一种气体预热装置制造方法
【专利摘要】一种气体预热装置，预热管位于预热筒内，并且预热管外表面的阶梯与预热筒内表面的阶梯在轴向上相互交错分布。多个预热筒气流板和多个预热管气流板交替套装在预热管的圆周上，并使各预热筒气流板的外缘均安放在预热筒内表面的各层阶梯的端面上，使各预热管气流板的内缘均安放在预热管外表面的各层阶梯的端面上。本发明竖直安放在承料板上，不占用有效的反应空间，能够将化学气相沉积炉的利用率最大化。通过若干气流板增加了预热装置内部的受热面积，延长了反应气体的流通路径和滞留时间，提高了预热装置的预热效率，反应气体的流动方式为上下、左右双循环，在垂直于反应气体流动方向的截面上形成了若干气体涡流，达到充分混合预热的目的。
【专利说明】一种气体预热装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及化学气相沉积【技术领域】，具体是一种化学气相沉积炉用气体预热装 置。
【背景技术】
[0002] 化学气相沉积法制备碳/碳复合材料具有工艺简单、产品性能稳定、产品不受几 何形状限制、适应工业化规模生产等特点。该工艺是将碳纤维等多孔预制体装入化学气相 沉积炉内，在一定的温度和压力下，通入反应气体经预热装置预热后进行裂解，生成的碳不 断沉积到预制体的孔隙中，使其逐步致密化。目前，化学气相沉积炉预热装置普遍采用的是 多孔板叠加式结构。这种预热装置安装及使用方便，但是其结构设计较为简单，为保证气体 的预热效果，往往需要安装3?5层的多孔板，较大的占用了化学气相沉积炉有效的反应空 间，减少了产品的装炉量，降低了设备的利用率。
[0003] 发明专利200810076083. 7公开了一种化学气相沉积炉用预热装置。该预热装置 为圆筒式结构，坚直安放在预制体料柱内，不占用化学气相沉积炉有效的反应空间，并且反 应气体在预热装置内由上而下往复循环的流动方式也更有利于反应气体被充分预热。然 而，为便于产品出装炉时操作方便以及受到反应区内的高度限制，该预热装置高度设计的 不易过高，这就使得当化学气相沉积炉装料量较多、反应气体流量较大时，反应气体在该预 热装置内无法达到足够的气流路径长度和滞留时间，致使反应气体在进入反应区前不能达 到预期的预热效果，因此，该预热装置仅适用于装料量较少的小型沉积炉。
【发明内容】
[0004] 为克服现有技术中存在的的不足，本发明提出了一种气体预热装置。
[0005] 本发明包括底座、预热管、预热筒、预热筒气流板和预热管气流板。其中，预热筒的 下端嵌装在底座的上表面。预热管位于所述预热筒内，并且所述预热管外表面的阶梯与所 述预热筒内表面的阶梯在轴向上相互交错分布。多个预热筒气流板和多个预热管气流板交 替套装在所述预热管的圆周上，并使各预热筒气流板的外缘均安放在预热筒内表面的各层 阶梯的端面上，使各预热管气流板的内缘均安放在预热管外表面的各层阶梯的端面上。
[0006] 所述底座的外圆周表面为与承料板上的阶梯槽配合的阶梯面，并使所述底座大外 径段的外圆周表面与承料板阶梯槽大内径段的内表面之间有30mm的间隙；所述底座大外 径段的外圆周表面与承料板阶梯槽小内径段内表面之间紧密配合。在底座的中心有安装预 热管的阶梯通孔，该阶梯通孔中，小孔径段的孔径略大于所述承料板上的进气孔的孔径。所 述阶梯通孔的内表面由阶梯差形成的端面为预热管的定位面。在所述底座上表面有一圈用 于嵌装预热筒的凹槽，该凹槽的宽度与所述预热筒底端的壁厚相等。
[0007] 所述预热筒靠近底部的圆周表面上均布有多个直径为IOmm的出气孔，各出气孔 贯通预热筒的筒壁，并且各出气孔的中心线垂直于预热筒的中心线。所述预热筒的内表面 为阶梯状，自下而上加工成4?7层的阶梯面，使该预热筒的筒壁自下而上减薄。所述各阶 梯之间的阶梯差形成的端面均为各预热筒气流板的支撑面。
[0008] 所述预热管的内孔为等径孔，该内孔的孔径略小于承料板上的进气孔的孔径。该 预热管的外圆周表面为阶梯面，在预热管的外圆周表面自下而上加工有4?7层的阶梯，使 该预热管的筒壁自下而上减薄。所述各阶梯之间的阶梯差形成的端面均为各预热管气流板 的安装面。
[0009] 所述预热筒气流板有多个，每个预热筒气流板的内径和外径均不相同。由于各预 热筒气流板均套装在预热管的外圆周上，并使各预热筒气流板的外缘安放在预热筒内表面 的各预热筒气流板支撑面上，故各预热筒气流板的外径所处位置的预热筒的内径相同，各 预热筒气流板的内径比所处位置的预热管的外径大5?15_，在各预热筒气流板11的内表 面与所处位置的预热管的外表面之间形成了 5?15_的气流通道。
[0010] 所述预热管气流板有多个，并且每个预热筒气流板的内径和外径均不相同。由于 各预热管气流板均套装在预热管外圆周上的安装面上，并使各预热管气流板的外圆周表面 与所处位置的预热筒的内表面之间有气流通道，故各预热管气流板的内径分别与所处位 置的预热管的外径相同，同时该预热管气流板外径均比所处位置的预热管的内径小5? 15_，在各预热管气流板的外表面与所处位置的预热筒的内表面之间形成了 5?15mm的气 流通道。
[0011] 所述气体预热装置的下端安装在承料板上表面中心的环状阶梯槽内；所述该阶梯 槽底部的中心有与进气管连通的进气孔。
[0012] 安装所述预热装置在时，首先将底座安装在承料板中心的阶梯槽内；再将预热管 坚直安装在底座中心的阶梯孔内，预热筒套装在预热管的外部，且底部安装在底座的凹槽 内；随后在预热筒的第一层阶梯上安放与之相配合的第一块预热筒气流板，然后在预热管 的第一层阶梯上安放与之相配合的第一块预热管气流板，以此往复循环；最后将顶板安装 在预热筒的顶端。该预热装置的安装总高度为340?550mm。
[0013] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0014] 1、本发明采用圆筒式结构，坚直安放在承料板上，并位于预制体料柱的中心，不占 用有效的反应空间，能够将化学气相沉积炉的利用率最大化。如图3所示。以有效反应空间 为O650X 1700mm的化学气相沉积炉为例，其坚直方向空间高度为1700_，如采用高度为 250mm的多孔板叠加式预热装置，由于预制体料柱放置在该预热装置表面，因此理论最大装 料高度为1700-250 = 1450mm ;而采用本发明高度为410mm的预热装置，由于该预热装置位 于预制体料柱的内部，在坚直方向上不占用装料高度，因此理论最大装料高度为1700mm。
[0015] 2、本发明内部安装了若干气流板，不仅增加了预热装置内部的受热面积，而且延 长了反应气体的流通路径和滞留时间，提高了预热装置的预热效率。
[0016] 3、本发明中，反应气体通过预热管进入预热筒并向下回流的过程中，在气流板的 阻滞下，受迫沿预热筒、预热管及气流板之间的间隙迂回向下流动，使反应气体由一般圆筒 式结构预热装置内部直上直下的单循环流动方式变为了上下、左右双循环的流动方式，在 垂直于反应气体流动方向的截面上形成了若干气体涡流，达到充分混合，预热的目的。
[0017] 4、本发明中，由于预热装置具有较高的预热效率，因此，该预热装置不仅适用于装 料量少的小型沉积炉，而且同样适用于装料量大的中型及大型沉积炉。
[0018] 5、本发明中，预热装置的安装总高度仅为340?550mm，产品出装炉时操作较为方 便。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1为预热装置与CVD炉的装配示意图。
[0020] 图2为预热装置的结构示意图。
[0021] 图3为本发明与现有技术有效反应空间的对比示意图，其中：a是现有技术，b是本 发明。图中：
[0022] 1.进气管；2.基座底板；3.耐火砖；4.保温毯；5.承料板；6.料柱；7.石墨盖板； 8.底座；9.预热管；10.预热筒；11.预热筒气流板；12.预热管气流板；13.顶板；14.出气 孔；15.本发明的预热装置；16.现有技术的多孔板叠加式预热装置。
【具体实施方式】
[0023] 本实施例是一种用于沉积炉的气体预热装置，所述沉积炉的炉体基座由基座底板 2、耐火砖3和保温毡4依次自下而上叠放组成。在炉体基座的中心安装有进气管1。承料 板5置于保温毡4之上，预制体叠放所组成的料柱6放置在承料板5表面，料柱6顶端放置 石墨盖板7。本实施例提出的预热装置位于料柱6的内部，并使预热装置的下端安装在承料 板5中心的阶梯槽内。石墨制成的圆形承料板5上表面中心加工有一个环状阶梯槽，该阶 梯槽底部的中心有与进气管1连通的进气孔。
[0024] 所述预热装置用石墨制成，由底座8、预热管9、预热筒10、预热筒气流板11、预热 管气流板12和顶板13组成。其中，预热筒10的下端嵌装在底座8的上表面。预热管9位 于所述预热筒内，并使该预热管9的下端安装在底座8上表面的中心孔内。多个预热筒气 流板11和多个预热管气流板12交替套装在所述预热管9的圆周上，并使各预热筒气流板 11的外缘均安放在预热筒10内表面的各层阶梯的端面上，使各预热管气流板12的内缘均 安放在预热管9外表面的各层阶梯的端面上。
[0025] 所述底座8为圆盘状，其外圆周表面为与承料板5上的阶梯槽配合的阶梯面，并使 所述底座大外径段的外圆周表面与承料板5阶梯槽大内径段的内表面之间有30mm的间隙， 以便于预热装置的整体拆装；所述底座大外径段的外圆周表面与承料板5阶梯槽小内径段 内表面之间紧密配合。在底座8的中心有安装预热管9的阶梯通孔，该阶梯通孔中，小孔径 段的孔径略大于所述承料板上的进气孔的孔径。所述阶梯通孔的内表面由阶梯差形成的端 面为预热管的定位面。
[0026] 在所述底座8上表面有一圈用于嵌装预热筒的凹槽，该凹槽的宽度与所述预热筒 10底端的壁厚相等。
[0027] 所述预热筒10为圆筒状。在该预热筒10靠近底部的圆周表面上均布有6个直径 为IOmm的出气孔14,各出气孔贯通预热筒的筒壁，并且各出气孔的中心线垂直于预热筒的 中心线。该预热筒10的内表面为阶梯状，自下而上加工成4?7层的阶梯面，使该预热筒 的筒壁下端最厚，上端最薄。所述各阶梯之间的阶梯差形成的端面均为各预热筒气流板11 的支撑面。本实施例中，该预热筒10内表面阶梯的层数为5层。顶板13安放在所述预热 筒的顶端。
[0028] 所述预热管9为圆管状，位于预热筒10内，并使预热管顶端端面与安放在预热筒 顶端的顶板的下表面之间有间距。在该预热管9靠近底部的外表面有一圈径向凸出的台 阶，所述台阶及台阶以下的部分安装在底座8中心的阶梯孔内，并与该底座8的阶梯孔紧密 配合。
[0029] 所述预热管9的内孔为等径孔，该内孔的孔径略小于承料板5上的进气孔的孔径。 该预热管9的外圆周表面为阶梯面，在预热管的外圆周表面自下而上加工有4?7层的阶 梯，使该预热管的筒壁下端最厚，上端最薄。所述各阶梯之间的阶梯差形成的端面均为各预 热管气流板12的安装面。本实施例中，该预热管9外表面阶梯的层数为5层。
[0030] 所述预热管9外表面的阶梯与所述预热筒10内表面的阶梯在轴向上相互交错分 布。
[0031] 所述预热筒气流板11有多个，为圆环板状，并且每个预热筒气流板的内径和外径 均不相同。由于各预热筒气流板均套装在预热管9的外圆周上，并使各预热筒气流板的外 缘安放在预热筒内表面的各预热筒气流板支撑面上，故各预热筒气流板的外径所处位置的 预热筒10的内径相同，各预热筒气流板的内径比所处位置的预热管9的外径大5?15mm， 在各预热筒气流板11的内表面与所处位置的预热管9的外表面之间形成了 5?15mm的气 流通道。本实施例中，预热筒气流板11的数量为5个，所述间隙为10mm。
[0032] 所述预热管气流板12有多个，为圆环板状，并且每个预热筒气流板的内径和外径 均不相同。由于各预热管气流板均套装在预热管9外圆周上的安装面上，并使各预热管气 流板12的外圆周表面与所处位置的预热筒的内表面之间有气流通道，故各预热管气流板 12的内径分别与所处位置的预热管的外径相同，同时该预热管气流板外径均比所处位置的 预热管的内径小5?15mm，在各预热管气流板11的外表面与所处位置的预热筒10的内表 面之间形成了 5?15_的气流通道。本实施例中，预热管气流板12的数量为5个，所述间 隙为l〇mm。
[0033] 所述顶板13为圆形板状，该顶板下表面外缘处有与预热筒10顶端端面配合的止 □。
[0034] 在安装所述预热装置时，首先将底座8安装在承料板5中心的阶梯槽内；再将预热 管9坚直安装在底座8中心的阶梯孔内，预热筒10套装在预热管9的外部，且底部安装在 底座8的凹槽内；随后在预热筒10的第一层阶梯上安放与之相配合的第一块预热筒气流 板11，然后在预热管9的第一层阶梯上安放与之相配合的第一块预热管气流板12,以此往 复循环；最后将顶板13安装在预热筒10的顶端。本实施例中，预热装置的安装总高度为 410mm〇
[0035] 本实施例与现有技术的优缺点对比见表1。
[0036] 表 1
[0037]
【权利要求】
1. 一种气体预热装置，其特征在于，包括底座、预热管、预热筒、预热筒气流板和预热管 气流板；其中，预热筒的下端嵌装在底座的上表面；预热管位于所述预热筒内，并且所述预 热管外表面的阶梯与所述预热筒内表面的阶梯在轴向上相互交错分布；多个预热筒气流板 和多个预热管气流板交替套装在所述预热管的圆周上，并使各预热筒气流板的外缘均安放 在预热筒内表面的各层阶梯的端面上，使各预热管气流板的内缘均安放在预热管外表面的 各层阶梯的端面上。
2. 如权利要求1所述气体预热装置，其特征在于，所述底座的外圆周表面为与承料板 上的阶梯槽配合的阶梯面，并使所述底座大外径段的外圆周表面与承料板阶梯槽大内径段 的内表面之间有30mm的间隙；所述底座大外径段的外圆周表面与承料板阶梯槽小内径段 内表面之间紧密配合；在底座的中心有安装预热管的阶梯通孔，该阶梯通孔中，小孔径段的 孔径略大于所述承料板上的进气孔的孔径；所述阶梯通孔的内表面由阶梯差形成的端面为 预热管的定位面；在所述底座上表面有一圈用于嵌装预热筒的凹槽，该凹槽的宽度与所述 预热筒底端的壁厚相等。
3. 如权利要求1所述气体预热装置，其特征在于，所述预热筒靠近底部的圆周表面上 均布有多个直径为l〇mm的出气孔，各出气孔贯通预热筒的筒壁，并且各出气孔的中心线垂 直于预热筒的中心线；所述预热筒的内表面为阶梯状，自下而上加工成4?7层的阶梯面， 使该预热筒的筒壁自下而上减薄；所述各阶梯之间的阶梯差形成的端面均为各预热筒气流 板的支撑面。
4. 如权利要求1所述气体预热装置，其特征在于，所述预热管的内孔为等径孔，该内孔 的孔径略小于承料板上的进气孔的孔径；该预热管的外圆周表面为阶梯面，在预热管的外 圆周表面自下而上加工有4?7层的阶梯，使该预热管的筒壁自下而上减薄；所述各阶梯之 间的阶梯差形成的端面均为各预热管气流板的安装面。
5. 如权利要求1所述气体预热装置，其特征在于，所述预热筒气流板有多个，每个预热 筒气流板的内径和外径均不相同；由于各预热筒气流板均套装在预热管的外圆周上，并使 各预热筒气流板的外缘安放在预热筒内表面的各预热筒气流板支撑面上，故各预热筒气流 板的外径所处位置的预热筒的内径相同，各预热筒气流板的内径比所处位置的预热管的外 径大5?15mm，在各预热筒气流板11的内表面与所处位置的预热管的外表面之间形成了 5?15mm的气流通道。
6. 如权利要求1所述气体预热装置，其特征在于，所述预热管气流板有多个，并且每 个预热筒气流板的内径和外径均不相同；由于各预热管气流板均套装在预热管外圆周上的 安装面上，并使各预热管气流板的外圆周表面与所处位置的预热筒的内表面之间有气流通 道，故各预热管气流板的内径分别与所处位置的预热管的外径相同，同时该预热管气流板 外径均比所处位置的预热管的内径小5?15_，在各预热管气流板的外表面与所处位置的 预热筒的内表面之间形成了 5?15mm的气流通道。
7. 如权利要求1所述气体预热装置，其特征在于，所述气体预热装置的下端安装在承 料板上表面中心的环状阶梯槽内；所述该阶梯槽底部的中心有与进气管连通的进气孔。
【文档编号】C23C16/455GK104451603SQ201410691986
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】王晓燕, 文格林, 周天清, 张惠 申请人:西安航空制动科技有限公司