CN101782344B - 一种双面强化换热管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双面强化换热管，该换热管包括呈锯齿形的低翅片外表面层，和内表面金属多孔层，所述的低翅片外表面层与管壁一体化。与现有技术相比，本发明同时强化了管外蒸汽冷凝和管内液体蒸发。管外锯齿形翅片表面粗糙不平、锯齿相互错开，扰动了流体流态，并利用表面张力将翅片上的液膜减薄，强化冷凝传热；管内表面多孔层增加了汽化核心数，降低了汽化所需的过热度，强化沸腾传热，使沸腾传热效率提高10～15倍。

Description

一种双面强化换热管
技术领域
本发明涉及一种换热管，特别是涉及一种双面强化换热管，是对现有强化换热管的改进，属于强化换热元件技术。
背景技术
换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。这些过程都和热量传递有着密切联系，因而均可以通过换热器来完成。
卧式换热器内加热停留时间短，维护和清理方便，适用于大面积的情况。但是传统卧式换热器的传热系数较低，限制了该产品在许多领域的应用，亟需有一种适用于卧式换热器的具有强化沸腾与强化冷凝的高效换热产品，以提高换热器的传热效率，降低现有换热器的运行能耗和设备投资。目前国内还没有该类双面强化换热管技术，因此研究开发该类产品非常有必要。
本发明专利的目的就是克服现有强化传热技术的不足，通过将锯齿形翅片表面和烧结多孔层有机复合，制备出一种传热系数高且应用广泛的双面强化换热管。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于卧式换热器，具有传热系数高和生产成本低的一种外锯齿形内烧结金属多孔层双面强化换热管。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种双面强化换热管，其特征在于，该换热管包括呈锯齿形的低翅片外表面，和金属多孔层内表面，所述的低翅片外表面层与管壁一体化设置。
所述的低翅片外表面的翅片外径为15～40mm，齿高e为0.2～3mm，槽宽δf为0.3～4mm。
所述的低翅片外表面是在光滑管外表面采用车削加工而成，制成的翅片表面粗糙不平，翅片的边缘为锯齿结构且与强化管轴线夹有较小的螺旋升角，使得锯齿相互错开，起着扰动流体流态、促进换热的作用。同时表面张力使得翅片上的液膜减薄并流向换热管下缘，此处在重力和毛细作用的影响下，换热管会以下缘的齿尖为核心形成多个液珠。
所述的低翅片外表面层的材料包括紫铜、黄铜、白铜或碳钢。
所述的光滑管的规格为φ(15～40)×(2～4)×(1000～12000)mm。
所述的金属多孔表面层的厚度为0.1～1mm，孔隙率为65～85％，孔径为60～120μm。
所述的金属多孔表面层是将金属粉末与粘结剂的混合料浆喷涂到光滑管内壁，然后在800～1100℃。
所述的金属粉末和粘结剂的重量比为10∶(1～5)，所述的金属粉末包括铁粉或铜合金粉，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或聚甲基丙烯酸。
所述的金属粉末中还添加有金属粉末重量的0.2～0.5％的活化助剂。
所述的活化助剂包括锡青铜、硬脂酸锌、氯化铵。
所述的多孔表面粉刷方法采用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的方法，此方法可使金属粉末与基体接触更紧密，烧结后与基体粘结更牢固，同时提高了生产效率。在金属粉末添加活化助剂，增加多孔层的孔隙率，使孔隙分布正价均匀。所述的内表面多孔层的孔隙率最高可达85％。
所述的双面强化换热管先加工出外表面锯齿形，然后内表面喷涂料浆，晾干后进入烧结炉进行烧结，冷却后出炉，即制备出双面强化换热管。
与现有技术相比，本发明同时强化了管外蒸汽冷凝和管内液体蒸发，管外锯齿形翅片表面粗糙不平、锯齿相互错开，扰动了流体流态，并利用表面张力将翅片上的液膜减薄，强化冷凝传热；管内表面多孔层增加了汽化核心数，降低了汽化所需的过热度，强化沸腾传热，使沸腾传热效率提高10～15倍。具体具有以下优点：
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)换热管的总传热系数高，可同时强化沸腾传热和冷凝传热；
(2)制备出的双面强化传热管的生产效率高，生产成本低；
(3)可提高多孔表面管的孔隙率和结合强度；
(4)适用于卧式换热器，减小换热面积和生产成本。
附图说明
图1为本发明双面强化换热管的剖面图；
图2为本发明双面强化换热管的局部横截面示意图；
图3为本发明双面强化换热管的翅片三维图。
其中：1-光滑管，2-低翅片外表面层，3-金属多孔内表面层。
e-齿高，n-齿数，w-齿底厚，R1-齿顶半径，R2-齿底半径，h-槽深，δf-槽宽，φ-螺旋夹角。
具体实施方式
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1-3所示，在规格为φ32×3×1000mm的紫铜光管基础上加工的管外锯齿形翅片表面的规格为齿高e＝0.8mm，齿数n＝50，齿底厚w＝2.3mm，槽深h＝1.2mm，槽宽δf＝3mm，螺旋夹角φ＝45°。齿项半径R1＝0.5mm，齿底半径R2＝0.8mm，低翅片外表面是在光滑管外表面采用精密机床加工而成，制成的翅片表面粗糙不平，翅片的边缘为锯齿结构且与强化管轴线夹有较小的螺旋升角，使得锯齿相互错开，起着扰动流体流态、促进换热的作用。同时表面张力使得翅片上的液膜减薄并流向换热管下缘，此处在重力和毛细作用的影响下，换热管会以下缘的齿尖为核心形成多个液珠。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4倍。内烧结型多孔层换热管的规格为，多孔层厚0.2mm，当量孔径60μm，孔隙率80％，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11倍。整根换热管的总传热系数能提高3倍左右。
实施例2
在规格为φ22×2×1500mm的黄铜管基础上加工的外锯齿形翅片的规格为齿高e＝0.9mm，齿数n＝40，齿底厚w＝1.2mm，槽深h＝1.0mm，槽宽δf＝2mm，螺旋夹角φ＝65°。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5倍。管内烧结型多孔层换热管的规格为，多孔层厚0.25mm，当量孔径100μm，孔隙率为85％，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13倍。换热管的总传热系数能提高3.5倍。
实施例3
一种双面强化换热管，该换热管包括呈锯齿形的低翅片外表面层，和金属多孔内表面层，所述的低翅片外表面层与管壁一体化设置。
所述的低翅片外表面层是在碳钢光滑管的外表面采用车削的方式加工而成，碳钢光滑管的规格为φ40×4×12000mm，低翅片外表面层的规格为：翅片外径为40mm，齿高e＝3mm，齿数n＝60，齿底厚w＝1.0mm，槽深h＝2.5mm，槽宽δf＝4mm，螺旋夹角φ＝35°；所述的金属多孔表面层的厚度为1mm，孔隙率为80％，孔径为120μm，所述的金属多孔表面层是在金属铁粉中加入，占金属铁粉重量0.5％的活化助剂磷酸氢二铵，然后加入聚苯乙烯粘结剂混合成混合料浆，其中金属铁粉与聚苯乙烯粘结剂的重量比为10∶1，将混合料浆喷涂到基体内壁，然后在1100℃下烧结而成。
所述的双面强化换热管的制备方法是先在光滑管上车削加工出低翅片外表面层，然后在光滑管内表面喷涂料浆并晾干，然后在高温烧结炉内进行烧结，冷却后出炉，即制备出双面强化换热管。
实施例4
一种双面强化换热管，该换热管包括呈锯齿形的低翅片外表面层，和金属多孔内表面层，所述的低翅片外表面层与管壁一体化设置。
所述的低翅片外表面层是在碳钢光滑管的外表面采用车削加工而成，碳钢光滑管两端露出为接头段，碳钢光滑管的规格为φ15×2×1000mm，低翅片外表面层的规格为：翅片外径为15mm，齿高e＝0.3mm，齿数n＝30，齿底厚w＝1.7mm，槽深h＝1.0mm，槽宽δf＝3mm，螺旋夹角φ＝15°；所述的金属多孔表面层的厚度为0.1mm，孔隙率为65％，孔径为60μm，所述的金属多孔表面层是在金属粉末中加入，占金属粉末重量0.2％的活化助剂硬脂酸锌，然后加入聚丙烯粘结剂混合成混合料浆，使金属铁粉与聚丙烯粘结剂的重量比为10∶5，将混合料浆喷涂到碳钢光滑管内壁，然后在1100℃下烧结而成。
所述的双面强化换热管是首先加工出外表面低翅片，然后内表面喷涂料浆，晾干后进入烧结炉进行烧结，冷却后出炉，即制备出双面强化换热管。

Claims (6)

1.一种双面强化换热管，其特征在于，该换热管包括呈锯齿形的低翅片外表面层，和金属多孔内表面层，所述的低翅片外表面层与管壁一体化；
所述的低翅片外表面层的翅片外径为15～40mm，齿高e为0.2～3mm，槽宽δf为0.3～4mm；
所述的低翅片外表面层是在光滑管外表面采用车削加工而成；
所述的金属多孔内表面层的厚度为0.1～1mm，孔隙率为65～85％，孔径为60～120μm；
所述的金属多孔内表面层是将金属粉末与粘结剂的混合料浆喷涂到光滑管内壁，然后在800～1100℃下烧结而成。
2.根据权利要求1所述的一种双面强化换热管，其特征在于，所述的低翅片外表面层的材料包括紫铜、黄铜、白铜或碳钢。
3.根据权利要求1所述的一种双面强化换热管，其特征在于，所述的光滑管的规格为φ(15～40)×(2～4)×(1000～12000)mm。
4.根据权利要求1所述的一种双面强化换热管，其特征在于，所述的金属粉末和粘结剂的重量比为10∶(1～5)，所述的金属粉末包括铁粉或铜粉，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或聚甲基丙烯酸。
5.根据权利要求1所述的一种双面强化换热管，其特征在于，所述的金属粉末中还添加有金属粉末重量的0.2～0.5％的活化助剂。
6.根据权利要求5所述的一种双面强化换热管，其特征在于，所述的活化助剂为锡青铜、硬脂酸锌或氯化铵。
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