[发明专利]用于强化沸腾传热的金属多孔表面金属管的制法

说明书

本项发明是关于用于强化沸腾传热的金属多孔表面金属管的制法。

任何能量在使用过程中都有一个传递与转换过程，同时伴随有一定的能量损耗与能级损失，因而提高用能效率及充分回收现有企业中的余热和废热是节约能源，解决能源短缺的关键。为了达到这个目的，必须采用高效紧凑的换热设备，以提高传热系数和降低有效温差及流体阻力，从而减少设备投资和功率消耗。这些都需要研究改进现有传热设备的性能及探求新的强化传热的方法。

壳管式换热器是化工、石油、冶金、动力和低温等工业装置中最广泛使用的一种换热设备，它结构简单易于制造，成本低，适应性强，处理能力大。但普通壳管式换热器传热性能差，因而改进其性能，提高传热系数，减少有效传热温差，减少传热面积，节约金属用量，降低能量消耗，是节能的重要措施。近几年开发成功的金属多孔表面管显示出如下的特性：

（1）显著地强化了沸腾放热，当热负荷q为25000～30000千卡/米²·时，多孔表面的沸腾放热系数约为光滑表面的5～8倍。

（2）能在很小的温差（0.6～10℃）下维持沸腾，从而大大减少了传热的不可逆损失。

（3）多孔表面管的临界热负荷比普通光管高约1.8倍。

（4）沸腾液体在多孔表面的孔隙中具有高的循环速度，每蒸发一公斤液体就有8～9公斤液体进入孔隙间循环，循环倍数为8～9倍，因而多孔表面有一定的抗污能力。

（5）多孔表面具有高度的毛细管特性，保证壁面有足够的润湿，以防止由热斑或局部干燥引起的局部结垢或产生聚合物沉积。

（6）多孔表面的高沸腾放热系数保证了壁温十分接近液体主流的温度。这对于热敏性物料的沸腾特别重要，因为在高温下容易产生聚合或分介。

综上所述，金属多孔表面不但提高了液体沸腾的放热系数，减少了沸腾温差，提高了临界热负荷，而且具有高的抗垢能力，可以在各种苛刻的条件下强化沸腾传热。

目前金属多孔表面管的制法主要有以下几种：

1.烧结法：据Usup3，384，154，其制法是使用适当的粘合剂，使铜粉颗粒粘接在铜管的表面，然后升高温度，粘合剂分解而蒸发，使铜粉粒子烧结在一起，烧结温度以840～850℃为宜。此加工方法虽然多孔层孔隙率较高，为40～60%，但工序多，能耗大，加工成本贵，在高温下铜材容易被退火变形。

又据Usup3，607，369，其制法是将金属铝粉、低熔点金属粉和铝合金粉以及助熔剂与液体有机载体调成糊状物，涂敷于清净过的金属铝表面上;在300°F以下加热脱有机载体，然后在惰性气氛中，在950～1200°F加热，使涂糊料在金属铝表面形成铝多孔层。多孔层应薄于0.125吋，以便酸洗。此法虽然能够加工出多孔铝表面，但加工工艺复杂，成本高，有三废污染。

2.机械加工法：据Usup3，696，861，其制法是采用特殊设计的刀具在铜管表面直接加工成凸起的锯齿状翅片，然后再使翅片弯曲，因而在翅片下面形成许多小孔隙，并且在小孔隙的上面和铜管的外表面相通。该加工方法虽然加工简单，成本较低，但由于是机械加工，因而多孔层的孔隙率仅有30～35%，并且孔径大，在表面张力较小的介质中使用效果不显著。

3.电镀法：据Usup4，018，264，其制法是将含H₂SO₄35克/升，CuSO₄280克/升，铜粉120克/升和粘合剂0.035克/升的混合物，以25升/分的速度循环，在一旋转的铜管阴极上进行电镀，铜管的转速为30转/分，电流密度为25安/厘米²，电镀时间20分钟，得到0.4毫米厚的多孔铜镀层。Usup4，129，181，提出了另一种电镀法，即在一根管子外表面上包一层聚氨酯泡沫塑料，然后在其上面镀铜，铜粉通过聚氨酯的小微孔进入管外壁，形成多孔层，再在300～500℃分解，将聚氨酯除去。形成的孔隙率为40～55%，但孔径较小，因而对表面张力较大的介质使用效果不显著，并且加工工序复杂，投资和能耗均较大。