CN102689014A

CN102689014A - 一种金属纤维多孔表面换热管的制备方法

Info

Publication number: CN102689014A
Application number: CN2012101990283A
Authority: CN
Inventors: 支浩; 朱纪磊; 王建忠; 敖庆波; 马军; 荆鹏
Original assignee: Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Current assignee: Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2012-09-26

Abstract

本发明公开了一种金属纤维多孔表面换热管的制备方法，包括以下步骤：将金属管和金属纤维毡放入超声波清洗器中清洗，清洗干净后烘干备用；将金属纤维毡放入烧结炉中预烧结；将聚乙烯醇加入去离子水中，配制成聚乙烯醇溶液，然后将金属粉末加入聚乙烯醇溶液中，搅拌均匀后得到悬浮液；将悬浮液均匀涂覆在纤维毡表面，后将涂覆后的纤维毡包覆在金属管外表面，烘干；将包覆有金属纤维毡的金属管置于烧结炉中进行烧结，之后随炉冷却，得到金属纤维多孔表面换热管。本发明制备方法简单、设计合理、易于实现且适合工业化生产，采用本制备方法制备的金属纤维多孔表面换热管具有孔隙度高、比表面积大、汽化核心数目多和传热效果高等优点。

Description

一种金属纤维多孔表面换热管的制备方法

技术领域

本发明属于换热管制备技术领域，具体涉及一种金属纤维多孔表面换热管的制备方法。

背景技术

换热器是能源转换、传递、存储以及利用四个环节中的关键设备，是现代工业运行和降低能耗的关键，其性能的优劣直接关系着整个生产系统是否正常可靠运行，同时也在很大程度上决定了工业生产的经济性。管束沸腾换热广泛应用于石油化工企业和发电厂的蒸发器、重沸器等多种传热设备上，其中换热管在换热器中起到了重要作用，换热管换热效率的高低直接影响换热器的传热效果。

金属多孔表面换热管由于其独特的强化传热机理和优良的传热性能，已成为一种具有广泛应用前景的新型换热管。目前制备金属多孔表面管的方法主要有两种：机械加工法和粉末烧结法。机械加工法对管材的原始尺寸公差要求严格，且只适用于软金属材料，虽然可以大量生产多孔管，但是它无法加工很小的孔隙，因而对其传热性能的提高有限。粉末烧结法制备的多孔表面管加工工艺复杂、连通性较差，且在高温下容易产生退火变形，不适合不规则表面的加工制作，而且不能用此方法制备高孔隙率多孔表面。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种制备方法简单、设计合理、易于实现的金属纤维多孔表面换热管的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种金属纤维多孔表面换热管的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将金属管和金属纤维毡放入超声波清洗机中进行清洗，清洗干净后烘干备用；

步骤二、将步骤一中烘干后的金属纤维毡放入烧结炉中预烧结，所述预烧结温度为400℃～800℃，保温时间为1h～2h；

步骤三、将聚乙烯醇加入去离子水中，配制成聚乙烯醇溶液，然后将金属粉末加入所述聚乙烯醇溶液中，搅拌均匀后得到悬浮液；所述悬浮液中聚乙烯醇、金属粉末和去离子水的质量比为2～6:5～12:100。

步骤四、将步骤三中所述悬浮液均匀涂覆在所述金属纤维毡表面，并将涂覆后的金属纤维毡包覆在金属管外表面，烘干；

步骤五、将步骤四中包覆有金属纤维毡的金属管置于烧结炉中进行烧结，之后随炉冷却，得到由金属管和多孔表面层构成的金属纤维多孔表面换热管；所述烧结温度为950℃～1300℃，保温时间为1h～3h。

上述的一种金属纤维多孔表面换热管的制备方法，其特征在于，步骤一中所述金属管为不锈钢管；所述金属纤维毡为不锈钢纤维毡，所述不锈钢纤维毡的纤维丝径为φ6μm～φ80μm；步骤二中所述预烧结保护气氛为氢气、氩气或真空；步骤五中所述烧结保护气氛为氢气、氩气或真空；步骤三中所述金属粉末为不锈钢粉末，所述不锈钢粉末粒度为－800目～＋3000目。

上述的一种金属纤维多孔表面换热管的制备方法，其特征在于，步骤一中所述金属管为铜管；所述金属纤维毡为铜纤维毡，铜纤维毡的纤维丝径为φ30μm～φ80μm；步骤二中所述预烧结保护气氛为氢气；步骤五中所述烧结保护气氛为氢气；步骤三中所述金属粉末为铜粉末，所述铜粉末粒度为－800目～＋3000目。

上述的一种金属纤维多孔表面换热管的制备方法，其特征在于，步骤一中所述超声波清洗机中的清洗剂为无水乙醇，所述无水乙醇为分析纯；所述超声波频率为30kHz～50kHz，清洗温度为30℃～50℃，清洗时间为5min～15min。

上述的一种金属纤维多孔表面换热管的制备方法，其特征在于，步骤五中所述多孔表面层的孔隙率为80%～95%，多孔表面层的厚度0.5mm～2mm。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明制备方法简单，设计合理，易于实现。

2、本发明制备的金属纤维多孔表面换热管具有孔隙度高、比表面积大、汽化核心数目多和传热效率高等优点。

3、本发明制备的金属纤维多孔表面换热管能够进行大规模生产，适合工业化生产。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明制备的金属纤维多孔表面换热管的结构示意图。

附图标记说明:

1—多孔表面层；2—金属管；

具体实施方式

实施例1

金属纤维多孔表面换热管的制备：

步骤一、将金属管2和金属纤维毡放入超声波清洗机中清洗5min，然后烘干备用；所述超声波清洗机中的清洗剂为无水乙醇，所述无水乙醇为分析纯；所述超声波频率为30kHz，清洗温度为50℃；所述金属管为不锈钢管；所述金属纤维毡为不锈钢纤维毡，所述不锈钢纤维毡的纤维丝径为φ6μm；所需金属纤维毡的质量M根据下列公式计算；

M＝ρπRhl(1-ξ)

其中ρ为金属纤维毡的金属纤维的密度；R为金属管的外直径；h为多孔表面层的厚度；l为金属管外表面覆盖金属纤维毡的长度；ξ为金属纤维多孔表面换热管的多孔表面层的孔隙率；

步骤二、将步骤一中烘干后的不锈钢纤维毡放入烧结炉中，在750℃下预烧结2h，预烧结保护气氛为真空；

步骤三、将聚乙烯醇加入去离子水中，配制成聚乙烯醇溶液，然后将不锈钢粉末加入所述聚乙烯醇溶液中，搅拌均匀后得到悬浮液；所述不锈钢粉末粒度为-2500目～+3000目；所述聚乙烯醇、不锈钢粉末和去离子水的质量比为2:5:100；

步骤四、将步骤三中所述悬浮液均匀涂覆在不锈钢纤维毡表面，然后将涂覆后的不锈钢纤维毡包覆在不锈钢管外表面，烘干；

步骤五、将步骤四中包覆有不锈钢纤维毡的不锈钢管置于烧结炉中，在真空气氛保护下，升温至1100℃进行烧结，保温3h，保温结束随炉冷却，出炉后得到由不锈钢管和多孔表面层1构成的不锈钢纤维多孔表面换热管（如图1所示）。

本实施例制备的不锈钢纤维多孔表面换热管的多孔表面层1的孔隙率为80%，多孔表面层1的厚度为2mm。

实施例2

金属纤维多孔表面换热管的制备：

步骤一、将金属管2和金属纤维毡放入超声波清洗机中清洗10min，然后烘干备用；所述超声波清洗机中的清洗剂为无水乙醇，所述无水乙醇为分析纯；所述超声波频率为40kHz，清洗温度为40℃；所述金属管为不锈钢管；所述金属纤维毡为不锈钢纤维毡，所述不锈钢纤维毡的纤维丝径为φ28μm；所需金属纤维毡的质量M根据下列公式计算；

M＝ρπRhl(1-ξ)

步骤二、将步骤一中烘干后的不锈钢纤维毡放入烧结炉中，在800℃下预烧结1.5h，预烧结保护气氛为氢气；

步骤三、将聚乙烯醇加入去离子水中，配制成聚乙烯醇溶液，然后将不锈钢粉末加入所述聚乙烯醇溶液中，搅拌均匀后得到悬浮液；所述不锈钢粉末粒度为-1000目～+1200目；所述聚乙烯醇、不锈钢粉末和去离子水的质量比为3:10:100；

步骤五、将步骤四中包覆有不锈钢纤维毡的不锈钢管置于烧结炉中，在氢气气氛保护下，升温至1200℃进行烧结，保温2h，保温结束随炉冷却，出炉后得到由不锈钢管和多孔表面层1构成的不锈钢纤维多孔表面换热管（如图1所示）。

本实施例制备的不锈钢纤维多孔表面换热管的多孔表面层1的孔隙率为90%，多孔表面层1的厚度为1mm。

实施例3

金属纤维多孔表面换热管的制备：

步骤一、将金属管2和金属纤维毡放入超声波清洗机中清洗15min，然后烘干备用；所述超声波清洗机中的清洗剂为无水乙醇，所述无水乙醇为分析纯；所述超声波频率为50kHz，清洗温度为30℃；所述金属管为不锈钢管；所述金属纤维毡为不锈钢纤维毡，所述不锈钢纤维毡的纤维丝径为φ60μm；所需金属纤维毡的质量M根据下列公式计算；

M＝ρπRhl(1-ξ)

步骤二、将步骤一中烘干后的不锈钢纤维毡放入烧结炉中，在800℃下预烧结1h，预烧结保护气氛为氩气；

步骤三、将聚乙烯醇加入去离子水中，配制成聚乙烯醇溶液，然后将不锈钢粉末加入所述聚乙烯醇溶液中，搅拌均匀后得到悬浮液；所述不锈钢粉末粒度为-800目～+1000目；所述聚乙烯醇、不锈钢粉末和去离子水的质量比为6:12:100；

步骤五、将步骤四中包覆有不锈钢纤维毡的不锈钢管置于烧结炉中，在氩气气氛保护下，升温至1300℃进行烧结，保温1h，保温结束随炉冷却，出炉后得到由不锈钢管和多孔表面层构成的不锈钢纤维多孔表面换热管（如图1所示）。

本实施例制备的不锈钢纤维多孔表面换热管的多孔表面层1的孔隙率为95%，多孔表面层1的厚度为0.5mm。

实施例4

金属纤维多孔表面换热管的制备：

步骤一、将金属管2和金属纤维毡放入超声波清洗机中清洗5min，然后烘干备用；所述超声波清洗机中的清洗剂为无水乙醇，所述无水乙醇为分析纯；所述超声波频率为30kHz，清洗温度为50℃；所述金属管为铜管；所述金属纤维毡为铜纤维毡，所述铜纤维毡的纤维丝径为φ30μm；所需金属纤维毡的质量M根据下列公式计算：

M＝ρπRhl(1-ξ)

步骤二、将步骤一中烘干后的铜纤维毡放入烧结炉中，在400℃下预烧结2h，预烧结保护气氛为氢气；

步骤三、将聚乙烯醇加入去离子水中，配制成聚乙烯醇溶液，然后将铜粉末加入所述聚乙烯醇溶液中，搅拌均匀后得到悬浮液；所述铜粉末粒度为-800目～+900目；所述聚乙烯醇、铜粉末和去离子水的质量比为2:9:100；

步骤四、将步骤三中所述悬浮液均匀涂覆在铜纤维毡表面，然后将涂覆后的铜纤维毡包覆在铜管外表面，烘干；

步骤五、将步骤四中包覆有铜纤维毡的铜管置于烧结炉中，在氢气气氛保护下，升温至950℃进行烧结，保温3h，保温结束随炉冷却，出炉后得到由铜管和多孔表面层构成的铜纤维多孔表面换热管（如图1所示）。

本实施例制备的铜纤维多孔表面换热管的多孔表面层1的孔隙率为95%，多孔表面层1的厚度为2mm。

实施例5

金属纤维多孔表面换热管的制备：

步骤一、将金属管2和金属纤维毡放入超声波清洗机中清洗10min，然后烘干备用；所述超声波清洗机中的清洗剂为无水乙醇，所述无水乙醇为分析纯；所述超声波频率为50kHz，清洗温度为30℃；所述金属管为铜管；所述金属纤维毡为铜纤维毡，所述铜纤维毡的纤维丝径为φ50μm；所需金属纤维毡的质量M根据下列公式计算：

M＝ρπRhl(1-ξ)

步骤二、将步骤一中烘干后的铜纤维毡放入烧结炉中，在400℃下预烧结1.5h，预烧结保护气氛为氢气；

步骤三、将聚乙烯醇加入去离子水中，配制成聚乙烯醇溶液，然后将铜粉末加入所述聚乙烯醇溶液中，搅拌均匀后得到悬浮液；所述铜粉末粒度为-900目～+1000目；所述聚乙烯醇、铜粉末和去离子水的质量比为4:8:100；

步骤五、将步骤四中包覆有铜纤维毡的金属管置于烧结炉中，在氢气气氛保护下，升温至1000℃进行烧结，保温2h，保温结束随炉冷却，出炉后得到由铜管和多孔表面层构成的铜纤维多孔表面换热管（如图1所示）。

本实施例制备的铜纤维多孔表面换热管的多孔表面层1的孔隙率为92%，多孔表面层1的厚度为1.5mm。

实施例6

金属纤维多孔表面换热管的制备：

步骤一、将金属管2和金属纤维毡放入超声波清洗机中清洗15min，然后烘干备用；所述超声波清洗机中的清洗剂为无水乙醇，所述无水乙醇为分析纯；所述超声波频率为40Hz，清洗温度为40℃；所述金属管为铜管；所述金属纤维毡为铜纤维毡，所述铜纤维毡的纤维丝径为φ80μm；所需金属纤维毡的质量M根据下列公式计算：

M＝ρπRhl(1-ξ)

步骤二、将步骤一中烘干后的铜纤维毡放入烧结炉中，在400℃下预烧结1h，预烧结保护气氛为氢气；

步骤三、将聚乙烯醇加入去离子水中，配制成聚乙烯醇溶液，然后将铜粉末加入所述聚乙烯醇溶液中，搅拌均匀后得到悬浮液；所述铜粉末粒度为-800目～+900目；所述聚乙烯醇、铜粉末和去离子水的质量比为5:10:100；

步骤五、将步骤四中包覆有铜纤维毡的铜管置于烧结炉中，在氢气气氛保护下，升温至1030℃进行烧结，保温3h，保温结束随炉冷却，出炉后得到由铜管和多孔表面层构成的铜纤维多孔表面换热管（如图1所示）。

本实施例制备的铜纤维多孔表面换热管的多孔表面层1的孔隙率为87%，多孔表面层1的厚度为0.5mm。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种金属纤维多孔表面换热管的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤二、将步骤一中烘干后的金属纤维毡放入烧结炉中预烧结，所述预烧结的温度为400℃～800℃，保温时间为1h～2h；

步骤三、将聚乙烯醇加入去离子水中，配制成聚乙烯醇溶液，然后将金属粉末加入所述聚乙烯醇溶液中，搅拌均匀后得到悬浮液；所述悬浮液中聚乙烯醇、金属粉末和去离子水的质量比为2～6:5～12:100；

步骤四、将步骤三中所述悬浮液均匀涂覆在所述金属纤维毡的表面，然后将涂覆后的金属纤维毡包覆在金属管外表面，烘干；

步骤五、将步骤四中包覆有金属纤维毡的金属管放入烧结炉中进行烧结，之后随炉冷却，得到由金属管和多孔表面层构成的金属纤维多孔表面换热管；所述烧结温度为950℃～1300℃，保温时间为1h～3h。

2.根据权利要求1所述的一种金属纤维多孔表面换热管的制备方法，其特征在于，步骤一中所述金属管为不锈钢管；所述金属纤维毡为不锈钢纤维毡，所述不锈钢纤维毡的纤维丝径为φ6μm～φ80μm；步骤二中所述预烧结保护气氛为氢气、氩气或真空；步骤五中所述烧结保护气氛为氢气、氩气或真空；步骤三中所述金属粉末为不锈钢粉末，所述不锈钢粉末的粒度为－800目～＋3000目。

3.根据权利要求1所述的一种金属纤维多孔表面换热管的制备方法，其特征在于，步骤一中所述金属管为铜管；所述金属纤维毡为铜纤维毡，所述铜纤维毡的纤维丝径为φ30μm～φ80μm；步骤二中所述预烧结保护气氛为氢气；步骤五中所述烧结保护气氛为氢气；步骤三中所述金属粉末为铜粉末，所述铜粉末的粒度为-800目～＋3000目。

4.根据权利要求1所述的一种金属纤维多孔表面换热管的制备方法，其特征在于，步骤一中所述超声波清洗机中的清洗剂为无水乙醇，所述无水乙醇为分析纯；所述超声波频率为30kHz～50kHz，清洗温度为30℃～50℃，清洗时间为5min～15min。

5.根据权利要求1所述的一种金属纤维多孔表面换热管的制备方法，其特征在于，步骤五中所述多孔表面层的孔隙率为80%～95%，多孔表面层的厚度为0.5mm～2mm。