CN108981441A - 基于亲疏水表面组合的变节距螺旋纽带强化换热管 - Google Patents

Abstract

基于亲疏水表面组合的变节距螺旋纽带强化换热管。在如今的换热管的表面改性中，往往只是对换热管表面进行不同形状的探索，很少考虑将其与疏水或亲水材料组合使用。本发明组成包括换热管（1），所述的换热管外表面缠绕有金属制成的螺旋纽带（2），所述的螺旋纽带的螺距是变化的，从换热管的进气侧至出气侧，螺旋纽带的螺距由小变大；所述的换热管外表面附有超疏水材料，螺旋纽带的外表面附有亲水材料。本发明应用于乏汽余热的高效回收。

Description

基于亲疏水表面组合的变节距螺旋纽带强化换热管

技术领域：

本发明涉及一种基于亲疏水表面组合的变节距螺旋纽带强化换热管。

背景技术：

在乏汽余热回收过程中，汽化潜热的回收十分重要。但水蒸气冷凝时，在换热表面形成的液膜会阻碍传热，降低换热效果。目前热门采用的形式如槽型竖壁结构，液滴通过表面向槽内聚集，最终受重力作用流下；以及花瓣形的翅片结构，通过翅片表面的一定弧度，从而利用冷凝液的表面张力作用，使冷凝液从翅顶流向翅根，来实现液膜厚度的降低。但以往的这些形式，只是一定程度优化，并没有从根本上解决液膜形成带来的问题，反而使换热管表面的结构十分复杂，增加了加工和制造的成本。

在如今的换热管的表面改性中，往往只是对换热管表面进行不同形状的探索，很少考虑将其与疏水或亲水材料组合使用。在通入乏汽的过程中，换热管表面往往会产生传热效率较低的膜状凝结，而且随着蒸汽通入量的增加，水膜会逐渐加厚，导致传热效率大大降低。目前换热器大多是通过改变表面形状从而进行换热效果的增强，所以如今使用的换热器往往以下缺点:

(1)在保证原有换热管结构参数不变的情况下，只有通过在部分壁面进行加厚，才可以实现壁面传热面积的增加，但是在乏汽经过换热表面后，乏汽中可凝性气体的含量逐渐降低，加厚的壁面相当于增大了不凝性气体对流传热时的热阻，最终会导致换热器表面凝结换热的效果越来越差。

（2）在乏汽不断通入的过程中，换热层表面会出现越来越厚的水膜，结果无法排走，就会导致换热系数不断下降，最终使传热效率不断降低。

（3）普通换热器的表面从未考虑过进行疏水或亲水的改性。

发明内容：

一种基于亲疏水表面组合的变节距螺旋纽带强化换热管，其组成包括：换热管，所述的换热管外表面缠绕有金属制成的螺旋纽带，所述的螺旋纽带的螺距是变化的，从换热管的进气侧至出气侧，螺旋纽带的螺距由小变大；所述的换热管外表面附有超疏水材料，螺旋纽带的外表面附有亲水材料。

所述的基于亲疏水表面组合的变节距螺旋纽带强化换热管，所述的螺旋纽带紧密贴合在所述的换热管外表面，所述的螺旋纽带的表面具有一组凸起，所述的凸起是三棱柱型。

上述基于亲疏水表面组合的变节距螺旋纽带强化换热管的换热方法，根据乏汽的水蒸气含量不同，在水蒸气含量高的换热管区位，螺旋纽带的螺距小，螺旋纽带的螺纹数目大，在水蒸气含量低的换热管区位，螺旋纽带的螺距大，螺旋纽带的螺纹数目小；

在换热管的乏汽通入端，乏汽中水蒸气含量高，由于在螺旋纽带表面涂有亲水材料，水蒸气在螺旋纽带表面凝结成水滴，并被螺旋纽带引流导走，从而在初始段水蒸气含量高的情况加强凝结换热；换热管上涂有超疏水材料，使得水蒸气在换热管表面进行的是滴状凝结，而超疏水材料本身的滚动角较小，在重力及亲水材料的影响下，使凝结的液滴逐渐向亲水端的螺旋纽带靠拢，最终被螺旋纽带捕获，并沿着螺旋线的方向，逐渐下流；

随着乏汽中水蒸气含量下降，螺距值逐渐增加，换热管表面的螺纹数目越来越稀疏，使得换热管外表面大面积与乏汽直接接触，从而在其他不易发生气体凝结的情况下，加强对流换热。

所述的基于亲疏水表面组合的变节距螺旋纽带强化换热管的换热方法，螺旋纽带表面的凸起降低了亲水材料表面的水膜厚度，从而提高换热系数，强化换热的效果。

本发明的有益效果：

本发明将超疏水材料与亲水材料和不等距的翅片相结合，通过超疏水材料，亲水材料自身性质实现液滴的滚落及凝结的加强，通过不等距的螺旋纽带，在初始通入端，乏汽中水蒸气含量高的地方，减小螺距，增加单位高度内螺纹的数目，由于在螺纹表面涂有亲水材料，可以在初始段水蒸气含量高的情况加强凝结换热，而随着乏汽中水蒸气含量下降，螺距值逐渐增加。换热管表面的螺纹数目越来越稀疏，使得换热表面大面积与乏汽直接接触，从而在其他不易凝结的气体含量升高的情况下，加强对流换热，在整个过程中提升换热性能。由于螺旋纽带呈螺旋线，在换热管表面冷凝的水滴可以通过表面的螺线柱引流导走，减少水膜厚度，替高换热系数，从而起到强化换热的效果。

本发明提出了一种全新的换热方法，本换热管通过亲水和超疏水材料的组合使用，换热管外采用不等距螺旋翅片，可以同时强化冷凝换热和气固换热，从而实现乏汽余热的高效回收。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。图中，1为换热管，2为螺旋纽带。

具体实施方式：

实施例1：

一种基于亲疏水表面组合的变节距螺旋纽带强化换热管，其组成包括：换热管，所述的换热管外表面缠绕有金属制成的螺旋纽带，所述的螺旋纽带的螺距是变化的，从换热管的进气侧至出气侧，螺旋纽带的螺距由小变大；所述的换热管外表面附有超疏水材料，螺旋纽带的外表面附有亲水材料。

实施例2：

根据实施例1所述的基于亲疏水表面组合的变节距螺旋纽带强化换热管，所述的螺旋纽带紧密贴合在所述的换热管外表面，所述的螺旋纽带的表面具有一组凸起，所述的凸起是三棱柱型。

实施例3：

上述基于亲疏水表面组合的变节距螺旋纽带强化换热管的换热方法，根据乏汽的水蒸气含量不同，在水蒸气含量高的换热管区位，螺旋纽带的螺距小，螺旋纽带的螺纹数目大，在水蒸气含量低的换热管区位，螺旋纽带的螺距大，螺旋纽带的螺纹数目小；

在换热管的乏汽通入端，乏汽中水蒸气含量高，由于在螺旋纽带表面涂有亲水材料，水蒸气在螺旋纽带表面凝结成水滴，并被螺旋纽带引流导走，从而在初始段水蒸气含量高的情况加强凝结换热；换热管上涂有超疏水材料，使得水蒸气在换热管表面进行的是滴状凝结，而超疏水材料本身的滚动角较小，在重力及亲水材料的影响下，使凝结的液滴逐渐向亲水端的螺旋纽带靠拢，最终被螺旋纽带捕获，并沿着螺旋线的方向，逐渐下流；

随着乏汽中水蒸气含量下降，螺距值逐渐增加，换热管表面的螺纹数目越来越稀疏，使得换热管外表面大面积与乏汽直接接触，从而在其他不易发生气体凝结的情况下，加强对流换热。

实施例4：

根据实施例3所述的基于亲疏水表面组合的变节距螺旋纽带强化换热管的换热方法，螺旋纽带表面的凸起降低了亲水材料表面的水膜厚度，从而提高换热系数，强化换热的效果。

实施例5：

根据上述实施例所述的基于亲疏水表面组合的变节距螺旋纽带强化换热管，通过超疏水材料与亲水材料的组合使用，和不等距螺线型的设计，在很大程度上解决了背景技术中指出的问题。不等距螺纹保证了随着乏汽中水蒸气含量的下降，气体与换热表面直接接触的传热面积增加，提升了作为主体换热部分的对流换热，而乏汽通入的初始阶段，水蒸气含量高，螺纹密，由于螺纹表面涂有亲水性材料可以很大程度上的吸收作为主体换热部分的汽化潜热，这也就保证了该装置在整个乏汽的流动过程中，始终更倾向于换热主体部分热量的收集，强化传热效果。

内部的换热管上涂有超疏水材料，这就保证了水滴在表面进行的是滴状凝结，而超疏水材料本身的滚动角较小，在重力极亲水材料的影响下，可以使液滴逐渐向亲水端的螺纹柱靠拢，最终被螺纹柱所捕获，并沿着螺旋线的方向，逐渐下流，使整个换热表面的水膜厚度始终保持在较低的水准。从而强化换热效率。

本发明将超疏水材料与亲水材料和不等距的翅片相结合，通过超疏水材料，亲水材料自身性质实现液滴的滚落及凝结的加强，通过不等距的螺旋纽带，在初始通入端，乏汽中水蒸气含量高的地方，减小螺距，增加单位高度内螺纹的数目，由于在螺纹表面涂有亲水材料，可以在初始段水蒸气含量高的情况加强凝结换热，而随着乏汽中水蒸气含量下降，螺距值逐渐增加。换热管表面的螺纹数目越来越稀疏，使得换热表面大面积与乏汽直接接触，从而在其他不易凝结的气体含量升高的情况下，加强对流换热，在整个过程中提升换热性能。

由于螺旋纽带呈螺旋线，在换热管表面冷凝的水滴可以通过表面的螺线柱引流导走，减少水膜厚度，替高换热系数，从而起到强化换热的效果。

换热管包括圆柱形空心筒，螺旋实心管，以及三棱柱型的凸起若干，采用换热性较好的金属，可以使用铝或者铜进行加工，圆柱形的空心筒与螺旋实心管是紧密贴合的关系，凸起垂直于螺旋纽带的表面，起到增大换热面积的作用。螺旋管间的螺距沿换热管向下逐渐增加。

Claims (4)

1.一种基于亲疏水表面组合的变节距螺旋纽带强化换热管，其组成包括：换热管，其特征是：所述的换热管外表面缠绕有金属制成的螺旋纽带，所述的螺旋纽带的螺距是变化的，从换热管的进气侧至出气侧，螺旋纽带的螺距由小变大；所述的换热管外表面附有超疏水材料，螺旋纽带的外表面附有亲水材料。

2.根据权利要求1所述的基于亲疏水表面组合的变节距螺旋纽带强化换热管，其特征是：所述的螺旋纽带紧密贴合在所述的换热管外表面，所述的螺旋纽带的表面具有一组凸起，所述的凸起是三棱柱型。

3.一种权利要求1或2所述的基于亲疏水表面组合的变节距螺旋纽带强化换热管的换热方法，其特征是：根据乏汽的水蒸气含量不同，在水蒸气含量高的换热管区位，螺旋纽带的螺距小，螺旋纽带的螺纹数目大，在水蒸气含量低的换热管区位，螺旋纽带的螺距大，螺旋纽带的螺纹数目小；

在换热管的乏汽通入端，乏汽中水蒸气含量高，由于在螺旋纽带表面涂有亲水材料，水蒸气在螺旋纽带表面凝结成水滴，并被螺旋纽带引流导走，从而在初始段水蒸气含量高的情况加强凝结换热；换热管上涂有超疏水材料，使得水蒸气在换热管表面进行的是滴状凝结，而超疏水材料本身的滚动角较小，在重力及亲水材料的影响下，使凝结的液滴逐渐向亲水端的螺旋纽带靠拢，最终被螺旋纽带捕获，并沿着螺旋线的方向，逐渐下流；

随着乏汽中水蒸气含量下降，螺距值逐渐增加，换热管表面的螺纹数目越来越稀疏，使得换热管外表面大面积与乏汽直接接触，从而在其他不易发生气体凝结的情况下，加强对流换热。

4.根据权利要求3所述的基于亲疏水表面组合的变节距螺旋纽带强化换热管的换热方法，其特征是：螺旋纽带表面的凸起降低了亲水材料表面的水膜厚度，从而提高换热系数，强化换热的效果。