真空冷冻干燥机用耐污热交换板的制作方法

本实用新型涉及真空冷冻干燥设备领域，特别涉及一种真空冷冻干燥机用耐污热交换板。

背景技术：

真空冷冻干燥机的工作原理是首先让产品冻结，然后在真空环境下提供合适的升华热，使冻结产品中的水分或溶剂转化成水蒸汽，达到产品脱水的目的，其中，产品的冻结和升华过程是在干燥箱内的热交换板上进行的。

现有使用的热交换板都是中空热交换板，通过中空形成的介质通道，然后通入传热介质而实现换热。现有的热交换板在传热过程中存在着传热不均，传热介质扰流较大，热交换板晃动幅度较大等问题，导致热交换板不能用于对热交换有严格要求的场合，制约了热交换板的发展。同时，现有使用的热交换板的表面几乎没有涂覆专用的耐污防粘涂料，都是依靠热交换板本身的物理性质来实现防污防粘，显然，其效果是不理想的，热交换板在重复使用过后，时常会由于粘结的难清理污渍而出现腐蚀点，进而导致热交换板出现破洞而报废。同时，在热交换过程中，高温到低温的周期应变致使热交换板表面涂覆的防腐漆膜在重复使用后，会出现龟裂、起泡、翘曲等问题，导致热交换板发生脱漆现象，热交换板的使用周期低于预期。

技术实现要素：

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种真空冷冻干燥机用耐污热交换板，以解决上述存在的不足。

本实用新型采用的技术方案如下：一种真空冷冻干燥机用耐污热交换板，包括上板、下板、隔离条和封条方钢，上板和下板正面相对且通过封条方钢相焊接形成中空热交换板，隔离条固定于中空热交换板内形成用于流通传热介质的介质通道，上板和下板构成介质通道的一面分别形成上板和下板的内壁，上板和下板的另一面形成接触面，上板和下板的接触面均设有耐污层，介质通道内设有定流装置，定流装置包括两个以上并排安装且与隔离条平行的定流元件。

由于上述结构的设置，在热交换板上涂覆一层耐污层，耐污层由一种专用的耐污防粘涂料涂覆而成，耐污防粘涂料可以是聚四氟乙烯涂料，也可以是氟树脂防粘涂料，这些专用耐污防粘涂料能够有效防止在冷冻干燥过程中，物料中的一些物质粘结在热交换板上，防止腐蚀性物质腐蚀热交换板，在防止物质粘结的同时，又起着防腐的作用，进而提高了热交换板的使用周期，优于现有使用的热交换板；定流装置的设置，能够有效稳定传热介质在介质通道内流动，降低其紊流效果，使传热介质尽可能地以均匀流量流过介质通道，有效保证了热交换板上热量的均匀分布，使热交换板能够实现均匀传热，提高了热交换板的热交换性能。

进一步，为了提高耐污层的耐污抗粘能力，同时减少耐污层对热交换板传热过程的不利影响，耐污层为耐污防粘涂料，耐污防粘涂料由以下重量份的原料组成：乙烯基树脂45-50份，改性石墨烯1-3份，纳米级二氧化钛4-6份，铜及其氧化物粉末7-9份，铝粉12-15份，醋酸丁酯15-18份，二丙酮醇3-9份，二氧化硅粉末3-5份，分散剂1-2份和流平剂1-2份。

上述中，改性石墨烯作为耐腐蚀、耐渗透物质，能够大幅提高耐污防粘涂料的综合性能，在提供耐腐蚀防渗透等性能的同时，提高涂层的传热系数，减少涂层对热交换板传热过程的影响，使涂层具有良好的导热性能；铜及其氧化物粉末能够在形成的涂层的表面形成微米结构，能够在涂层的表面随时间慢慢长出纳米线，这些纳米线会起到减小大分子污物与涂层的接触面积，使大分子污物的铺展受到限制，在宏观上，使涂层展现出具有一定的疏水排污性能，同纳米二氧化钛共同作用，能够在涂层表面形成的致密纳米结构，有效防止了物料粘结在涂层上，进而为热交换板提供了防粘性能；铝粉在涂料中可形成连续不间断的铝膜，进而掩盖涂层形成过程中可能形成的针孔，保证涂层的致密度，减少外界物质的渗透，进一步提高涂层的防粘能力，同时，铝粉的加入还可提高涂层的耐候性和耐高温性能，减小热交换板在热交换过程中产生的高温热量对涂层的影响，使涂层的耐热温度可达到300℃以上，涂层不易龟裂、翘曲和起泡，涂层更经久耐用；醋酸丁酯和二丙酮醇的配合使用能够保证涂层干燥时的成膜效果，相比于单一溶剂，两种溶解参数相近和沸点相近的溶剂共混可以达到优势互补的效果，克服单一溶剂所固有的缺点，使涂料的成膜效果更易得到保障，成功率高。

进一步，耐污防粘涂料的制备方法包括以下步骤：

步骤1、将厚度为10-20nm的石墨烯与无水乙醇按质量比为1：80的配比关系共混于搅拌器中并充分搅拌，然后加入0.6wt%的硅烷偶联剂搅拌均匀，再将混合物放入超声波乳化分散器充分分散，最后取出混合物并放入烘箱中烘干，得到改性石墨烯，备用；

步骤2、将有乙烯基树脂和分散剂加入反应器内，然后用搅拌机以800r/min的转速对混合组分进行搅拌直至分散均匀，得到基料；

步骤3、将改性石墨烯加入二丙酮醇中搅拌均匀，得到石墨烯分散液，将基料加入石墨烯分散液中搅拌混合均匀，得到混合液；

步骤4、将二氧化硅粉末研磨去粗后，与纳米级二氧化钛、铜及其氧化物粉末和铝粉一同加入醋酸丁酯中，搅拌混合均匀，得到混合料，将混合料加入混合液中，用搅拌机对混合液进行充分搅拌，搅拌速度为800r/min，直至分散均匀，得到初始涂料；

步骤5、将流平剂加入初始涂料中，用分散机分散均匀后得到未固化的涂料，将未固化的涂料泵入空气喷枪的储料罐中，然后用空气喷枪喷涂在处理过的基体的表面，静置至涂层流平后，于140℃下真空烘烤固化成膜，然后再保温10min，随炉冷却至室温后即得。

作为优选，隔离条的离相对应的封条方钢最远距离的一端，与邻边的隔离条形成介质转向口，定流装置设置于介质转向口处。定流装置设于介质转向处可以使经转向的介质以平行于隔离条的方向流动，尽可能地减少流体的扰流作用，使介质尽可能地以均匀流量流过介质通道，有效保证了热交换板上热量的均匀分布，减少定流元件的布置数量，节约制造成本。

进一步，为了更好地实施本实用新型的定流元件，定流元件为菱形凸块，菱形凸块固定安装在上板的内壁或者下板的内壁上，菱形凸块与上板或者下板的连接面为菱形，菱形凸块的中心向外鼓出形成弧面。

作为一种改进方案，菱形凸块分别固定安装在上板的内壁或者下板的内壁上，上板的菱形凸块与下板的菱形凸块相互对称设置。以更均匀地导流并分流介质，实现更好地均匀传热。

作为一种替选方案，定流元件为扇形面的肋板，肋板固定安装在上板的内壁或者下板的内壁上。肋板的设置不仅可以起到导流分流的作用，还能增加热交换板的强度，使热交换板不易发生变形，增强热交换板的结构稳定性。

作为一种改进方案，肋板分别固定安装在上板的内壁和下板的内壁上，上板的肋板与下板的肋板相互对称设置，或者相互错开设置，以更均匀地导流并分流介质，实现更好地均匀传热。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、在热交换板上涂覆一层耐污层，耐污层由一种专用的耐污防粘涂料涂覆而成，耐污防粘涂料可以是聚四氟乙烯涂料，也可以是氟树脂防粘涂料，这些专用耐污防粘涂料能够有效防止在冷冻干燥过程中，物料中的一些物质粘结在热交换板上，防止腐蚀性物质腐蚀热交换板，在防止物质粘结的同时，又起着防腐的作用，进而提高了热交换板的使用周期，优于现有使用的热交换板，解决了热交换板使用周期短、易粘结物质的问题；

2、定流装置的设置，能够有效稳定传热介质在介质通道内流动，降低其紊流效果，防止热交换板过度摇晃，降低传热介质对热交换板的冲击力，使传热介质尽可能地以均匀流量流过介质通道，有效保证了热交换板上热量的均匀分布，使热交换板能够实现均匀传热，提高了热交换板的热交换性能，解决了现有热交换板不能适应对热交换有严格要求的场合的问题；

3、通过特别制造一种耐污防粘涂料，使耐污层的耐污防粘效果更优秀，同时对热交换过程影响较小，提高了耐污层对高低温的适应性，使涂层不易龟裂、翘曲和起泡，涂层更经久耐用，优于聚四氟乙烯涂料涂覆成的耐污层（聚四氟乙烯涂料耐高低温性能较差）。

附图说明

图1是本实用新型的一种真空冷冻干燥机用耐污热交换板结构示意图；

图2是图1中A-A截面的结构示意图；

图3是图1中B-B截面的部分结构示意图；

图4是图2中C部分的局部放大图；

图5是图3的一种实施方式的结构示意图；

图6是图3的另一种实施方式的结构示意图；

图7是本实用新型的肋板结构主视图；

图8是图7的菱形凸块的结构示意图；

图9是本实用新型的碳纤维复合板的结构示意图；

图10是本实用新型的多孔金属箔片局部放大结构示意图。

图中标记：1为上板，2为下板，3为隔离条，4为封条方钢，5为介质通道，6为内壁，7为接触面，8为介质入口，9为介质出口，10为耐污层，11为定流装置，12为菱形凸块，13为肋板，14为碳纤维复合板，1401为多孔金属层，1402为碳纤维板。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1至图3所示，一种真空冷冻干燥机用耐污热交换板，包括上板1、下板2、隔离条3和封条方钢4，上板1和下板2正面相对且通过封条方钢4相焊接形成中空热交换板，隔离条3固定于中空热交换板内形成用于流通传热介质的介质通道5，上板1和下板2构成介质通道5的一面分别形成上板1和下板2的内壁6，上板1和下板2的另一面形成接触面7，在封条方钢4相接处的对称位置开口分别形成介质入口8和介质出口9，传热介质通过介质入口8进入热交换板的介质通道5内，然后经介质出口9离开热交换板，上板1和下板2的接触面7均设有耐污层10，介质通道5内设有定流装置11，定流装置11包括两个以上并排安装且与隔离条平行的定流元件。

更进一步地说，耐污层10为耐污防粘涂料，耐污防粘涂料由以下重量份的原料组成：乙烯基树脂45-50份，改性石墨烯1-3份，纳米级二氧化钛4-6份，铜及其氧化物粉末7-9份，铝粉12-15份，醋酸丁酯15-18份，二丙酮醇3-9份，二氧化硅粉末3-5份，分散剂1-2份和流平剂1-2份。

更进一步地说，耐污防粘涂料的制备方法包括以下步骤：

步骤1、将厚度为10-20nm的石墨烯与无水乙醇按质量比为1：80的配比关系共混于搅拌器中并充分搅拌，然后加入0.6wt%的硅烷偶联剂搅拌均匀，再将混合物放入超声波乳化分散器充分分散，最后取出混合物并放入烘箱中烘干，得到改性石墨烯，备用；

步骤2、将有乙烯基树脂和分散剂加入反应器内，然后用搅拌机以800r/min的转速对混合组分进行搅拌直至分散均匀，得到基料；

步骤3、将改性石墨烯加入二丙酮醇中搅拌均匀，得到石墨烯分散液，将基料加入石墨烯分散液中搅拌混合均匀，得到混合液；

步骤4、将二氧化硅粉末研磨去粗后，与纳米级二氧化钛、铜及其氧化物粉末和铝粉一同加入醋酸丁酯中，搅拌混合均匀，得到混合料，将混合料加入混合液中，用搅拌机对混合液进行充分搅拌，搅拌速度为800r/min，直至分散均匀，得到初始涂料；

步骤5、将流平剂加入初始涂料中，用分散机分散均匀后得到未固化的涂料，将未固化的涂料泵入空气喷枪的储料罐中，然后用空气喷枪喷涂在处理过的基体的表面，静置至涂层流平后，于140℃下真空烘烤固化成膜，然后再保温10min，随炉冷却至室温后即得。

为了更好地解释和实施本实用新型的防腐耐污涂料，以下表1示出了本实用新型的硬质聚氨酯材料的几个具体配方，应当说明，以下具体配方主要是为了更好地实施本实用新型，而并非为了限制本实用新型。

表1：

注：1.耐冲击强度按GB/T 1732-93的规定测定，附着力按GB/T9286的规定；附着力分为0-5级，其中0级表示最好；

2.耐沾污性能是利用克莱恩公司提供的耐沾污测试法进行测定，是以喷淋前后涂抹反射系数的下降率来评价耐沾污性；

从表1可以得出，本实用新型的耐污防粘涂料具有良好的耐冲击性能，附着力强，耐沾污性能优异。

作为一种优选地实施方式，隔离条3的离相对应的封条方钢最远距离的一端，与邻边的隔离条3形成介质转向口15，如图1所示，定流装置11设置于介质转向口15处，当然定流装置11也可设置与隔离条3相平行的其他位置。

作为一种实施方式，如图6和图8所示，定流元件为菱形凸块12，菱形凸块12固定安装在上板1的内壁6或者下板2的内壁6上，菱形凸块12与上板1或者下板2的连接面为菱形，菱形凸块12的中心向外鼓出形成弧面。

作为一种改进地实施方式，菱形凸块12分别固定安装在上板1的内壁6或者下板2的内壁6上，上板1的菱形凸块12与下板2的菱形凸块12相互对称设置。

作为一种替选实施方式，如图3、图5和图7所示，定流元件为扇形面的肋板13，肋板13可以只固定安装在上板1的内壁上，或者只固定安装在下板2的内壁上，以实现对传热介质的导流定向，但这种设置效果不是最优。

作为一种改进地实施方式，肋板13分别固定安装在上板1的内壁6和下板2的内壁6上，上板1的肋板13与下板2的肋板13相互对称设置，或者相互错开设置，如图3所示，当相互对称设置时，形成旋流的转向的传热介质从两肋板13间形成的通道激涌流过，传热介质更均匀地流过热交换板，实现了更好地均匀传热；如图5所示，当相互错开设置时，肋板13相互之间形成多条定向通道，致使传热介质细分为多条分流流淌过肋板13，进而实现了更好地均匀传热。

更进一步地说，考虑到在热交换过程中，高温到低温的周期应变致使热交换板表面涂覆的耐污层10在重复使用后，出现龟裂、起泡、翘曲等概率将大大增加，同时，考虑到仅靠定流装置11无法保证传热介质均匀传热，为了更进一步地延长耐污层10的使用周期和保证均匀传热，上板1和下板2的内壁均设有碳纤维复合板14，如图2、图4、图9和图10所示，上板1和下板2的内壁6均设有碳纤维复合板14，碳纤维复合板14包括多孔金属层1401和碳纤维板1402，多孔金属层1401的上下两面分别连接碳纤维板1402，碳纤维复合板14在传递热量的同时，由于具有的多孔金属层结构，热量的变化经多孔金属层结构吸收后，将会以较小的变化或者无变化表现出来，进而消散了因传热介质的异动而发生的热量传递不均匀问题，延长了热交换板对热量异动变化的反应时间（传热性能越好的材料，散热散热性能也越好，对热量变化的敏感性就越高），起到了稳定传热介质均匀传热的作用，使耐污层10受到的周期性热应力大幅变小，进而延长了耐污层10的使用周期。

值得说明的是，本实用新型采用的碳纤维复合板14的技术方案并非只用于具有耐污层10结构的热交换板中，当本实用新型的技术方案用于现有使用的不具有耐污层的热交换板中时，其也能解决现有热交换板换热不均匀地问题，并且其起到的效果更明显，热交换板换热质量得到明显提升，因此，本实用新型的碳纤维复合结构也适用于现有热交换板中。

更进一步地说，多孔金属层1401由若干多孔金属箔片叠加形成，如图9所示，当然多孔金属层1401可由一张多孔金属箔片构成，也可由5张多孔金属箔片构成（5张多孔金属箔片性价比最高），多孔金属箔片的多少根据实际需要选择。

更进一步地说，碳纤维复合板14的厚度为0.5-2mm（优选为1.3mm），分别与上板1和下板2固定连接。

作为一种优选实施方式，多孔金属层1401的厚度为0.5mm，碳纤维板1402的厚度为0.4mm。

为了更好地延长使本实用新型的碳纤维复合板14的使用周期，防止传热介质污染碳纤维复合板14，多孔金属层1401与碳纤维板1402通过压制成型的方式形成碳纤维复合板14，碳纤维复合板14的边缘通过碳纤维板1402封边。

作为一种优选地实施方式，如图10所示，多孔金属箔片由Cu-Al固溶体为基体相的金属多孔材料制成，其厚度为0.1-0.3mm，优选为0.15mm，孔隙率为60-65%。

更进一步地说，多孔金属箔片的制备方法包括：

步骤1、将Cu粉和Al粉按质量比为4:6均匀混合形成混合料，然后按质量比为1:26将混合料加入乙醇、碳酸氢铵和PVB粘结剂的混合溶液中，其中乙醇、碳酸氢铵和PVB粘结剂的质量比为50：3:1，搅拌混合均匀，得到悬浊液；

步骤2、将悬浊液注入成型模具的模腔内，成型后烘干形成膜片；

步骤3、将膜片装入与该膜片外形相匹配的烧结模腔内，将烧结温度升至580℃，保温30min，再升温至1150℃，保温90min，然后随炉缓冷至室温，最后取出膜片即得。

由于添加了碳纤维复合板，热交换板的重量有所增加，为了减小热交换板的重量，所述隔离条为中空隔离条3，如图2至图6所示，隔离条3通过真空钎焊的连接方式与上板1和下板2固定连接。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。