高导热耐高温瓦楞状陶瓷基换热器芯体制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高导热耐高温瓦楞状陶瓷基换热器芯体制备方法，该方法先将陶瓷纤维纸浸渍在定型剂中，经瓦楞纸机热压成型得单面瓦楞纸，与浸渍定型剂的平板陶瓷纤维纸粘合成双面瓦楞纸，将其剪裁为相同大小的正方形，然后沿正方形面按照瓦楞纸通道成90°角交互叠砌、经粘合得瓦楞状陶瓷基换热器芯体，固化粘结后烧结，自然冷却至室温；将芯体浸入到由硅溶胶和高导热无机填料组成的悬浮液中，经浸渍沉积取出吹扫液体后晾干，干燥得高导热耐高温瓦楞状陶瓷基换热器芯体。本发明专利技术交互叠加后的蜂窝状结构增加了换热器单位体积的换热面积，换热通道互不干扰，使换热气流洁净，体现出可连续换热、结构紧凑等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高温气体热回收技术，意在提出一种用于高温废气余热回收换热器芯体制备方法，特别涉及陶瓷瓦楞纸成型、换热器芯体烧结及提高芯体导热性能方法。
技术介绍
常用高温烟气热回收装置有以金属或合金为材质的余热锅炉，热管换热器、板式换热器；以硅酸盐材料为代表的陶瓷蓄热芯体换热器等。前者主要存在抗腐蚀、结垢、热应力、不耐高温等不足，大都应用于中低温段热能回收；后者换热器由于其耐高温、耐腐蚀的特点，常用于高温系统的蓄热式换热。但陶瓷蓄热芯体换热器通常以间歇方式工作，即需要两个等体积蜂窝式蓄热换热器进行定时切换。当换热器蓄热后，低温空气通入同一通道进行换热；当换热一定时间后，转换到另一个换热器(蓄热芯体)换热；因此，该类换热器主要存在换热非连续、体积庞大、高温烟气与待换热空气在同一通道内，使得换热后气流含有烟尘等问题；此外，陶瓷基蓄热芯体本身导热系数较低；使得该类换热器换热效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有高温蓄热式换热器芯体结构及性能的不足，提供一种耐高温、导热系数较高、结构紧凑、可连续换热的高导热耐高温陶瓷换热器芯体制造方法。本专利技术从强化传热的基本原理出发，以耐高温、耐腐蚀的陶瓷纤维纸为基材，通过浸溃沉积及复合的方法，结合热压成型和烧结工艺，将陶瓷纤维纸与高导热性能的无机材料有机复合，经热轧形成的瓦楞状纤维纸，按照90°角方向交互叠砌，形成两个相互不干扰方向流通的瓦楞状陶瓷基换热器芯体，可进一步构建特殊结构的陶瓷基换热器。高导热填料增强了换热器的导热性能，而且交互叠加后的瓦楞状芯体，使具有蜂窝结构的陶瓷基换热器单位体积换热面积增加，增强了空气和壁面的对流换热和辐射换热。本专利技术制得的新型换热器芯体与蓄热式蜂窝陶瓷换热器芯体相比具有连续换热、结构紧凑、换热后气流洁净、换热效率高等特点。本专利技术目的通过如下技术方案实现，包括以下步骤(I)陶瓷纤维纸浸溃在定型剂中经瓦楞纸机热压成型得单面瓦楞纸，与浸溃在所述定型剂中的平板陶瓷纤维纸粘合成双面瓦楞纸，将双面瓦楞纸剪裁为相同大小的正方形，按照瓦楞纸通道成90°角交互叠砌，经粘合剂粘合得瓦楞状陶瓷基换热器芯体；先固化粘结，然后将陶瓷基换热器芯体升温至700 800°C下烧结，自然冷却至室温，制得瓦楞状陶瓷基换热器芯体；所述定型剂为有机胶与无机水溶胶混合物；所述无机水溶胶为水玻璃、硅溶胶、铝溶胶或钛溶胶，其质量浓度为20 40% ;所述有机胶加入量为无机水溶胶质量的5 10% ;所述有机胶为聚乙烯醇、醋酸乙烯胶乳或丁苯胶乳；(2)将瓦楞状陶瓷基换热器芯体浸入到硅溶胶和高导热无机填料组成的悬浮液中，经浸溃沉积取出，吹扫液体后晾干，得高导热耐高温瓦楞状陶瓷基换热器芯体；高导热无机填料为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂改性的碳化硅、氮化铝和氮化硼中的一种或多种， 其用量为硅溶胶质量的I 5% ;所述硅溶胶平均粒径为10 30nm，pH值在8. 5 9. 5范围，质量浓度为5 25%。进一步地，步骤(I)中所述的陶瓷纤维纸中掺入有机纤维，所述有机纤维为聚乙烯醇纤维、木浆纤维、聚烯烃纤维和芳纶纤维中的一种或多种，其用量为陶瓷纤维纸质量的2 6%。所述粘合剂为加入铜微粉、氧化铝微粉或化镁微粉的硅酸盐类、磷酸盐类或氧化铝类胶黏剂，其中铜微粉、氧化铝微粉或化镁微粉的加入量为粘合剂质量的3-4%。所述陶瓷基换热器芯体升温至700 800°C下烧结的方式为先60min内快速升温到200 300°C，保温60 120min，然后2 5hr缓慢升温至700 800°C，再保温2 5hr烧结。所述步骤(2)吹扫液体后晾干后还包括在140-160°C下干燥。所述水玻璃的模数优选为3. I 3. 4。本专利技术定型剂有机胶与无机水溶胶混合物；由于定型剂质量浓度低，在陶瓷纤维基材上沉积量少，陶瓷纸不易形成瓦楞；质量浓度高，沉积量多，形成的瓦楞纸易变脆开裂； 控制其质量浓度为20 40% ;为降低瓦楞纸的脆性，本专利技术的定型剂中加入少量有机胶。所述步骤(I)中陶瓷纤维纸为采用湿法造纸工艺所得陶瓷纤维纸，优选地，为增加纸的强度及韧性，利于其加工成瓦楞纸，在纸张抄造过程中加入占陶瓷纤维纸质量分数为2 6%的有机纤维，如聚乙烯醇纤维、木浆纤维、聚烯烃纤维、低熔点聚酯纤维、芳纶纤维等一种及以上，其中，以聚乙烯醇纤维、木浆纤维配抄成形效果较好，添加量3 5%较佳。所述步骤(2)中，硅溶胶平均粒径为10 30nm，pH值在8. 5 9. 5范围，质量浓度为5 25%。硅溶胶浓度过低，其粘度较小，在陶瓷纤维上粘接的无机填料量小，芯体的导热率不高；而过高的硅溶胶浓度，会导致陶瓷纤维纸片表面的硅溶胶增多，一方面不利于填料与基体的亲和(分层掉粉)，另一方面容易堵塞瓦楞通道，试验发现硅溶胶质量浓度在 10 20%，无机高导热填料分散效果较好、瓦楞芯体导热系数较高。所述步骤(2)中，高导热无机填料为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂改性的碳化硅、 氮化铝、氮化硼中的一种或一种以上，其用量为硅溶胶质量的I 5%。添加量少，瓦楞纸芯体导热系数低，添加量多，无机械填料在基材的分散性差，易分层、掉粉，堵塞瓦楞通道。本专利技术以陶瓷纤维纸为基材，通过浸溃的方法，使定型剂均匀沉积在陶瓷纤维基体表面及其孔隙中，经热固化形成凝胶，能增强陶瓷纤维的强度，提高材料的密度，起到定型的作用，形成瓦楞纸。双面瓦楞纸间通过高导热无机粘合剂的粘合，一方面利用其粘结性能形成蜂窝状芯体，另一方面利用其较高导热率降低其接触热阻。通过偶联剂改性的高导热无机填料的添加，一方面偶联剂的两端基分别与填料和基体发生化学偶联和物理缠结， 改善了基体与填料的界面粘附性和亲和性，使导热组分能长期保持稳定、均匀的状态，而且能提高芯体的热传导性能。最后，采用硅溶胶作无机填料的分散剂和粘合剂，是因为其分散效果与相同功效的水玻璃相比，其分散效果更好。采用无机填料与基体复合是因为高导热填料能提高陶瓷纤维纸的热导率，从而改善陶瓷基芯体的导热性能。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果(I)相同换热条件下，该换热器与目前蓄热式蜂窝陶瓷换热器相比，可以实现连续操作，结构紧凑，换热体积减小；(2)该换热器中交错叠加的通道使待换流体与冷却流体走不同的通道，避免了二者的相互交叉污染，而瓦楞状直行通道，有效减少了压降；(3)采用浸溃沉积及复合的方法，通过与高导热性填料复合，研制成的高导热性能陶瓷瓦楞芯体，其热导率提高。附图说明图I高导热耐高温陶瓷基换热器芯体结构示意图；图2SiC在不同分散剂下光学显微镜图；其中图2(a)本专利技术实施例I采用硅溶胶作为高导热填料SiC分散剂，SiC分散效果显微镜图；图2(b)为对比例采用水玻璃作分散剂，SiC分散效果显微镜图。图3SiC在不同质量分数下陶瓷瓦楞芯体导热系数。具体实施例方式为了更好地说明本专利技术，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的实施方式不限于此。由图I所示，双面瓦楞纸包括平板陶瓷纤维底纸I和瓦楞面纸2，为正方形结构； 双面瓦楞纸沿着正方形面按照瓦楞纸通道成90°角交互叠砌，形成换热流通互不干扰的瓦楞状陶瓷基换热器芯体。一个方向的瓦楞纸通道作为高温烟气进口和高温烟气出口 ；一个方向的瓦楞纸通道作为低温换气进口和低温换气出口 ；与现有技术单一方向的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：方玉堂，何文祥，张正国，高学农，徐涛，王磊，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：