CN100353136C - 一种利用烟气热能的铜质防腐冷凝换热器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种利用烟气热能的铜质防腐冷凝换热器及其制造方法，属于金属防腐与冷凝换热强化技术领域。该防腐冷凝换热器是以白铜或紫铜为基材的肋片管式换热器，其肋片管外表面和肋片表面均镀有以钼酸钠为稳定剂的非晶态镍铜磷化学复合镀膜；肋片形状易于对冷凝液的导流，同时其上增加槽道以加强导流作用；制造工艺采用先镀后胀再镀的方法，可以同时增强换热器耐腐蚀性能和传热性能。该铜质防腐冷凝换热器不仅发挥了铜质换热器传热性能好、结构紧凑、易于加工等突出优点，同时解决了冷凝式燃气热水器与冷凝式燃气采暖热水炉等冷凝式天然气利用设备用冷凝换热器的防腐与冷凝换热强化问题。

Description

一种利用烟气热能的铜质防腐冷凝换热器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种冷凝式燃气热水器或冷凝式燃气采暖热水炉等冷凝式天然气利用设备所使用的冷凝换热器，特别涉及一种利用烟气热能的铜质防腐冷凝换热器及其制造方法，属于金属防腐与冷凝换热强化技术领域。

背景技术

目前使用的燃气热水器和燃气采暖热水炉(包括单采暖型和采暖与热水两用型)等天然气利用设备，其基本原理是利用铜质肋片管式换热器将天然气燃烧产物-烟气的热量传给水，以供应生活热水和采暖用热。此类产品为避免腐蚀排烟温度均在100℃以上，其换热器只利用烟气的显热，而烟气中水蒸汽潜热未能利用，随烟气排放到大气中，故其热效率在80～88％之间，且对环境有一定的污染。

为提高此类产品热效率，节约能源和保护环境，近30年来，国内外均在研究冷凝式燃气热水器和冷凝式燃气采暖热水炉，旨在通过利用冷凝换热器将排烟温度降低到烟气露点温度以下，最大限度回收利用排烟中的热能，包括排烟中的显热和使烟气中水蒸汽冷凝的潜热，总效率可提高10～20％，其中，理论上，回收水蒸汽潜热可提高热效率11％。水蒸汽冷凝液还会溶解吸收排烟中CO_X、NO_X、SO_X等部分有害气体，对烟气有一定的净化作用。

由于水蒸汽凝结液溶解了烟气中部分有害气体，形成含有硝酸根、亚硝酸根、氯酸根、硫酸根离子的具有较强酸性的腐蚀液，会对换热器造成腐蚀，影响其使用寿命。同时，冷凝式燃气热水器和冷凝式燃气采暖热水炉还要求结构紧凑、体积小、重量轻。因而，冷凝换热器的防腐及其换热强化成为开发冷凝式燃气热水器和冷凝式燃气采暖热水炉的技术关键。

目前，发达国家的冷凝换热器主要采用如铸铝、铝合金、镍合金、不锈钢及特氟隆(Teflon)等材料作为换热材料。此类换热器不仅价格高，加工困难，且设备体积和重量大。

铜具有良好的导热性和延展性，容易制成肋化系数高的肋片换热器，使设备紧凑、重量轻、体积小，被非冷凝式燃气热水器和采暖热水炉广泛应用，但由于传统非冷凝式设备的换热器，通常采用紫铜或黄铜，其耐腐蚀性差，不适宜直接用作冷凝换热器。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用烟气热能的铜质防腐冷凝换热器及其制造方法，以回收利用天然气利用设备排烟中的显热直至烟气中水蒸气凝结释放出的潜热，强化换热，进一步提高天然气利用设备的热能利用率和耐腐蚀性能，减少污染。

本发明的技术方案如下：

一种利用烟气热能的铜质防腐冷凝换热器，包括铜质肋片管和设置在该肋片管上的铜质肋片，其特征在于：在所述的肋片管外表面和肋片表面均镀有以钼酸钠为稳定剂的非晶态镍铜磷化学复合镀层。

本发明中所述肋片的上、下边缘采用圆弧形或上边缘采用梯形状多边形、下边缘凸出部采用对凝结液导流的倒三角状多边形。

本发明的技术特征还在于：对于所述下边缘为圆弧形肋片，其下部设有凝结液导流槽道。

本发明所提供的铜质防腐冷凝换热器是以白铜或紫铜为基材，其肋片管采用圆管、椭圆管或近似椭圆管。

本发明还提供了一种所述的利用烟气热能的铜质防腐冷凝换热器的制造方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：

1)以铜材为基材，分别加工制作肋片和肋片管；

2)对肋片管外表面和肋片表面进行第一次化学复合镀：在常压、温度为80～90℃下进行以钼酸钠为稳定剂的非晶态镍铜磷化学复合镀，镀液的组分及含量为：

NiSO₄·7H₂O：40～57g/L

NaH₂PO₄·H₂O：20～30g/L

柠檬酸钠：35～45g/L，

CuSO₄·5 H₂O：0.5～1.5g/L，

NH₄Ac：30～40g/L

NH₄F：1～2g/L

Na₂MoO₄·2 H₂O：1～5mg/L；

上述镀液的PH值为7～9；

3)将镀好的肋片管和肋片胀接，然后在与第一次化学镀相同的条件下对冷凝换热器整体进行第二次化学镀，即制成带有非晶态镍铜磷化学复合层的防腐冷凝换热器。

在上述的制造方法中，所述的镀液的优选组分含量为：

NiSO₄·7H₂O：43g/L

NaH₂PO₄·H₂O：25g/L

柠檬酸钠：40g/L

CuSO₄·5H₂O：1g/L

NH₄Ac：35g/L

NH₄F：1g/L

Na₂MoO₄·2 H₂O：1mg/L；

镀液的PH优选为8，镀液温度优选为88℃。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：①本发明所提供的冷凝换热器以紫铜或白铜为基材，不仅发挥了铜质换热器良好的传热性能、结构紧凑、易于加工成形等的突出优点，而且由于本发明采用了特殊的防腐镀膜及其加造工艺，即采用以钼酸钠为稳定剂的非晶态镍铜磷化学复合镀膜，在铜质肋片管和肋片的表面镀有一层性质好、致密、均匀、光滑，特别是对烟气冷凝液耐腐蚀的镀膜(也称为镀层)，并采用先镀后胀再镀工艺，不仅能有效提高其耐腐蚀性能，提高了冷凝换热器的使用寿命，同时还明显增强了其传热性能。②采用适合强化冷凝换热的肋片形式，在保证换热面要求、便于加工和节省材料条件下，将肋片设计成宜于对冷凝液的导流形状，同时其上增加导流槽道以加强对冷凝液的导流作用。③肋片管采用椭圆管或近似椭圆管，进一步强化了对流换热。换热器的传热系数可提高20～40％。

附图说明

图1为本发明提供的铜质防腐冷凝换热器的整体结构示意图。

图2a为肋片管为圆管，肋片的上、下边缘采用圆弧形的结构示意图。

图2b为肋片管为圆管，肋片的上、下边缘采用圆弧形且肋片上有导流槽道的结构示意图。

图3a为肋片管为椭圆管，肋片的上、下边缘采用圆弧形的结构示意图。

图3a为肋片管为椭圆管，肋片的上、下边缘采用圆弧形且肋片上有导流槽道的结构示意图。

图4a为肋片管为近似椭圆管，肋片的上、下边缘采用圆弧形的结构示意图。

图4b为肋片管为近似椭圆管，肋片的上、下边缘采用圆弧形且肋片上有导流槽道的结构示意图。

图5a为肋片管为圆管，肋片上边缘为梯形状多边形、下边缘凸出部为倒三角形状多边形结构示意图。

图5b为肋片管为椭圆管，肋片上边缘为梯形状多边形、下边缘凸出部为倒三角形状多边形结构示意图。

图6为肋片管为近似椭圆管，肋片上边缘为梯形状多边形、下边缘凸出部为倒三角形状多边形结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1本发明提供的铜质防腐冷凝换热器的整体结构示意图。该冷凝换热器由铜质肋片管2和设置在该肋片管上的铜质肋片1组成，以白铜或紫铜为基材，在所述的肋片管外表面和肋片表面均镀有以钼酸钠为稳定剂的非晶态镍铜磷化学复合镀层。肋片管一般采用圆管、椭圆管或近似椭圆管；肋片可以采用上、下边缘为圆弧形，或肋片的上边缘为梯形状多边形、下边缘凸出部为倒三角形状多边形，也可采用上边缘为梯形状多边形、下边缘凸出部为倒三角形状多边形的结构；对于上、下边缘为圆弧形的肋片结构，其下部还可设有凝结液导流槽道3。

本发明所提供的冷凝换热器的制造方法如下：

2)对肋片管外表面和肋片表面进行第一次化学复合镀：在常压、温度为80～90℃下镀以钼酸钠为稳定剂的非晶态镍铜磷化学复合镀膜，镀液的组分及含量为：

NISO₄·7H₂O：40～57g/L，

NaH₂PO₄·H₂O：20～30g/L

柠檬酸钠：35～45g/L

CuSO₄·5 H₂O：0.5～1.5g/L

NH₄Ac：30～40g/L

NH₄F：1～2g/L

Na₂MoO₄·2 H₂O：1～5mg/L；

所述镀液的PH值控制为7～9。

3)将镀好的肋片管和肋片胀接制成冷凝换热器，然后在与第一次化学镀相同的条件下对冷凝换热器整体进行第二次化学镀，根据对产品要求的耐腐蚀年限确定镀层厚度，再根据所需厚度确定化学镀时间，即制成带有非晶态镍铜磷化学复合层的防腐冷凝换热器(镀层厚度为20μm时，镀层的耐腐蚀年限约为5～6年；镀层厚度为40μm时，耐腐蚀年限约为10年)。

实施例1：

肋片管采用圆管，肋片的上下边缘为圆弧形结构，采用先镀后胀再镀的制造工艺，以紫铜为基材，在常压、温度为88℃下镀以钼酸钠为稳定剂的非晶态镍铜磷化学复合镀膜，镀液的组分及含量为：

NiSO₄·7H₂O：43g/L

NaH₂PO₄·H₂O：25g/L

柠檬酸钠：40g/L

CuSO₄·5 H₂O：1g/L

NH₄Ac：35g/L

NH₄F：1g/L

Na₂MoO₄·2 H₂O：1mg/L；

镀液的PH值控制为8，镀膜厚度为30μm，不仅能有效提高其耐腐蚀性能，且换热器传热系数比传统镀锡提高约38％。

实施例2

肋片管采用椭圆管，肋片的上、下边缘为圆弧形，其下部设有凝结液导流槽道，以紫铜为基材，采用先镀后胀再镀的制造工艺，在常压、温度为80℃下镀以钼酸钠为稳定剂的非晶态镍铜磷化学复合镀膜，镀液的组分及含量为：

NiSO₄·7H₂O：57g/L

NaH₂PO₄·H₂O：20g/L

柠檬酸钠：45g/L

CuSO₄·5 H₂O：0.5g/L

NH₄Ac：30g/L

NH₄F：1g/L

Na₂MoO₄·2 H₂O：1mg/L；

镀液的PH值控制为7，镀膜厚度为30μm。不仅能有效提高其耐腐蚀性能，且换热器传热系数比传统镀锡提高约40％。

实施例3：

肋片管为近似椭圆管，肋片上边缘为梯形状多边形、下边缘为倒三角形状多边形结构，以白铜为基材，采用先镀后胀再镀的制造工艺，在常压、温度为90℃下镀以钼酸钠为稳定剂的非晶态镍铜磷化学复合镀膜，镀液的组分及含量为：

NiSO₄·7H₂O：40g/L

NaH₂PO₄·H₂O：30g/L

柠檬酸钠：35g/L

CuSO₄·5 H₂O：1.5g/L

NH₄Ac：40g/L

NH₄F：2g/L

Na₂MoO₄·2 H₂O：5mg/L；

镀液的PH值控制为9，镀膜厚度为20μm。换热器传热系数约比传统镀锡提高35％。

Claims (7)

1.一种利用烟气热能的铜质防腐冷凝换热器，包括铜质肋片管(2)和设置在该肋片管上的铜质肋片(1)，其特征在于：在所述的肋片管外表面和肋片表面均镀有以钼酸钠为稳定剂的非晶态镍铜磷化学复合镀层。

2.按照权利要求1所述的利用烟气热能的铜质防腐冷凝换热器，其特征在于：所述的肋片的上、下边缘采用圆弧形或上边缘采用梯形状多边形、下边缘的凸出部采用对凝结液导流的倒三角状多边形。

3.按照权利要求2所述的利用烟气热能的铜质防腐冷凝换热器，其特征在于：所述的下边缘采用圆弧形肋片的下部设有凝结液导流槽道(3)。

4.按照权利要求1、2或3所述的利用烟气热能的铜质防腐冷凝换热器，其特征在于：所述的肋片管采用圆管、椭圆管或近似椭圆管。

5.按照权利要求1所述的利用烟气热能的铜质防腐冷凝换热器，其特征在于：所述的铜质肋片管和肋片采用白铜或紫铜为基材。

6.一种如权利要求1所述的利用烟气热能的铜质防腐冷凝换热器的制造方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：

1)以铜材为基材，分别加工制作肋片和肋片管；

2)对肋片管外表面和肋片表面进行第一次化学复合镀：在常压、温度为80～90℃下进行以钼酸钠为稳定剂的非晶态镍铜磷化学复合镀，镀液的组分及含量为：

NiSO₄·7H₂O：  40～57g/L

NaH₂PO₄·H₂O： 20～30g/L

柠檬酸钠：     35～45g/L

CuSO₄·5H₂O：  0.5～1.5g/L

NH₄Ac：        30～40g/L

NH₄F：         1～2g/L

Na₂MoO₄·2H₂O：1～5mg/L；

所述镀液的PH为7～9；

3)将镀好的肋片管和肋片胀接制成冷凝换热器，然后在与第一次化学镀相同的条件下对冷凝换热器整体进行第二次化学镀，即制成带有非晶态镍铜磷化学复合层的防腐冷凝换热器。

7.按照权利要求6所述的利用烟气热能的铜质防腐冷凝换热器的制造方法，其特征在于：步骤2)中所述的第一次化学镀是在常压、温度为88℃下进行以钼酸钠为稳定剂的非晶态镍铜磷化学复合镀，镀液的组分及含量为：

NiSO₄·7H₂O：43g/L

NaH₂PO₄·H₂O：  25g/L

柠檬酸钠：      40g/L

CuSO₄·5H₂O：   1g/L

NH₄Ac：         35g/L

NH₄F：          1g/L

Na₂MoO₄·2H₂O： 1mg/L；

所述镀液的PH为8。

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