专利名称：内翅片外烧结多孔层换热管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种换热管，具体涉及石油、化工、低温制冷、空气分离、海水淡化、航
空航天等换热设备中使用的高效换热器的核心部件双面强化换热管，是对现有光滑换热管 的改进，属于换热元件技术。
背景技术：
双面强化换热管及其高效换热器可以用于各种具有相变的换热过程，即汽化器、 蒸发器、再沸器、冷凝器等，如乙烯汽化器、乙烯分离装置的塔顶冷凝器和重沸器、乙二醇蒸 发、芳烃联合装置、空分装置的主冷凝_蒸发器以及天然气液化、冷冻、空气调节、海水淡化
装置等。 双面强化换热管及其高效换热器以其优异的传热性能在石化工业等领域具有广 泛的应用前景，因而具有巨大的潜在市场需求。目前关于该类双面强化换热管的技术研究 还不成熟。 例如公开号为CN2762049的中国发明专利"金属多孔表面高通量换热管"，它是通 过火焰喷枪将金属粉末熔融后直接喷到金属换热管外表面，形成金属多孔层，其沸腾传热 系数为光管的3 8倍。但是存在多孔层粘结不牢固，容易脱落，孔隙率低，产品性能不稳 定等缺陷，限制了该技术的应用。 例如公开号为CN1188236的中国专利"一种表面多孔管的低温烧结方法"，在 670 70(TC将铜锡粉末烧结到换热管表面上，形成多孔层，沸腾换热系数可达到光滑管的 6 8倍。该技术虽然降低了烧结温度，但是存在结合强度低，效率低等问题，而且这种多 孔表面管，只能强化一侧的传热效率，换热管另一侧还用传统的光滑表面，换热效率没有提 高，因此总换热系数K提高的不多，实际应用的价值不大。 例如公开号为US3753757的美国专利"TWO STEP POROUS BOILINGSURFACE FOR MATION"，首先在换热管表面粉刷粘结剂，然后在粘结剂上喷洒金属粉末。等换热管晾干后， 放进烧结炉，通过两段法进行烧结，即在40(TC左右的温度下保温一段时间，烧掉粘结剂，然 后升高到所需的温度，正式进行烧结，使金属粉末和基体粘结在一起。该方法虽然可以烧结 出各种材质均匀的多孔表面，但是存在多孔层粘结不牢及生产效率低，而且只能强化一侧 传热等缺点。 以上专利公开的技术都存在一定缺陷，因此，研究开发出具有自主知识产权的双 面强化传热材料已迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有强化传热表面的缺陷而提供一种能够同时
强化沸腾传热和冷凝传热的内翅片外烧结多孔层换热管。 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现 内翅片外烧结多孔层换热管，其特征在于，该换热管包括两端光滑圆形截面管接头段和中间双面强化换热段，所述的双面强化换热段的内表面为螺旋低翅片表面，外表面 为金属多孔表面。 所述的螺旋低翅片表面为底壁上设有30 150个规则的螺旋，螺旋角为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属光滑管进行机械加工而成。 所述的金属光滑管的材料包括碳钢、不锈钢、紫铜、黄铜、白铜或钛。所述的金属光滑管的规格为小(15 50) X (2 6) X (50 6000)mm。 所述的金属多孔表面是直接将金属粉末和粘结剂调成料浆，然后直接喷涂到光滑
管表面，在高温下烧制而成的。 所述的金属粉末和粘结剂的重量比为IO : (1 5)，所述的金属粉末包括紫铜粉、 白铜粉、黄铜粉、铁粉或铁合金粉，所述的粘结剂包括聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二 甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸、丙酮或二甲苯。 内翅片外烧结多孔层换热管的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤将金 属光滑管内表面机械加工成螺旋低翅片表面，然后在外表面喷涂料浆，晾干后进入高温烧 结炉进行烧结，烧结温度为600 IIO(TC，冷却后出炉，即得产品。 本发明通过改变粉刷方法，提高多孔层与基体的结合强度和生产效率。通过将烧 结多孔层和低翅片表面有机复合，制备出一种传热系数高且应用广泛的双面强化换热管。
该烧结型表面具有内凹型孔穴，且内部互相连通的结构，能够长期稳定的强化沸 腾传热。多孔表面管具有很多优异的性能(l)能显著地强化沸腾传热，减少所需换热面 积，美国联合碳化物公司采用烧结法生产的多孔表面使沸腾换热系数提高到光滑表面的 9 10倍，用约278. 7m2的该多孔表面有效地替代2006. 7m2的水平釜式光滑表面重沸器； (2)可以在很小的温差下维持沸腾，在热流密度相同时表面多孔管所需的有效温差仅为普 通光滑管的1/10 1/15 ;(3)临界热负荷比普通管高很多，表面多孔管的临界热负荷是光 管的2倍左右；(4)良好的抗垢性能。 该低翅片表面主要通过特殊机床上加工，该换热表面不仅增大了换热面积，且造
成湍流，使管内换热效率得到提高，冷凝换热系数提高到光滑表面的2 5倍。 与现有技术相比，本发明具有以下优点 (1)可提高多孔表面管的结合强度和生产效率； (2)可同时强化沸腾传热和冷凝传热； (3)换热管的总传热系数高。
图1为本发明内翅片外烧结多孔层换热管的结构示意图； 图2为本发明内翅片外烧结多孔层换热管的螺旋低翅片表面的局部横截面图。
其中l-换热管基体，2-金属多孔表面层，3-螺旋低翅片表面层。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1、2所示，内翅片外烧结多孔层换热管，该换热管由光滑的碳钢管l加工而 成，该碳钢管的规格为小15X2X50mm，该加工方法包括以下步骤将金属光滑管内表面机 械加工成螺旋低翅片表面，然后在外表面喷涂料浆，该料浆为重量比为10 : 2的金属黄铜
粉和粘结剂的混合物，粘结剂为聚丙烯和丙酮，晾干后进入高温烧结炉进行烧结，烧结温度 为80(TC，冷却后出炉，即得内表面为规则螺旋低翅片表面3，外表面为金属多孔表面层2的
双面强化换热管。 所述的螺旋低翅片表面为底壁上设有30个规则的螺旋，螺旋角为10° ，底壁厚w =1. 5mm，螺旋高e = 0. 5mm。所述的外表面为属多孔表面金属多孔表面层的厚0. 5mm，当量 孔径50iim，孔隙率为60%。 上述内翅片外烧结多孔层换热管使沸腾换热系数提高到光滑表面的IO倍，冷凝 换热系数提高到光滑表面的5倍。
实施例2 在规格为小19X2X1500mm的钛管基础上加工的内翅片外烧结型多孔层换热管， 该内翅片外烧结多孔层换热管的制备方法将金属光滑管内表面机械加工成螺旋低翅片表 面，螺旋低翅片表面层的规格为螺旋齿数n = 60，螺旋角小=45° ，低壁厚w = 1. 5mm，螺旋 高e二0.5mm，然后在外表面喷涂料浆，该料浆为重量比为10 : 5的金属白铜粉和粘结剂的 混合物，粘结剂为聚苯乙烯和二甲苯，晾干后进入高温烧结炉进行烧结，烧结温度为900°C ， 冷却后出炉，即得产品。金属多孔表面层的厚0. 25mm，当量孔径40 y m，孔隙率为65 % ，在以 丙酮为介质的沸腾传热实验中，沸腾传热系数可达到光滑管的8倍。在以制冷剂为介质的 冷凝传热实验中，冷凝传热系数可以提高3. 5倍。整根换热管的总传热系数能提高3倍左 右。 实施例3 在规格为小25X2.5X6000mm的紫铜光管l基础上加工内翅片外烧结型多孔层换 热管，该换热管的两端为光滑圆形截面管接头段，换热管中间加工成双面强化换热段，该双 面强化换热段的内表面为螺旋低翅片表面层3，外表面为金属多孔表面层2。
上述内翅片外烧结多孔层换热管的制备方法将金属光滑管内表面机械加工成螺 旋低翅片表面，螺旋低翅片表面层3的规格为螺旋齿数n = 70，螺旋角小=28° ，低壁厚w =1. Omm，螺旋高e = 1. 5mm，然后在外表面喷涂料浆，该料浆为重量比为10 : 1的金属铜 粉和粘结剂的混合物，该粘结剂的为聚乙烯和丙酮，晾干后进入高温烧结炉进行烧结，烧结 温度为IOO(TC，冷却后出炉，即得产品。 金属多孔表面层2厚0. 2mm，当量孔径60iim，孔隙率为70%，在以丙酮为介质的 沸腾传热实验中，沸腾传热系数可达到光滑管的IO倍。在以制冷剂为介质的冷凝传热实验 中，冷凝传热系数可以提高2. 5倍。整根换热管的总传热系数能提高2倍左右。
实施例4 内翅片外烧结多孔层换热管，该换热管由光滑的不锈钢管加工而成，该不锈钢管 的规格为小32 X 3 X 3000mm，不锈钢管两端空出作为接头，中间加工成双面强化换热段，该 加工方法包括以下步骤将金属光滑管内表面机械加工成螺旋低翅片表面，螺旋低翅片表 面为底壁上设有150个规则的螺旋，螺旋角为45° ，底壁厚w = 1. 5mm，螺旋高e = 1. 5mm， 然后在外表面喷涂料浆，该料浆为重量比为10 : 3的金属铁粉和粘结剂的混合物，粘结剂溶质为聚对苯二甲酸乙二醇酯和二甲苯，晾干后进入高温烧结炉进行烧结，烧结温度为 110(TC，冷却后出炉，即得内表面为规则螺旋低翅片表面，外表面为金属多孔表面的内翅片 外烧结多孔层换热管。所述的外表面为金属多孔表面，多孔层厚O. lmm，当量孔径50iim，孔 隙率为60%。 上述内翅片外烧结多孔层换热管使沸腾换热系数提高到光滑表面的9倍，用约 278. 0m2的该多孔表面有效地替代2006. 0m2的水平釜式光滑表面重沸器。
实施例5 内翅片外烧结多孔层换热管，该换热管由光滑的碳钢管加工而成，该碳钢管的规 格为小50X4X2000mm，碳钢管两端空出作为接头，中间加工成双面强化换热段，该加工方 法包括以下步骤将金属光滑管内表面机械加工成螺旋低翅片表面，然后在外表面喷涂料 浆，该料浆为重量比为IO : 4的金属铁合金粉和粘结剂的混合物，粘结剂溶质为聚甲基丙 烯酸和丙酮，晾干后进入高温烧结炉进行烧结，烧结温度为105(TC，冷却后出炉，即得内表 面为规则螺旋低翅片表面，外表面为金属多孔层的双面强化换热管。 所述的螺旋低翅片表面为底壁上设有30个规则的螺旋，螺旋角为10° ，底壁厚w =2. Omm，螺旋高e = 2. Omm。所述的外表面为属多孔表面金属多孔表面层的厚0. 5mm，当量 孔径50iim，孔隙率为60%。 上述内翅片外烧结多孔层换热管使沸腾换热系数提高到光滑表面的IO倍，冷凝 换热系数提高到光滑表面的5倍，用约278. 0m2的该多孔表面有效地替代2006. 0m2的水平
釜式光滑表面重沸器。
权利要求
内翅片外烧结多孔层换热管，其特征在于，该换热管包括两端光滑圆形截面管接头段和中间双面强化换热段，所述的双面强化换热段的内表面为螺旋低翅片表面，外表面为金属多孔表面。
2. 根据权利要求1所述的内翅片外烧结多孔层换热管，其特征在于，所述的螺旋低翅片表面为底壁上设有30 150个规则的螺旋，螺旋角为10 45° ，底壁厚0. 5 2. 5mm，螺旋高0. 2 3mm。
3. 根据权利要求1或2所述的内翅片外烧结多孔层换热管，其特征在于，所述的螺旋低翅片表面是由金属光滑管进行机械加工而成。
4. 根据权利要求3所述的内翅片外烧结多孔层换热管，其特征在于，所述的金属光滑管的材料包括碳钢、不锈钢、紫铜、黄铜、白铜或钛。
5. 根据权利要求3所述的内翅片外烧结多孔层换热管，其特征在于，所述的金属光滑管的规格为小(15 50) X (2 6) X (50 6000)mm。
6. 根据权利要求1所述的内翅片外烧结多孔层换热管，其特征在于，所述的金属多孔表面是直接将金属粉末和粘结剂调成料浆，然后直接喷涂到光滑管表面，在高温下烧制而成的。
7. 根据权利要求6所述的内翅片外烧结多孔层换热管，其特征在于，所述的金属粉末和粘结剂的重量比为IO : (1 5)，所述的金属粉末包括紫铜粉、白铜粉、黄铜粉、铁粉或铁合金粉，所述的粘结剂包括聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸、丙酮或二甲苯。
8. 根据权利要求1所述的内翅片外烧结多孔层换热管的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤将金属光滑管内表面机械加工成螺旋低翅片表面，然后在外表面喷涂料浆，晾干后进入高温烧结炉进行烧结，烧结温度为600 110(TC，冷却后出炉，即得产品。
全文摘要
本发明涉及内翅片外烧结多孔层换热管，该换热管包括两端光滑圆形截面管接头段和中间双面强化换热段，所述的双面强化换热段的内表面为螺旋低翅片表面，外表面为金属多孔表面。与现有技术相比，本发明可同时强化管内冷凝传热和管外沸腾传热，管内通过增加换热面积，扰动流体流态，减薄温度边界层等方法可以使冷凝换热系数成倍提高，管外通过增加汽化核心的方法可以使沸腾换热效率提高一个数量级，管内、外强化效果都十分显著，属于双面强化换热管，具有强化传热效果好，流阻小，生产效率高和成本低等特点。
文档编号F28F1/40GK101738124SQ20091019996
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月4日 优先权日2009年12月4日
发明者刘阿龙, 彭东辉, 韩坤 申请人:上海化工研究院