CN111895685A - 一种换热管及干式蒸发器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种换热管及干式蒸发器，所述换热管包括：管本体，内腔装设有制冷剂，具有制冷剂入口端和制冷剂出口端；管壁疏水涂层，涂覆于管本体的外壁表面；管壁疏油涂层，涂覆于管本体的内壁表面。所述干式蒸发器包括：壳体，具有冷水进水口和冷水出水口；多个如上所述的换热管，装设于壳体内部，且换热管的制冷剂入口端和制冷剂出口端从壳体内部探出于壳体表面；至少一个导流板，装设于壳体的顶壁或底壁，控制壳体内冷水的流速和流动方向。本发明于换热管内壁表面形成疏油涂层，外壁表面形成疏水涂层，使得换热管壁面换热系数不减小，并减少润滑油和污物在换热管内外壁的附着，减少蒸发器使用过程中的清洗次数。
Description
技术领域
本发明属于机械工程技术领域，特别是涉及换热技术领域，具体为一种换热管及干式蒸发器。
背景技术
干式蒸发器是液体制冷剂经节流后从蒸发器一端的端盖进入管程，端盖上铸有隔板，制冷剂经过两个或多个流程蒸发并吸收载冷剂的热量后从同一个端盖出来后进入压缩机。制冷剂在管内完全蒸发并过热成为过热气体。通常使用的制冷剂有R22、R134a、R407c、R410a等。因为制冷剂蒸汽在压缩机内压缩过程中，少量压缩机活塞润滑油会进入制冷剂中，制冷剂液体掺混有少量的润滑油。这部分润滑油可能附着在换热管内壁，影响蒸发器的换热性能。干式蒸发器的制冷剂在管内流动，水在管簇外流动。长期运行之后，蒸发器换热管外壁面被水中的污垢附着，因此制冷剂蒸发器需要每隔一定时间进行清洗，冲刷干净换热器外壁面的污垢，减少换热器的换热热阻。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种换热管及干式蒸发器，用于解决现有技术中蒸发器的换热管容易附着污染物的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明的实施例提供一种换热管，包括：管本体，内腔装设有制冷剂，具有制冷剂入口端和制冷剂出口端；管壁疏水涂层，涂覆于所述管本体的外壁表面；管壁疏油涂层，涂覆于所述管本体的内壁表面。
于本发明的一实施例中，所述换热管还包括：多个翅片，装设于所述管本体的的外壁表面；所述翅片外表面涂覆有翅片疏水涂层。
于本发明的一实施例中，所述翅片为环绕所述管本体的的外壁表面的圆环状翅片。
于本发明的一实施例中，所述翅片外表面涂覆有翅片疏水涂层。
于本发明的一实施例中，所述管壁疏水涂层和所述翅片疏水涂层为金属纳米疏水涂层。
于本发明的一实施例中，所述管壁疏油涂层为微纳复合结构膜。
于本发明的一实施例中，所述管本体外壁为螺纹状。
于本发明的一实施例中，所述管本体为U型管。
本发明的实施例还提供一种干式蒸发器，包括：壳体，具有冷水进水口和冷水出水口；多个如上所述的换热管，装设于所述壳体内部，且所述换热管的制冷剂入口端和制冷剂出口端从壳体内部探出于所述壳体表面；至少一个导流板，装设于所述壳体的顶壁或底壁，控制所述壳体内冷水的流速和流动方向。
于本发明的一实施例中，所述壳体内翅片的总面积不小于所述换热管外壁总面积的30％。
于本发明的一实施例中，所述导流板包括第一导流板和第二导流板；所述第一导流板装设于所述壳体的顶壁且位于所述冷水进水口的左侧，所述第二导流板装设于所述壳体的底壁且位于所述冷水进水口的右侧。
如上所述，本发明的一种换热管及干式蒸发器，具有以下有益效果：
本发明根据换热管内外壁面的换热状况差异，于换热管内壁表面形成疏油涂层，外壁表面形成疏水涂层，使得换热管壁面换热系数不减小，并减少润滑油和污物在换热管内外壁的附着，减少蒸发器使用过程中的清洗次数。
附图说明
图1显示为本发明的换热管的原理结构示意图。
图2显示为本发明的中换热管的剖面结构示意图。
图3显示为本发明的中换热管带翅片的结构示意图。
图4显示为本发明的中干式蒸发器的原理结构示意图。
元件标号说明
100 干式蒸发器
110 换热管
111 管壁疏水涂层
112 管壁疏油涂层
113 翅片
114 制冷剂入口端
115 制冷剂出口端
120 壳体
121 冷水进水口
122 冷水出水口
131 第一导流板
132 第二导流板
200 制冷剂
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本实施例的目的在于提供一种换热管及干式蒸发器，用于解决现有技术中蒸发器的换热管容易附着污染物的问题。
以下将详细阐述本实施例的一种换热管及干式蒸发器的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本发明的一种换热管及干式蒸发器。
实施例1
如图1至2所示，本实施例本提供一种换热管110，所述换热管110包括：管本体，管壁疏水涂层111和管壁疏油涂层112、
所述管本体内腔装设有制冷剂200，具有制冷剂入口端114和制冷剂出口端115；所述管壁疏水涂层111涂覆于所述管本体的外壁表面；所述管壁疏油涂层112涂覆于所述管本体的内壁表面。
以下对本实施例的换热管110进行详细说明。
于本实施例中，所述管本体内腔装设有制冷剂200，具有制冷剂入口端114和制冷剂出口端115。
其中，所述管本体材质是钢、铝或者其他合金。
换热管110内的液态制冷剂200吸热沸腾变化为制冷剂蒸汽，换热管110外部冷水从12℃降低到6℃左右，是水和换热管110外壁面的对流换热。
具体地，于本实施例中，所述管本体为U型管。制冷剂200经所述制冷剂入口端114进入管本体的内腔，经过两个或多个流程蒸发并吸收热量后从制冷剂出口端115出来，进入压缩机。制冷剂200在所述管本体内完全蒸发并过热成为过热气体。通常使用的制冷剂200有R22、R134a、R407c、R410a等。因为制冷剂200蒸汽在压缩机内压缩过程中，少量压缩机活塞润滑油会进入制冷剂200中，制冷剂200液体掺混有少量的润滑油。这部分润滑油可能附着在换热管110内壁，影响蒸发器的换热性能。干式蒸发器100的制冷剂200在管内流动，水在管簇外流动。长期运行之后，蒸发器换热管110外壁面被水中的污垢附着，因此制冷剂200蒸发器需要每隔一定时间进行清洗，冲刷干净换热器外壁面的污垢，减少换热器的换热热阻。
于本实施例中，如图2所示，所述管壁疏水涂层111涂覆于所述管本体的外壁表面。
换热管110外部水与换热管110外壁的换热是无相变过程的对流换热，所述管壁疏水涂层111形成的疏水表面减少了对流换热系数，不利于换热，但是疏水表面减少了污垢附着，可以保证换热管110外壁与水之间的对流换热系数长时间保持在设计状态点。
具体地，于本实施例中，换热管110外壁涂覆疏水涂层(金属纳米疏水涂层)、镀膜或表面粗糙度特性处理，形成超疏水表面(水滴接触角大于150度，滚动角小于10度)。
优选地，所述管壁疏水涂层111为金属纳米疏水涂层。超疏水材料具有特殊的润湿性，使水滴在固体表面呈球状，接触角大于150度，滚动角小于10度。材料表面能较低水滴与材料之间会形成一层空气膜，阻碍水对材料表面的润湿，从而形成超疏水状态。由于水滴在超疏水材料表面滚落时可带走污染物，使材料表面保持清洁，极大的减少表面的污物附着。
换热管110外壁涂覆疏水涂层(金属纳米疏水涂层)，减少换热管110外壁面的污垢附着，同时减少蒸发器内水流动阻力，在不增加水流动阻力的同时保持设计换热系数不变，换热器外壁污垢附着减少，提升日常运行过程中的换热系数。
于本实施例中，所述换热管110还包括：多个翅片113，装设于所述管本体的的外壁表面。
其中，所述换热管110上翅片113的数量根据换热管110长度和换热需求进行设定。
例如，翅片113的总面积不小于所述换热管110外壁总面积的30％。
由于超疏水涂层减少设计换热系数15％左右，本实施例中，在换热管110外壁增加换热翅片113，以增加换热面积30％左右。
所述翅片113为平板状、圆环状等。具体地，如图3所示，于本实施例中，所述翅片113优选为环绕所述管本体的的外壁表面的圆环状翅片113。
于本实施例中，所述翅片113外表面涂覆有翅片113疏水涂层。
也就是说，于本实施例中，所述翅片113外表面也涂覆疏水涂层(金属纳米疏水涂层)、镀膜或表面粗糙度特性处理，形成超疏水表面(水滴接触角大于150度，滚动角小于10度)。
优选地，于本实施例中，所述翅片113疏水涂层为金属纳米疏水涂层。
超疏水材料具有特殊的润湿性，使水滴在固体表面呈球状，接触角大于150度，滚动角小于10度。材料表面能较低水滴与材料之间会形成一层空气膜，阻碍水对材料表面的润湿，从而形成超疏水状态。由于水滴在超疏水材料表面滚落时可带走污染物，使材料表面保持清洁，极大的减少表面的污物附着。
此外，本实施例中，所述管本体的外壁为螺纹状。也就是说，于本实施例中，也可以将所述管本体的外壁设置为螺纹状表面，以增加换热管110的外壁换热面积。
本实施例中，换热管110通过外壁面增加翅片113或者螺纹增加换热管110外壁面换热面积，使外壁面应用超疏水涂层时，整个换热管110总体平均换热系数不变化且流动阻力不增加或略微增加。使换热器长期运行使用时流动阻力不增加，换热系数不减小。
于本实施例中，所述管壁疏油涂层112涂覆于所述管本体的内壁表面。
因为制冷剂200蒸汽在压缩机内压缩过程中，少量压缩机活塞润滑油会进入制冷剂200中，制冷剂200液体掺混有少量的润滑油，所述管壁疏油涂层112可以减少油污附着在所述换热管110内壁。
在工作状态时，换热管110内部的制冷剂200沸腾换热较为剧烈，一般处于核态沸腾状态，且混有少量的润滑油，减少制冷剂200和油污的附着力有助于促进沸腾换热，并减少润滑油在换热管110内壁的附着，增加制冷剂200与换热管110内壁间的换热系数。
换热管110内壁通过涂覆疏油涂层、镀膜或粗糙度特性改变，形成超疏油表面，内壁减少制冷剂200中少量润滑油的附着，使内壁换热系数在使用过程中不减小。
具体地，于本实施例中，所述管壁疏油涂层112为微纳复合结构膜。所述管壁疏油涂层112例如为由短直氟链表面活性剂与极性亲水基团组成的微纳复合结构膜。
本实施例根据换热管110内外壁面的换热状况差异，提出组合应用疏水和疏油表面分别涂覆于外壁和内壁，可以使蒸发器在长期使用中一直保持在设计状态点，壁面换热系数不减小，并减少润滑油和污物在换热管110内外壁的附着，减少蒸发器使用过程中的清洗次数。
实施例2
如图4所示，本实施例提供一种干式蒸发器100，干式蒸发器100属于管壳式换热器，壳管式换热器又称为列管式换热器，是最典型的间壁式换热器。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。
具体地，如图4所示，所述干式蒸发器100包括：壳体120，具有冷水进水口121和冷水出水口122；多个如实施例1所述的换热管110，装设于所述壳体120内部，且所述换热管110的制冷剂200入口端114和制冷剂200出口端115从壳体120内部探出于所述壳体120表面；至少一个导流板，装设于所述壳体120的顶壁或底壁，控制所述壳体120内冷水的流速和流动方向。
以下对本实施例的干式蒸发器100进行详细说明。
如图4所示，于本实施例中，多根换热管110并列排列形成管束。所需换热管110的数量和长度根据干式蒸发器100的大小进行确定。例如，图4中，所述换热管110数量为三根，均匀布设于所述干式蒸发器100的壳体120内。
于本实施例中，所述壳体120内翅片113的总面积不小于所述换热管110外壁总面积的30％。由于超疏水涂层减少设计换热系数15％左右，本实施例中，在换热管110外壁增加换热翅片113，以增加换热面积30％左右。
所述壳体120内进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动(制冷剂200)，称为管程流体；另一种在管外流动(冷水)，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体120内安装若干导流板(也称为挡板)。导流板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。
于本实施例中，所述导流板的数量和位置根据实际需求进行配置，例如，如图4所示，于本实施例中，所述导流板包括第一导流板131和第二导流板132；所述第一导流板131装设于所述壳体120的顶壁且位于所述冷水进水口121的左侧，所述第二导流板132装设于所述壳体120的底壁且位于所述冷水进水口121的右侧。
综上所述，本发明根据换热管内外壁面的换热状况差异，于换热管内壁表面形成疏油涂层，外壁表面形成疏水涂层，使得换热管壁面换热系数不减小，并减少润滑油和污物在换热管内外壁的附着，减少蒸发器使用过程中的清洗次数。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种换热管，其特征在于：包括：
管本体，内腔装设有制冷剂，具有制冷剂入口端和制冷剂出口端；
管壁疏水涂层，涂覆于所述管本体的外壁表面；
管壁疏油涂层，涂覆于所述管本体的内壁表面。
2.根据权利要求1所述的换热管，其特征在于：所述换热管还包括：
多个翅片，装设于所述管本体的的外壁表面；所述翅片外表面涂覆有翅片疏水涂层。
3.根据权利要求2所述的换热管，其特征在于：所述翅片为环绕所述管本体的的外壁表面的圆环状翅片。
4.根据权利要求2述的换热管，其特征在于：所述管壁疏水涂层和所述翅片疏水涂层为金属纳米疏水涂层。
5.根据权利要求1述的换热管，其特征在于：所述管壁疏油涂层为微纳复合结构膜。
6.根据权利要求1述的换热管，其特征在于：所述管本体外壁为螺纹状。
7.根据权利要求1述的换热管，其特征在于：所述管本体为U型管。
8.一种干式蒸发器，其特征在于：包括：
壳体，具有冷水进水口和冷水出水口；
多个如权利要求2至权利要求7任一权利要求所述的换热管，装设于所述壳体内部，且所述换热管的制冷剂入口端和制冷剂出口端从壳体内部探出于所述壳体表面；
至少一个导流板，装设于所述壳体的顶壁或底壁，控制所述壳体内冷水的流速和流动方向。
9.根据权利要求8所述的干式蒸发器，其特征在于：所述壳体内翅片的总面积不小于所述换热管外壁总面积的30％。
10.根据权利要求8所述的干式蒸发器，其特征在于：所述导流板包括第一导流板和第二导流板；所述第一导流板装设于所述壳体的顶壁且位于所述冷水进水口的左侧，所述第二导流板装设于所述壳体的底壁且位于所述冷水进水口的右侧。
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