RU2479815C1 - Heat exchanger manufacturing method; heat exchanger from composite materials, and manufacturing method of corrugated plate for heat exchanger - Google Patents

Heat exchanger manufacturing method; heat exchanger from composite materials, and manufacturing method of corrugated plate for heat exchanger Download PDF

Info

Publication number
RU2479815C1
RU2479815C1 RU2011135002/06A RU2011135002A RU2479815C1 RU 2479815 C1 RU2479815 C1 RU 2479815C1 RU 2011135002/06 A RU2011135002/06 A RU 2011135002/06A RU 2011135002 A RU2011135002 A RU 2011135002A RU 2479815 C1 RU2479815 C1 RU 2479815C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
corrugated
heat exchanger
sheets
temperature
base
Prior art date
Application number
RU2011135002/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011135002A (en
Inventor
Виктор Викторович Тятинькин
Евгений Акимович Богачев
Александр Витальевич Суворов
Анатолий Николаевич Тимофеев
Николай Вячеславович Ветров
Алексей Борисович Кузьмин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Производственно-конструкторское объединение "Теплообменник"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Производственно-конструкторское объединение "Теплообменник" filed Critical Открытое акционерное общество "Производственно-конструкторское объединение "Теплообменник"
Priority to RU2011135002/06A priority Critical patent/RU2479815C1/en
Publication of RU2011135002A publication Critical patent/RU2011135002A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2479815C1 publication Critical patent/RU2479815C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

FIELD: heating.
SUBSTANCE: in the heat exchanger manufacturing method that involves cutting of corrugated and flat planes made from composite material, prior to assembly of interface points of plates, the tops of corrugations are lubricated with high-temperature glue to stick flat separation plates to corrugated plates, and hardening of high-temperature glue is performed using pressure and heat treatment of the bank at the temperature of 800-1900°C, and then, the bank is sealed with a ceramic component. In the manufacturing method of a corrugated plate for heat exchanger, glue is applied to the surface of the base with a channel prior to the plate moulding, and subsequently, from one end of the base to the other, prepreg is bonded to the surface of the corrugated base; then, the above prepreg is pressed with a corrugated hold-down plate to corrugations of the base and subject to heating for carbonisation of the corrugated prepreg. Heat exchanger from composite materials includes a housing, inside which a bank of separation and corrugated plates is installed, which are rigidly attached to each other and made from identical high-temperature composite material.
EFFECT: increasing the strength of heat exchanger with simultaneous reduction of its weight.
9 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к производству гофрированных листов из композиционных материалов и высокотемпературных теплообменников, используемых в авиационной и ракетно-космической технике, дизельных двигателях, бойлерах и т.д.The invention relates to mechanical engineering, namely to the production of corrugated sheets from composite materials and high-temperature heat exchangers used in aviation and rocket and space technology, diesel engines, boilers, etc.

Известен способ изготовления пластинчатого пакета теплообменника из композиционного материала, включающий раскрой в размер гофрированных и разделительных плоских листов, выполненных из композиционного материала, сборку гофрированных и разделительных плоских листов в пакет (см. патент США №4787443, НКИ 165/165, 29.11.1988 г.). В пластинчатом пакете теплообменника из композиционного материала, изготовленного известным способом, гофрированные и разделительные плоские листы производят экструзионным методом из керамической массы, содержащей в основном карбид кремния, нитрид кремния, нитрид алюминия, керамику состава Si-Al-O-N и кремний. Одним из компонентов композиции является углерод, который взаимодействует в процессе изготовления теплообменника с кремнием, образуя карбид кремния, консолидирующий материал листов. Применение экструзии приводит к значительной толщине листов, что, в свою очередь, приводит в сочетании с относительно низкой теплопроводностью к высоким термонапряжениям в керамическом теплообменнике в процессе его эксплуатации.A known method of manufacturing a plate package of a heat exchanger from a composite material, including cutting the size of corrugated and separation flat sheets made of composite material, assembling corrugated and separation flat sheets in a package (see US patent No. 4787443, NKI 165/165, 11.29.1988 g .). In a plate pack of a heat exchanger made of a composite material made in a known manner, corrugated and separation flat sheets are produced by extrusion from a ceramic mass containing mainly silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, ceramic Si-Al-O-N and silicon. One of the components of the composition is carbon, which interacts in the process of manufacturing the heat exchanger with silicon, forming silicon carbide, a consolidating material of the sheets. The use of extrusion leads to a significant thickness of the sheets, which, in turn, leads, in combination with a relatively low thermal conductivity, to high thermal stresses in a ceramic heat exchanger during its operation.

Данный способ изготовления пакета теплообменного аппарата не обеспечивает необходимую прочность изделия и возможность многократного использования при высоких температурах.This method of manufacturing a package of a heat exchanger does not provide the necessary strength of the product and the possibility of reuse at high temperatures.

Наиболее близким к предлагаемому способу по совокупности существенных признаков является способ изготовления теплообменника, включающий раскрой в размер гофрированных и разделительных плоских листов, выполненных из композиционного материала, сборку гофрированных и разделительных плоских листов в пакет при перекрестном направлении гофр в соседних слоях, последующую термообработку и установку в корпус (см. патент США №4789585, НКИ 428/186, 165/134.1, 12.06.1988 г.).Closest to the proposed method for the combination of essential features is a method of manufacturing a heat exchanger, comprising cutting the size of corrugated and dividing flat sheets made of composite material, assembling the corrugated and dividing flat sheets in a bag with the cross direction of the corrugations in adjacent layers, subsequent heat treatment and installation in case (see US patent No. 4789585, NKI 428/186, 165 / 134.1, 06/12/1988).

Известный способ не позволяет изготавливать теплообменник с необходимой прочностью для использования при высоких температурах и малой массой.The known method does not allow to produce a heat exchanger with the necessary strength for use at high temperatures and low weight.

Известен пластинчатый теплообменник, содержащий пакет из металлических плоских и гофрированных листов с образованием каналов для рабочих сред (см. авторское свидетельство СССР №1483232, МПК 4 F28D 9/00, 30.05.1989 г.).Known plate heat exchanger containing a package of metal flat and corrugated sheets with the formation of channels for working environments (see USSR author's certificate No. 1483232, IPC 4 F28D 9/00, 05/30/1989).

Данный теплообменник не обеспечивает необходимую прочность изделия при высоких температурах (800°С и более) и имеет значительную массу из-за высокой плотности до 8,5 г/см3.This heat exchanger does not provide the necessary strength of the product at high temperatures (800 ° C or more) and has a significant mass due to the high density of up to 8.5 g / cm 3 .

Наиболее близким к предлагаемому устройству по совокупности существенных признаков является теплообменник перекрестного типа, содержащий корпус, внутри которого установлен пакет из разделительных плоских листов, чередующихся с перекрестно расположенными гофрированными листами (см. патент США №4789585, НКИ 428/186, 165/134.1, 165/165, 06.12.1988 г.).The closest to the proposed device for the combination of essential features is a cross-type heat exchanger containing a housing inside which is installed a package of dividing flat sheets alternating with cross-sectioned corrugated sheets (see US patent No. 4789585, NKI 428/186, 165 / 134.1, 165 / 165, December 6, 1988).

Известный теплообменник изготавливают по бумажной технологии из керамической бумаги толщиной 1 мм, которая ввиду низкой прочности при термоциклировании не позволяет обеспечить необходимую прочность изделия при высоких (800°С и более) температурах.The well-known heat exchanger is made using paper technology from ceramic paper with a thickness of 1 mm, which, due to the low strength during thermal cycling, does not provide the necessary strength of the product at high (800 ° C or more) temperatures.

Известен способ изготовления сотовых структур, в котором гофрированный лист из композиционного материала из стеклопластиков, органопластиков или углепластиков получают методом рифления в валках, причем некоторые материалы при этом термофиксируют - подвергают нагреву до 160-180°С (см. Справочник по композиционным материалам под ред. Дж.Любина. - М.: Машиностроение, 1988. - 584 с.).There is a known method of manufacturing honeycomb structures in which a corrugated sheet of a composite material of fiberglass, organoplastics or carbon fiber is obtained by corrugation in rolls, some of which are thermofixed, subjected to heating to 160-180 ° C (see the Handbook of composite materials, ed. J.Lyubina. - M.: Mechanical Engineering, 1988. - 584 p.).

Данный способ изготовления не обеспечивает получения высокотемпературного гофрированного листа, т.к. проводится при температуре отверждения полимерного связующего, при которой не происходит его термодеструкция. При повышении температуры обработки до температур разложения полимерной матрицы (600-1000°С) точность сформированного в валках профиля гофры не обеспечивается ввиду ее неизбежной усадки.This manufacturing method does not provide high-temperature corrugated sheet, because is carried out at the temperature of curing of the polymeric binder, at which its thermal degradation does not occur. When the processing temperature is increased to the decomposition temperatures of the polymer matrix (600-1000 ° C), the accuracy of the corrugation profile formed in the rolls is not ensured due to its inevitable shrinkage.

Наиболее близким к предлагаемому способу по совокупности существенных признаков является способ изготовления гофрированного листа из неметаллического материала, включающий формование пластины с образованием гофр с последующим нагревом (см. патент США №4108938, МПК B01D 67/00, В29С 53/22, 22.08.1978 г.).Closest to the proposed method for the combination of essential features is a method of manufacturing a corrugated sheet of non-metallic material, comprising forming a plate with the formation of corrugations with subsequent heating (see US patent No. 4108938, IPC B01D 67/00, B29C 53/22, 08/22/1978 g .).

Известный способ не обеспечивает получение гофрированных листов для теплообменника из композиционного материала, сохраняющих прочность при высоких температурах и имеющих низкую плотность.The known method does not provide corrugated sheets for a heat exchanger from a composite material that retain strength at high temperatures and have a low density.

Задачей группы изобретений является создание теплообменника из композиционного материала с уменьшенной плотностью, который можно использовать при высоких температурах.The objective of the group of inventions is to create a heat exchanger from a composite material with a reduced density, which can be used at high temperatures.

Техническим результатом при использовании предлагаемой группы изобретений является увеличение прочности теплообменника из композиционного материала для использования при высоких температурах с одновременным уменьшением его массы.The technical result when using the proposed group of inventions is to increase the strength of the heat exchanger made of composite material for use at high temperatures while reducing its mass.

Указанный технический результат в части способа изготовления теплообменника из композиционного материала достигается тем, что в способе изготовления теплообменника, включающем раскрой в размер гофрированных и разделительных плоских листов, выполненных из композиционного материала, сборку гофрированных и разделительных плоских листов в пакет при перекрестном направлении гофр в соседних слоях, последующую термообработку и установку в корпус, перед сборкой места касания листов по вершинам гофр гофрированных листов смазывают высокотемпературным клеем для приклеивания разделительных плоских листов к гофрированным и последовательно после сборки осуществляют отверждение высокотемпературного клея и термообработку пакета при температуре 800-1900°С, а затем производят уплотнение пакета керамическим компонентом.The specified technical result in terms of the method of manufacturing a heat exchanger from composite material is achieved by the fact that in the method of manufacturing a heat exchanger, which includes cutting the size of corrugated and dividing flat sheets made of composite material, assembling the corrugated and dividing flat sheets in a package with the cross direction of the corrugations in adjacent layers , subsequent heat treatment and installation in the housing, before assembling the place of contact of the sheets on the tops of the corrugations of the corrugated sheets, grease high mperaturnym adhesive for bonding the sheet to the separating plane and corrugated sequentially performed after assembling high temperature curing adhesive and heat treating the package at a temperature of 800-1900 ° C, and then produce a ceramic package seal component.

Кроме того, отверждение высокотемпературного клея проводят с использованием давления.In addition, curing of the high temperature adhesive is carried out using pressure.

Указанный технический результат в части устройства достигается за счет того, что в теплообменнике, содержащем корпус, внутри которого установлен пакет из разделительных плоских листов, чередующихся с перекрестно расположенными гофрированными листами, гофрированные листы и разделительные плоские листы жестко соединены между собой в местах касания листов по вершинам гофр и выполнены из одинакового высокотемпературного композиционного материала, прочность которого обеспечивается применением волокнистого наполнителя.The specified technical result in part of the device is achieved due to the fact that in the heat exchanger containing the housing, inside which is installed a package of dividing flat sheets alternating with cross-sectioned corrugated sheets, corrugated sheets and dividing flat sheets are rigidly interconnected at the points where the sheets touch the vertices corrugation and made of the same high-temperature composite material, the strength of which is ensured by the use of fibrous filler.

Кроме того, корпус теплообменника выполнен из высокотемпературного композиционного материала; теплообменник снабжен боковыми фиксаторами, выполненными из композита типа C-SiC или SiC-SiC.In addition, the heat exchanger body is made of high temperature composite material; the heat exchanger is equipped with lateral clamps made of a composite of the type C-SiC or SiC-SiC.

Указанный технический результат в части способа изготовления гофрированного листа для теплообменника достигается тем, что в способе изготовления гофрированного листа для теплообменника, включающем формование пластины с образованием гофр с последующим нагревом, перед формованием пластины, представляющей собой препрег, на поверхность основания с профилем, точно воспроизводящим внутренний контур формуемого гофрированного листа, наносят клей для склеивания разнородных материалов и последовательно, от одного конца основания к другому, приклеивают препрег к поверхности гофрированного основания, затем гофрированной прижимной плитой прессуют препрег к гофрам основания и подвергают основание с гофрированным листом карбонизации.The specified technical result in terms of the method of manufacturing a corrugated sheet for a heat exchanger is achieved by the fact that in the method of manufacturing a corrugated sheet for a heat exchanger, comprising forming a plate with the formation of corrugations with subsequent heating, before forming the plate, which is a prepreg, on the base surface with a profile that accurately reproduces the the contour of the molded corrugated sheet, apply glue for bonding dissimilar materials and sequentially, from one end of the base to the other, the prepreg is glued to the surface of the corrugated base, then the prepreg is pressed onto the corrugated base plate with the corrugated pressure plate and the base is subjected to a corrugated carbonization sheet.

Кроме того, препрег изготавливают на основе углеродной ткани, или стеклоткани, или ткани из оксидных, нитридных, карбидных волокон, волокон карбида кремния с последующей пропиткой или термореактивным, или кремнийорганическим связующим.In addition, the prepreg is made on the basis of carbon fabric, or fiberglass, or fabric from oxide, nitride, carbide fibers, silicon carbide fibers, followed by impregnation or a thermoset or organosilicon binder.

На фиг.1 изображен теплообменник, общий вид;Figure 1 shows a heat exchanger, a General view;

на фиг.2 изображена схема расположения гофрированного листа на основании с прижимом.figure 2 shows the layout of the corrugated sheet on the base with a clip.

Гофрированный лист 1 из композиционного материала содержит выступы и впадины, при этом нижняя часть контура поперечного сечения отформованного участка зигзагообразной гофры идентична кривой гофрированной поверхности основания 2. Гофра имеет произвольный типоразмер. Гофрированный лист 1 из композиционного материала выполнен из препрега, полученного пропиткой наполнителя в виде или углеродной ткани, или стеклоткани, или органоткани органическим связующим на основе фенолоформальдегидной смолы. Вместо связующего на основе фенолоформальдегидной смолы может быть использовано связующее на основе поликарбосиланов, силоксанов, силиконов - любых органических веществ, образующих в результате пиролиза (термического разложения) значительное количество неорганического коксового остатка.Corrugated sheet 1 of composite material contains protrusions and depressions, while the lower part of the cross section of the molded section of the zigzag corrugation is identical to the curve of the corrugated surface of the base 2. The corrugation has an arbitrary size. The corrugated sheet 1 of the composite material is made of prepreg obtained by impregnating the filler in the form of either carbon fabric or fiberglass or organotissue with an organic binder based on phenol-formaldehyde resin. Instead of a binder based on phenol-formaldehyde resin, a binder based on polycarbosilanes, siloxanes, silicones can be used - any organic substances that form a significant amount of inorganic coke residue as a result of pyrolysis (thermal decomposition).

Устройство для изготовления гофрированного листа содержит основание 2 и гофрированную прижимную плиту 3 для прессования и фиксирования профиля гофр (фиг.3). Расстояние «а» (щелевой проем) между соединенными формующей и фиксирующей поверхностями соответственно основания 2 и прижимной плиты 3 равно толщине препрега. Для уменьшения разницы в термическом расширении между материалом основания 2, прижимной плиты 3 и формуемого гофрированного листа 1 основание 2 и плита 3 могут быть выполнены из графита или углерод-углеродного композита.A device for manufacturing a corrugated sheet contains a base 2 and a corrugated pressure plate 3 for pressing and fixing the profile of the corrugations (figure 3). The distance "a" (slotted opening) between the connected forming and fixing surfaces, respectively, of the base 2 and the pressure plate 3 is equal to the thickness of the prepreg. To reduce the difference in thermal expansion between the material of the base 2, the pressure plate 3 and the molded corrugated sheet 1, the base 2 and the plate 3 can be made of graphite or a carbon-carbon composite.

Способ изготовления гофрированного листа из композиционного материала осуществляется следующим образом.A method of manufacturing a corrugated sheet of composite material is as follows.

Согласно изобретению для изготовления гофрированного листа используют заготовку в виде препрега, который изготавливают на основе углеродной ткани, или стеклоткани, или ткани из оксидных, нитридных, карбидных волокон, волокон карбида кремния с последующей пропиткой или термореактивным, или кремнийорганическим связующими и подсушкой.According to the invention, for the manufacture of a corrugated sheet, a preform in the form of a prepreg is used, which is made on the basis of carbon fabric, or fiberglass fabric, or fabric from oxide, nitride, carbide fibers, silicon carbide fibers, followed by impregnation or thermoset or organosilicon binders and drying.

На формующую поверхность основания 2 наносят клей и последовательно, от одного конца к другому, прижимают заготовку к поверхности гофр основания 2 до полного прилегания препрега к формующей поверхности и заполнения всех углов профиля. Затем посредством прижимной плиты 3 гофрированную пластину прессуют к гофрам основания, фиксируют и подвергают основание 2 с гофрированным листом 1 и плитой 3 карбонизации до температур термодеструкции органического связующего (карбонизации) - не менее 800°С.On the forming surface of the base 2, glue is applied and sequentially, from one end to the other, the workpiece is pressed against the surface of the corrugation of the base 2 until the prepreg completely adheres to the forming surface and fills all the corners of the profile. Then, by means of the pressure plate 3, the corrugated plate is pressed to the corrugations of the base, fixed and subjected to base 2 with the corrugated sheet 1 and the carbonization plate 3 to temperatures of thermal degradation of the organic binder (carbonization) of at least 800 ° C.

Далее основание 2 с гофрированным листом 1 охлаждают и легко извлекают из карбонизованного препрега гофрированный лист 1, который имеет строго одинаковый по высоте заданный профиль гофры.Next, the base 2 with the corrugated sheet 1 is cooled and the corrugated sheet 1, which has a strictly defined height corrugation profile with exactly the same height, is easily removed from the carbonized prepreg.

Пример 1.Example 1

На формующую поверхность основания 2 наносят клей и последовательно, от одного конца к другому, прижимают заготовку к поверхности гофр основания 2 до полного прилегания препрега к формующей поверхности и заполнения всех углов профиля. Затем посредством прижимной плиты 3 гофрированную пластину прессуют к гофрам основания и подвергают основание 2 с гофрированным листом 1 и плитой 3 карбонизации при температуре 800°С. Далее сборку охлаждают и легко извлекают гофрированный лист 1, имеющий строго одинаковый по высоте заданный профиль гофры.On the forming surface of the base 2, glue is applied and sequentially, from one end to the other, the workpiece is pressed against the surface of the corrugation of the base 2 until the prepreg completely adheres to the forming surface and fills all the corners of the profile. Then, by means of the pressure plate 3, the corrugated plate is pressed to the corrugations of the base and the base 2 is subjected to the corrugated sheet 1 and the carbonization plate 3 at a temperature of 800 ° C. Next, the assembly is cooled and the corrugated sheet 1 having a precisely defined height profile is easily removed.

Для изготовления следующего гофрированного листа 1 процесс повторяется.To make the next corrugated sheet 1, the process is repeated.

Теплообменник, содержащий корпус 4, внутри которого установлен пакет из разделительных плоских листов 5, чередующихся с перекрестно расположенными гофрированными листами 1, и боковых фиксаторов 6. Гофрированные листы 1 и разделительные плоские листы 5 жестко соединены между собой в местах касания листов по вершинам гофр и выполнены из одинакового высокотемпературного композиционного материала с образованием каналов для горячего и холодного воздуха. Листы 1 и 5 выполнены из керамического композиционного материала с волокнистым армирующим наполнителем.A heat exchanger comprising a housing 4, inside of which there is a package of dividing flat sheets 5, alternating with cross-arranged corrugated sheets 1, and side clips 6. The corrugated sheets 1 and dividing flat sheets 5 are rigidly interconnected at the places where the sheets touch the corrugation vertices and are made from the same high-temperature composite material with the formation of channels for hot and cold air. Sheets 1 and 5 are made of ceramic composite material with a fibrous reinforcing filler.

Корпус 4 теплообменника выполнен из высокотемпературного композиционного материала; кроме того, функцию корпуса теплообменника могут выполнять, например, фланцы, расположенные с обеих сторон пакета из разделительных плоских листов 5, чередующихся с перекрестно расположенными гофрированными листами 1.The heat exchanger body 4 is made of a high temperature composite material; in addition, the function of the heat exchanger housing can be performed, for example, by flanges located on both sides of the stack of dividing flat sheets 5, alternating with cross-sectioned corrugated sheets 1.

Боковые фиксаторы 6 расположены по краям разделительных плоских листов 5 и предназначены для предотвращения эрозионного воздействия сжатых воздушных потоков непосредственно на краевые области гофр, а также обеспечения прочности пакета теплообменника. Боковые фиксаторы 6 выполнены из высокотемпературного композита, например, типа C-SiC или SiC-SiC.Side latches 6 are located on the edges of the separating flat sheets 5 and are designed to prevent the erosive effects of compressed air flows directly on the edge regions of the corrugations, as well as to ensure the strength of the heat exchanger package. Side clips 6 are made of high temperature composite, for example, type C-SiC or SiC-SiC.

Пакет предназначен для теплообменников перекрестного типа для охлаждения горячего воздуха или газов с температурой до 900°С и давлением до 1,5 МПа воздухом, поступающим от вентилятора или скоростного напора при движении объекта. Теплопередача между горячими и холодными теплоносителями осуществляется через поверхности гофрированных листов 1 и разделительных плоских листов 5.The package is designed for cross-type heat exchangers for cooling hot air or gases with a temperature of up to 900 ° C and a pressure of up to 1.5 MPa with air coming from a fan or high-speed head when moving an object. Heat transfer between hot and cold fluids is carried out through the surfaces of corrugated sheets 1 and dividing flat sheets 5.

Теплообменник работает следующим образом.The heat exchanger operates as follows.

Для охлаждения горячий теплоноситель, например газ, равномерно распределяется по всем каналам, которые имеет гофрированный лист 1. Холодный теплоноситель, например, воздух от напорного устройства (на чертеже не показан) поступает в другой, перпендикулярный первому ряд каналов гофрированных листов. По мере прохождения горячего газа по каналам между гофрированными и разделительными листами происходит постепенное охлаждение газа. Теплопередача между горячими и холодными теплоносителями осуществляется по механизму теплопроводности в местах контакта гофрированных листов 1 и разделительных плоских листов 5, а также, особенно при увеличении рабочей температуры теплообменника, непосредственно через поверхность гофрированных листов 1 и разделительных плоских листов 5 по механизму радиационного излучения. После охлаждения горячего теплоносителя до нужной температуры теплообменник выключают, при необходимости процесс повторяется.For cooling, a hot heat carrier, for example gas, is evenly distributed over all channels that have corrugated sheet 1. Cold heat carrier, for example, air from a pressure device (not shown in the drawing) enters another row of channels of corrugated sheets perpendicular to the first. As the hot gas passes through the channels between the corrugated and separation sheets, the gas gradually cools. Heat transfer between hot and cold fluids is carried out by the heat conduction mechanism at the contact points of corrugated sheets 1 and separating flat sheets 5, and also, especially when the working temperature of the heat exchanger increases, directly through the surface of corrugated sheets 1 and separating flat sheets 5 by the radiation mechanism. After cooling the hot heat carrier to the desired temperature, the heat exchanger is turned off, if necessary, the process is repeated.

Способ изготовления теплообменника осуществляется следующим образом.A method of manufacturing a heat exchanger is as follows.

Согласно изобретению для изготовления теплообменника используют заготовки в виде гофрированных листов 1 и разделительных плоских листов 5 из одинакового композиционного материала, которые подлежат раскрою в размер в соответствии с габаритами пакета теплообменника.According to the invention, for the manufacture of a heat exchanger, blanks are used in the form of corrugated sheets 1 and dividing flat sheets 5 of the same composite material, which must be cut to size in accordance with the dimensions of the heat exchanger package.

Предварительно разделительный плоский лист 5 изготавливают из препрега, разрезанного на куски, который подвергают прессованию между плитами обогреваемого гидравлического пресса при температуре до 180°С и давлении до 5 МПа. Для устранения прилипания к плитам пресса между препрегом и плитами прокладывают фторлаковую ткань (на чертеже не показана). Затем все заготовки для листа 5 помещают в карбонизатор, где проводят неокислительных отжиг заготовок в интервале температур 20-1000°С. Далее карбонизованные заготовки для листа 5 нарезают в окончательный геометрический размер и передают на стадию сборки пакета теплообменника.A preliminary separating flat sheet 5 is made of a prepreg cut into pieces, which is pressed between plates of a heated hydraulic press at a temperature of up to 180 ° C and a pressure of up to 5 MPa. To eliminate adhesion to the press plates between the prepreg and the plates, a fluorinated fabric is laid (not shown in the drawing). Then all the blanks for sheet 5 are placed in a carbonizer, where they conduct non-oxidative annealing of the blanks in the temperature range of 20-1000 ° C. Next, carbonized blanks for sheet 5 are cut into the final geometric size and transferred to the stage of assembly of the heat exchanger package.

После раскроя места касания листов 1 (по вершинам гофр) и 5 смазывают высокотемпературным клеем и собирают листы 1 и 5 в пакет, располагая листы 1 с учетом перекрестного направления гофр в соседних слоях пакета. Отверждение высокотемпературного клея проводят с использованием давления.After cutting the contact points of sheets 1 (along the corrugation tops) and 5, grease them with high-temperature glue and collect sheets 1 and 5 into a bag, arranging sheets 1 taking into account the cross direction of the corrugations in adjacent layers of the bag. The curing of the high temperature adhesive is carried out using pressure.

Собранный пакет подвергают термообработке в неокислительной атмосфере в интервале температур 800-1900°С, а затем производят уплотнение пакета керамическим компонентом.The collected package is subjected to heat treatment in a non-oxidizing atmosphere in the temperature range 800-1900 ° C, and then the package is sealed with a ceramic component.

После термообработки и уплотнения собранный пакет помещают в корпус 4 теплообменника, закрепляют и устанавливают на транспортном средстве для последующей работы.After heat treatment and sealing, the assembled package is placed in the heat exchanger body 4, fixed and mounted on the vehicle for subsequent operation.

Пример 2.Example 2

После раскроя места касания листов 1 и 5 по вершинам гофр листов 1 смазывают высокотемпературным клеем для приклеивания листов 5 и собирают листы 1 и 5 в пакет, располагая листы 1 с учетом перекрестного направления гофр в соседних слоях пакета, причем отверждение высокотемпературного клея проводят с использованием давления, например, 5 МПа.After cutting the places where sheets 1 and 5 touch the tops of the corrugations, the sheets 1 are greased with high-temperature glue for gluing sheets 5 and sheets 1 and 5 are collected in a bag, placing sheets 1 taking into account the cross direction of the corrugations in adjacent layers of the package, and the curing of high-temperature glue is carried out using pressure for example 5 MPa.

Собранный пакет подвергают термообработке при температуре 1900°С, затем уплотнению пакета керамическим компонентом, например, - карбидом кремния из газовой фазы метилсилана при температуре 700°С.The assembled package is subjected to heat treatment at a temperature of 1900 ° C, then the package is sealed with a ceramic component, for example, silicon carbide from the gas phase of methylsilane at a temperature of 700 ° C.

В случае увеличения температуры термообработки пакета теплообменника выше 1900°С происходит частичное разложение компонентов высокотемпературного клея (например, карбида кремния) и пакет теплообменника теряет необходимую прочность, в том числе при использовании при высоких температурах.In the case of an increase in the heat treatment temperature of the heat exchanger package above 1900 ° C, partial decomposition of the components of high-temperature glue (for example, silicon carbide) occurs and the heat exchanger package loses its necessary strength, including when used at high temperatures.

После термообработки и уплотнения собранный пакет устанавливают в корпус 5 теплообменника.After heat treatment and sealing, the assembled package is installed in the heat exchanger body 5.

Пример 3.Example 3

После раскроя места касания листов 1 и 5 по вершинам гофр листов 1 смазывают высокотемпературным клеем для приклеивания листов 5 и собирают листы 1 и 5 в пакет, располагая листы 1 с учетом перекрестного направления гофр в соседних слоях пакета, причем отверждение высокотемпературного клея проводят с использованием давления, например, 1 МПа.After cutting the places where sheets 1 and 5 touch the tops of the corrugations, the sheets 1 are greased with high-temperature glue for gluing sheets 5 and sheets 1 and 5 are assembled into a bag, placing sheets 1 taking into account the cross direction of the corrugations in adjacent layers of the package, and the curing of high-temperature glue is carried out using pressure for example 1 MPa.

Собранный пакет подвергают термообработке при температуре 800°С, затем уплотнению пакета керамическим компонентом, например, карбидом кремния из жидкой фазы поликарбосилана в интервале температур 250-1000°С.The collected package is subjected to heat treatment at a temperature of 800 ° C, then the package is sealed with a ceramic component, for example, silicon carbide from the liquid phase of polycarbosilane in the temperature range of 250-1000 ° C.

В случае уменьшения температуры термообработки пакета теплообменника ниже 800°С в последнем не полностью протекают процессы формирования высокотемпературных компонентов клея, вследствие чего он не имеет достаточной прочности при использовании при высоких температурах.In the case of a decrease in the heat treatment temperature of the heat exchanger package below 800 ° C, the processes of formation of high-temperature components of the adhesive do not fully proceed in the latter, as a result of which it does not have sufficient strength when used at high temperatures.

После термообработки и уплотнения собранный пакет устанавливают в корпус 4 теплообменника.After heat treatment and sealing, the assembled package is installed in the housing 4 of the heat exchanger.

Пример 4.Example 4

После раскроя места касания листов 1 и 5 по вершинам гофр листов 1 смазывают высокотемпературным клеем для приклеивания листов 5 и собирают листы 1 и 5 в пакет, располагая листы 1 с учетом перекрестного направления гофр в соседних слоях пакета, причем отверждение высокотемпературного клея проводят с использованием давления, например, 4 МПа.After cutting the places where sheets 1 and 5 touch the tops of the corrugations, the sheets 1 are greased with high-temperature glue for gluing sheets 5 and sheets 1 and 5 are assembled into a bag, placing sheets 1 taking into account the cross direction of the corrugations in adjacent layers of the package, and the curing of high-temperature glue is carried out using pressure , for example, 4 MPa.

Собранный пакет подвергают термообработке при температуре 1250°С, затем уплотнению керамическим компонентом, например, нитридом кремния из жидкой фазы полисилазана в интервале температур 150-1000°С.The collected package is subjected to heat treatment at a temperature of 1250 ° C, then compaction with a ceramic component, for example, silicon nitride from the polysilazane liquid phase in the temperature range 150-1000 ° C.

После термообработки и уплотнения собранный пакет устанавливают в корпус 4 теплообменника.After heat treatment and sealing, the assembled package is installed in the housing 4 of the heat exchanger.

Для изготовления следующего теплообменника процесс повторяется.To make the next heat exchanger, the process is repeated.

Использование заявленной группы изобретений при производстве теплообменников из композитных материалов позволяет увеличить прочность теплообменника при температурах свыше 600°С с одновременным уменьшением веса не менее чем на 100%.The use of the claimed group of inventions in the production of heat exchangers from composite materials can increase the strength of the heat exchanger at temperatures above 600 ° C while reducing weight by at least 100%.

Claims (9)

1. Способ изготовления теплообменника, включающий раскрой в размер гофрированных и разделительных плоских листов, выполненных из композиционного материала, сборку гофрированных и разделительных плоских листов в пакет при перекрестном направлении гофр в соседних слоях, последующую термообработку и установку в корпус, отличающийся тем, что перед сборкой места касания листов по вершинам гофр гофрированных листов смазывают высокотемпературным клеем для приклеивания разделительных плоских листов к гофрированным и последовательно после сборки осуществляют отверждение высокотемпературного клея и термообработку пакета при температуре 800-1900°С, а затем производят уплотнение пакета керамическим компонентом.1. A method of manufacturing a heat exchanger, including cutting the size of the corrugated and separating flat sheets made of composite material, assembling the corrugated and separating flat sheets in a bag with the corrugation of the corrugations cross in adjacent layers, subsequent heat treatment and installation in the housing, characterized in that before assembly the places where the sheets touch the tops of the corrugations of the corrugated sheets are lubricated with high-temperature glue to adhere the dividing flat sheets to the corrugated sheets and subsequently after the assemblies cure the high-temperature glue and heat treat the bag at a temperature of 800-1900 ° C, and then seal the bag with a ceramic component. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отверждение высокотемпературного клея проводят с использованием давления.2. The method according to claim 1, characterized in that the curing of the high-temperature adhesive is carried out using pressure. 3. Теплообменник из композиционных материалов, содержащий корпус, внутри которого установлен пакет из разделительных плоских листов, чередующихся с перекрестно расположенными гофрированными листами, отличающийся тем, что гофрированные листы и разделительные плоские листы жестко соединены между собой в местах касания листов по вершинам гофр и выполнены из одинакового высокотемпературного композиционного материала.3. A heat exchanger made of composite materials, comprising a housing, inside which a package of dividing flat sheets is installed, alternating with cross-sectioned corrugated sheets, characterized in that the corrugated sheets and dividing flat sheets are rigidly interconnected at the places where the sheets touch the corrugation vertices and are made of the same high-temperature composite material. 4. Теплообменник по п.3, отличающийся тем, что корпус теплообменника выполнен из высокотемпературного композиционного материала.4. The heat exchanger according to claim 3, characterized in that the housing of the heat exchanger is made of high temperature composite material. 5. Теплообменник по п.3, отличающийся тем, он снабжен боковыми фиксаторами, выполненными из композита типа C-SiC или SiC-SiC.5. The heat exchanger according to claim 3, characterized in that it is equipped with side clips made of a composite of the type C-SiC or SiC-SiC. 6. Способ изготовления гофрированного листа для теплообменника, включающий формование пластины с образованием гофр с последующим нагревом, отличающийся тем, что перед формованием пластины, представляющей собой препрег, на поверхность основания с профилем, точно воспроизводящим внутренний контур формуемого гофрированного листа, наносят клей для склеивания разнородных материалов и последовательно, от одного конца основания к другому, приклеивают препрег к поверхности гофрированного основания, затем гофрированной прижимной плитой прессуют препрег к гофрам основания и подвергают нагреву для карбонизации гофрированного препрега.6. A method of manufacturing a corrugated sheet for a heat exchanger, comprising forming a plate with the formation of corrugations, followed by heating, characterized in that before forming the plate, which is a prepreg, on the surface of the base with a profile that accurately reproduces the inner contour of the molded corrugated sheet, apply adhesive for bonding heterogeneous materials and sequentially, from one end of the base to the other, glue the prepreg to the surface of the corrugated base, then the corrugated pressure plate pre pop prepreg base to the flutes and is heated to carbonize the corrugated prepreg. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что препрег изготавливают из углеродной ткани, или стеклоткани, или ткани из оксидных, нитридных, карбидных волокон и волокон карбида кремния с последующей пропиткой или термореактивным, или кремнийорганическим связующим, и подсушкой.7. The method according to claim 6, characterized in that the prepreg is made of carbon fabric, or fiberglass, or fabric of oxide, nitride, carbide fibers and silicon carbide fibers, followed by impregnation with either a thermoset or organosilicon binder, and drying. 8. Способ по п.6, отличающийся тем, что гофрированное основание и гофрированная прижимная плита выполнены из графита или углерод-углеродного композита.8. The method according to claim 6, characterized in that the corrugated base and the corrugated pressure plate are made of graphite or a carbon-carbon composite. 9. Способ по п.6, отличающийся тем, что ширина щелевого проема между соединенными основанием и прижимной плитой равна толщине препрега. 9. The method according to claim 6, characterized in that the width of the slotted opening between the connected base and the pressure plate is equal to the thickness of the prepreg.
RU2011135002/06A 2011-08-22 2011-08-22 Heat exchanger manufacturing method; heat exchanger from composite materials, and manufacturing method of corrugated plate for heat exchanger RU2479815C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011135002/06A RU2479815C1 (en) 2011-08-22 2011-08-22 Heat exchanger manufacturing method; heat exchanger from composite materials, and manufacturing method of corrugated plate for heat exchanger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011135002/06A RU2479815C1 (en) 2011-08-22 2011-08-22 Heat exchanger manufacturing method; heat exchanger from composite materials, and manufacturing method of corrugated plate for heat exchanger

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011135002A RU2011135002A (en) 2013-02-27
RU2479815C1 true RU2479815C1 (en) 2013-04-20

Family

ID=49119975

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011135002/06A RU2479815C1 (en) 2011-08-22 2011-08-22 Heat exchanger manufacturing method; heat exchanger from composite materials, and manufacturing method of corrugated plate for heat exchanger

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2479815C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2562274C1 (en) * 2014-06-18 2015-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) Manufacturing method of corrugated plate for heat exchanger from composite materials
RU2622452C2 (en) * 2012-06-18 2017-06-15 АПИ ЩМИДТ-БРЕТТЕН ГМБХ энд КО.КГ (Германия) Plate heat exchanger
RU2749387C1 (en) * 2020-10-16 2021-06-09 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Method for producing composite material with ceramic matrix and layering reinforcing component in form of silicon carbide fabric

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2044987C1 (en) * 1993-05-21 1995-09-27 Институт внедрения изобретений и новой техники Plate heat exchanger
WO1995030508A1 (en) * 1994-05-10 1995-11-16 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Process for soldering metal structures with a bonding material comprising different states
RU2249776C2 (en) * 2002-12-10 2005-04-10 Лебедев Дмитрий Пантелеймонович Method of production of heat exchangers out of polymers
EA009344B1 (en) * 2002-10-31 2007-12-28 Оксицелл Холдинг Б.В. Heat exchanger and method of manufacture thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2044987C1 (en) * 1993-05-21 1995-09-27 Институт внедрения изобретений и новой техники Plate heat exchanger
WO1995030508A1 (en) * 1994-05-10 1995-11-16 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Process for soldering metal structures with a bonding material comprising different states
EA009344B1 (en) * 2002-10-31 2007-12-28 Оксицелл Холдинг Б.В. Heat exchanger and method of manufacture thereof
RU2249776C2 (en) * 2002-12-10 2005-04-10 Лебедев Дмитрий Пантелеймонович Method of production of heat exchangers out of polymers

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2622452C2 (en) * 2012-06-18 2017-06-15 АПИ ЩМИДТ-БРЕТТЕН ГМБХ энд КО.КГ (Германия) Plate heat exchanger
RU2562274C1 (en) * 2014-06-18 2015-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) Manufacturing method of corrugated plate for heat exchanger from composite materials
RU2749387C1 (en) * 2020-10-16 2021-06-09 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Method for producing composite material with ceramic matrix and layering reinforcing component in form of silicon carbide fabric

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011135002A (en) 2013-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108658613B (en) Method for preparing automobile brake disc by short fiber die pressing
US6666310B1 (en) Fibre-reinforced ceramic body and method for producing same
KR100447840B1 (en) Manufacturing method for carbon-carbon composites
US5632834A (en) Process for producing sandwich structures from fiber-reinforced ceramics
JPS6058847A (en) Manufacture of composite body consisting of ceramic or fiber reinforced ceramic and structure of sandwich structure manufactured by said method
RU2479815C1 (en) Heat exchanger manufacturing method; heat exchanger from composite materials, and manufacturing method of corrugated plate for heat exchanger
KR20100010023A (en) A method of fabricating a thermostructural composite material part, and a part obtained thereby
GB2467442A (en) A system for heat shielding, conduction and dissipation
CN110282994B (en) Preparation method of carbon fiber reinforced carbon-based composite material honeycomb
CN105418130B (en) Promoting pitch stabilization in dense carbon fiber preforms
JPH0463026B2 (en)
EP0891530B1 (en) Manufacturing method for a carbon/carbon heat exchanger
US20060068150A1 (en) Tribological fiber composite component produced according to the tfp process
US20010047862A1 (en) Carbon/carbon heat exchanger and manufacturing method
JP6742855B2 (en) Molded heat insulating material and manufacturing method thereof
EP3733404B1 (en) Method of manufacturing internal cooling circuits for cmc's
US20180244583A1 (en) Carbon fiber-reinforced carbide-ceramic composite component
CN103373862A (en) Method of producing an internal cavity in a ceramic matrix composite and mandrel therefor
CN114014678A (en) Quartz fiber/carbon fiber reinforced carbon-based composite flat plate and preparation method thereof
US20050249914A1 (en) Honeycomb-shaped carbon element
JP2011502833A (en) Manufacturing method of fiber cell structure
FR2620378A1 (en) THERMOFORM COMPOSITE PANELS
RU2562274C1 (en) Manufacturing method of corrugated plate for heat exchanger from composite materials
RU2427530C1 (en) Method of producing multilayer carbonaceous heat-insulating material and multilayer material
CN115816926A (en) Reusable heat-proof and heat-insulating structure based on ceramic tiles and preparation method thereof