CN107990777B - 利用大应变悬臂梁曲率驱动的自动除雾换热方法及其结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用大应变悬臂梁曲率驱动的自动除雾换热方法及其结构，特点是该方法基于大应变悬臂梁曲面板表面凝结的水珠在受到大应变悬臂梁曲面板自身曲率梯度的作用下，向大应变悬臂梁曲面板的一侧定向移动并富集，然后利用具有亲水表面的吸水导流线或者富集处所设排水管，使水珠脱离大应变悬臂梁曲面板，实现自动除雾，其采用的结构中大应变悬臂梁曲面板为向内凹陷或向外凸起，若干个大应变悬臂梁曲面板等角度环形排布形成一个环形封闭的翅片管，相邻的大应变悬臂梁曲面板之间密封连接，优点是具有换热效率高、结构简单、无需维护、无需能耗、制造方便及轻便可靠。

Description

利用大应变悬臂梁曲率驱动的自动除雾换热方法及其结构

技术领域

本发明涉及换热领域，尤其是涉及一种利用大应变悬臂梁曲率驱动的自动除雾换热方法及其结构。

背景技术

随着社会现代工业的高速发展，对于换热结构效率的要求也越来越高。同时国家正在推进生态文明的建设，绿色环保成为了工业发展的重要发现，这要求企业在保证生产效率的同时降低生产能耗。对于像炼油、化工、制药、动力以及原子能这样具有换热需求的企业，如何提换热效率的同时降低能耗便成为了其关注的重点。普通的换热结构有盘管式、套管式、列管式和翅片管式等结构，前三者一般都用水作为外界流体用以换热，这不可避免会产生废水，造成水资源浪费，翅片管式可以用空气或热蒸汽作为结构的外界流体用以换热，但热蒸汽用来加热时，长会在结构表面凝结一层水雾，形成保温层，阻挡热蒸汽中的热量向结构内部传递，造成换热效率低下，如用机械手段进行除雾，这就需要额外消耗能量。在这种情况下，亟需一种能够实现低能耗甚至无能耗自动除雾的高效换热结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有换热效率高、结构简单、无需维护以及无需能耗的利用大应变悬臂梁曲率驱动的自动除雾换热方法及其结构。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

1、一种利用大应变悬臂梁曲率驱动的自动除雾换热方法，所述方法基于大应变悬臂梁曲面板表面凝结的水珠在受到大应变悬臂梁曲面板自身曲率梯度的作用下，向大应变悬臂梁曲面板的一侧定向移动并富集，然后利用具有亲水表面的吸水导流线或者富集处所设排水管，使水珠脱离大应变悬臂梁曲面板，实现自动除雾。

上述利用大应变悬臂梁曲率驱动的自动除雾换热方法一，具体步骤如下：

（1）在翅片管换热过程中，水蒸气在向内凹陷的大应变悬臂梁曲面板上凝结成微小的水珠，在大应变悬臂梁曲面板自身曲率梯度驱动的作用下，水珠向大应变悬臂梁曲面板的高曲率一侧移动，并在高曲率一侧富集，使大应变悬臂梁曲面板一直保持干燥；

（2）然后富集的水珠当接触到成一定角度环绕大应变悬臂梁曲面板的吸水导流线时，由于大应变悬臂梁曲面板疏水，吸水导流线表面亲水，在表面润湿梯度驱动的作用下，富集的水珠脱离大应变悬臂梁曲面板移动到吸水导流线上；

（3）最后富集的水珠包裹住吸水导流线形成水膜，在运动过程中不易掉落回大应变悬臂梁曲面板，在重力的作用下向吸水导流线底部运动，并在吸水导流线底部聚集到一定程度后掉落，彻底脱离翅片管换热结构，实现自动除雾。

上述利用大应变悬臂梁曲率驱动的自动除雾换热方法二，具体步骤如下：

（1）在翅片管换热过程中，水蒸气在往外凸起的大应变悬臂梁曲面板上凝结成微小的水珠，在大应变悬臂梁曲面板自身曲率梯度驱动的作用下，水珠向大应变悬臂梁曲面板的低曲率一侧移动，并在低曲率一侧富集，使大应变悬臂梁曲面板一直保持干燥；

（2）然后富集的水珠当接触到排水管时，在微孔毛细管力的作用下，富集的水珠进入排水管中形成水层，彻底脱离翅片管换热结构，实现自动除雾。

2、一种利用大应变悬臂梁曲率驱动的自动除雾换热结构，其采用所述的利用大应变悬臂梁曲率驱动的自动除雾换热方法一实现自动除雾，所述的大应变悬臂梁曲面板为向内凹陷，若干个所述的大应变悬臂梁曲面板等角度环形排布形成一个环形封闭的翅片管，相邻的所述的大应变悬臂梁曲面板之间密封连接，所述的大应变悬臂梁曲面板的外侧按一定角度环绕有吸水导流线。防止结构内部的流体逸散到外界。

所述的大应变悬臂梁曲面板的表面涂有疏水层，所述的吸水导流线的表面涂有亲水层。大应变悬臂梁曲面板的疏水层保证液滴不易凝结，凝结后也能比较容易脱落；吸水导流线的亲水层容易将水珠从大应变悬臂梁曲面板上吸离，并使其在移动中难以掉落，保证大应变悬臂梁曲面板表面的干燥。

所述的大应变悬臂梁曲面板的两侧间距为8-10毫米，所述的翅片管的内径为16-25毫米。保证水珠能够收到足够的驱动力向大应变悬臂梁高曲率一侧移动；所述的吸水导流线的直径小于水珠的直径，保证水珠在吸水导流线上能形成包裹的水膜。

3、一种利用大应变悬臂梁曲率驱动的自动除雾换热结构，其采用所述的利用大应变悬臂梁曲率驱动的自动除雾换热方法二实现自动除雾，所述的大应变悬臂梁曲面板为向外凸出，若干个所述的大应变悬臂梁曲面板等角度环形排布形成一个环形封闭的翅片管，相邻的所述的大应变悬臂梁曲面板之间密封连接，相邻的所述的大应变悬臂梁曲面板的连接处设置有排水管，所述的排水管上且靠近所述的大应变悬臂梁曲面板的位置设置有用于吸水的微孔。

所述的大应变悬臂梁曲面板的表面涂有疏水层，所述的微孔周围涂有亲水层。保证通水阻气的作用。

所述的大应变悬臂梁曲面板的两侧间距为8-10毫米，所述的翅片管的内径为16-25毫米，所述的排水管的直径为0.8-1.2毫米，所述的微孔的孔径为 0.18-0.2毫米。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的自动除雾换热结构主要利用阿基米德大应变悬臂梁自身的曲率梯度作为除雾的驱动力，无需能耗除雾，运行成本低。

2、本发明的自动除雾换热结构不仅结构设计紧凑简单，且具有生产成本低，无需维护的特点。

3、本发明的自动除雾换热结构因水珠一产生就会被曲率梯度驱离大应变悬臂梁曲面板，保证其时刻干燥，换热效率很高。

4、本发明为独特的创新设计，从某种意义上脱离了传统的换热的管状结构及装置模型，较之于现有的多数设计的换热装置，将具有更加广泛的应用空间。

附图说明

图1为本发明实施例一自动除雾换热结构主视图；

图2为本发明实施例一自动除雾换热结构侧视图；

图3为本发明实施例一自动除雾换热结构具体尺寸示意图；

图4为本发明实施例二自动除雾换热结构主视图；

图5为本发明实施例二自动除雾换热结构具体尺寸示意图；

图中各序号所对应的标注名称如下：

大应变悬臂梁曲面板–1，吸水导流线–2，水珠–3，排水管–4，微孔–41，水层–42。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一

一种利用大应变悬臂梁曲率驱动的自动除雾换热结构，如图1和图2所示，此结构基于大应变悬臂梁曲面板1自身具有向内凹陷的曲率梯度，在这一曲率梯度的作用下，其上凝结的水珠3会产生定向移动，即在凹侧向大应变悬臂梁曲面板1高曲率一侧移动并富集，在重力作用下，利用吸水导流线2的亲水表面使其脱离换热结构，实现自动除雾。

具体的，我们将上述若干大应变悬臂梁曲面板1等角度环形排布，彼此之间密封连接，防止结构内部的流体逸散到外界，形成一个环形封闭的翅片管，在外侧成一定角度环绕上吸水导流线2。本实施例结构的自动除雾换热方法步骤具体如下：

（1）在翅片管换热过程中，在大应变悬臂梁曲面板1上凝结成微小的水珠3，在大应变悬臂梁曲面板1上曲率梯度驱动的作用下，水珠3会自发向大应变悬臂梁曲面板1的高曲率一侧移动，并在移动的过程中聚并增大，并在高曲率一侧富集，使得大应变悬臂梁曲面板1一直保持干燥；

（2）富集的水珠3当接触到成一定角度环绕的吸水导流线2时，由于大应变悬臂梁曲面板1疏水，吸水导流线2表面亲水，表面润湿梯度的作用会驱动富集的水珠3脱离大应变悬臂梁曲面板1移动到吸水导流线2上；

（4）因亲水表面，富集的水会包裹住吸水导流线2形成水膜，在运动过程中不易掉落回大应变悬臂梁曲面板1，在重力的作用下向吸水导流线2底部运动，并在吸水导流线2底部聚集到一定程度后掉落，彻底脱离换热结构，这样结构就能实现自动除雾，保持很高的换热效率。

在此具体实施例中，为保证水珠3能收到足够的驱动力向大应变悬臂梁曲面板1高曲率一侧移动，大应变悬臂梁曲面板1的两侧间距为10毫米（见图3尺寸图所示，除此实施例外也可以为8-10毫米内的任一数值），由大应变悬臂梁曲面板1围成的翅片管的内径为20毫米（见图3所示，除此实施例外也可以为16-25毫米内的任一数值）。大应变悬臂梁曲面板1可利用平面板，将其一端固定，自由端施加垂向载荷，使其产生塑性大应变得到，制造方便。大应变悬臂梁曲面板1表面涂有疏水层，保证液滴不易凝结，凝结后也能比较容易脱落。为保证水珠3在吸水导流线2上能形成包裹的水膜，吸水导流线2直径在5 毫米之内且小于水珠3的直径。吸水导流线2表面涂有亲水层，容易将水珠3从大应变悬臂梁曲面板1上吸离，并使其在移动中难以掉落，保证大应变悬臂梁曲面板1表面的干燥。

实施例二

一种利用大应变悬臂梁曲率驱动的自动除雾换热结构，如图4所示，此结构基于大应变悬臂梁曲面板1自身具有向外凸出的曲率梯度，在这一曲率梯度的作用下，其上凝结的水珠3会产生定向移动，即在凸侧向大应变悬臂梁曲面板1低曲率一侧移动并富集，在毛细管力作用下，利用富集处所设排水管4的微孔41使其脱离换热结构，实现自动除雾。

具体的，我们将上述若干大应变悬臂梁曲面板1等角度环形排布，彼此之间密封连接，防止结构内部的流体逸散到外界，形成一个环形封闭的翅片管，在相邻大应变悬臂梁曲面板1的连接处设置带微孔41的排水管4，微孔41设置在靠近大应变悬臂梁曲面板1的位置。本实施例结构的自动除雾换热方法步骤具体如下：

（1）在翅片管换热过程中，水蒸气在往外凸起的大应变悬臂梁曲面板1上凝结成微小的水珠3，在大应变悬臂梁曲面板1自身曲率梯度驱动的作用下，水珠3向大应变悬臂梁曲面板1的低曲率一侧移动，并在低曲率一侧富集，使大应变悬臂梁曲面板1一直保持干燥；

（2）然后富集的水珠3当接触到排水管4时，在微孔41毛细管力的作用下，富集的水珠3进入排水管4中形成水层42，彻底脱离翅片管换热结构，实现自动除雾。

在此具体实施例中，大应变悬臂梁曲面板1的表面涂有疏水层，微孔41周围涂有亲水层，保证通水阻气的作用。大应变悬臂梁曲面板1的两侧间距为10毫米（见图5尺寸图所示，除此实施例外，也可以为8-10毫米内的任一数值），由大应变悬臂梁曲面板1围成的翅片管的内径为20毫米（除此实施例外，也可以为16-25毫米内的任一数值），排水管4直径为1毫米（除此实施例外，也可以为0.8-1.2毫米内的任一数值），微孔41的孔径为 0.2 毫米（除此实施例外，也可以为0.18-0.2毫米内的任一数值）。

虽然上述介绍了本发明的两种不同的实施例，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节。如本发明自动除雾换热结构中大应变悬臂梁曲面板1的具体规则排列方式，吸水导流线2在除本发明实施例一中限定的等角度环绕外，其他呈规律性的环形排列的结构也应当被视为本发明的实施方式。又如，本发明还可以根据换热流体的流量大小选择环形排布的大应变悬臂梁曲面板1个数，来控制换热结构的尺寸，适应不同的换热需求。

上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (4)

1.一种利用大应变悬臂梁曲率驱动的自动除雾换热方法，其特征在于：所述方法基于大应变悬臂梁曲面板表面凝结的水珠在受到大应变悬臂梁曲面板自身曲率梯度的作用下，向大应变悬臂梁曲面板的一侧定向移动并富集，然后利用具有亲水表面的吸水导流线或者富集处所设排水管，使水珠脱离大应变悬臂梁曲面板，实现自动除雾，具体步骤如下：

(1)在翅片管换热过程中，水蒸气在向内凹陷的大应变悬臂梁曲面板上凝结成微小的水珠，在大应变悬臂梁曲面板自身曲率梯度驱动的作用下，水珠向大应变悬臂梁曲面板的高曲率一侧移动，并在高曲率一侧富集，使大应变悬臂梁曲面板一直保持干燥；

(2)然后富集的水珠当接触到成一定角度环绕大应变悬臂梁曲面板的吸水导流线时，由于大应变悬臂梁曲面板疏水，吸水导流线表面亲水，在表面润湿梯度驱动的作用下，富集的水珠脱离大应变悬臂梁曲面板移动到吸水导流线上；

(3)最后富集的水珠包裹住吸水导流线形成水膜，在运动过程中不易掉落回大应变悬臂梁曲面板，在重力的作用下向吸水导流线底部运动，并在吸水导流线底部聚集到一定程度后掉落，彻底脱离翅片管换热结构，实现自动除雾。

2.一种利用大应变悬臂梁曲率驱动的自动除雾换热结构，其采用权利要求1所述的利用大应变悬臂梁曲率驱动的自动除雾换热方法实现自动除雾，其特征在于：所述的大应变悬臂梁曲面板为向内凹陷，若干个所述的大应变悬臂梁曲面板等角度环形排布形成一个环形封闭的翅片管，相邻的所述的大应变悬臂梁曲面板之间密封连接，所述的大应变悬臂梁曲面板的外侧按一定角度环绕有吸水导流线。

3.根据权利要求2所述的一种利用大应变悬臂梁曲率驱动的自动除雾换热结构，其特征在于：所述的大应变悬臂梁曲面板的表面涂有疏水层，所述的吸水导流线的表面涂有亲水层。

4.根据权利要求3所述的一种利用大应变悬臂梁曲率驱动的自动除雾换热结构，其特征在于：所述的大应变悬臂梁曲面板的两侧间距为8-10毫米，所述的翅片管的内径为16-25毫米，所述的吸水导流线的直径小于水珠的直径。