换热器用复合管板及包含该复合管板的换热器的制作方法

本发明属于换热器技术领域，具体而言，涉及一种换热器用复合管板及包含该复合管板的换热器。

背景技术：

换热器是将热流体的(部分)热量传递给冷流体的设备，又称热交换器，它在冶金、石油、化工、电力、食品、制药等领域具有广泛的应用。

现有的换热器中，尤其是碳化硅材料制成的换热管的换热器，其换热管的端部一般通过管板进行固定密封，即换热管的两端一般装设于两块管板上。换热器的腐蚀是大量的普遍存在的；目前在医药、化工行业，含有强酸、强碱性介质的回收是比较大的问题。因此，现有的换热器的管板中，较多的采用了聚四氟乙烯材料制成。

聚四氟乙烯材料可以抗各种酸碱和有机溶剂，具有优异的耐腐蚀介质性能；但是其不耐高温高压，机械强度有限，当制作成为换热器的管板时通常使用温度不超过150℃，使用压力不超过1.0MPa；超过这个范围聚四氟乙烯管板很容易变形，造成密封泄露和换热管(碳化硅换热管)断裂。目前，由于聚四氟乙烯管板变形而造成的使用设备损坏已经成为换热器(碳化硅换热器)不可回避的售后问题，因而大大增加了碳化硅换热器的制造成本，还影响了客户对碳化硅换热器的质量信誉度。

如何增加聚四氟乙烯管板的机械强度，以及提高聚四氟乙烯管板的使用温度成为碳化硅换热器制造的一大难题。因此，若能研究开发出可以大幅提高聚四氟乙烯管板的使用压力和使用温度的解决方案，将可以更好的促进碳化硅换热器在化工行业的应用推广。

鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种换热器用复合管板，以缓解现有技术中存在的换热器的聚四氟乙烯管板的使用压力和使用温度有限，机械强度有限，容易变形的技术问题。

本发明的第二目的在于提供一种换热器，该换热器包括了上述的换热器用复合管板，能够大大增强聚四氟乙烯管板的整体机械强度，能够满足即使在较高压力和温度的工况条件下聚四氟乙烯管板的形变量在可接受范围内，避免因聚四氟乙烯管板形变造成的碳化硅换热器的损坏。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

根据本发明的一个方面，本发明提供一种换热器用复合管板，依次包括金属孔板、聚四氟乙烯管板和金属加强板；

所述金属孔板、聚四氟乙烯管板和金属加强板通过连接件固定成为一个整体结构；

所述金属孔板和聚四氟乙烯管板之间，所述聚四氟乙烯管板和金属加强板之间均设置有密封件；

所述金属孔板和/或金属加强板的外表面喷涂耐腐蚀性材料。

作为进一步优选技术方案，所述耐腐蚀性材料包括PFA、F46、F2、F4和PO中的一种或多种；

优选地，所述耐腐蚀性材料为PFA。

作为进一步优选技术方案，所述连接件包括金属螺栓和非金属螺栓中的一种或两种；

优选地，所述连接件为金属螺栓。

作为进一步优选技术方案，所述密封件的材质包括全氟醚橡胶、氟橡胶、硅橡胶、聚丙酸酯橡胶、聚氨酯橡胶、丁腈橡胶和膨体四氟带中的一种或多种；

优选地，所述密封件的材质为膨体四氟带。

作为进一步优选技术方案，所述金属孔板和金属加强板的材质分别独立地包括碳钢、不锈钢、铝合金、锌铝镁合金、锆金属和钽金属中的任意一种或多种。

作为进一步优选技术方案，所述聚四氟乙烯管板和所述金属加强板均设有供换热管穿设的通孔；

所述换热管的端部依次穿设于所述金属加强板的通孔和聚四氟乙烯管板的通孔，并通过密封填料组合件和丝堵固定和密封；

优选地，所述丝堵的材质为聚四氟乙烯。

作为进一步优选技术方案，所述金属孔板上设有开孔，所述开孔与所述聚四氟乙烯管板的通孔相适配。

根据本发明的另一个方面，提供一种换热器，包括壳体，所述壳体的两端均设置有封头，所述壳体与所述封头之间设置有上述的换热器用复合管板。

作为进一步优选技术方案，所述壳体内部设有多根换热管，多根所述换热管的轴向相互平行；所述换热管包括碳化硅换热管、氮化硅换热管和玻璃换热管中的一种或多种；

优选地，所述换热管为碳化硅换热管。

作为进一步优选技术方案，所述壳体与所述金属加强板之间设有垫片；

优选地，所述垫片的材质为包氟橡胶。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的换热器用复合管板，在聚四氟乙烯管板的两侧分别设置了金属孔板和金属加强板，且金属孔板、聚四氟乙烯管板和金属加强板通过连接件固定成为一个整体，两两之间采用密封件进行密封，同时金属孔板和/或金属加强板的外表面喷涂耐腐蚀性材料；这种结构极大增强了聚四氟乙烯管板的整体机械强度，能够满足即使在较高压力和温度的工况条件下聚四氟乙烯管板的形变量在可接受范围内，避免因聚四氟乙烯管板形变造成的换热器的损坏，保证换热器的使用安全性。

2、本发明的换热器用复合管板中，作为聚四氟乙烯管板整体加强作用的金属孔板和金属加强板的制造成本可控，在降低整体造价成本的同时，选择具有适宜的金属材质，从而使得换热器能承受更高的压力和温度，提高了换热效果，使用和维护简便，适合大范围应用，更有利于碳化硅换热器的推广应用。

3、本发明的换热器安装时，将金属孔板、聚四氟乙烯管板和金属加强板通过连接件固定成为一个整体，且两两之间采用密封件进行密封，然后整体安装到换热器设备上即可，设备结构简单，安装和维护方便，延长了使用寿命且可靠性强，不需要频繁检修，降低了使用成本，使换热器尤其是碳化硅换热器适用的场合更加广泛，有利于碳化硅换热器的推广及应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的换热器用复合管板结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的换热器用复合管板结构示意图；

图3为本发明实施例三提供的换热器结构示意图；

图4为本发明对比例一提供的换热器结构示意图。

图标：1－金属孔板；2－聚四氟乙烯管板；3－金属加强板；4－连接件；5－密封件；6－密封填料组合件；7－丝堵；8－换热管；9－垫片；10－壳体；11－封头；12－折流装置；13－支撑板；14－支座；100－耐腐蚀性材料。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一方面，在至少一个实施例中提供一种换热器用复合管板，依次包括金属孔板、聚四氟乙烯管板和金属加强板；

所述金属孔板、聚四氟乙烯管板和金属加强板通过连接件固定成为一个整体结构；

所述金属孔板和聚四氟乙烯管板之间，所述聚四氟乙烯管板和金属加强板之间均设置有密封件；

所述金属孔板和/或金属加强板的外表面喷涂耐腐蚀性材料。

本发明的换热器用复合管板，在现有技术的基础之上，为了防止聚四氟乙烯管板因高温高压引起形变，造成密封泄漏、换热管断裂、换热设备损坏等问题，增加了金属孔板和金属加强板，即在聚四氟乙烯非工艺侧设置了金属加强板，在其工艺侧设置了金属孔板(尤其是喷涂了耐腐蚀性材料的金属孔板)，并用连接件将金属孔板、聚四氟乙烯管板和金属加强板固定成为一个整体，以增加聚四氟乙烯管板的强度。

在换热器安装时，金属孔板、聚四氟乙烯管板和金属加强板通过连接件固定成为一个整体结构，两两之间采用密封件进行密封，同时金属孔板和/或金属加强板的外表面喷涂耐腐蚀性材料，然后整体安装到换热器设备上。

本发明提供的换热器用复合管板的结构，极大增强了聚四氟乙烯管板的整体机械强度，能够满足即使在较高压力和温度的工况条件下聚四氟乙烯管板的形变量在可接受范围内，避免因聚四氟乙烯管板形变造成的换热器的损坏，保证换热器的使用安全性；同时整体造价成本可控，设备结构简单，安装方便，使用和维护简便，延长了使用寿命且可靠性强，不需要频繁检修，适合大范围应用，使换热器尤其是碳化硅换热器适用的场合更加广泛，有利于碳化硅换热器的推广及应用。

可以理解的是，上述“金属孔板和/或金属加强板的外表面喷涂耐腐蚀性材料”代表了三种情况：(1)金属孔板的外表面喷涂耐腐蚀性材料，金属加强板的外表面不喷涂耐腐蚀性材料；(2)金属孔板的外表面不喷涂耐腐蚀性材料，金属加强板的外表面喷涂耐腐蚀性材料；(3)金属孔板和金属加强板的外表面均喷涂耐腐蚀性材料。

优选地，所述金属孔板的外表面喷涂耐腐蚀性材料，所述金属加强板的外表面不喷涂耐腐蚀性材料；

或者，所述金属孔板和金属加强板的外表面均喷涂耐腐蚀性材料。

一般情况下，只需要金属孔板的外表面喷涂耐腐蚀性材料，而金属加强板的外表面不喷涂耐腐蚀性材料；而在特殊要求下，金属加强板也可以喷涂耐腐蚀性材料，以满足换热器管程和壳程都走腐蚀性物料的工况。

也就是说，碳化硅换热器如果壳程和管程都走腐蚀性物料，只需要将金属孔板和金属加强板的外表面均喷涂耐腐蚀性材料(如PFA)，配合使用搪玻璃壳体就可以满足要求。

在一种优选的实施方式中，耐腐蚀性材料为PFA；连接件为金属螺栓；密封件的材质为膨体四氟带。

进一步地讲，上述复合管板的优选结构采用的是喷涂PFA的金属孔板、聚四氟乙烯管板和金属加强板之间通过膨体四氟带密封，并用金属螺栓固定成一个整体。

第二方面，在至少一个实施例中提供一种换热器，包括壳体，所述壳体的两端均设置有封头，所述壳体与所述封头之间设置有上述的换热器用复合管板。

在一种优选的实施方式中，所述壳体内部设有多根换热管，多根所述换热管的轴向相互平行；所述换热管包括碳化硅换热管、氮化硅换热管和玻璃换热管中的一种或多种；

优选地，所述换热管为碳化硅换热管。

碳化硅具有极高的耐腐蚀、抗氧化和耐冲蚀性能，可耐高浓度硫酸、硝酸、磷酸、混合酸、强碱、氧化剂等，是唯一可耐氢氟酸腐蚀的陶瓷材料，而且使用寿命长。与贵金属钽、锆、哈氏合金等价格相比，它的价格比较低。而且碳化硅的热导率远高于其他耐腐蚀材料，同样换热效率下，碳化硅换热器使用的换热面积会更少。与石墨换热器相比，它的强度比较高，耐腐蚀性能更好；与搪瓷换热器相比，它的耐强酸能力强，不存在爆瓷问题；与氟塑料换热器相比，它的导热性能更好，耐压能力更强。然而，现有的碳化硅换热器的管板采用的是聚四氟乙烯管板，其使用温度、使用压力和机械强度的受限，也限制了碳化硅换热器的进一步应用和推广。

将本发明提供的换热器用复合管板应用在碳化硅换热器中，能够大大增强聚四氟乙烯管板的整体机械强度，能够满足即使在较高压力和温度的工况条件下聚四氟乙烯管板的形变量在可接受范围内，避免因聚四氟乙烯管板形变造成的碳化硅换热器的损坏，确保换热器的使用安全性，减少维修次数和成本，延长使用寿命，拓宽其使用范围。

下面结合具体实施例和附图，对本发明作进一步说明。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供一种换热器用复合管板，依次包括金属孔板1、聚四氟乙烯管板2和金属加强板3；金属孔板1、聚四氟乙烯管板2和金属加强板3通过连接件4固定成为一个整体结构；金属孔板1和聚四氟乙烯管板2之间，聚四氟乙烯管板2和金属加强板3之间均设置有密封件5；

其中，金属孔板1的外表面喷涂耐腐蚀性材料100，而金属加强板3的外表面不喷涂耐腐蚀性材料100。

具体而言，金属加强板3设置在了聚四氟乙烯管板2的非工艺侧，喷涂耐腐蚀性材料100的金属孔板1设置在了聚四氟乙烯管板2的工艺侧；安装时，将喷涂耐腐蚀性材料100的金属孔板1、聚四氟乙烯管板2和金属加强板3通过连接件4固定成为一个整体，且两两之间采用密封件5进行密封，然后整体安装到换热器设备上即可。

该实施例的可选方案中，耐腐蚀性材料100包括PFA、F46、F2、F4和PO中的一种或多种；耐腐蚀性材料100优选为PFA。

其中，PFA为四氟乙烯－全氟烷氧基乙烯基醚共聚物，又称可溶性聚四氟乙烯；F46为聚全氟乙丙烯；F2为聚偏氟乙烯；F4为聚四氟乙烯；PO为环氧丙烷。

上述耐腐蚀性材料100包括但不限于PFA、F46、F2、F4和PO中的任意一种或多种，还可以采用本领域中常用的其他类型的耐腐蚀性材料，如PP、FEP等。耐腐蚀性材料与金属孔板或金属加强板的结合方式也并不限于喷涂，还可以采用本领域中常用的其他结合方式如涂覆、粘接等。

优选地，在金属孔板1或金属加强板3的外表面喷涂PFA，PFA的使用温度范围广，有卓越的耐化学腐蚀性，介电性好，耐辐射性能优异，并且抗蠕变性和压缩强度也较好，因而应用效果更好，成本较低。

该实施例的可选方案中，连接件4包括金属螺栓和非金属螺栓中的一种或两种；连接件4优选为金属螺栓。

采用金属螺栓将金属孔板1、聚四氟乙烯管板2和金属加强板3连接在一起，使三者固定成为一个整体，具有安装和拆卸方便，便于操作，结构牢固可靠，可操作性强等特点。

该实施例的可选方案中，密封件5的材质包括全氟醚橡胶、氟橡胶、硅橡胶、聚丙酸酯橡胶、聚氨酯橡胶、丁腈橡胶和膨体四氟带中的一种或多种；密封件的材质优选为膨体四氟带。可选地，密封件5为O型圈。

密封件5的材质包括但不限于全氟醚橡胶、氟橡胶、硅橡胶、聚丙酸酯橡胶、聚氨酯橡胶、丁腈橡胶和膨体四氟带中的一种或多种，还可以采用本领域中常用的其他材质类型的密封件5。

其中，优选采用的是膨体四氟带，膨体四氟带又称四氟生料带，其具有适宜的硬度、耐压性和较好的形状保持能力；在金属孔板1和聚四氟乙烯管板2之间、聚四氟乙烯管板2和金属加强板3之间均采用膨体四氟带进行密封，可以起到很好的密封作用，增强密封的性能。

该实施例的可选方案中，金属孔板1和金属加强板3的材质分别独立地包括碳钢、不锈钢、铝合金、锌铝镁合金、锆金属和钽金属中的任意一种或多种。

本发明对于金属孔板1和金属加强板3的制作材质不做特殊的限定，采用本领域常用的即可，例如，金属孔板1的材质包括但不限于碳钢、不锈钢、铝合金、锌铝镁合金、锆金属和钽金属中的任意一种或多种；金属加强板3的材质包括但不限于碳钢、不锈钢、铝合金、锌铝镁合金、锆金属和钽金属中的任意一种或多种。

金属孔板1和金属加强板3的制作材质优选采用的是碳钢或不锈钢，来源广泛，成本低廉，可将降低整体造价成本，并且应用效果好。

该实施例的可选方案中，聚四氟乙烯管板2和金属加强板3均设有供换热管8穿设的通孔；换热管8的端部依次穿设于金属加强板3的通孔和聚四氟乙烯管板2的通孔，并通过密封填料组合件6和丝堵7固定和密封；丝堵7的材质优选为聚四氟乙烯。

该实施例的可选方案中，金属孔板1上设有开孔，该开孔与聚四氟乙烯管板2的通孔相适配。

本发明中，喷涂PFA的金属孔板1开孔大小、布局和聚四氟乙烯管板2一致，不影响四氟丝堵7的安装密封，同时又能加强聚四氟乙烯管板2。

上述密封填料组合件6和丝堵7设置在聚四氟乙烯管板2的通孔内，并设置在换热管8的端部，而金属孔板1上的开孔和聚四氟乙烯管板2的通孔相适配，进而使得在安装丝堵7时方便，快捷，提高了工作效率。

实施例二

本实施例二中的换热器用复合管板是在实施例一基础上的改进，实施例一中公开的技术特征也适用于本实施例，实施例一已公开的技术特征不再重复描述。

如图2所示，本实施例提供一种换热器用复合管板，依次包括金属孔板1、聚四氟乙烯管板2和金属加强板3；金属孔板1、聚四氟乙烯管板2和金属加强板3通过连接件4固定成为一个整体结构；金属孔板1和聚四氟乙烯管板2之间，聚四氟乙烯管板2和金属加强板3之间均设置有密封件5；

其中，金属孔板1和金属加强板3的外表面均喷涂耐腐蚀性材料100。

本实施例的复合管板可以满足换热器管程和壳程都走腐蚀性物料的工况，即当壳程和管程都走腐蚀性物料时，将金属孔板和金属加强板的外表面均喷涂耐腐蚀性材料(如PFA)，配合使用搪玻璃壳体就可以满足要求。

实施例三

本实施例三提供一种换热器，该换热器包括实施例一中的换热器用复合管板，实施例一中公开的技术内容不再重复描述，实施例一公开的内容也属于本实施例公开的内容。

如图3所示，本实施例提供一种换热器，包括壳体10，壳体10的两端均设置有封头11，壳体10与封头11之间设置有实施例一所述的换热器用复合管板。

该实施例的可选方案中，壳体10内部设有多根换热管8，多根换热管8的轴向相互平行；换热管8包括碳化硅换热管、氮化硅换热管和玻璃换热管中的一种或多种；换热管8优选为碳化硅换热管。

该实施例的可选方案中，壳体10与金属加强板3之间设有垫片9；垫片9的材质优选为包氟橡胶。

需要说明的是，上述垫片9的材质包括但不限于包覆橡胶，还可以采用其他的弹性材质。

本实施例中的换热器优选采用的是碳化硅换热器，将本发明提供的换热器用复合管板应用在碳化硅换热器中，能够大大增强聚四氟乙烯管板的整体机械强度，拓宽其使用温度和使用压力范围，避免因聚四氟乙烯管板形变造成的碳化硅换热器的损坏，确保换热器的使用安全性，减少维修次数和成本，延长使用寿命，拓宽其使用范围。

对于换热器的具体结构不做特殊的限定，参照本领域常用的结构进行设置即可。例如，该碳化硅换热器的整体结构可以为：包括壳体10和封头11，壳体10的内部设有多根碳化硅换热管8，多根碳化硅换热管8的轴向相互平行；碳化硅换热管8的端部穿设于金属加强板3的通孔和聚四氟乙烯管板2的通孔中，并通过密封填料组合件6和四氟丝堵7固定和密封；金属孔板1上的开孔与聚四氟乙烯管板2的通孔相适配。

壳体10的内部还设有有折流装置12，折流装置12包括拉杆，拉杆上固定有挡板，碳化硅换热管8穿设于挡板上，拉杆的两端分别固定连接有支撑板13，用以支撑拉杆和挡板。

该碳化硅换热器还包括支座14，用以支撑壳体。

可选地，封头11为搪玻璃封头。

可选地，壳体10为金属壳体；支座14为金属支座。

对比例一

如图4所示，本对比例提供的是现有技术中的一种碳化硅换热器，包括壳体10和封头11，壳体10的内部设有多根碳化硅换热管8，多根碳化硅换热管8的轴向相互平行；碳化硅换热管8的端部穿设于聚四氟乙烯管板2中。

壳体10的内部还设有有折流装置12，折流装置12包括拉杆，拉杆上固定有挡板，碳化硅换热管8穿设于挡板上，拉杆的两端分别固定连接有支撑板13，用以支撑拉杆和挡板。

该碳化硅换热器还包括支座14，用以支撑壳体。

实施例三与对比例一的区别在于，采用了本发明提供的换热器用管板替代了现有技术中普通的聚四氟乙烯管板，进而增强了聚四氟乙烯管板的整体机械强度，能够满足即使在较高压力和温度的工况条件下聚四氟乙烯管板的形变量在可接受范围内，避免因聚四氟乙烯管板形变造成的换热器的损坏，保证换热器的使用安全性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。