專利名稱：聚四氟乙烯板翅式換熱器制作工藝方法
技術領域：
本發(fā)明是一種新型板翅式換熱器的制作工藝方法，該種板翅式換熱器由石墨改性碳纖維增強聚四氟乙烯或聚四氟乙烯制成，屬于工程熱物理及能源與利用領域。適用于冷熱流體換熱場合，尤其是強腐蝕流體介質的換熱。
現(xiàn)有換熱器，通常是列管式，存在傳熱效率低，體積大，成本高昂等缺點，至今未能廣泛用于生產(chǎn)；列管式、塊孔式石墨換熱器雖然耐腐蝕性能很好，但使用壽命短，傳熱效率一般僅在50-60％，有時石墨粉溶入換熱介質中，影響物料的品質。目前板翅式換熱器使用的材料主要是鋁合金，不能耐腐蝕介質，不銹鋼和鈦材的板翅式換熱器雖有報道，但生產(chǎn)工藝很復雜，不成熟，仍處于研究階段。
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有的技術不足，提供一種聚四氟乙烯板翅式換熱器制作工藝方法，即由石墨改性碳纖維強聚四氟乙烯或聚四氟乙烯制造板翅式換熱器的新方法。用本發(fā)明制造的板翅式換熱器具有耐腐蝕性能好，傳熱效率高，結構緊湊，成本較低等一系列優(yōu)點。
聚四氟乙烯(簡稱F4)有“塑料王”之美稱，它是完全對稱而無支鏈的線型高分子聚合物，化學性能相當穩(wěn)定，它與強酸、強堿、氧化劑、氧化物和王水等溶液長期接觸不起任何作用，除元素氟、三氟化氯及高溫熔融堿金屬外，可耐一切有機、無機化合物腐蝕介質，是迄今為止耐蝕性能最好的材料。F4分子中無光敏基因，臭氧、紫外線等均不能與之作用，即使長期暴露在惡劣的大氣中，浸沒到具有極強的腐蝕介質里也絲毫不發(fā)生變化，根據(jù)國外資料，其老化期在10年以上，具有優(yōu)異的抗老化性能。F4分子間引力小，表面自由能極低，它是當今已知材料中表面自由能最小的幾種材料之一。幾乎所有介質都不能粘附其表面，使用時不會有污垢，具有極強的抗結垢能力。純F 4的缺點是導熱系數(shù)很低，易發(fā)生冷流，石墨改性碳纖維增強聚四氟乙烯通過加入碳纖維來增強聚四乙烯以防止冷流，加入石墨來改性聚四氟乙烯以提高其導熱系數(shù)，因此改性增強聚四氟乙烯板性能比純F4更加優(yōu)越。
用本發(fā)明制造的聚四氟乙烯板翅式換熱器，其結構包括蓋板、翅片、隔板、封條、封頭、管法蘭或管接頭、接管等，其中蓋板、傳熱翅片、傳熱隔板、封條、封頭等均是由石墨改性碳纖維增強聚四氟乙烯或純聚四氟乙烯制成。
聚四氟乙烯板翅式換熱器制作工藝方法是采取以下方案實現(xiàn)的1.配制原料配制改性增強聚四氟乙烯原料，以聚四氟乙烯樹脂為主要原料，添加石墨、碳纖維，充分混合，其中聚四氟乙烯樹脂70～98％，石墨1～20％，碳纖維1～10％，其中百分比為重量百分比；或以聚四氟乙烯樹脂為原料；2.將配制的改性增強聚四氟乙烯原料或聚四氟乙烯樹脂原料，在冷壓機上，分別用模具冷壓制成封條、翅片、隔板、蓋板、封頭及有關部件，冷壓壓力控制在30～40MPa，將冷壓成型的封條、翅片、隔板蓋板、封頭及有關部件毛坯，放入燒結爐中，加熱到370～380℃燒結，冷卻成型，并通過機加工獲得所需要的精確尺寸；3.以聚偏氟塑料為原料，制成薄膜，薄膜厚度為0.01～0.02mm，將聚偏氟塑料薄膜，覆蓋在隔板表面上，在熱壓機上，加熱到250～270℃，加壓使之貼合，壓力控制在1～5MPa；4.組裝板翅式換熱器芯體，在組裝板翅式換熱器芯體必須前將加工好的封條、翅片、隔板零件清洗，去除污垢。夾具為不銹鋼扁鋼焊接成的柔性格柵，在兩側有靠模。在下夾具上放置蓋板，在蓋板上逐層交錯疊置多個(若干個)通道，通道具有翅片，翅片上下設置有隔板，翅片兩側裝置有封條，通道組裝完后最上部裝置上蓋板，為了提高剛性，在翅片的每個直通道中均可插入不銹鋼條，這樣組成錯流板翅式換熱管器芯體，然后吊放好上夾具，并對四周整形，完成后，夾緊夾具，整體放入爐中加熱至275～330℃，隔板表面的聚偏氟塑料薄膜融化，冷卻后封條、翅片、隔板、蓋板等零件粘結成整體，這樣就可制成板翅式換熱器芯體；5.在上述制得的板翅式換熱器芯體上焊上封頭、管法蘭或管接頭、接管，或安裝上封頭、接管，即制成聚四氟乙烯板翅式換熱器。
翅片是板翅式換熱器最基本的元件，傳熱過程主要是依靠翅片來完成，翅片型式很多，可采用平直翅片、多孔翅片(平直翅片上打若干小孔)、鋸齒形翅片等。
本發(fā)明的特點采用了一種全新的塑料粘接法，制造工藝新穎；板翅式換熱器的傳熱面積密度一般可達1500m2/m3，高的可達17300m2/m3，而管殼式(列管式)換熱器的僅為160m2/m3左右，板翅式換熱器的傳熱面積密度一般為6-10倍，因此結構十分緊湊；由于傳熱翅片將每層流道分成更小直通道使得冷熱流體在各自流道中形成強烈的湍動，因此傳熱效率高，傳熱系數(shù)比傳統(tǒng)的管殼式換熱器高5-10倍，傳熱效率與功耗比低，易實現(xiàn)對介質溫度的精確控制；板翅式換熱器的重量可比管殼式換熱器降低60％，體積小，占地少，成本低。靈活性及適應大1)傳熱間壁兩側面積密度可以相差一個數(shù)量級以上，以適應兩側介質傳熱的差異，改善傳熱表面利用率；2)可以組織多股流體換熱(可達12股，這意味著工程、隔熱、支撐和運輸?shù)某杀鞠慕档?，每股流的流道數(shù)和流道長都可不同。3)最外側可布置空流道(絕熱流道)，從而最大限度地減少整個換熱器與周圍環(huán)境的熱交換。由于是全粘結結構，安全可靠性高，杜絕了泄漏可能性，且氟塑料不老化，使用壽命長。
以下將結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。


圖1是聚四氟乙烯板翅式換熱器結構示意圖。
圖2是聚四氟乙烯板翅式換熱器芯體單個通道示意圖。
圖3是聚四氟乙烯板翅式換熱器平直翅片示意圖。
參照附圖1、2、3，聚四氟乙烯板翅式換熱器結構包括蓋板1、封條2、翅片3、隔板6、7、接管4、矩形封頭5、半圓形封頭8。翅片可采用平直翅片(見附圖3)、多孔翅片、鋸齒形翅片等。板翅式換熱器芯體由若干個通道交錯疊置構成，通道具有翅片3，翅片上、下設置有隔板6、7，翅片兩側裝置有封條2。在板翅式換熱器芯體上、下裝置有蓋板1。在板翅式換熱器芯體上、下端焊接有半圓形封頭8，半圓形封頭8上裝有接管9，或經(jīng)管法蘭、管接頭裝上接管。板翅式換熱器芯體兩側焊接有矩形封頭5，矩形封頭5上裝有接管4，或管法蘭、管接頭裝上接管。
聚四氟乙烯板翅式換熱器制作工藝方法實施例1.
(1).配制原料配制改性增強聚四氟乙烯原料100kg，稱量聚四氟乙烯樹脂70kg(占總重量70％)，石墨20kg(占總重量20％)，碳纖維10kg(占總重量10％)，將稱量好的原料充分混合備用；(2).將上述配制好的改性增強聚四氟乙烯原料，在冷壓機上分別用模具冷壓制成封條、翅片、隔板、蓋板、封頭等毛坯件，冷壓壓力控制在30～40MPa，將冷壓成形的封條、翅片、隔板、蓋板、封頭及有關部件毛坯，放入燒結爐中，加熱到370～380℃燒結，冷卻成型，并通過機加工獲得所需要的精確尺寸；(3).以聚偏氟塑料為原料，通過流延法制成薄膜，薄膜厚度為0.01～0.02mm，將聚偏氟塑料薄膜覆蓋在隔板面上，在熱壓機上加熱到250～270℃，加壓使之貼合，壓力控制在1～5MPa；(4).組裝板翅式換熱器芯體，在組裝板翅式換熱器芯體前將加工好的封條、翅片、隔板、蓋板等零件清洗去除油污。夾具是由不銹鋼扁鋼焊接成的柔性格柵，在兩側有靠模。在下夾具上放置蓋板，在蓋板上逐層交錯疊置若干個通道，通道具有翅片3、翅片上、下設置有隔板6、7，翅片兩側裝置有封條2(見附圖2)，通道組裝完后最上部裝置上蓋板，為了提高剛性，在翅片的每個直通道中均插入不銹鋼條，這樣組成錯流板翅式換熱器芯體，然后吊放好上夾具，并對四周整形，完成后裝上高溫彈簧，擰緊螺栓夾緊夾具，整體放入電爐中加熱至275～330℃，隔板表面的聚偏氟塑料薄膜融化，冷卻后所有零件粘結成整體，這樣就制成板翅式換熱器芯體；(5).在上述制得的板翅式換熱芯體四周焊上封頭、管法蘭或管接頭、接管，也可以安裝上封頭、接管即制成改性增強聚四氟乙烯板翅式換熱器。
實施例2.
(1).配制原料配制改性增強聚四氟乙烯原料100kg，稱量聚四氟乙烯樹脂98kg(占總重量98％)，石墨1kg(占總重量1％)、碳纖維1kg(占總重量1％)，將稱量好的原料充分混和備用；(2).將上述配制好的改性增強聚四氟乙烯原料，在冷壓機上分別用模具冷壓制成封條、翅片、隔板、蓋板、封頭及有關部件毛坯件，冷壓壓力控制在30～40MPa，將冷壓成形的封條、翅片、隔板、蓋板、封頭及有關部件毛坯件，放入燒結爐中，加熱到370～380℃燒結，冷卻成型，并通過機加工獲得所需要的精確尺寸；(3).以聚偏氟塑料為原料，通過流延法制成薄膜，薄膜厚度為0.01～0.02mm，將聚偏氟塑料薄膜覆蓋在隔板表面上，在熱壓機上加熱到250～270℃，加壓使之貼合，壓力控制在1～5MPa；(4).組裝板翅式換熱器芯體，在組裝板翅式換熱器芯體前將加工好的封條、翅片、隔板、蓋板等零件清洗去除油污。夾具是由不銹鋼扁鋼焊接成的柔性格柵，在兩側有靠模。在下夾具上放置蓋板，在蓋板上逐層交錯疊置若干個通道，通道具有翅片3，翅片上、下設置有隔板6、7，翅片兩側裝置有封條2(見附圖2)，通道組裝完后最上部裝置上蓋板，為了提高剛性，在翅片的每個直通道中均插入不銹鋼條，這樣組成錯流板翅式換熱器芯體，然后吊放好上夾具，并對四周整形，完成后裝上高溫彈簧，擰緊螺栓夾緊夾具，整體放入電爐中加熱至275～330℃，隔板表面的聚偏氟塑料薄膜融化，冷卻后封條、翅片、隔板、蓋板等零件粘結成整體，這樣就制成板翅式換熱器芯體；(5).在上述制得的板翅式換熱器芯體四周焊上封頭、管法蘭或管接頭、接管，也可以安裝上封頭、接管即制成改性增強聚四氟乙烯板翅式換熱器。實施例3.
(1).稱量原料聚四氟乙烯樹脂100kg備用；(2).將聚四氟乙烯原料在冷壓機上分別用模具冷壓制成封條、翅片、隔板、蓋板、封頭及有關部件毛坯件，冷壓壓力控制在30～40MPa，將冷壓成形的封條、翅片、隔板、蓋板、封頭及有關部件毛坯，放入燒結爐中，加熱到370～380℃燒結，冷卻成型，并通過機加工獲得所需要的精確尺寸；(3).以聚偏氟塑料為原料，通過流延法制成薄膜，薄膜厚度為0.01～0.02mm，將聚偏氟塑料薄膜覆蓋在隔板表面上，在熱壓機上加熱到250～270℃，加壓使之貼合，壓力控制在1～5MPa；(4).組裝板翅式換熱器芯體，在組裝板翅式換熱器芯體前將加工好的封條、翅片、隔板、蓋板等零件清洗去除油污。夾具是由不銹鋼扁鋼焊接成的柔性格柵，在兩側有靠模。在下夾具上放置蓋板，在蓋板上逐層交錯疊置若干個通道，通道具有翅片3、翅片上、下設置有隔板6、7，翅片兩側裝置有封條2(見附圖2)，通道組裝完后最上部裝置上蓋板，為了提高剛性在翅片的每個直通道中均插入不銹鋼條，這樣組成錯流板翅式換熱器芯體，然后吊放好上夾具，并對四周整形，完成后裝上高溫彈簧，擰緊螺栓夾緊夾具，整體放入電爐中加熱至275～330℃，隔板表面的聚偏氟塑料薄膜融化，冷卻后封條、翅片、隔板、蓋板等零件粘結成整體，這樣就制成板翅式換熱器芯體；(5).在上述制得的板翅式換熱器芯體四周焊上封頭、管法蘭或管接頭、接管，也可以安裝上封頭、接管，即制成聚四氟乙烯板翅式換熱器。
實驗表明用本發(fā)明工藝方法制造的聚四氟乙烯板翅式換熱器的使用參數(shù)如下使用溫度為-180℃～250℃，使用壓力≤1.5MPa，真空壓力≤1000mmHg，使用壽命可達8年以上，比同樣材料的傳統(tǒng)列管式換熱器效率高5～10倍，成本下降50％。
權利要求
1.一種聚四氟乙烯板翅式換熱器制作工藝方法，其特征是(1).配制原料配制改性增強聚四氟乙烯原料，以聚四氟乙烯樹脂為主要原料，添加石墨、碳纖維，充分混合，或以聚四氟乙烯樹脂為原料；(2).將配制改性增強聚四氟乙烯原料或聚四氟乙烯樹脂原料，在冷壓機上分別用模具冷壓制成封條、翅片、隔板、蓋板、封頭及有關部件毛坯件，冷壓壓力控制在30～40MPa，將冷壓成形的封條、翅片、隔板、蓋板、封頭及有關部件毛坯，放入燒結爐中，加熱到370～380℃燒結，冷卻成型，并通過機加工獲得所需要的精確尺寸；(3).以聚偏氟塑料為原料制成薄膜，將聚偏氟塑料薄膜覆蓋在隔板表面上，在熱壓機上加熱到250～270℃，加壓使之貼合，壓力控制在1～5MPa；(4).組裝板翅式換熱器芯體在組裝板翅式換熱器芯體前將加工好的封條、翅片、隔板、蓋板及有關零件清洗去除油污，在下夾具上放置蓋板，在蓋板上逐層交錯疊置多個通道，通道具有翅片，翅片上、下設置有隔板，翅片兩側裝置有封條，通道組裝完后最上部裝置上蓋板，這樣組成錯流板翅式換熱器芯體，然后吊放好上夾具，并對四周整形，完成后夾緊夾具，整體放入爐中加熱至275～330℃，隔板表面的聚偏氟塑料薄膜融化，冷卻后封條、翅片、隔板、蓋板粘結成整體，這樣制成板翅式換熱器芯體；(5).在上述制得板翅式換熱器芯體上焊上封頭、管法蘭或管接頭、接管，或安裝上封頭、接管及其他部件，即制成聚四氟乙烯板翅式換熱器。
2.根據(jù)權利要求1所述的聚四氟乙烯板翅式換熱器制作工藝方法，其特征是配制改性增強聚四氟乙烯原料中聚四氟乙烯樹脂70～98％、石墨1～20％、碳纖維1～10％，其中百分比為重量百分比。
3.根據(jù)權利要求1所述的聚四氟乙烯板翅式換熱器制作工藝方法，其特征是覆蓋在隔板表面上聚偏氟塑料薄膜厚度為0.01～0.02mm。
4.根據(jù)權利要求1所述的聚四氟乙烯板翅式換熱器制作工藝方法，其特征是在組裝板翅式換熱器芯體中，為了提高剛性在翅片的每個直通道中均可插入不銹鋼條。
全文摘要
本發(fā)明是一種新型聚四氟乙烯板翅式換熱器制作工藝方法。其工藝方法是(1)配制原料,配制改性增強聚四氟乙烯原料,或以聚四氟乙烯樹脂為原料,(2)將配制好原料分別用模具冷壓制成封條、翅片、隔板、封頭及有關毛坯件,燒結冷卻成型,通過機加工獲得所需尺寸,將聚偏氟塑料薄膜覆蓋在隔板表面上,熱壓貼合,在下夾具上放置蓋板,在蓋板上逐層交錯疊置多個通道,組成裝有蓋板板翅式換熱器芯體,夾具夾緊后整體放入爐中加熱粘結成整體,再裝上封頭、接管等即制成聚四氟乙烯板翅式換熱器。
文檔編號F28F21/00GK1276515SQ0011232
公開日2000年12月13日 申請日期2000年6月9日 優(yōu)先權日2000年6月9日
發(fā)明者涂善東, 凌祥, 陸衛(wèi)權, 黃健 申請人:南京化工大學