專利名稱：一種用于非飽和蒸發(fā)傳熱表面的納米涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于非飽和蒸發(fā)傳熱表面的納米涂層，屬于強化傳熱技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景
隨著能源和環(huán)境問題的日益突出，節(jié)能節(jié)水問題引起普遍關(guān)注，蒸發(fā)式冷凝器作為一種高效節(jié)能節(jié)水換熱設(shè)備，在我國得到了廣泛的應(yīng)用。
在蒸發(fā)式冷凝器工作過程中，換熱表面非飽和蒸發(fā)涉及空氣-水兩相流的傳熱傳質(zhì)，在制冷劑冷凝放熱過程中，冷卻循環(huán)水通過布水管后經(jīng)噴嘴噴淋于換熱管表面，在管表面形成一層水膜，空氣從管束底部吹入，與管表面的水膜熱質(zhì)交換，形成非飽和蒸發(fā)，其中水膜在換熱表面上的流動和分布特性對其換熱性能有著重要影響。非飽和蒸發(fā)主要發(fā)生在傳熱管壁表面水膜與空氣的接觸界面上，這個過程為不連續(xù)降膜過程，水膜很難均勻地覆蓋管表面，因此不能達(dá)到最大程度的非飽和蒸發(fā)；在水膜不能覆蓋的地方，由于蒸發(fā)的存在，很容易形成“干斑”現(xiàn)象，時間久了不僅形成垢體大大降低換熱效率，而且會對管壁造成腐蝕破壞。發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種非飽和蒸發(fā)傳熱表面納米涂層，旨在通過改善換熱表面的材料特性，延緩了傳熱表面的結(jié)垢現(xiàn)象，增強水和空氣的熱質(zhì)交換系數(shù)，提高了換熱性能
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種用于非飽和蒸發(fā)傳熱表面的納米涂層，包括覆防腐層和親水層，其特征在于， 所述的納米涂層是通過如下方法制備的
1)配制涂層工作溶液以摩爾濃度為1. 2mol/kg的磷酸鹽溶液作為防腐層工作溶液；再將鈦酸丁酯、無水乙醇與乙酰丙酮、硝酸銀、去離子水以1.0 30 1.0 0.05 2.0 的摩爾濃度配置成溶液后，攪拌15分鐘，用硝酸調(diào)節(jié)溶液的PH值到5 6，再將該溶液攪拌均勻，得到親水層工作溶液；
2)涂層涂覆采用步驟1)配制的工作溶液，在換熱表面上依次涂覆防腐層和親水層；再用紫外光照射涂膜后的換熱表面lh，使涂膜表面與水膜的接觸角減小到0° 5°， 其中防腐層的涂覆厚度為2-15nm，親水層的涂覆厚度為8-35nm ；每間隔2 3天，采用紫外光間歇照射，保持涂膜表面的親水性。
在上述技術(shù)方案中，所述的納米涂層優(yōu)選為在防腐層和親水層之間涂覆一個傳熱層，所述的傳熱層的工作溶液為含有金屬鋅的熔融液，涂覆厚度為2-lOnm。
在上述技術(shù)方案中，所述的納米涂層的涂覆采用溶膠凝膠法、浸漬法、噴涂法、化學(xué)氣相沉積法和磁控濺射法中的一種。
本發(fā)明在傳熱表面依次涂覆防腐層和親水層，為了增強傳熱效果，本發(fā)明還可以在防腐層和親水層之間涂覆傳熱層。涂覆完成后，用紫外光照射涂膜后的換熱表面lh，導(dǎo)致TW2薄膜表面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，激發(fā)出非常強的親水性，使得納米TW2涂膜表面與水膜的接觸角減小到5°以下，甚至可達(dá)到0°。停止光照射后，超親水性仍然能保持2 3天，然后緩慢恢復(fù)到光照射前的疏水狀態(tài)。再加紫外射線照射后，又恢復(fù)超親水性。采用紫外光間歇照射，就可以使表面始終具有超親水特性。所述的防腐層可以采用通用的納米防腐材料，例如磷酸鈉，涂覆的方法可以采用現(xiàn)有通用的方法，涂覆的厚度為2-15nm;所述的親水層采用摻雜Ag的納米TiO2，涂覆的厚度為8-35nm;在防腐層與親水層之間增加傳熱層的情況下，所述傳熱層厚度為2-lOnm時傳熱效果最佳，傳熱層可以采用通用的傳熱材料，例如含有金屬鋅的熔融液。所有涂層的涂覆方法可以是現(xiàn)有通用的方法，例如溶膠凝膠法、浸漬法、噴涂法、化學(xué)氣相沉積法和磁控濺射法等。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是(1)親水層的存在，增加了水膜對換熱表面的潤濕性能，抑制受熱水膜在換熱表上下降蒸發(fā)過程中由于表面張力差而導(dǎo)致的收縮，提高水膜的覆蓋率，增加壁面-水膜-空氣三者之間的熱質(zhì)傳遞面積；(2)減小了固液界面張力差，增加了水膜在換熱表面上的鋪展面積和更新速度，減小了水膜厚度，進(jìn)而增加了水膜表面的傳熱膜系數(shù)；(3)可使水膜在換熱表面的接觸角小于5°，從而使噴淋水能有效的包住換熱管的所有表面，消除“干斑”現(xiàn)象，使水、空氣與管內(nèi)工質(zhì)進(jìn)行有效充分的換熱；(4)納米親水涂層中含防腐層，消除和減緩了水對管材的腐蝕，提高了使用壽命；(5)納米親水涂層中含傳熱層，可提高管材的導(dǎo)熱性能，傳熱系數(shù)得以增大，從而改善傳熱效果；(6)在同等換熱面積和相同的操作條件下，納米親水涂層換熱管可提高換熱效率 15 30%。


圖1板式蒸發(fā)式冷凝器外形結(jié)構(gòu)示意圖 其中1-換熱板管，2-布水系統(tǒng)，3-軸流風(fēng)機，4-檔水板，5-殼體，6_循環(huán)水管路， 7-循環(huán)水泵，8-集水池，9-進(jìn)風(fēng)格柵圖2為圖1中的換熱板管組的結(jié)構(gòu)示意3為圖2中單根換熱板管的A-A剖視圖其中1-換熱板管，1-1防腐層，1-2傳熱層，1-3親水層
具體實施例方式為更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，但是部分的實施方式不限如此。如圖1所示，是板式蒸發(fā)式冷凝器的外形結(jié)構(gòu)，主要由換熱板管1組成的板束，頂部集水器2，軸流風(fēng)機3，擋水板4，殼體5，循環(huán)水管路6，水泵7，集水槽8，進(jìn)風(fēng)柵格9構(gòu)成。 換熱板管安裝于頂部集水器6和進(jìn)風(fēng)格柵9之間，管內(nèi)走冷凝劑，管外有噴淋水和強制流動的空氣流，管表面覆蓋一層水膜，形成非飽和蒸發(fā)。
如圖2所示，是換熱板管，管型為波紋板，板管材選用不銹鋼。根據(jù)實際的需要選配二層或三層結(jié)構(gòu)后，選配納米親水涂層溶液。鋅添加到納米親水涂層中能在基管表面產(chǎn)生具有改進(jìn)的耐蝕性涂層，同時可是基管具有鍍鋅保護(hù)作用，鋅的導(dǎo)熱系數(shù)較某些金屬如碳鋼大，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于有機物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，一定程度上強化了傳熱。
涂覆涂層前，首先優(yōu)選添加某些金屬鹽或金屬酸鹽的酸性或堿性洗滌劑處理換熱板管，接著采用鉻酸鉻鹽、磷酸鉻酸鹽或無鉻處理機進(jìn)行防銹處理。最后，采用溶膠-凝膠法、浸漬法、噴涂法和化學(xué)氣相沉積法或磁控濺射法，對換熱板管表面進(jìn)行納米親水性處理。選用溶膠凝膠法制備涂層具有純度高、操作簡單和反應(yīng)條件易于控制等優(yōu)點。親水處理后，在400 500°C溫度下煅燒10 60min冷卻至室溫，即可獲得表面涂覆納米親水涂層的換熱板管，在紫外燈照射涂層lh，激發(fā)涂層的超親水性。
實施例1
制備親水層將鈦酸丁酯、無水乙醇與乙酰丙酮、硝酸銀、去離子水以 1.0 30 1.0 0.05 2.0的摩爾濃度配置成溶液后，攪拌15分鐘，用硝酸調(diào)節(jié)溶液的 PH值到5 6，再攪拌均勻；防腐層選用濃度為1. 2mol/kg的磷酸鈉溶液；傳熱層選用含有金屬鋅的熔融液；
采用不銹鋼波紋換熱板管，涂覆得到圖3所示的涂層結(jié)構(gòu)，其中親水層l-3nm的厚度分別取8、15和35nm，防腐層1-1的厚度分別取2、10和15nm，傳熱層1-2的厚度分別取 2、5和lOnm。得到的三層結(jié)構(gòu)涂層的總厚度為12、30和60nm。選用波長為365nm、功率為 IOff的紫外燈照射涂層lh。
實驗表明，采用了非飽和蒸發(fā)傳熱表面納米親水涂層處理過后的換熱板管，表面親水膜的接觸角由原有換熱板管的42°、36°和39°，分別降低到4°、2°和3°。蒸發(fā)式冷凝器采用本例涂層處理過的換熱板管，節(jié)水分別為18%、30%和27%，傳熱性能相對提高分別為23%、35%和27%。
權(quán)利要求
1.一種用于非飽和蒸發(fā)傳熱表面的納米涂層，包括覆防腐層和親水層，其特征在于，所述的納米涂層是這樣制備的1)配制涂層工作溶液以摩爾濃度為1.2mol/kg的磷酸鹽溶液作為防腐層工作溶液； 再將鈦酸丁酯、無水乙醇與乙酰丙酮、硝酸銀、去離子水以1.0 30 1.0 0.05 2.0 的摩爾濃度配置成溶液后，攪拌15分鐘，用硝酸調(diào)節(jié)溶液的PH值到5 6，于60°C下繼續(xù)攪拌12小時，得到親水層工作溶液；2)涂層涂覆采用步驟1)配制的工作溶液，在換熱表面上依次涂覆防腐層和親水層； 再用紫外光照射涂膜后的換熱表面lh，使涂膜表面與水膜的接觸角減小到0° 5°，其中防腐層的涂覆厚度為2-15nm，親水層的涂覆厚度為8-35nm ；每間隔2 3天，采用紫外光間歇照射，保持涂膜表面的親水性。
2.如權(quán)利要求1所述的用于非飽和蒸發(fā)傳熱表面的納米涂層，其特征在于，所述的納米涂層是這樣制備的在所述的防腐層和親水層之間涂覆一個傳熱層，傳熱層的工作溶液為含有金屬鋅的熔融液，涂覆厚度為2-lOnm。
3.如權(quán)利要求1所述的用于非飽和蒸發(fā)傳熱表面的納米涂層，其特征在于，所述的納米涂層的涂覆采用溶膠凝膠法、浸漬法、噴涂法、化學(xué)氣相沉積法和磁控濺射法中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非飽和蒸發(fā)傳熱表面納米親水涂層，在換熱表面上依次涂覆防腐層和親水層，還可以在防腐層和親水層之間涂覆傳熱層，再用紫外光照射涂膜后的換熱表面1h，使涂膜表面與水膜的接觸角減小到0°～5°，其中防腐層的涂覆厚度為2-15nm，親水層的涂覆厚度為8-35nm；每間隔2～3天，采用紫外光間歇照射，保持涂膜表面的親水性。本發(fā)明通過改善換熱表面的材料特性，使得水膜單位水量下在傳熱表面上的鋪展面積增加、分布更均勻，有效避免了“干斑”現(xiàn)象的產(chǎn)生，延緩了傳熱表面的結(jié)垢現(xiàn)象，增強水和空氣的熱質(zhì)交換系數(shù)，提高了換熱性能。
文檔編號C09D7/12GK102492322SQ20111040748
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者施筠逸, 朱冬生, 涂善東, 鄭偉業(yè) 申請人:華東理工大學(xué)