一种用于炭膜制备的炭化装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种用于炭膜制备的炭化装置，该装置包括气体加热装置和炭化箱，气体加热装置与炭化箱相连通；炭化箱的箱体内壁设置有保温材料，保温材料围成空腔内的两端均设置有导流孔板厚度，两导流孔板之间的区域为加热区域，箱体前后两端为进气管和出气管。本实用新型专利技术通过结构上的改进解决现有炭化方法中气体温度不能调节，导致升温速率、终温及恒温时间等参数不能精准控制，影响制备炭膜的结构和性能；以及炭化装置箱体内空间大量浪费，生产效率低的问题。产效率低的问题。产效率低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于炭膜制备的炭化装置


[0001]本技术涉及炭化
，尤其涉及一种用于炭膜制备的炭化方法和装置。

技术介绍

[0002]炭膜作为一种新型的无机膜是由含碳物质经过高温热解炭化而成的，它不仅具有较高的耐高温、耐酸碱和化学溶剂的能力，较高的机械强度，而且还具有均匀的孔径分布和较高的渗透能力及选择性。
[0003]炭化是炭膜制备的主要方法。炭化过程一般在惰性气氛或真空条件下进行。随着温度的升高，原料上的物质分解、析出，形成孔隙。升温速率、终温及恒温时间对炭膜的性能有较大的影响。
[0004]原有使用惰性气体（以下以氮气为例）保护气的炭化装置，如图1所示。氮气通过管路经进气管口进入炭化箱体21，经出气管口排出。炭膜的加热由箱体21内的电加热装置13完成。由于进入炭化箱2的氮气温度较正在加热的炭膜低很多，气体直接流过炭膜，会造成炭膜温度下降，导致升温速率、终温及恒温时间等参数的无序波动，影响制备炭膜的结构和性能。实际使用过程中，一般都将需要加热的炭膜放置在离进气管口较远的位置，使氮气在箱体21内行进很长一段，以缩小氮气和炭膜的温差。这一方面造成箱体21内空间大量浪费。另一方面，流过炭膜气体温度的实际值也不能调节，导致升温速率、终温及恒温时间等参数不能精准控制，还是影响制备炭膜的结构和性能。

技术实现思路

[0005]技术目的：
[0006]本技术提供了一种用于炭膜制备的炭化装置，其目的在于解决现有炭化方法中气体温度不能调节，导致升温速率、终温及恒温时间等参数不能精准控制，影响制备炭膜的结构和性能；以及炭化装置箱体内空间大量浪费，生产效率低的问题。
[0007]技术方案：
[0008]一种用于炭膜制备的炭化装置，该装置包括气体加热装置和炭化箱，气体加热装置与炭化箱相连通；炭化箱的箱体内壁设置有保温材料，保温材料围成空腔内的两端均设置有导流孔板厚度，两导流孔板之间的区域为加热区域，箱体前后两端为进气管和出气管。
[0009]导流孔板为设置有孔的方形或者圆形板。
[0010]所述孔为阵列设置。
[0011]气体加热装置包括加热腔和温度控制系统，加热腔内设置的电加热装置与温度控制系统连接，与温度控制系统连接的热电偶设置在气体加热装置的出口端。
[0012]该装置包括换热器，换热器、气体加热装置和炭化箱依次连接，炭化箱的出口连接换热器的热源入口。
[0013]有益效果：
[0014]本技术通过结构上的改进解决现有炭化方法中气体温度不能调节，导致升温
速率、终温及恒温时间等参数不能精准控制，影响制备炭膜的结构和性能；以及炭化装置箱体内空间大量浪费，生产效率低的问题。
附图说明
[0015]图1为现有的炭化装置示意图；
[0016]图2为本技术结构示意图；
[0017]图3为本技术炭化箱结构示意图；
[0018]图4为矩形导流孔板结构示意图；
[0019]图5为圆形导流孔板结构示意图；
[0020]图6为炭膜炭化流程示意图；
[0021]图中标注：
[0022]1、气体加热装置，11、加热腔，12、温度控制系统，13、电加热装置，14、热电偶，2、炭化箱，21、箱体，22、保温材料，23、导流孔板，231、孔，24、加热区域，25、进气管，26、出气管，3、换热器，31、热源入口。
具体实施方式
[0023]以下结合说明书附图更详细的说明本技术。
[0024]如图2所示，一种用于炭膜制备的炭化装置，该装置由气体加热装置1和炭化箱2组成，气体加热装置1与炭化箱2相连通，即本装置首先将冷气体加热为恒定温度的热气体后，再进入炭化箱2，从而有效的避免了现有炭化装置，由于电加热装置设置在炭化箱2内，冷气体在进入炭化箱2后再逐渐加热，导致升温速率、终温及恒温时间等参数不能精准控制，影响制备炭膜的结构和性能的问题；如图3所示，炭化箱2的箱体21内壁设置有保温材料22，保温材料22围成的空腔内的两端均设置有导流孔板23，两导流孔板23之间的区域为加热区域24，相比于现有的炭化箱2，本装置有效的增大了加热区域，提高了工作效率，同时导流孔板23能够使热气体更均匀的进入加热区域，从而使热气流和炭膜表面接触的更加均匀、充分，更好地控制炭膜结构和孔隙的形成。
[0025]本装置中保温材料22单侧厚度大于350mm，优选为350
‑
550mm,保温材料22厚度较厚，保温效果更好，当热气流吹炭膜，保温材料22能有效减缓热气流的热量散失。
[0026]箱体21前后两端为进气管25和出气管26。进气管25和出气管26设置在箱体21内的部分被保温材料22包裹。即保温材料22更全面的包裹箱体21内的空腔，维持空腔内的温度，同时确保进气管25和出气管26内的气体温度稳定。
[0027]如图4所示，导流孔板23为设置有孔231的方形或者圆形板。本技术的炭化箱2内在进气和出气位置安装有气体导流孔板23，如图3所示。根据不同的炭膜形状和摆放位置，导流孔板上的开孔位置、形状、大小都有所不同，可根据实际需求进行适应性修改。图4、图5是导流孔板开孔的两种应用实例。导流孔板的开孔结构用来控制气体流过炭膜表面的路径，从而使热气流和炭膜表面接触的更加均匀、充分，更好地控制炭膜结构和孔隙的形成。
[0028]所述孔231为阵列设置，利于热气流均匀的接触炭膜。
[0029]气体加热装置1包括加热腔11和温度控制系统12，加热腔11内设置的电加热装置
13与温度控制系统12连接，与温度控制系统12连接的热电偶14设置在气体加热装置1的出口端。
[0030]本申请中电加热装置13为现有能在市面上购买到的将电能转变成热能以加热物体的装置，本实施例中为电阻丝加热方式，也不排除其他感应加热、红外线加热等方式。温度控制系统12可购买于厦门宇电自动化科技有限公司。
[0031]该装置包括换热器3，换热器3、气体加热装置1和炭化箱2依次连接，炭化箱2的出口连接换热器的热源入口31。利于余热的回收利用。换热器3为现有市面上可购买到的换热器。
[0032]如图6所示，本技术用于炭膜制备的炭化过程为，惰性气体经过换热器3得到预热的惰性气体，预热的惰性气体经过气体加热装置1得到已知温度的高温惰性气体，高温惰性气体再进入炭化箱2，参与炭化反应，最后得到尾气，尾气循环至换热器3，将尾气的余热回收，用于预热惰性气体。
[0033]具体为，氮气经换热器3预热后，经气体加热装置1加热至指定温度，然后流入炭化箱2，炭化箱2内无加热源，热氮气接触炭膜后，完成炭膜的升温和炭化，同时将炭化产生的分解、挥发物质带走。从改进的炭化箱2排出的气体经换热器3与进入气体加热装置1的氮气进行热交换，进入尾气处理和排放装置。换热器3完成尾气的降温和新气体的预热，回收部分热能，节省加热的电能。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于炭膜制备的炭化装置，其特征在于：该装置包括气体加热装置（1）和炭化箱（2），气体加热装置（1）与炭化箱（2）相连通；炭化箱（2）的箱体（21）内壁设置有保温材料（22），保温材料（22）围成空腔内的两端均设置有导流孔板（23），两导流孔板（23）之间的区域为加热区域（24），箱体（21）前后两端为进气管（25）和出气管（26）。2.根据权利要求1所述的用于炭膜制备的炭化装置，其特征在于：导流孔板（23）为设置有孔（231）的方形或者圆形板。3.根据权利要求2所述的用于炭膜制备的炭化装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宜聪，庄殿铮，朱玉华，吕丹风，赵萌萌，张兵，沈国宏，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：新型
国别省市：