CN109059600A - 碳化硅-金属复合翅片式换热管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种碳化硅‑金属复合翅片式换热管，包括碳化硅管、粘合层和金属管，金属管套于碳化硅管的外侧，粘合层置于金属管和碳化硅管之间，粘合层为金属层或合金层，金属管的外侧设置翅片。本发明的碳化硅‑金属复合翅片式换热管在金属管和碳化硅管之间设置包含金属或合金的粘合层，用导热性和耐热性优良的金属或合金作为粘合层填充了金属管和碳化硅管之间的空气层，并把碳化硅管和金属管粘合成为一个复合的整体，可以填补碳化硅管外表面的凹凸不平，使碳化硅管、金属管与粘结层之间实现了连续性的面接触，克服了碳化硅管和金属管间因点接触而传热效率低的缺点，强化了传热效果，解决了换热管内的热酸液与外部气体间换热效率低的问题。

Description

碳化硅-金属复合翅片式换热管及其制备方法
技术领域
本发明涉及换热管技术领域，尤其涉及一种碳化硅-金属复合翅片式换热管及其制备方法。
背景技术
在工业过程中，当热的酸液与空气进行换热时，需要用到耐酸耐热的换热管。普通的铁基合金，如304、316L不锈钢等对热的酸液的耐腐蚀性能都不好，而能耐受热酸液腐蚀的特种铁基合金，如哈氏合金，都是价格昂贵。因此，需要寻找一种对热的酸液具有高的耐蚀性而且价格低廉的换热管。而碳化硅管具有高强度、耐高温、耐腐蚀、热膨胀系数低、导热系数大、抗热震性好等优良性能，而且价格适中，它是热的酸液进行换热的优良材料。当碳化硅管用于液-气换热时，由于气体侧的换热系数很低，导致总换热系数也较低，因此需要增大气体侧的换热面积，而换热管增大换热面积的一般方法是进行翅片化，但限于碳化硅管的无机材料的特性，加工制作翅片的成本较高。中国专利201620832494.4提出了一种翅片化的方法，即在碳化硅管的外面包覆一层金属，再在所包覆的金属上面设置外翅片。显然，采用包覆的方法把金属包覆在碳化硅管的外面，碳化硅管与金属的贴合是无法保证其紧密性的，一旦出现缝隙，将导致空气进入缝隙中，使换热性能劣化；而且碳化硅管的表面本身也凹凸不平，即使碳化硅管与金属很好包覆，从微观上观察，碳化硅管的外表面与金属的接触处也是点接触，无法做到面接触，也将降低其传热系数。
因此，急需对现有的耐酸耐热的换热管的结构进行改进优化，以提高其传热效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳化硅-金属复合翅片式换热管及其制备方法，以解决现有的耐酸耐热的换热管成本高、传热效率低等问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种碳化硅-金属复合翅片式换热管，包括碳化硅管、粘合层和金属管，金属管套于碳化硅管的外侧，粘合层为金属层或合金层，金属管外侧设置翅片。较佳地，碳化硅管的外径与金属管的内径相差在3mm内，以降低热阻，而粘合层正好填充这3mm的空隙。
较佳地，碳化硅管采用烧结方法制备，烧结方法包括重结晶法、反应烧结法、无压烧结法、热压烧结法。
较佳地，金属管和碳化硅管为同轴套设。
较佳地，翅片为方形、螺旋状、圆形，以提高传热效率。
较佳地，金属管为不锈钢管。
较佳地，粘合层包含熔点在700℃以下的金属或合金。具体的粘合层包括Zn、Al、Sb、Cd、Bi、Sn、Pb、In等金属及含有这些金属且熔点在700℃以下的合金。
一种碳化硅-金属复合翅片式换热管的制备方法，包括如下步骤：
(1)提供金属管和碳化硅管，金属管的外侧设置翅片；
(2)将金属管套于碳化硅管的外侧；
(3)在金属管和碳化硅管的同一端将胶泥填充述金属管和碳化硅管之间，并固化；
(4)将金属或合金从金属管和碳化硅管的另一端填充于金属管和碳化硅管之间，并形成粘合层。
较佳地，步骤(4)为将金属或合金的粉末填充于金属管和碳化硅管之间，升温熔融后保温，冷却后形成粘合层。
较佳地，步骤(4)为将金属或合金熔融后填充于金属管和碳化硅管之间，冷却后形成粘合层。
与现有技术相比，本发明的碳化硅-金属复合翅片式换热管在金属管和碳化硅管之间设置了包含金属或合金的粘合层，金属管外侧设置翅片，翅片能增大与管外侧气体的接触面积，增加传热效率，用导热性和耐热性优良的金属或合金作为粘合层填充了金属管和碳化硅管之间的空气层，并把碳化硅管和金属管粘合成为一个复合的整体，可以填补碳化硅管外表面的凹凸不平，使碳化硅管、金属管与粘结层之间实现了连续性的面接触，克服了碳化硅管和金属管间因点接触而传热效率低的缺点，强化了传热效果，并解决了换热管内的热酸液与外部气体间换热效率低的问题。
附图说明
图1为碳化硅-金属复合翅片式换热管的主视图。
图2为图1中按A-A方向的剖视图。
具体实施方式
为了详细说明本发明的技术内容、构造特征，以下结合实施方式作进一步说明。
请参照图1和图2，碳化硅-金属复合翅片式换热管100，包括碳化硅管1、粘合层2和金属管3，金属管3套于碳化硅管1外侧，粘合层2置于金属管3和碳化硅管1之间，粘合层2为金属层或合金层，金属管3外侧固定设置翅片4。
较佳地，金属管3和碳化硅管1的同轴套设。
较佳地，碳化硅管1采用烧结方法制备，烧结方法包括重结晶法、反应烧结法、无压烧结法、热压烧结法。
较佳地，粘合层2包含熔点在700℃以下的金属或合金。具体的粘合层包括Zn、Al、Sb、Cd、Bi、Sn、Pb、In等金属及含有这些金属且熔点在700℃以下的合金，如Sn37Pb、含Bi的合金等。
较佳地，翅片4为方形、螺旋状、圆形，固定设置可以采用焊接，螺栓连接等方式，翅片4有利于提高传热效率。具体地，金属管3为不锈钢管，可以是304、316L不锈钢。
前述碳化硅-金属复合翅片式换热管的制备方法，包括如下步骤：
(1)取内径15mm、外径25mm、壁厚5mm、长度1500mm的通过反应烧结法得到的碳化硅管，取内径28mm、壁厚1.5mm、长度1600mm的304不锈钢管，304不锈钢管的外侧采用高频焊接的方法焊接螺旋状翅片；
(2)将按步骤(1)制成的304不锈钢管套于碳化硅管外侧，304不锈钢管和碳化硅管同轴套设，且它们的一端对齐；
(3)在304不锈钢管和碳化硅管的对齐端用KP-1胶泥填充于304不锈钢管和碳化硅管之间的空隙，至对齐端的端口10mm处，之后KP-1胶泥固化使这一端密闭；
(4)对经步骤3处理的304不锈钢管和碳化硅管加热处理至温度到250℃，再将熔融的锡液从304不锈钢管和碳化硅管的另一端之间的空隙浇铸直到充满为止，最后冷却至室温，或者将Sn37Pb粉末从304不锈钢管和碳化硅管的另一端填充于304不锈钢管和碳化硅管之间，熔融后充满304不锈钢管和碳化硅管之间的缝隙，冷却后形成粘合层。
与现有技术相比，本发明的碳化硅-金属复合翅片式换热管100在金属管3和碳化硅管1之间设置了包含金属或合金制成的粘合层2，金属管外侧设置翅片4，翅片4能增大与管外侧气体的接触面积，增加传热效率，用导热性和耐热性优良的金属或合金作为粘合层2填充了金属管3和碳化硅管1之间的空气层，并把碳化硅管1和金属管3粘合成为一个复合的整体，可以填补碳化硅管1外表面的凹凸不平，使碳化硅管1、金属管3与粘结层2之间实现了连续性的面接触，克服了碳化硅管1和金属管3间因点接触而传热效率低的缺点，强化了传热效果，并解决了换热管内的热酸液与外部气体间换热效率低的问题。
以上所揭露的仅为本申请的较佳实例而已，不能以此来限定本申请之权利范围，因此依本申请权利要求所作的等同变化，均属于本申请所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种碳化硅-金属复合翅片式换热管，其特征在于，包括碳化硅管、粘合层和金属管，所述金属管套于所述碳化硅管的外侧，所述粘合层置于所述金属管和所述碳化硅管之间，所述粘合层为金属层或合金层，所述金属管的外侧设置翅片。
2.根据权利要求1所述的碳化硅-金属复合翅片式换热管，其特征在于，所述碳化硅管采用烧结方法制备，所述烧结方法包括重结晶法、反应烧结法、无压烧结法、热压烧结法。
3.根据权利要求1所述的碳化硅-金属复合翅片式换热管，其特征在于，所述金属管和所述碳化硅管为同轴套设。
4.根据权利要求1所述的碳化硅-金属复合翅片式换热管，其特征在于，所述翅片为方形、螺旋状、圆形。
5.根据权利要求1所述的碳化硅-金属复合翅片式换热管，其特征在于，所述金属管为不锈钢管。
6.根据权利要求1所述的碳化硅-金属复合翅片式换热管，其特征在于，所述粘合层包含熔点在700℃以下的金属或合金。
7.一种根据权利要求1-6任一所述的碳化硅-金属复合翅片式换热管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)提供所述金属管和所述碳化硅管，所述金属管的外侧设置翅片；
(2)将所述金属管套于所述碳化硅管的外侧；
(3)在所述金属管和所述碳化硅管的同一端将胶泥填充于所述金属管和所述碳化硅管之间，并固化；
(4)将金属或合金从所述金属管和所述碳化硅管的另一端填充于所述金属管和所述碳化硅管之间，并形成所述粘合层。
8.根据权利要求7所述的碳化硅-金属复合翅片式换热管的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)为将所述金属或合金的粉末填充于所述金属管和所述碳化硅管之间，升温熔融后保温，冷却后形成所述粘合层。
9.根据权利要求7所述的碳化硅-金属复合翅片式换热管的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)为将所述金属或合金熔融后填充于所述金属管和所述碳化硅管之间，冷却后形成所述粘合层。
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