一种实现换热表面稳定滴状冷凝的方法及高效换热器技术

本发明专利技术公开了一种实现换热表面稳定滴状冷凝的方法，包括：金属换热表面进行预处理；配制基础胶料，基础胶料包括如下重量份的原料：端羟基聚二甲基硅氧烷100份、纳米二氧化硅5‑30份、交联剂或偶联剂10‑50份、催化剂0.1‑0.5份、功能添加剂2‑10份；将基础胶料分散于分散介质中，配成端羟基聚二甲基硅氧烷质量分数为2.5％‑25％的涂层材料；将涂层材料喷涂到金属换热表面上形成单组分室温硫化硅橡胶体系涂层。本发明专利技术在金属换热表面构建极薄的硅橡胶体系涂层，从而在换热表面实现稳定、持久的滴状冷凝，采用本发明专利技术方法处理高效换热器的换热表面，适用于含不凝气蒸汽冷凝传热过程，并改善该过程的冷凝和传热效率。

A method of stable dropwise condensation on the surface of heat exchanger and its high efficiency heat exchanger

【技术实现步骤摘要】
一种实现换热表面稳定滴状冷凝的方法及高效换热器
本专利技术属于含不凝气蒸汽冷凝高效换热器设备领域，涉及一种实现换热表面稳定持久滴状冷凝的方法及采用该方法制得的换热器。
技术介绍
膜状冷凝和滴状冷凝是蒸汽在固体壁面上冷凝的两种基本形式，研究证明滴状冷凝的传热学优越性，其冷凝传热系数是膜状冷凝的几倍乃至几十倍。尤其是含有不凝气的场合，由于少量不凝气的存在就能够显著降低蒸汽侧的冷凝传热系数，此时再增强冷凝侧的传热系数能够明显的改善总体传热系数。至今，滴状冷凝高效换热器还没有较为成熟的工业化应用，主要原因为没有找到在工业生产条件下能够维持长久、稳定的滴状冷凝表面材料及处理技术。传统方法所构建的疏水或超疏水低表面能表面，物系均存在使用耐久性差的特点，且实现超疏水的微纳米表面的强度也无法满足应用需求；部分表现较好的表面处理方式如等离子喷涂、表面贵金属镀层、光刻等又伴随着操作成本的显著增加。目前，滴状冷凝研究所针对的金属基材大多以制冷领域应用较多的铜为主，而不是工业传热过程设备中应用最广泛的几种金属材料(碳钢、不锈钢、钛材等等)。随着能源日趋紧张以及工业节能减排要求，业界对高性能冷凝器的需求也越来越强。实现持久稳定的滴状冷凝不仅有助于节省系统运行能耗，同时也能大大缩小工业冷凝器的有效换热面积、减小换热器体积，对提高石油、化工、空分、航天等工业的经济效益有巨大的帮助。在环保领域诸如烟气(不凝气)消白等过程，滴状冷凝的应用除了可大幅降低设备尺寸和费用外，也能明显缩减消白过程的框架支撑和基建费用。因此，实现稳定的滴状冷凝的总体市场需求强烈、经济效益和社会效益明显，这就将滴状冷凝的工业化实现推到了高效冷凝器的研究前沿。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术的目的是结合有机硅橡胶的超强稳定性和低表面能性，同时考虑到单组分室温硫化硅橡胶能够与多种金属保持较强粘接强度，在换热器的换热表面构建极薄的硅橡胶涂层，从而在换热表面实现持久稳定的滴状冷凝，形成高效间壁式换热器，显著增强含不凝气蒸汽冷凝过程的总体传热系数和冷凝效率，提高传热效率。本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的：一种实现换热表面稳定滴状冷凝的方法，在经预处理的换热器的金属换热表面构建极薄的单组分室温硫化硅橡胶体系涂层，借助交联后的硅橡胶涂层的低表面能和表面纳米粒子所构造的粗糙结构以及硅橡胶的工业应用稳定性，最终在金属换热表面实现稳定持久的滴状冷凝。所述的单组分室温硫化硅橡胶为脱醇型单组分室温硫化硅橡胶。一种实现换热表面稳定滴状冷凝的方法，包括以下步骤：步骤(1)、金属换热表面进行预处理；步骤(2)、配制基础胶料，所述的基础胶料包括如下重量份的原料：端羟基聚二甲基硅氧烷(PDMS)100份、纳米二氧化硅5-30份、交联剂或偶联剂10-50份、催化剂0.1-0.5份、功能添加剂2-10份；将基础胶料分散于分散介质中，配成端羟基聚二甲基硅氧烷的质量分数为2.5％-25％的涂层材料；步骤(3)、将涂层材料喷涂到金属换热表面上形成单组分室温硫化硅橡胶体系涂层。步骤(1)中，所述的金属换热表面预处理：采用打磨、酸洗或碱洗或去离子水洗、乙醇清洗、干燥等方式对金属换热表面进行预处理，从而提高换热金属表面粘结性能。作为预处理的优选技术方案，在打磨前，采用去离子水洗净金属换热表面。作为预处理的优选技术方案，在干燥后，可以采用其他处理进一步提高换热金属表面粘结性能。优选的，采用表面喷砂或砂纸对金属换热表面进行打磨。优选的，所述的酸洗、碱洗、去离子水洗、乙醇清洗可以为超声波清洗。所述的乙醇清洗采用95％乙醇超声波清洗。优选的，所述的干燥为晾干或烘干。根据换热金属表面的材质采用不同的预处理，锈蚀度较强或面积较大的表面采用喷砂处理，锈蚀度较小或面积较小或不便于喷砂的表面采用砂纸打磨；铝基材质采用碱洗，铁基材质采用酸洗，耐腐蚀材质如钛材则不采用酸碱洗，直接采用去离子水洗。具体的，当金属换热表面的材质为碳钢时，预处理为：采用去离子水洗净金属换热表面、采用砂纸打磨、去离子水洗、95％乙醇清洗、烘干；硫酸-双氧水混合溶液浸泡处理，去离子水和95％乙醇洗净，烘干。作为所述的实现换热表面稳定滴状冷凝的方法的优选技术方案，按GB/T9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》中规定的0级附着标准判定金属材质与涂层间的粘接强度特征，涂层经划格试验达不到0级附着标准，对经过预处理的金属换热表面进行底涂处理；涂层经划格试验达到0级附着标准，金属换热表面不进行底涂处理。所述的底涂处理为：将硅烷偶联剂、有机锡催化剂配制成底涂剂，采用压缩空气喷涂法将底涂剂喷涂到经预处理的金属换热表面上，喷涂时，喷枪与金属换热表面的距离保持在10-30cm，移动速度5-20cm/s，喷涂1-3层，自然晾干或敞开环境中烘干。优选的，所述的硅烷偶联剂为3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH-560)。所述的催化剂为有机锡类催化剂，如二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二正辛基锡等，优选为二月桂酸二正辛基锡。所述的底涂剂的配制方法为：先配制硅烷偶联剂无水乙醇或丙酮溶液，再加入有机锡类催化剂，适量冰醋酸或氨水调节底涂剂酸碱环境(酸性pH3.5-5.5，碱性pH9-11)，充分搅拌，即得；所述的底涂剂中硅烷偶联剂的质量分数为5％-25％，有机锡类催化剂的质量分数为0.5％-5％。按金属换热表面材质选择底涂剂的酸碱环境，所述的金属换热表面材质为耐腐蚀材质时，采用醋酸调节底涂剂的pH3.5-5.5，所述的金属换热表面材质为易腐蚀材质时，采用氨水调节底涂剂的碱性pH9-11。步骤(2)中，所述的端羟基聚二甲基硅氧烷为分子量为500-30000端羟基聚二甲基硅氧烷或由低分子量(500≤分子量＜10000)端羟基聚二甲基硅氧烷与高分子量(10000≤分子量≤30000)端羟基聚二甲基硅氧烷重量比1:1-10:1的复配，由低分子量端羟基聚二甲基硅氧烷保证羟基浓度，高分子量端羟基聚二甲基硅氧烷保证涂层强度。所述的纳米二氧化硅优选为气相法亲水性纳米二氧化硅。所述的交联剂或偶联剂优选为硅烷偶联剂，进一步优选为苯胺甲基三乙氧基硅烷。所述的催化剂为有机锡类催化剂，如二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二正辛基锡等，优选为二月桂酸二正辛基锡。所述的功能添加剂为耐热增强填料、导热增强填料、抗氧化剂、增粘剂中的一种或几种复配。所述的耐热增强填料为纳米金属氧化物等；所述的导热增强填料为石墨、碳纳米管等；所述的抗氧化剂为2,6-二叔丁基对甲基苯酚、抗氧剂2246S等；所述的增粘助剂为乙烯基三叔丁基过氧硅烷等。所述的纳米金属氧化物为纳米氧化铁红、纳米氧化铝、纳米二氧化钛等。由于基础胶料粘度较大，直接涂覆在金属换热表面上会导致所构建的表面涂层较厚，由于胶料本身的导热性能较差，就会导致处理后的换热表面整体传热性能不佳。因此选择合适的分散介质，将PDMS、纳米二氧化硅、功能添加剂、交联剂或偶联剂、催化剂等用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现换热表面稳定滴状冷凝的方法，其特征在于在经预处理的金属换热表面构建单组分室温硫化硅橡胶体系涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种实现换热表面稳定滴状冷凝的方法，其特征在于在经预处理的金属换热表面构建单组分室温硫化硅橡胶体系涂层。


2.根据权利要求1所述的实现换热表面稳定滴状冷凝的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤(1)、金属换热表面的预处理；
步骤(2)、配制基础胶料，所述的基础胶料包括如下重量份的原料：端羟基聚二甲基硅氧烷100份、纳米二氧化硅5-30份、交联剂或偶联剂10-50份、催化剂0.1-0.5份、功能添加剂2-10份；将基础胶料分散于分散介质中，配成端羟基聚二甲基硅氧烷的质量分数为2.5％-25％的涂层材料；
步骤(3)、将涂层材料喷涂到金属换热表面上形成单组分室温硫化硅橡胶体系涂层。


3.根据权利要求1或2所述的实现换热表面稳定滴状冷凝的方法，其特征在于所述的预处理：采用打磨、酸洗或碱洗或去离子水洗、乙醇清洗、干燥对金属换热表面进行预处理。


4.根据权利要求1或2所述的实现换热表面稳定滴状冷凝的方法，其特征在于对经过预处理的金属换热表面进行底涂处理；所述的底涂处理为：将硅烷偶联剂、有机锡催化剂配制成底涂剂，采用压缩空气喷涂法将底涂剂喷涂到经预处理的金属换热表面上。


5.根据权利要求4所述的实现换热表面稳定滴状冷凝的方法，其特征在于所述的硅烷偶联剂为3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷；所述的有机锡催化剂为二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二正辛基锡，优选为二月桂酸二正辛基锡。


6.根据权利要求4所述的实现换热表面稳定滴状冷凝的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宏新，江郡，刘丰，刘洋，张贤福，
申请(专利权)人：江苏中圣压力容器装备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32