CN102226665B - 一种提高管式间接蒸发冷却器热湿交换效率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高管式间接蒸发冷却器热湿交换效率的方法，管式间接蒸发冷却器的换热管采用金属铝箔材料，在换热管外表面涂覆TiO₂镀膜或TiO₂涂层，将换热管梅花形布置制成管式间接蒸发冷却器，在管式间接蒸发冷却器的箱体内两侧设置紫光灯，并使紫光灯光在管式间接蒸发冷却器运行前或运行中定时、间隔照射在换热管上。本发明方法改善换热管表面的亲水性能，TiO₂镀膜或TiO₂涂层表面与水接触角减少到5度下，甚至可达到0度，使水滴完全漫润在TiO₂镀膜或TiO₂涂层表面，实现管式间接蒸发冷却器换热管表面超亲水性，从而使换热管外便面形成均匀的薄的水膜，提高水在换热管上的蒸发效率，进而实现间接蒸发冷却器高效、节能、节水的效果。

Description

一种提高管式间接蒸发冷却器热湿交换效率的方法

技术领域

 本发明属于空调制冷传热传质技术领域，具体涉及一种提高管式间接蒸发冷却器热湿交换效率的方法。

背景技术

间接蒸发冷却器中一次空气和二次空气被换热元件隔开，在二次空气侧通过喷淋循环水在换热壁面形成一层水膜，二次空气和水直接接触进行热湿交换，水膜的温度维持在二次空气的湿球温度，一次空气通过换热元件、水膜将热量传递给二次空气，实现降温的目的。在此过程中二次空气侧换热壁面的亲水性是影响间接蒸发冷却器换热效率的重要因素之一。

目前间接蒸发冷却器换热壁面材料较常见的是金属铝箔，金属铝箔壁面是非亲水性表面，水在壁面的分布不均匀，容易出现干点，影响了间接蒸发冷却器的二次空气侧的热湿交换效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高管式间接蒸发冷却器热湿交换效率的方法，通过改善换热管表面的亲水性能，增强管式间接蒸发冷却器二次空气侧热湿交换效率，提高间接蒸发冷却器的温降效果。

本发明所采用的技术方案是，一种提高管式间接蒸发冷却器热湿交换效率的方法，管式间接蒸发冷却器的换热管采用金属铝箔材料，在换热管外表面涂覆TiO₂镀膜或TiO₂涂层，将换热管梅花形布置制成管式间接蒸发冷却器，在管式间接蒸发冷却器的箱体内两侧设置紫光灯，并使紫光灯光在管式间接蒸发冷却器运行前或运行中定时、间隔照射在换热管上。

本发明的特点还在于，

在换热管外表面涂覆TiO₂镀膜，具体采用以下步骤：

a.采用溶胶—凝胶法制备TiO₂溶胶

按体积比Ti（OC₄H₉）₄：EtOH：H₂O：C₆H₁₅NO₃为10：35.8：0.52：4.40，将钛酸四丁酯溶于无水乙醇得到第一种溶液，将乙醇与水混合得到第二种溶液，将两种溶液混合后，再加入三乙醇胺和SiO₂，SiO₂的加入量为上述五种物质总质量的10%~40%，磁力搅拌1h后，80℃回流陈化10h，得到透明、稳定的TiO₂溶胶；

b.对金属铝箔表面进行超声清洗处理

将换热管分别在体积比为H₂O：NH₄OH：H₂O₂=5：1：1和H₂O：HCL：H₂O₂=5：1：1的洗涤液中超声清洗30min，接着用二次去离子水超声漂洗30min，再用AR级无水乙醇超声清洗30min，然后放入烘箱中烘干备用；

c.制备TiO₂薄膜

采用浸渍提拉法、旋转涂膜法或喷射涂抹法，将步骤a制得的TiO₂溶胶涂覆在步骤b处理后的换热管金属铝箔外表面，使其均匀成膜。

在换热管外表面涂覆TiO₂涂层，具体采用以下步骤：

a.对换热管金属铝箔洗净烘干，对其表面用酸和碱液清洗进行除锈去油处理；

b. 将表面处理后的换热管金属铝箔进行热喷涂TiO₂，在金属铝箔表面涂覆一层TiO₂涂层，具体方法如下：利用火焰喷枪在燃料气体和氧气混合燃烧下，混合流道中产生负压的状态下将火焰喷枪粉斗中的TiO₂粉末喷出进入火焰，进行热熔化，将热熔化的TiO₂粉末喷射到金属铝箔表面上，熔融的液态TiO₂粉末黏结在金属铝箔表面，冷却后，TiO₂粉末固化在金属铝箔表面，在金属铝箔表面上形成致密的TiO₂粉末涂层。

本发明的创新点在于：

（1）采用化学法溶胶—凝胶法制备金属铝箔TiO₂镀膜或物理法热喷涂制备金属铝箔TiO₂粉末涂层两种管式间接蒸发冷却器换热管金属铝箔TiO₂膜的制备方法，工艺灵活，操作简单，适用于规模化生产和单体生产；

（2）采用外表面镀TiO₂膜（或喷涂TiO₂涂层）金属铝箔制成管式间接蒸发冷却器换热管，并采用紫外光间歇照射，使TiO₂镀膜或TiO₂涂层表面与水接触角减少到5度下，甚至可达到0度，使水滴完全漫润在TiO₂镀膜或TiO₂涂层表面，实现管式间接蒸发冷却器换热管表面超亲水性，提高效率，实现管式间接蒸发冷却器节能、节水的效果；

（3）光催化TiO₂镀膜或TiO₂涂层在紫外光的照射下产生强氧化分解作用，可以处理二次空气中的有害气体和污水中的有害物质等，使管式间接蒸发冷却器自身具有杀菌、消毒等功能，改善了管式间接蒸发冷却器水系统的水质。

附图说明

图1为管式间接蒸发冷却器的结构示意图；

图2为本发明方法处理后的换热管结构示意图；

图3为本发明方法采用在管式间接蒸发冷却器箱体内壁设置紫光灯的位置示意图。

图中，1.布水器，2.换热管，3.循环泵，4. TiO₂涂层，5.紫光灯。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

管式间接蒸发冷却器的基本机构如图1所示，管式间接蒸发冷却器主要由换热管2、布水器1、循环水泵3构成。换热管2的管形为光滑圆管或光滑椭圆管，布水器1在管式间接蒸发冷却器二次侧进行喷淋循环水。

本发明方法，管式间接蒸发冷却器的换热管采用金属铝箔材料，在换热管外表面涂覆TiO₂镀膜或TiO₂涂层，将换热管梅花形布置制成管式间接蒸发冷却器，在管式间接蒸发冷却器的箱体内两侧设置紫光灯，并使紫光灯光在管式间接蒸发冷却器运行前或运行中定时、间隔照射在换热管上。二次空气与换热管2壁面水膜进行热湿交换，一次空气通过换热管2壁面、水膜将热量传递给二次空气，实现降温的目的。

本发明的方法，为了强化传热传质，采用外表面TiO₂镀膜或TiO₂涂层金属铝箔制成间接蒸发冷却器换热管，并采用紫外光间歇照射，TiO₂镀膜或TiO₂涂层表面与水接触角减少到5度下，甚至可达到0度，使水滴完全漫润在TiO₂镀膜或TiO₂涂层表面，实现管式间接蒸发冷却器换热管表面超亲水性，提高管式间接蒸发冷却器效率。此外，光催化TiO₂镀膜或TiO₂涂层在紫外光的照射下产生强氧化分解作用，可以处理二次空气中的有害气体和污水中的有害物质，使管式间接蒸发冷却器自身具有杀菌、消毒的功能。

通常情况下，金属铝箔TiO₂镀膜或TiO₂涂层表面与水有较大的接触角，在未进行紫外光照射时，接触角为72±1^o，而经紫外光照射后，接触角减少到5 ^o下，甚至为0±1^o。TiO₂镀膜或TiO₂涂层表面的超亲水性是其在紫外光照射下表面结构的变化。在紫外光照射条件下，TiO₂价带电子被激发到导带，在表面生成电子空穴对，电子与Ti⁺⁴反应，空穴则与表面桥氧反应，使表面氧虚空，从而近处的Ti⁺⁴转向Ti⁺³，Ti⁺³适于游离水吸附。此时，空气中的水解离子吸附在氧空位中，成为化学吸附水（表面羟基），化学吸附水可进一步吸附空气中的水分，形成物理水吸附层，即在Ti⁺³缺陷周围形成了高度亲水的微区，而表面剩余区域仍保持疏水性，这样在TiO₂镀膜或TiO₂涂层表面构成了分布均匀的纳米尺寸分离的亲水微区，类似于二维的毛细管现象。由于水滴尺寸远远大于亲水区的面积，故宏观上TiO₂表面表现出亲水特性，滴下的水被亲水微区所吸附，从而浸润表面；停止紫外光照射，化学吸附的羟基被空气中的氧取代，重新回到疏水状态，在停止光照后，其表面超亲水性可维持一段时间，随后慢慢恢复到通常状态，再采用紫外光照，又表现为超亲水性，可采用间歇紫外光照射就可使表面始终保持超亲水状态。

本发明方法中提供了一种在换热管外表面涂覆TiO₂镀膜的方法，具体采用以下步骤：

a.采用溶胶—凝胶法制备TiO₂溶胶

按体积比Ti（OC₄H₉）₄（钛酸四丁酯）：EtOH（乙醇）：H₂O（水）：C₆H₁₅NO₃（三乙醇胺）为10：35.8：0.52：4.40，将钛酸四丁酯溶于无水乙醇得到第一种溶液，将分散剂乙醇与水混合得到第二种溶液，将两种溶液混合后，再加入缓凝剂三乙醇胺和SiO₂，SiO₂的加入量为以上五种物质总质量的10%~40%，磁力搅拌1h后，80℃回流陈化10h，得到透明、稳定的TiO₂溶胶； 

b.对金属铝箔表面进行超声清洗处理

将换热管分别在体积比为H₂O：NH₄OH：H₂O₂=5：1：1和H₂O：HCL：H₂O₂=5：1：1的洗涤液中超声清洗30min，接着用二次去离子水超声漂洗30min，再用AR级无水乙醇超声清洗30min，然后放入烘箱中烘干备用；

c.制备TiO₂薄膜

采用浸渍提拉法、旋转涂膜法或喷射涂抹法，将步骤a制得的TiO₂溶胶涂覆在步骤b处理后的换热管金属铝箔外表面，使其均匀成膜。

溶胶—凝胶方法具有纯度高、均匀性强、合成温度低、反应条件易于控制等优点，特别是制备工艺过程相对简单，无需特殊贵重的仪器。

加入乙醇作为分散剂，由于反应物钛酸丁酯粘度较大，故加入一定比例的乙醇溶液起分散作用。

加入适量亲水性的SiO₂于TiO₂中，在提高TiO₂表面亲水性的同时，还可以延长其超亲水性的持续时间，这是由于受紫外光照射后TiO₂的价带电子被激发到导带生成氧缺陷，引入的SiO₂能更好地缚住这些电子使其不容易发生耦合，因此能达到加强亲水性，延长亲水持续时间的效果。一般TiO₂表面停止光照数小时后亲水性能变差。添加SiO₂后，一个月以上接触角可维持在10^oC以下，与其他无机氧化物相比，SiO₂表面吸附的水形成与硅元素相对称的表面羟基团，因此具有最大稳定性。

加入三乙醇胺作为缓凝剂，由于反应物钛酸丁酯水解速度极快，故加入一定量的三乙醇胺作为缓凝剂延缓其水解速度，防止局部沉淀而形成团聚体。

本发明方法中提供了一种在换热管外表面涂覆TiO₂涂层的方法，具体采用以下步骤：

a. 对换热管金属铝箔洗净烘干，对其表面用酸和碱液清洗进行除锈去油处理；

b. 将表面处理后的换热管金属铝箔进行热喷涂TiO₂，在金属铝箔表面涂覆一层TiO₂涂层，具体方法如下：利用火焰喷枪在燃料气体和氧气混合燃烧下，混合流道中产生负压的状态下将火焰喷枪粉斗中的TiO₂粉末喷出进入火焰，进行热熔化，将热熔化的TiO₂粉末喷射到金属铝箔表面上，熔融的液态TiO₂粉末黏结在金属铝箔表面，冷却后，TiO₂粉末固化在金属铝箔表面，在金属铝箔表面上形成致密的TiO₂粉末涂层。

实施例1

采用金属铝箔材料，在换热管外表面涂覆TiO₂镀膜，具体采用以下步骤：

a.采用溶胶—凝胶法制备TiO₂溶胶

按体积比Ti（OC₄H₉）₄：EtOH：H₂O：C₆H₁₅NO₃为10：35.8：0.52：4.40，将钛酸四丁酯溶于无水乙醇得到第一种溶液，将乙醇与水混合得到第二种溶液，将两种溶液混合后，再加入三乙醇胺和SiO₂，SiO₂的加入量为上述五种物质总质量的10%，磁力搅拌1h后，80℃回流陈化10h，得到透明、稳定的TiO₂溶胶；

b.对金属铝箔表面进行超声清洗处理

将换热管分别在体积比为H₂O：NH₄OH：H₂O₂=5：1：1和H₂O：HCL：H₂O₂=5：1：1的洗涤液中超声清洗30min，接着用二次去离子水超声漂洗30min，再用AR级无水乙醇超声清洗30min，然后放入烘箱中烘干备用；

c.制备TiO₂薄膜

采用浸渍提拉法将步骤a制得的TiO₂溶胶涂覆在步骤b处理后的换热管金属铝箔外表面，使其均匀成膜。

实施例2

采用金属铝箔材料，在换热管外表面涂覆TiO₂镀膜，具体采用以下步骤：

a.采用溶胶—凝胶法制备TiO₂溶胶

按体积比Ti（OC₄H₉）₄：EtOH：H₂O：C₆H₁₅NO₃为10：35.8：0.52：4.40，将钛酸四丁酯溶于无水乙醇得到第一种溶液，将乙醇与水混合得到第二种溶液，将两种溶液混合后，再加入三乙醇胺和SiO₂，SiO₂的加入量为上述五种物质总质量的40%，磁力搅拌1h后，80℃回流陈化10h，得到透明、稳定的TiO₂溶胶；

b.对金属铝箔表面进行超声清洗处理

将换热管分别在体积比为H₂O：NH₄OH：H₂O₂=5：1：1和H₂O：HCL：H₂O₂=5：1：1的洗涤液中超声清洗30min，接着用二次去离子水超声漂洗30min，再用AR级无水乙醇超声清洗30min，然后放入烘箱中烘干备用；

c.制备TiO₂薄膜

采用旋转涂膜法将步骤a制得的TiO₂溶胶涂覆在步骤b处理后的换热管金属铝箔外表面，使其均匀成膜。

实施例3

采用金属铝箔材料，在换热管外表面涂覆TiO₂镀膜，具体采用以下步骤：

a.采用溶胶—凝胶法制备TiO₂溶胶

按体积比Ti（OC₄H₉）₄：EtOH：H₂O：C₆H₁₅NO₃为10：35.8：0.52：4.40，将钛酸四丁酯溶于无水乙醇得到第一种溶液，将乙醇与水混合得到第二种溶液，将两种溶液混合后，再加入三乙醇胺和SiO₂，SiO₂的加入量为上述五种物质总质量的20%，磁力搅拌1h后，80℃回流陈化10h，得到透明、稳定的TiO₂溶胶；

b.对金属铝箔表面进行超声清洗处理

将换热管分别在体积比为H₂O：NH₄OH：H₂O₂=5：1：1和H₂O：HCL：H₂O₂=5：1：1的洗涤液中超声清洗30min，接着用二次去离子水超声漂洗30min，再用AR级无水乙醇超声清洗30min，然后放入烘箱中烘干备用；

c.制备TiO₂薄膜

采用喷射涂抹法，将步骤a制得的TiO₂溶胶涂覆在步骤b处理后的换热管金属铝箔外表面，使其均匀成膜。

实施例4

采用金属铝箔材料，在换热管外表面涂覆TiO₂涂层，具体采用以下步骤：

a.对换热管金属铝箔洗净烘干，对其表面用酸和碱液清洗进行除锈去油处理；

b. 将表面处理后的换热管金属铝箔进行热喷涂TiO₂，在金属铝箔表面涂覆一层TiO₂涂层，具体方法如下：利用火焰喷枪在燃料气体和氧气混合燃烧下，混合流道中产生负压的状态下将火焰喷枪粉斗中的TiO₂粉末喷出进入火焰，进行热熔化，将热熔化的TiO₂粉末喷射到金属铝箔表面上，熔融的液态TiO₂粉末黏结在金属铝箔表面，冷却后，TiO₂粉末固化在金属铝箔表面，在金属铝箔表面上形成致密的TiO₂粉末涂层。

将上面实施例处理好的金属铝箔制备成换热管，并使涂有TiO₂膜面朝外，结构如图2所示。将换热管梅花形布置制成管式间接蒸发冷却器；在管式间接蒸发冷却器箱体内两侧设置紫光灯，在管式间接蒸发冷却器运行前或运行中定时间隔照射，安装紫光灯后的示意图如图3所示。

本发明通过对管式间接蒸发冷却器换热管金属铝箔表面进行TiO₂镀膜或涂层处理，改变换热管的表面热功能特性，并通过紫光灯间歇照射，实现换热管铝箔表面的超亲水性，从而使换热管外便面形成均匀的薄的水膜，进而提高水在换热管上的蒸发效率，实现间接蒸发冷却器高效、节能、节水的效果。

Claims (1)

1.一种提高管式间接蒸发冷却器热湿交换效率的方法，其特征是，管式间接蒸发冷却器的换热管采用金属铝箔材料，在换热管外表面涂覆TiO₂镀膜或TiO₂涂层，将换热管梅花形布置制成管式间接蒸发冷却器，在管式间接蒸发冷却器的箱体内两侧设置紫光灯，并使紫光灯光在管式间接蒸发冷却器运行前或运行中定时、间隔照射在换热管上，

所述在换热管外表面涂覆TiO₂镀膜，具体采用以下步骤：

a.采用溶胶—凝胶法制备TiO₂溶胶按体积比Ti（OC₄H₉）₄：EtOH：H₂O：C₆H₁₅NO₃为10：35.8：0.52：4.40，将钛酸四丁酯溶于无水乙醇得到第一种溶液，将乙醇与水混合得到第二种溶液，将两种溶液混合后，再加入三乙醇胺和SiO₂，SiO₂的加入量为上述五种物质总质量的10%~40%，磁力搅拌1h后，80℃回流陈化10h，得到透明、稳定的TiO₂溶胶；

b.对金属铝箔表面进行超声清洗处理

将换热管分别在体积比为H₂O：NH₄OH：H₂O₂=5：1：1和H₂O：HCL：H₂O₂=5：1：1的洗涤液中各超声清洗30min，接着用二次去离子水超声漂洗30min，再用AR级无水乙醇超声清洗30min，然后放入烘箱中烘干备用；

c.制备TiO₂薄膜

采用浸渍提拉法、旋转涂膜法或喷射涂抹法，将步骤a制得的TiO₂溶胶涂覆在步骤b处理后的换热管金属铝箔外表面，使其均匀成膜。

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