CN2937999Y - 具有改性表面改性涂层的新型换热器 - Google Patents

Abstract

一种具有改性表面改性涂层的新型换热器，包括折流板(2)、列管(3)等，在换热器上纵横交错的安装有折流板(2)、列管(3)，在列管(3)上覆有涂层，涂层包括导热底层(31)、输水面层(32)，导热底层(31)附着在列管(3)上，在导热底层(31)上覆有输水面层(32)，具有防腐、抗垢、导热疏水涂层，此涂层的管或板制成的换热器应用于混合蒸汽或腐蚀性介质的冷凝换热中，能够提高换热效率兼具防腐抗垢的功效，通过改变换热表面材料的特性，使常规的膜状冷凝变为滴状或滴膜共存的冷凝形态，减小了冷凝液热阻的同时减缓了冷凝工质对表面的腐蚀和结垢影响。

Description

具有改性表面改性涂层的新型换热器

技术领域：

本实用新型涉及强化传热与节能技术，亦即冷凝换热器冷凝表面专用的疏水导热涂层。具体的说，是一种具有改性表面改性涂层的新型换热器。

背景技术：

蒸汽冷凝传热过程在化工、制冷、发电、动力和航天热控技术等领域具有广泛的应用背景，换热设备的效率和使用寿命直接影响着生产的正常运行的经济效益。冷凝液在传热表面的凝聚形态是影响冷凝传热效率的重要因素，滴状冷凝的传热系数要远远高于膜状冷凝的传热系数，但工业实际应用中多为膜状冷凝。通常强化冷凝传热的途径有两条：增大传热面积和利用表面张力等作用来减薄冷凝液膜，常规的方法多数是通过改变冷凝表面的几何结构来实现的。Webb曾提出冷凝表面的表面张力元件，利用肋片截面的曲率半径的变化在沿肋片流动的液膜内形成压力梯度，加速液体的流动，强化传热效果。Daniel等引入表面张力梯度的概念研究由于表面张力梯度及液体自身的自聚等因素驱动液体运动或铺布，特殊的表面加工工艺制备具有表面张力梯度的固体表面，人为地实现Marangoni效应，从而能够驱动固体表面液体向易润湿的方向移动，从而强化冷凝传热。先不论这种方法强化传热的效果，就加工而言较为困难，不易对原有传热设备进行改造。另外，许多情形下蒸气冷凝形态是介于完全的膜状与滴状之间的，或可称为过渡或混合冷凝状态，实验报道具有低表面自由能的传热表面对于此类冷凝传热的强化也是有贡献的。马学虎等提出冷凝形态划分和冷凝传热强化的新思路即冷凝传热特性是随着表面自由能差的增大而增加，相应地，冷凝形态也将从开始的膜状冷凝开始、经过滴膜共存沟流型态最后转变为完好的滴状冷凝。在两个临界点之间，表面自由能差对冷凝液膜的流动特性的影响对于强化传热也同样具有重要意义。这为表面自由能较低的有机蒸气的强化冷凝传热表面的选择提供指导性依据。通过选择合适的表面涂层达到适宜的冷凝强化传热效果，从一种全新的观点来理解表面特性强化冷凝传热的机制，开发新一代表面强化技术。

对于混合蒸汽及含有不凝气的冷凝传热传质过程，受不凝气的影响，传热传质的过程由气相边界层区域所控制。边界层内的混合冷凝工质或不凝气的速度场及温度场的特性是整个冷凝传递过程的关键。在常规的膜状冷凝的研究中就有研究者指出由于液膜的波动能够促进混合蒸汽冷凝时气相侧的传热传质过程；而对低表面能的疏水表面的冷凝实验发现：由于冷凝形态为滴状，冷凝液滴的脱落运动能够对气相边界层产生扰动，从而实现强化混合蒸汽气相侧的传热传质过程。

另外，影响换热器使用寿命的主要因素换热器的结垢和腐蚀问题，现有换热器的使用材质通常是碳钢和铜等金属，在特殊的腐蚀性工质冷凝环境下其使用寿命较短，而解决的方法一种是采用钛等贵金属；另一种是涂防腐涂料。

发明内容：

本实用新型的目的在于提供一种具有改性表面改性涂层的新型换热器，它针对目前冷凝换热器技术上存在的缺点，对换热器表面进行改性，提供一种防腐、抗垢、导热的疏水涂层，具有此涂层的管或板制成的换热器应用于混合蒸汽或腐蚀性介质的冷凝换热中，能够提高换热效率兼具防腐抗垢的功效。本实用新型通过改变换热表面材料的特性，使常规的膜状冷凝变为滴状或滴膜共存的冷凝形态，减小了冷凝液热阻的同时减缓了冷凝工质对表面的腐蚀和结垢影响。

本实用新型是这样实现的：包括为蒸汽入口、折流板、列管、冷却水出口4、蒸汽出口、冷却水入口，该装置的顶部设有冷却水入口，该装置的底部设有冷却水出口，该装置的两侧分别设有蒸汽入口、蒸汽出口，在换热器上纵横交错的安装有折流板、列管，在列管上覆有涂层，涂层包括导热底层、疏水面层，导热底层附着在列管上，在导热底层上覆有疏水面层。

本实用新型还采用如下技术方案：

导热底层的厚度在2～5μm之间。

疏水面层的厚度在1～3μm之间。

折流板的个数≥1，且折流板板间距控制在0.5～0.8m范围内。

本实用新型的优点在于：

底层为超细导热良好的金属微粒，改善了涂层与金属之间的热膨胀系数的差异，起到过渡层作用，在提高涂层的导热性同时改善了涂层与基体的附着力。

由于纳米颗粒的均匀分散使底层更致密，提高了防腐和耐水渗透能力，提高了涂层的使用寿命。

由于面层中的主要成膜物为氟树脂，使表面能明显降低，减缓了污垢的沉积和腐蚀作用。

涂层中的金属颗粒使涂层的附加热阻降低，改善了传热效果。

尽管涂层的附加热阻随涂层厚度的加大而增加，但随设备运行时间的加长，其表现的综合效应明显好于没经表面改性处理的换热器。

冷凝形态为滴状或滴膜共存，降低了冷凝液的热阻，明显提高了冷凝侧的传热系数。尤其在含不凝气的混合蒸汽冷凝时，由于液滴的脱落和冲刷运动使气相边界层减薄，促进了传热传质过程。

附图说明：

附图1为本实用新型的结构示意图；

附图2为本实用新型列管3涂层的结构示意图。

具体实施方式：

如附图1所示，包括为蒸汽入口1、折流板2、列管3、冷却水出口4、蒸汽出口5、冷却水入口6，该装置的顶部设有冷却水入口6，该装置的底部设有冷却水出口4，该装置的两侧分别设有蒸汽入口1、蒸汽出口5，在换热器上纵横交错的安装有折流板2、列管3，表面改性的换热器内折流板2安装如图1所示，板间距控制在0.5～0.8m范围内。

如附图2所示，在列管3上覆有涂层，涂层包括导热底层31、疏水面层32，导热底层31附着在列管3上，在导热底层31上覆有疏水面层32。导热底层31的厚度在2～5μm之间。疏水面层32的厚度在1～3μm之间。涂层的涂覆可采用喷涂或磁控溅射等方法。冷凝换热管或板的材质可为铜、铁等，形状为圆管、扁管翅片管等。

Claims (4)

1、具有改性表面改性涂层的新型换热器，包括：蒸汽入口(1)、折流板(2)、列管(3)、冷却水出口(4)、蒸汽出口(5)、冷却水入口(6)，该装置的顶部设有冷却水入口(6)，该装置的底部设有冷却水出口(4)，该装置的两侧分别设有蒸汽入口(1)、蒸汽出口(5)，在换热器上纵横交错的安装有折流板(2)、列管(3)，其特征在于：在列管(3)上覆有涂层，涂层包括导热底层(31)、疏水面层(32)，导热底层(31)附着在列管(3)上，在导热底层(31)上覆有疏水面层(32)。

2、根据权利要求1所述的具有改性表面改性涂层的新型换热器，其特征在于：导热底层(31)的厚度在2～5μm之间。

3、根据权利要求1所述的具有改性表面改性涂层的新型换热器，其特征在于：疏水面层(32)的厚度在1～3μm之间。

4、根据权利要求1所述的具有改性表面改性涂层的新型换热器，其特征在于：折流板(2)的个数≥ 1，且折流板(2)板间距控制在0.5～0.8m范围内。

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