间且管板压紧组件9与衬氟压环8、壳体法兰10分别密封连接。即通过衬氟压环8密封连接封头和壳体1，衬氟压环8也采用四氟材料制成，利用四氟的耐腐蚀特性和密封特性确保本碳化硅换热器的高性能；同时，通过管板压紧组件9连接壳体1和换热模块2。

管板压紧组件9的具体设置方式为：如图3所示，管板压紧组件9由四氟衬圈91、硅胶衬垫92、不锈钢紧固圈93组成；四氟衬圈91沿管板21围设，四氟衬圈91用来防腐以及密封换热模块2和壳体1，硅胶衬垫92沿四氟衬圈91围设并与四氟衬圈91固定连接，利用硅胶的弹性来弹性密封换热模块2和壳体1，不锈钢紧固圈93沿硅胶衬垫92围设并与硅胶衬垫92固定连接，通过不锈钢紧固圈93对四氟衬圈91、硅胶衬垫92的密封进行紧固，最终通过紧固螺栓94进行锁紧。通常，四氟衬圈91的侧面呈U型，由此，四氟衬圈91的内部形成U型槽95，硅胶衬垫92、不锈钢紧固圈93共同通过紧固螺栓94固定在U型槽95内。此外，为便利安装与固定，不锈钢紧固圈93由两个呈半圆形的不锈钢圈组成。

本实用新型公开了一种具有新型密封结构的碳化硅换热器，该换热器采用耐高温四氟材料作为密封面，打破了传统碳化硅换热器采用O型圈对管材的密封，大大提高了密封可靠性，提高了本碳化硅换热器的耐压、耐温、耐腐蚀等性能力，不但延长了换热器的使用寿命，还有效提高了热交换效率。

上述实施方式并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种具有新型密封结构的碳化硅换热器，包括壳体(1)，其特征在于：它还包括换热模块(2)、左封头(3)、右封头(4)；所述换热模块(2)安装在壳体(1)的内部，左封头(3)与右封头(4)分别位于壳体(1)的两端；

所述左封头(3)处开设有物料入口(11)，右封头(4)处开设有物料出口(12)，左封头(3)与右封头(4)还分别固定连接有封头法兰(7)，封头法兰(7)固定连接有衬氟压环(8)；

所述壳体(1)的两端分别固定设置有壳体法兰(10)，壳体(1)还连通有进料管(5)以及出料管(6)，进料管(5)处开设有介质进口(13)，出料管(6)处开设有介质出口(14)；

所述换热模块(2)包括管板(21)、折流板(22)、换热管(23)，换热管(23)与管板(21)、折流板(22)烧结为一体，折流板(22)分布在换热管(23)上，管板(21)设置有两个，两个管板分别位于换热管(23)的两端；所述管板(21)延伸至壳体(1)外且管板(21)外密封围设管板压紧组件(9)，管板压紧组件(9)位于衬氟压环(8)与壳体法兰(10)之间且管板压紧组件(9)与衬氟压环(8)、壳体法兰(10)分别密封连接；

所述管板压紧组件(9)由四氟衬圈(91)、硅胶衬垫(92)、不锈钢紧固圈(93)组成；所述四氟衬圈(91)沿管板(21)围设，硅胶衬垫(92)沿四氟衬圈(91)围设并与四氟衬圈(91)固定连接，不锈钢紧固圈(93)沿硅胶衬垫(92)围设并与硅胶衬垫(92)固定连接。

2.根据权利要求1所述的具有新型密封结构的碳化硅换热器，其特征在于：所述管板(21)上开设有管孔，换热管(23)与管孔相连通且换热管(23)在管孔处与管板(21)无间隙的固定连接。

3.根据权利要求1或2所述的具有新型密封结构的碳化硅换热器，其特征在于：所述折流板(22)上开设有折流孔，换热管(23)穿过折流孔后与折流板(22)无间隙的固定连接。

4.根据权利要求1所述的具有新型密封结构的碳化硅换热器，其特征在于：所述四氟衬圈(91)的切面呈U型，四氟衬圈(91)的内部形成U型槽(95)，硅胶衬垫(92)、不锈钢紧固圈(93)共同通过紧固螺栓(94)固定在U型槽(95)内。

5.根据权利要求1所述的具有新型密封结构的碳化硅换热器，其特征在于：所述不锈钢紧固圈(93)由两个呈半圆形的不锈钢圈组成。

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