冷凝热传导器制造技术

冷凝热传导器的热传导面设置有按照本发明专利技术的覆置层，该覆置层由一个层序列组成，该层序列具有至少一个具有非晶碳或等离子聚合物的硬层和至少一个具有非晶碳或等离子聚合物的软层。在此，硬层与软层交替地敷设，其中，热传导面上的第一层是一个硬层，该覆置层的最后层是一个软层。最后的软层的特征尤其是疏水特性。该层序列可保证滴状冷凝并且同时防止液滴冲击侵蚀。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于使非金属蒸汽冷凝的冷凝热传导器，尤其涉及这种冷凝热传导器的热传导面的覆置层。该覆置层起到延长冷却管寿命并且改善热传导面上的热传递的作用。现有技术在冷凝热传导器中，热传导面的寿命具有重要意义，因为热传导面上的损坏将导致装有冷凝热传导器的整个设备失灵。冷凝热传导器的热传导面的状态主要受到液滴冲击侵蚀及腐蚀的影响。由于液滴冲击侵蚀引起的损坏尤其产生在承受高速蒸汽流的那些热传导面上。在那里，包含在待冷凝蒸汽中的液滴撞击到热传导面上，其中能量通过撞击或通过剪切力传递到表面上。如果在液滴撞击非常频繁的情况下所传递的能量足以使表面材料塑性变形，在延展性材料的情况下导致蠕变或者在硬性材料的情况下导致晶粒间疲劳塌陷，则产生侵蚀。在蒸汽动力设备中的蒸汽冷凝器上观察到直径在100μm范围内、速度为250m/s的增大液滴引起液滴冲击侵蚀。这尤其涉及一个管束的外围的冷却管，而在一个管束内部的管可免于直接的液滴冲击侵蚀。液滴冲击侵蚀的出现很强地依赖于材料特性，如硬度、延展性、弹性、显微结构及粗糙度，其中，由钛及钛合金组成的材料由于一定的、但仍不足的抗侵蚀能力而显得突出，这主要是由高硬度决定的。在蒸汽动力设备中的蒸汽冷凝器上，这种液滴冲击侵蚀通过适当选择冷却管材料而被限制，例如选择不锈钢、钛或铬钢。此外，在冷凝压力低及由此蒸汽速度高的情况下液滴冲击侵蚀特别成问题，例如在部分负载地工作的蒸汽动力设备中的蒸汽冷凝器上。根据现有技术，当蒸汽在热传导面上冷凝时形成一个在整个面上伸展的冷凝液膜。通过该冷凝液膜增加了蒸汽与流过管内的冷却液之间的总热阻，由此使热传递功效降低。由于该原因，很长时间以来人们一直致力于在热传导面上设置一个覆置层，该覆置层由于疏水特性阻止冷凝液膜的形成，由此在表面上形成冷凝液滴。通过形成液滴，冷凝液能够比在形成膜的情况更快地滴下。由此，传热器表面露出，使得蒸汽可重新在该表面上冷凝，而不会受到冷凝液膜的阻挡。因此总热阻保持相对较小。为此例如尝试用聚四氟乙烯或珐琅层，但无大的效果，其中这些层在抗液滴冲击侵蚀或腐蚀方面表现出强度低。在覆置层方面关系到，要解决抗侵蚀或腐蚀的稳定性以及该层在热传导面上的附着的问题。这些问题尤其要在考虑到所希望的冷凝热传导器长寿命的条件下来解决，例如对于蒸汽冷凝器的冷却管，它必须能工作多年时间。在WO96/41901及EP 0 625 588中已公开覆置层的例子。那里描述了带有所谓硬材料层的金属热传递表面，该硬材料层的组成为等离子改性的非晶碳氢化合物，也就是公知的似金钢石碳。非晶碳以其弹性、特别硬以及化学稳定性等特性著称。由非晶碳制成的硬材料层通过加入如氟及硅等元素被这样改变其浸润性，使它得到疏水特性。为了附着在基底上，在基底与硬材料层之间敷设一个中间层，其中从中间层到硬材料层的过渡通过一个梯度层实现。但最后硬材料层仅由于其固有硬度而具有抗液滴冲击侵蚀的耐磨损强度。在DE 34 37 898中描述了一种用于传热器表面、尤其是用于冷凝器冷却管表面的覆置层，它由三连氮二硫醇衍生物组成。该覆置层材料使滴状冷凝并由此改善热传导。此外，该覆置层由于它在冷却管上的良好附着而具有优点。在DE 196 44 692中描述了一种由非晶碳构成的覆置层，它在蒸汽冷凝器的冷却管上导致滴状冷凝。在此，冷却管的表面在覆置非晶碳之前被打毛，由此使冷却管表面与覆置层之间的有效界面增大。由此使覆置层与基底材料之间的热阻减小。在覆置层后表面变光滑，由此形成了相邻的有覆置层及无覆置层的区域。本专利技术的描述本专利技术的任务在于，为用于使非金属蒸汽冷凝的冷凝热传导器提供一种用于热传导面的覆置层，其抗液滴冲击侵蚀和腐蚀的稳定性与现有技术相比得到提高，并且，在其上通过形成滴状冷凝同时改善了热传递。该任务通过按照权利要求1所述的冷凝热传导器来解决。该冷凝热传导器的热传导面具有一个覆置层，该覆置层包含非晶碳，也被公知为似金钢石碳。根据本专利技术，该覆置层具有一个层序列，该层序列具有至少一个由非晶碳制成的硬层和至少一个由非晶碳制成的软层，其中，硬层与软层交替地设置，热传递表面上的最下层或第一层是一个硬层，层序列的最上层或最后层是一个软层。层序列的最后的软层尤其具有疏水的或不吸水的特性。因此，按照本专利技术的层通过其最后的或最外面的层使整个层系具有疏水特性。该特性是基于，当非晶碳相对软时它的表面能低。以下应将非晶碳理解为具有10至50％氢含量和sp3化合物与sp2化合物比例为0.1至0.9之间的含氢的碳层。一般可以使用所有借助碳或碳氢化合物先驱物制成的所有非晶体的或不渗透的碳层以及等离子聚合物层、类似聚合物的或不渗透的碳层和碳氢化合物层，只要它们具有用于制造层序列的非晶碳的疏水特性和下述机械或化学性能。非晶碳表面的可浸润性可通过其硬度的变化而改变。它的硬度越高，其可浸润性越低。一个具有例如大于维氏硬度3000的非常硬的层作为最外面的疏水层将不如硬度较小的层更合适。在软的疏水表面上阻碍形成延伸的冷凝液膜，其方式是冷凝液不是形成膜而是形成液滴，这些液滴在达到一定大小时从管的表面上导出。在此，一方面，热传导面的较大面积部分上保持没有冷凝液，另一方面，冷凝液在给定热传导面上的停留时间也大大减小。由此提高了该面上的热传递并且最终提高了冷凝热传导器的功效。总是由一个硬层跟随一个软层组成的本专利技术层序列特别是使得抗液滴冲击侵蚀的稳定性提高。液滴的撞击脉冲被软层和硬层接收，其方式是，表面材料中由于液滴撞击引起的压缩波通过硬层和软层的配对通过干涉被消除。该压缩波的消除类似于光波的消除，它是通过由分别具有高折射率和低折射率的薄层组成层对而引起的。通过由多个由硬层和软层组成的层对构成的层序列，压缩波的消除被增强。在此，最佳层数取决于液滴向表面入射方向的倾斜角度。在倾斜入射的情况下需要较小的层数来消除压缩波。设置了层的热传导面其总热阻随层数和层厚的增加而增大。因此，层数应考虑对由液滴撞击引起的压缩波的吸收以及考虑热传导面总热阻来优化。将一个或多个由硬层和软层组成的层对合并使得与仅设置一层硬度相对较高的非晶碳层相比大大改善了耐液滴冲击侵蚀性。同时，按照本专利技术的覆置层由于其最外侧软层而具有使形成滴状冷凝的能力。由此保证了抗液滴冲击侵蚀的稳定性提高，同时由于热传导面的无冷凝液面积部分加大而保证了高的热传递，使得不仅达到延长热传导面的寿命，而且提高了冷凝热传导器的效能。本专利技术覆置层极佳地适合用于冷凝热传导器的冷却管。在这种冷却管上沉积任意材料的蒸汽，这种冷却管在传热器中被垂直地或水平地安置成管束。如果是蒸汽冷凝器，例如在蒸汽动力设备中，特别是管束外围上的冷却管比管束内部的冷却管更多地承受高速流过来的液滴。因此，该两层或多层的覆置层特别适合于外围上的那些冷却管。管束内部的冷却管可以设有相同的覆置层或仅设有一个简单的、软的、非晶碳疏水层。这可保证滴状冷凝和与此相关的热传递提高。在这里不太要求对液滴冲击侵蚀的防护。如所述的，滴状冷凝起到减少冷凝液在蒸汽冷凝器的冷却管上的停留时间的作用。由此实现蒸汽侧压力降的减小，其中，该压力降取决于管束尺寸及冷凝液体积以及取决于过接宽度。蒸汽侧压力降的减小导致总的热传递系数改善。与具有无覆置层冷却管的冷凝器相比，热传递系数的提高本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于使非金属蒸汽冷凝的具有热传导面的冷凝热传导器，其中，热传导面具有一个覆置层，该覆置层包含非晶碳，其特征在于：该覆置层由一个层序列构成，该层序列具有至少一个硬层和至少一个软层，该硬层具有设置在热传导面上的非晶碳或等离子聚合物，该软层具有非晶碳或等离子聚合物，其中，这些硬层和软层交替地设置，最后的层是一个软层并且具有疏水特性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗西斯科布朗吉蒂，哈拉尔德赖斯，
申请(专利权)人：阿尔斯通技术有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]