專利名稱：內(nèi)翅片外燒結(jié)多孔層換熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種換熱管，具體涉及石油、化工、低溫制冷、空氣分離、海水淡化、航
空航天等換熱設(shè)備中使用的高效換熱器的核心部件雙面強化換熱管，是對現(xiàn)有光滑換熱管 的改進，屬于換熱元件技術(shù)。
背景技術(shù)：
雙面強化換熱管及其高效換熱器可以用于各種具有相變的換熱過程，即汽化器、 蒸發(fā)器、再沸器、冷凝器等，如乙烯汽化器、乙烯分離裝置的塔頂冷凝器和重沸器、乙二醇蒸 發(fā)、芳烴聯(lián)合裝置、空分裝置的主冷凝_蒸發(fā)器以及天然氣液化、冷凍、空氣調(diào)節(jié)、海水淡化
裝置等。 雙面強化換熱管及其高效換熱器以其優(yōu)異的傳熱性能在石化工業(yè)等領(lǐng)域具有廣 泛的應(yīng)用前景，因而具有巨大的潛在市場需求。目前關(guān)于該類雙面強化換熱管的技術(shù)研究 還不成熟。 例如公開號為CN2762049的中國發(fā)明專利"金屬多孔表面高通量換熱管"，它是通 過火焰噴槍將金屬粉末熔融后直接噴到金屬換熱管外表面，形成金屬多孔層，其沸騰傳熱 系數(shù)為光管的3 8倍。但是存在多孔層粘結(jié)不牢固，容易脫落，孔隙率低，產(chǎn)品性能不穩(wěn) 定等缺陷，限制了該技術(shù)的應(yīng)用。 例如公開號為CN1188236的中國專利"一種表面多孔管的低溫燒結(jié)方法"，在 670 70(TC將銅錫粉末燒結(jié)到換熱管表面上，形成多孔層，沸騰換熱系數(shù)可達到光滑管的 6 8倍。該技術(shù)雖然降低了燒結(jié)溫度，但是存在結(jié)合強度低，效率低等問題，而且這種多 孔表面管，只能強化一側(cè)的傳熱效率，換熱管另一側(cè)還用傳統(tǒng)的光滑表面，換熱效率沒有提 高，因此總換熱系數(shù)K提高的不多，實際應(yīng)用的價值不大。 例如公開號為US3753757的美國專利"TWO STEP POROUS BOILINGSURFACE FOR MATION"，首先在換熱管表面粉刷粘結(jié)劑，然后在粘結(jié)劑上噴灑金屬粉末。等換熱管晾干后， 放進燒結(jié)爐，通過兩段法進行燒結(jié)，即在40(TC左右的溫度下保溫一段時間，燒掉粘結(jié)劑，然 后升高到所需的溫度，正式進行燒結(jié)，使金屬粉末和基體粘結(jié)在一起。該方法雖然可以燒結(jié) 出各種材質(zhì)均勻的多孔表面，但是存在多孔層粘結(jié)不牢及生產(chǎn)效率低，而且只能強化一側(cè) 傳熱等缺點。 以上專利公開的技術(shù)都存在一定缺陷，因此，研究開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的雙 面強化傳熱材料已迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有強化傳熱表面的缺陷而提供一種能夠同時
強化沸騰傳熱和冷凝傳熱的內(nèi)翅片外燒結(jié)多孔層換熱管。 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn) 內(nèi)翅片外燒結(jié)多孔層換熱管，其特征在于，該換熱管包括兩端光滑圓形截面管接頭段和中間雙面強化換熱段，所述的雙面強化換熱段的內(nèi)表面為螺旋低翅片表面，外表面 為金屬多孔表面。 所述的螺旋低翅片表面為底壁上設(shè)有30 150個規(guī)則的螺旋，螺旋角為10 45° ，底壁厚0. 5 2. 5mm，螺旋高0. 2 3mm。 所述的螺旋低翅片表面是由金屬光滑管進行機械加工而成。 所述的金屬光滑管的材料包括碳鋼、不銹鋼、紫銅、黃銅、白銅或鈦。所述的金屬光滑管的規(guī)格為小(15 50) X (2 6) X (50 6000)mm。 所述的金屬多孔表面是直接將金屬粉末和粘結(jié)劑調(diào)成料漿，然后直接噴涂到光滑
管表面，在高溫下燒制而成的。 所述的金屬粉末和粘結(jié)劑的重量比為IO : (1 5)，所述的金屬粉末包括紫銅粉、 白銅粉、黃銅粉、鐵粉或鐵合金粉，所述的粘結(jié)劑包括聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚對苯二 甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸、丙酮或二甲苯。 內(nèi)翅片外燒結(jié)多孔層換熱管的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟將金 屬光滑管內(nèi)表面機械加工成螺旋低翅片表面，然后在外表面噴涂料漿，晾干后進入高溫燒 結(jié)爐進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為600 IIO(TC，冷卻后出爐，即得產(chǎn)品。 本發(fā)明通過改變粉刷方法，提高多孔層與基體的結(jié)合強度和生產(chǎn)效率。通過將燒 結(jié)多孔層和低翅片表面有機復(fù)合，制備出一種傳熱系數(shù)高且應(yīng)用廣泛的雙面強化換熱管。
該燒結(jié)型表面具有內(nèi)凹型孔穴，且內(nèi)部互相連通的結(jié)構(gòu)，能夠長期穩(wěn)定的強化沸 騰傳熱。多孔表面管具有很多優(yōu)異的性能(l)能顯著地強化沸騰傳熱，減少所需換熱面 積，美國聯(lián)合碳化物公司采用燒結(jié)法生產(chǎn)的多孔表面使沸騰換熱系數(shù)提高到光滑表面的 9 10倍，用約278. 7m2的該多孔表面有效地替代2006. 7m2的水平釜式光滑表面重沸器； (2)可以在很小的溫差下維持沸騰，在熱流密度相同時表面多孔管所需的有效溫差僅為普 通光滑管的1/10 1/15 ;(3)臨界熱負荷比普通管高很多，表面多孔管的臨界熱負荷是光 管的2倍左右；(4)良好的抗垢性能。 該低翅片表面主要通過特殊機床上加工，該換熱表面不僅增大了換熱面積，且造
成湍流，使管內(nèi)換熱效率得到提高，冷凝換熱系數(shù)提高到光滑表面的2 5倍。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點 (1)可提高多孔表面管的結(jié)合強度和生產(chǎn)效率； (2)可同時強化沸騰傳熱和冷凝傳熱； (3)換熱管的總傳熱系數(shù)高。


圖1為本發(fā)明內(nèi)翅片外燒結(jié)多孔層換熱管的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明內(nèi)翅片外燒結(jié)多孔層換熱管的螺旋低翅片表面的局部橫截面圖。
其中l(wèi)-換熱管基體，2-金屬多孔表面層，3-螺旋低翅片表面層。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實例對本發(fā)明進行詳細說明。
實施例1
如圖1、2所示，內(nèi)翅片外燒結(jié)多孔層換熱管，該換熱管由光滑的碳鋼管l加工而 成，該碳鋼管的規(guī)格為小15X2X50mm，該加工方法包括以下步驟將金屬光滑管內(nèi)表面機 械加工成螺旋低翅片表面，然后在外表面噴涂料漿，該料漿為重量比為10 : 2的金屬黃銅
粉和粘結(jié)劑的混合物，粘結(jié)劑為聚丙烯和丙酮，晾干后進入高溫燒結(jié)爐進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度 為80(TC，冷卻后出爐，即得內(nèi)表面為規(guī)則螺旋低翅片表面3，外表面為金屬多孔表面層2的
雙面強化換熱管。 所述的螺旋低翅片表面為底壁上設(shè)有30個規(guī)則的螺旋，螺旋角為10° ，底壁厚w =1. 5mm，螺旋高e = 0. 5mm。所述的外表面為屬多孔表面金屬多孔表面層的厚0. 5mm，當量 孔徑50iim，孔隙率為60%。 上述內(nèi)翅片外燒結(jié)多孔層換熱管使沸騰換熱系數(shù)提高到光滑表面的IO倍，冷凝 換熱系數(shù)提高到光滑表面的5倍。
實施例2 在規(guī)格為小19X2X1500mm的鈦管基礎(chǔ)上加工的內(nèi)翅片外燒結(jié)型多孔層換熱管， 該內(nèi)翅片外燒結(jié)多孔層換熱管的制備方法將金屬光滑管內(nèi)表面機械加工成螺旋低翅片表 面，螺旋低翅片表面層的規(guī)格為螺旋齒數(shù)n = 60，螺旋角小=45° ，低壁厚w = 1. 5mm，螺旋 高e二0.5mm，然后在外表面噴涂料漿，該料漿為重量比為10 : 5的金屬白銅粉和粘結(jié)劑的 混合物，粘結(jié)劑為聚苯乙烯和二甲苯，晾干后進入高溫燒結(jié)爐進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為900°C ， 冷卻后出爐，即得產(chǎn)品。金屬多孔表面層的厚0. 25mm，當量孔徑40 y m，孔隙率為65 % ，在以 丙酮為介質(zhì)的沸騰傳熱實驗中，沸騰傳熱系數(shù)可達到光滑管的8倍。在以制冷劑為介質(zhì)的 冷凝傳熱實驗中，冷凝傳熱系數(shù)可以提高3. 5倍。整根換熱管的總傳熱系數(shù)能提高3倍左 右。 實施例3 在規(guī)格為小25X2.5X6000mm的紫銅光管l基礎(chǔ)上加工內(nèi)翅片外燒結(jié)型多孔層換 熱管，該換熱管的兩端為光滑圓形截面管接頭段，換熱管中間加工成雙面強化換熱段，該雙 面強化換熱段的內(nèi)表面為螺旋低翅片表面層3，外表面為金屬多孔表面層2。
上述內(nèi)翅片外燒結(jié)多孔層換熱管的制備方法將金屬光滑管內(nèi)表面機械加工成螺 旋低翅片表面，螺旋低翅片表面層3的規(guī)格為螺旋齒數(shù)n = 70，螺旋角小=28° ，低壁厚w =1. Omm，螺旋高e = 1. 5mm，然后在外表面噴涂料漿，該料漿為重量比為10 : 1的金屬銅 粉和粘結(jié)劑的混合物，該粘結(jié)劑的為聚乙烯和丙酮，晾干后進入高溫燒結(jié)爐進行燒結(jié)，燒結(jié) 溫度為IOO(TC，冷卻后出爐，即得產(chǎn)品。 金屬多孔表面層2厚0. 2mm，當量孔徑60iim，孔隙率為70%，在以丙酮為介質(zhì)的 沸騰傳熱實驗中，沸騰傳熱系數(shù)可達到光滑管的IO倍。在以制冷劑為介質(zhì)的冷凝傳熱實驗 中，冷凝傳熱系數(shù)可以提高2. 5倍。整根換熱管的總傳熱系數(shù)能提高2倍左右。
實施例4 內(nèi)翅片外燒結(jié)多孔層換熱管，該換熱管由光滑的不銹鋼管加工而成，該不銹鋼管 的規(guī)格為小32 X 3 X 3000mm，不銹鋼管兩端空出作為接頭，中間加工成雙面強化換熱段，該 加工方法包括以下步驟將金屬光滑管內(nèi)表面機械加工成螺旋低翅片表面，螺旋低翅片表 面為底壁上設(shè)有150個規(guī)則的螺旋，螺旋角為45° ，底壁厚w = 1. 5mm，螺旋高e = 1. 5mm， 然后在外表面噴涂料漿，該料漿為重量比為10 : 3的金屬鐵粉和粘結(jié)劑的混合物，粘結(jié)劑溶質(zhì)為聚對苯二甲酸乙二醇酯和二甲苯，晾干后進入高溫燒結(jié)爐進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為 110(TC，冷卻后出爐，即得內(nèi)表面為規(guī)則螺旋低翅片表面，外表面為金屬多孔表面的內(nèi)翅片 外燒結(jié)多孔層換熱管。所述的外表面為金屬多孔表面，多孔層厚O. lmm，當量孔徑50iim，孔 隙率為60%。 上述內(nèi)翅片外燒結(jié)多孔層換熱管使沸騰換熱系數(shù)提高到光滑表面的9倍，用約 278. 0m2的該多孔表面有效地替代2006. 0m2的水平釜式光滑表面重沸器。
實施例5 內(nèi)翅片外燒結(jié)多孔層換熱管，該換熱管由光滑的碳鋼管加工而成，該碳鋼管的規(guī) 格為小50X4X2000mm，碳鋼管兩端空出作為接頭，中間加工成雙面強化換熱段，該加工方 法包括以下步驟將金屬光滑管內(nèi)表面機械加工成螺旋低翅片表面，然后在外表面噴涂料 漿，該料漿為重量比為IO : 4的金屬鐵合金粉和粘結(jié)劑的混合物，粘結(jié)劑溶質(zhì)為聚甲基丙 烯酸和丙酮，晾干后進入高溫燒結(jié)爐進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為105(TC，冷卻后出爐，即得內(nèi)表 面為規(guī)則螺旋低翅片表面，外表面為金屬多孔層的雙面強化換熱管。 所述的螺旋低翅片表面為底壁上設(shè)有30個規(guī)則的螺旋，螺旋角為10° ，底壁厚w =2. Omm，螺旋高e = 2. Omm。所述的外表面為屬多孔表面金屬多孔表面層的厚0. 5mm，當量 孔徑50iim，孔隙率為60%。 上述內(nèi)翅片外燒結(jié)多孔層換熱管使沸騰換熱系數(shù)提高到光滑表面的IO倍，冷凝 換熱系數(shù)提高到光滑表面的5倍，用約278. 0m2的該多孔表面有效地替代2006. 0m2的水平
釜式光滑表面重沸器。
權(quán)利要求
內(nèi)翅片外燒結(jié)多孔層換熱管，其特征在于，該換熱管包括兩端光滑圓形截面管接頭段和中間雙面強化換熱段，所述的雙面強化換熱段的內(nèi)表面為螺旋低翅片表面，外表面為金屬多孔表面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)翅片外燒結(jié)多孔層換熱管，其特征在于，所述的螺旋低翅片表面為底壁上設(shè)有30 150個規(guī)則的螺旋，螺旋角為10 45° ，底壁厚0. 5 2. 5mm，螺旋高0. 2 3mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)翅片外燒結(jié)多孔層換熱管，其特征在于，所述的螺旋低翅片表面是由金屬光滑管進行機械加工而成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)翅片外燒結(jié)多孔層換熱管，其特征在于，所述的金屬光滑管的材料包括碳鋼、不銹鋼、紫銅、黃銅、白銅或鈦。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)翅片外燒結(jié)多孔層換熱管，其特征在于，所述的金屬光滑管的規(guī)格為小(15 50) X (2 6) X (50 6000)mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)翅片外燒結(jié)多孔層換熱管，其特征在于，所述的金屬多孔表面是直接將金屬粉末和粘結(jié)劑調(diào)成料漿，然后直接噴涂到光滑管表面，在高溫下燒制而成的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的內(nèi)翅片外燒結(jié)多孔層換熱管，其特征在于，所述的金屬粉末和粘結(jié)劑的重量比為IO : (1 5)，所述的金屬粉末包括紫銅粉、白銅粉、黃銅粉、鐵粉或鐵合金粉，所述的粘結(jié)劑包括聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸、丙酮或二甲苯。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)翅片外燒結(jié)多孔層換熱管的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟將金屬光滑管內(nèi)表面機械加工成螺旋低翅片表面，然后在外表面噴涂料漿，晾干后進入高溫燒結(jié)爐進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為600 110(TC，冷卻后出爐，即得產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及內(nèi)翅片外燒結(jié)多孔層換熱管，該換熱管包括兩端光滑圓形截面管接頭段和中間雙面強化換熱段，所述的雙面強化換熱段的內(nèi)表面為螺旋低翅片表面，外表面為金屬多孔表面。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可同時強化管內(nèi)冷凝傳熱和管外沸騰傳熱，管內(nèi)通過增加換熱面積，擾動流體流態(tài)，減薄溫度邊界層等方法可以使冷凝換熱系數(shù)成倍提高，管外通過增加汽化核心的方法可以使沸騰換熱效率提高一個數(shù)量級，管內(nèi)、外強化效果都十分顯著，屬于雙面強化換熱管，具有強化傳熱效果好，流阻小，生產(chǎn)效率高和成本低等特點。
文檔編號F28F1/40GK101738124SQ20091019996
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者劉阿龍, 彭東輝, 韓坤 申請人:上海化工研究院