[發明專利]一種陶瓷材料制成的熱交換元件及其制備方法

有效

• 申請號: 201310290884.4
• 申請日: 2013-07-11
• 公開（公告）號: CN103342560A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 李錦萍;高堅珂;高浩;武越;高源;溫曉光;張睿;張代東;王延忠;張劍仲;曹毅軒;張宏偉;劉天柱;閆志忠;范毓仙
• 申請（專利權）人: 高源
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/622
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 江淑蘭

技術領域

本發明涉及一種陶瓷材料制成的熱交換元件及其制備方法，更具體地說，涉及一種具有熱震性好、耐腐蝕、耐磨損、低成本、高強度、換熱效率高等特性的陶瓷材料、陶瓷熱交換元件，以及應用該陶瓷材料制備陶瓷熱交換元件的方法。

背景技術

在余熱回收、預熱助燃空氣領域的技術裝備中，由于金屬材料的導熱性能強，制成熱能交換器的換熱效率高，市場上所見的熱能交換器大多數采用金屬材料制成，譬如：旋轉式空預器、管殼式熱能交換器、列管式熱能交換器、間壁式熱能交換器、螺旋式熱能交換器、板式熱能交換器、熱管熱能交換器等，它們在不同的熱交換介質和使用環境中發揮著各自不同的重要作用。但是，使用金屬材料制作的熱能交換器對于環境溫度、交換介質的酸堿度、流體的性質等要求相對較高，例如：燃氣爐窯燃燒出口溫度達1200℃以上時，金屬材料制作的熱能交換器就不能滿足直接換熱的功能，需要增設降溫設備后進行間接換熱，或者增加投資采購全套蓄熱式燃燒技術和裝備進行蓄熱換向燃燒；又如：工業、農業、服務業等領域廣泛采用的燃氣、燃油鍋爐所排放的煙氣溫度依據國家標準設計和使用規定都在高于100℃以上，主要原因是燃料在燃燒過程中形成了干蒸汽（H₂O），在100℃以下時，干蒸汽放熱液化，形成水汽，而在燃燒過程中同時形成的硫化物、氮氧化物、氟化物等化合物極易溶于水汽形成對金屬的強酸腐蝕性物質，設備受腐損壞，嚴重影響生產工藝的連續運行和熱能交換器壽命；再如：水、油等液態流體熱交換介質中含有固溶雜質或煙氣、助燃空氣等氣態流體熱交換介質中含有粉塵、顆粒等物質時，流體的流速、流量、溫度等參數不當，熱能交換器將被磨壞，制約了金屬材料制作的熱能交換器的使用范圍和應用效果，也直接影響著熱能交換器設備壽命。

近年來，隨著碳化硅（SiC）、氮化硅（Si₃N₄）、塞隆（sialon）、氮化鋁（AlN）等陶瓷粉末及其制品的技術開發應用，為制作陶瓷熱交換元器件提供了可行性，這些陶瓷具有化學性能穩定、導熱系數高、熱膨脹系數小、耐磨耐腐蝕性能好、高溫時能抗氧化等特性，正好適用于油氣燃燒排放尾氣治理裝置的制備，且能適應油氣燃燒裝備的排放尾氣應用，其應用溫度高達2000℃以上，而在余熱回收后，尾氣排放溫度可降至水露點溫度（100℃）以下，實現最大化的高低溫大跨度余熱回收，而且不怕腐蝕，也不要求對熱交換流體介質參數性能進行調整。綜上所述，進行開發一種有效治理油氣燃燒排放尾氣的陶瓷裝置，既可以余熱回收進行預熱助燃空氣實現節能經濟，又可以降低尾氣污染物排放量實現環保效益，一舉多得。

發明內容

為了克服上述不足，本發明旨在提供一種陶瓷材料及該陶瓷材料制備的陶瓷熱交換元件，具有熱震性好、耐腐蝕、耐磨損、低成本、高強度、換熱效率高等特性。本發明還提供了應用該陶瓷材料制備陶瓷熱交換元件的方法。

本發明提供的一種陶瓷材料制成的熱交換元件及其制備方法，采用如下技術方案：

一種陶瓷材料，其特征在于：包括以下重量百分比的原料：

碳化硅（SiC）70-85%、氮化硅（Si₃N₄）0-5%、β相塞隆（sialon）0-5%、氮化鋁（AlN）0-5%、助熔劑0.9-3.2%、黏合劑10-20%、成型助劑0-2.5%，各組份重量之和為100%；

上述各組份中以鐵元素折合質量比相加后，鐵元素質量占原料總量的比例≤0.5%。

進一步地，所述的助熔劑是顆粒細度≥400目的氧化鎂（MgO）和硅(Si)粉的混合物，混合比是氧化鎂（MgO）﹕硅(Si)粉=1﹕1-3。

更進一步地，所述的黏合劑，包含產于山西省雁北區域的朔土5-14%，甲基纖維素或聚乙烯醇1.5-2.5%，桐油2%，石蠟1.5%，所述百分比為占總原料重量的百分比。

更進一步地，所述的成型助劑為液態硅膠或明礬，可根據陶瓷成型實際需要添加。

本發明還提供了上述陶瓷材料制成的熱交換元件，它是一種換熱塊，其特征在于：所述換熱塊為長方體結構，換熱塊上設有換熱通孔，換熱通孔的截面為中空圓形，第一面和第三面設有換熱通孔一，第二面和第四面設有換熱通孔二，換熱通孔一和換熱通孔二交叉排列但不相交。

進一步地，所述的換熱通孔一和換熱通孔二的孔徑為3~20mm，橫向間距﹤3mm，縱向間距﹤3mm。