专利名称：聚四氟乙烯板翅式换热器制作工艺方法
技术领域：
本发明是一种新型板翅式换热器的制作工艺方法，该种板翅式换热器由石墨改性碳纤维增强聚四氟乙烯或聚四氟乙烯制成，属于工程热物理及能源与利用领域。适用于冷热流体换热场合，尤其是强腐蚀流体介质的换热。
现有换热器，通常是列管式，存在传热效率低，体积大，成本高昂等缺点，至今未能广泛用于生产；列管式、块孔式石墨换热器虽然耐腐蚀性能很好，但使用寿命短，传热效率一般仅在50-60％，有时石墨粉溶入换热介质中，影响物料的品质。目前板翅式换热器使用的材料主要是铝合金，不能耐腐蚀介质，不锈钢和钛材的板翅式换热器虽有报道，但生产工艺很复杂，不成熟，仍处于研究阶段。
本发明目的在于克服现有的技术不足，提供一种聚四氟乙烯板翅式换热器制作工艺方法，即由石墨改性碳纤维强聚四氟乙烯或聚四氟乙烯制造板翅式换热器的新方法。用本发明制造的板翅式换热器具有耐腐蚀性能好，传热效率高，结构紧凑，成本较低等一系列优点。
聚四氟乙烯(简称F4)有“塑料王”之美称，它是完全对称而无支链的线型高分子聚合物，化学性能相当稳定，它与强酸、强碱、氧化剂、氧化物和王水等溶液长期接触不起任何作用，除元素氟、三氟化氯及高温熔融碱金属外，可耐一切有机、无机化合物腐蚀介质，是迄今为止耐蚀性能最好的材料。F4分子中无光敏基因，臭氧、紫外线等均不能与之作用，即使长期暴露在恶劣的大气中，浸没到具有极强的腐蚀介质里也丝毫不发生变化，根据国外资料，其老化期在10年以上，具有优异的抗老化性能。F4分子间引力小，表面自由能极低，它是当今已知材料中表面自由能最小的几种材料之一。几乎所有介质都不能粘附其表面，使用时不会有污垢，具有极强的抗结垢能力。纯F 4的缺点是导热系数很低，易发生冷流，石墨改性碳纤维增强聚四氟乙烯通过加入碳纤维来增强聚四乙烯以防止冷流，加入石墨来改性聚四氟乙烯以提高其导热系数，因此改性增强聚四氟乙烯板性能比纯F4更加优越。
用本发明制造的聚四氟乙烯板翅式换热器，其结构包括盖板、翅片、隔板、封条、封头、管法兰或管接头、接管等，其中盖板、传热翅片、传热隔板、封条、封头等均是由石墨改性碳纤维增强聚四氟乙烯或纯聚四氟乙烯制成。
聚四氟乙烯板翅式换热器制作工艺方法是采取以下方案实现的1.配制原料配制改性增强聚四氟乙烯原料，以聚四氟乙烯树脂为主要原料，添加石墨、碳纤维，充分混合，其中聚四氟乙烯树脂70～98％，石墨1～20％，碳纤维1～10％，其中百分比为重量百分比；或以聚四氟乙烯树脂为原料；2.将配制的改性增强聚四氟乙烯原料或聚四氟乙烯树脂原料，在冷压机上，分别用模具冷压制成封条、翅片、隔板、盖板、封头及有关部件，冷压压力控制在30～40MPa，将冷压成型的封条、翅片、隔板盖板、封头及有关部件毛坯，放入烧结炉中，加热到370～380℃烧结，冷却成型，并通过机加工获得所需要的精确尺寸；3.以聚偏氟塑料为原料，制成薄膜，薄膜厚度为0.01～0.02mm，将聚偏氟塑料薄膜，覆盖在隔板表面上，在热压机上，加热到250～270℃，加压使之贴合，压力控制在1～5MPa；4.组装板翅式换热器芯体，在组装板翅式换热器芯体必须前将加工好的封条、翅片、隔板零件清洗，去除污垢。夹具为不锈钢扁钢焊接成的柔性格栅，在两侧有靠模。在下夹具上放置盖板，在盖板上逐层交错叠置多个(若干个)通道，通道具有翅片，翅片上下设置有隔板，翅片两侧装置有封条，通道组装完后最上部装置上盖板，为了提高刚性，在翅片的每个直通道中均可插入不锈钢条，这样组成错流板翅式换热管器芯体，然后吊放好上夹具，并对四周整形，完成后，夹紧夹具，整体放入炉中加热至275～330℃，隔板表面的聚偏氟塑料薄膜融化，冷却后封条、翅片、隔板、盖板等零件粘结成整体，这样就可制成板翅式换热器芯体；5.在上述制得的板翅式换热器芯体上焊上封头、管法兰或管接头、接管，或安装上封头、接管，即制成聚四氟乙烯板翅式换热器。
翅片是板翅式换热器最基本的元件，传热过程主要是依靠翅片来完成，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)、锯齿形翅片等。
本发明的特点采用了一种全新的塑料粘接法，制造工艺新颖；板翅式换热器的传热面积密度一般可达1500m2/m3，高的可达17300m2/m3，而管壳式(列管式)换热器的仅为160m2/m3左右，板翅式换热器的传热面积密度一般为6-10倍，因此结构十分紧凑；由于传热翅片将每层流道分成更小直通道使得冷热流体在各自流道中形成强烈的湍动，因此传热效率高，传热系数比传统的管壳式换热器高5-10倍，传热效率与功耗比低，易实现对介质温度的精确控制；板翅式换热器的重量可比管壳式换热器降低60％，体积小，占地少，成本低。灵活性及适应大1)传热间壁两侧面积密度可以相差一个数量级以上，以适应两侧介质传热的差异，改善传热表面利用率；2)可以组织多股流体换热(可达12股，这意味着工程、隔热、支撑和运输的成本消耗降低)，每股流的流道数和流道长都可不同。3)最外侧可布置空流道(绝热流道)，从而最大限度地减少整个换热器与周围环境的热交换。由于是全粘结结构，安全可靠性高，杜绝了泄漏可能性，且氟塑料不老化，使用寿命长。
以下将结合附图对本发明作进一步说明。
图1是聚四氟乙烯板翅式换热器结构示意图。
图2是聚四氟乙烯板翅式换热器芯体单个通道示意图。
图3是聚四氟乙烯板翅式换热器平直翅片示意图。
参照附图1、2、3，聚四氟乙烯板翅式换热器结构包括盖板1、封条2、翅片3、隔板6、7、接管4、矩形封头5、半圆形封头8。翅片可采用平直翅片(见附图3)、多孔翅片、锯齿形翅片等。板翅式换热器芯体由若干个通道交错叠置构成，通道具有翅片3，翅片上、下设置有隔板6、7，翅片两侧装置有封条2。在板翅式换热器芯体上、下装置有盖板1。在板翅式换热器芯体上、下端焊接有半圆形封头8，半圆形封头8上装有接管9，或经管法兰、管接头装上接管。板翅式换热器芯体两侧焊接有矩形封头5，矩形封头5上装有接管4，或管法兰、管接头装上接管。
聚四氟乙烯板翅式换热器制作工艺方法实施例1.
(1).配制原料配制改性增强聚四氟乙烯原料100kg，称量聚四氟乙烯树脂70kg(占总重量70％)，石墨20kg(占总重量20％)，碳纤维10kg(占总重量10％)，将称量好的原料充分混合备用；(2).将上述配制好的改性增强聚四氟乙烯原料，在冷压机上分别用模具冷压制成封条、翅片、隔板、盖板、封头等毛坯件，冷压压力控制在30～40MPa，将冷压成形的封条、翅片、隔板、盖板、封头及有关部件毛坯，放入烧结炉中，加热到370～380℃烧结，冷却成型，并通过机加工获得所需要的精确尺寸；(3).以聚偏氟塑料为原料，通过流延法制成薄膜，薄膜厚度为0.01～0.02mm，将聚偏氟塑料薄膜覆盖在隔板面上，在热压机上加热到250～270℃，加压使之贴合，压力控制在1～5MPa；(4).组装板翅式换热器芯体，在组装板翅式换热器芯体前将加工好的封条、翅片、隔板、盖板等零件清洗去除油污。夹具是由不锈钢扁钢焊接成的柔性格栅，在两侧有靠模。在下夹具上放置盖板，在盖板上逐层交错叠置若干个通道，通道具有翅片3、翅片上、下设置有隔板6、7，翅片两侧装置有封条2(见附图2)，通道组装完后最上部装置上盖板，为了提高刚性，在翅片的每个直通道中均插入不锈钢条，这样组成错流板翅式换热器芯体，然后吊放好上夹具，并对四周整形，完成后装上高温弹簧，拧紧螺栓夹紧夹具，整体放入电炉中加热至275～330℃，隔板表面的聚偏氟塑料薄膜融化，冷却后所有零件粘结成整体，这样就制成板翅式换热器芯体；(5).在上述制得的板翅式换热芯体四周焊上封头、管法兰或管接头、接管，也可以安装上封头、接管即制成改性增强聚四氟乙烯板翅式换热器。
实施例2.
(1).配制原料配制改性增强聚四氟乙烯原料100kg，称量聚四氟乙烯树脂98kg(占总重量98％)，石墨1kg(占总重量1％)、碳纤维1kg(占总重量1％)，将称量好的原料充分混和备用；(2).将上述配制好的改性增强聚四氟乙烯原料，在冷压机上分别用模具冷压制成封条、翅片、隔板、盖板、封头及有关部件毛坯件，冷压压力控制在30～40MPa，将冷压成形的封条、翅片、隔板、盖板、封头及有关部件毛坯件，放入烧结炉中，加热到370～380℃烧结，冷却成型，并通过机加工获得所需要的精确尺寸；(3).以聚偏氟塑料为原料，通过流延法制成薄膜，薄膜厚度为0.01～0.02mm，将聚偏氟塑料薄膜覆盖在隔板表面上，在热压机上加热到250～270℃，加压使之贴合，压力控制在1～5MPa；(4).组装板翅式换热器芯体，在组装板翅式换热器芯体前将加工好的封条、翅片、隔板、盖板等零件清洗去除油污。夹具是由不锈钢扁钢焊接成的柔性格栅，在两侧有靠模。在下夹具上放置盖板，在盖板上逐层交错叠置若干个通道，通道具有翅片3，翅片上、下设置有隔板6、7，翅片两侧装置有封条2(见附图2)，通道组装完后最上部装置上盖板，为了提高刚性，在翅片的每个直通道中均插入不锈钢条，这样组成错流板翅式换热器芯体，然后吊放好上夹具，并对四周整形，完成后装上高温弹簧，拧紧螺栓夹紧夹具，整体放入电炉中加热至275～330℃，隔板表面的聚偏氟塑料薄膜融化，冷却后封条、翅片、隔板、盖板等零件粘结成整体，这样就制成板翅式换热器芯体；(5).在上述制得的板翅式换热器芯体四周焊上封头、管法兰或管接头、接管，也可以安装上封头、接管即制成改性增强聚四氟乙烯板翅式换热器。实施例3.
(1).称量原料聚四氟乙烯树脂100kg备用；(2).将聚四氟乙烯原料在冷压机上分别用模具冷压制成封条、翅片、隔板、盖板、封头及有关部件毛坯件，冷压压力控制在30～40MPa，将冷压成形的封条、翅片、隔板、盖板、封头及有关部件毛坯，放入烧结炉中，加热到370～380℃烧结，冷却成型，并通过机加工获得所需要的精确尺寸；(3).以聚偏氟塑料为原料，通过流延法制成薄膜，薄膜厚度为0.01～0.02mm，将聚偏氟塑料薄膜覆盖在隔板表面上，在热压机上加热到250～270℃，加压使之贴合，压力控制在1～5MPa；(4).组装板翅式换热器芯体，在组装板翅式换热器芯体前将加工好的封条、翅片、隔板、盖板等零件清洗去除油污。夹具是由不锈钢扁钢焊接成的柔性格栅，在两侧有靠模。在下夹具上放置盖板，在盖板上逐层交错叠置若干个通道，通道具有翅片3、翅片上、下设置有隔板6、7，翅片两侧装置有封条2(见附图2)，通道组装完后最上部装置上盖板，为了提高刚性在翅片的每个直通道中均插入不锈钢条，这样组成错流板翅式换热器芯体，然后吊放好上夹具，并对四周整形，完成后装上高温弹簧，拧紧螺栓夹紧夹具，整体放入电炉中加热至275～330℃，隔板表面的聚偏氟塑料薄膜融化，冷却后封条、翅片、隔板、盖板等零件粘结成整体，这样就制成板翅式换热器芯体；(5).在上述制得的板翅式换热器芯体四周焊上封头、管法兰或管接头、接管，也可以安装上封头、接管，即制成聚四氟乙烯板翅式换热器。
实验表明用本发明工艺方法制造的聚四氟乙烯板翅式换热器的使用参数如下使用温度为-180℃～250℃，使用压力≤1.5MPa，真空压力≤1000mmHg，使用寿命可达8年以上，比同样材料的传统列管式换热器效率高5～10倍，成本下降50％。
权利要求
1.一种聚四氟乙烯板翅式换热器制作工艺方法，其特征是(1).配制原料配制改性增强聚四氟乙烯原料，以聚四氟乙烯树脂为主要原料，添加石墨、碳纤维，充分混合，或以聚四氟乙烯树脂为原料；(2).将配制改性增强聚四氟乙烯原料或聚四氟乙烯树脂原料，在冷压机上分别用模具冷压制成封条、翅片、隔板、盖板、封头及有关部件毛坯件，冷压压力控制在30～40MPa，将冷压成形的封条、翅片、隔板、盖板、封头及有关部件毛坯，放入烧结炉中，加热到370～380℃烧结，冷却成型，并通过机加工获得所需要的精确尺寸；(3).以聚偏氟塑料为原料制成薄膜，将聚偏氟塑料薄膜覆盖在隔板表面上，在热压机上加热到250～270℃，加压使之贴合，压力控制在1～5MPa；(4).组装板翅式换热器芯体在组装板翅式换热器芯体前将加工好的封条、翅片、隔板、盖板及有关零件清洗去除油污，在下夹具上放置盖板，在盖板上逐层交错叠置多个通道，通道具有翅片，翅片上、下设置有隔板，翅片两侧装置有封条，通道组装完后最上部装置上盖板，这样组成错流板翅式换热器芯体，然后吊放好上夹具，并对四周整形，完成后夹紧夹具，整体放入炉中加热至275～330℃，隔板表面的聚偏氟塑料薄膜融化，冷却后封条、翅片、隔板、盖板粘结成整体，这样制成板翅式换热器芯体；(5).在上述制得板翅式换热器芯体上焊上封头、管法兰或管接头、接管，或安装上封头、接管及其他部件，即制成聚四氟乙烯板翅式换热器。
2.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯板翅式换热器制作工艺方法，其特征是配制改性增强聚四氟乙烯原料中聚四氟乙烯树脂70～98％、石墨1～20％、碳纤维1～10％，其中百分比为重量百分比。
3.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯板翅式换热器制作工艺方法，其特征是覆盖在隔板表面上聚偏氟塑料薄膜厚度为0.01～0.02mm。
4.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯板翅式换热器制作工艺方法，其特征是在组装板翅式换热器芯体中，为了提高刚性在翅片的每个直通道中均可插入不锈钢条。
全文摘要
本发明是一种新型聚四氟乙烯板翅式换热器制作工艺方法。其工艺方法是(1)配制原料,配制改性增强聚四氟乙烯原料,或以聚四氟乙烯树脂为原料,(2)将配制好原料分别用模具冷压制成封条、翅片、隔板、封头及有关毛坯件,烧结冷却成型,通过机加工获得所需尺寸,将聚偏氟塑料薄膜覆盖在隔板表面上,热压贴合,在下夹具上放置盖板,在盖板上逐层交错叠置多个通道,组成装有盖板板翅式换热器芯体,夹具夹紧后整体放入炉中加热粘结成整体,再装上封头、接管等即制成聚四氟乙烯板翅式换热器。
文档编号F28F21/00GK1276515SQ0011232
公开日2000年12月13日 申请日期2000年6月9日 优先权日2000年6月9日
发明者涂善东, 凌祥, 陆卫权, 黄健 申请人:南京化工大学