專(zhuān)利名稱(chēng)：一種內(nèi)表面帶有納米材料涂層的傳熱板及一種高效防垢池沸騰蒸發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳熱板，尤其涉及一種換熱器，特別是涉及一種傳熱元件的表面帶有納米材料涂層的高效防垢池沸騰蒸發(fā)裝置。
背景技術(shù)：
換熱器，尤其是具有相變傳熱的蒸發(fā)器的結(jié)垢和傳熱效率不高問(wèn)題是目前工業(yè)界和學(xué)術(shù)界普遍關(guān)注的技術(shù)難題。換熱器的結(jié)垢會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題換熱速率降低，蒸發(fā)能力下降；壓降增加，從而導(dǎo)致動(dòng)力消耗增加；頻繁停車(chē)清洗，導(dǎo)致生產(chǎn)率下降。對(duì)于結(jié)垢現(xiàn)象，雖然提出了許多解決方法，包括物理和化學(xué)清洗、器內(nèi)添加內(nèi)構(gòu)件等，但是，目前仍然缺乏滿(mǎn)意的防垢辦法。隨著納米科技的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域逐漸滲透到傳熱領(lǐng)域。例如，有研究者在傳熱工質(zhì)內(nèi)添加納米顆粒，制得納米流體傳熱工質(zhì)，用于強(qiáng)化傳熱過(guò)程等。近年來(lái)，納米涂層的各種作用受到關(guān)注，提出了帶有納米涂層的散熱器，以利用其殺菌作用；提出了具有納米涂層的熱水器內(nèi)旦，以提高其綜合防腐蝕性能；提出了帶有防腐層、親水膜和傳熱層的納米涂層制冷盤(pán)管，以提高制冷效果，提出了表面帶有納米材料涂層的加熱管及其組成的自然外循環(huán)蒸發(fā)器，以強(qiáng)化沸騰蒸發(fā)過(guò)程和防垢等。但是，尚未見(jiàn)到在傳熱板上制作具有納米級(jí)厚度的，具有納米效應(yīng)的，具有強(qiáng)化沸騰傳熱和防垢功能的納米材料涂層表面，及池沸騰裝置的文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種內(nèi)表面帶有納米材料涂層的傳熱板，該傳熱板的傳熱系數(shù)明顯提高，而且傳熱表面不易結(jié)垢，清垢周期至少延長(zhǎng)4倍以上。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種高效防垢池沸騰蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器與現(xiàn)有普通的池沸騰蒸發(fā)器相比，傳熱膜系數(shù)提高0.2倍，蒸發(fā)器可以長(zhǎng)期無(wú)垢運(yùn)行。
本發(fā)明的一種內(nèi)表面帶有納米材料涂層的傳熱板，它包括基層，所述基層上覆蓋有一層納米材料涂層，所述的涂層的厚度在20-100nm之間，所述的涂層表面呈小島網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的一種高效防垢池沸騰蒸發(fā)器，它包括(a)一個(gè)沸騰池，所述沸騰池包括設(shè)置在其內(nèi)的傳熱板，所述的傳熱板包括基層，所述基層上覆蓋有一層納米材料涂層，所述的涂層的厚度在20-100nm之間，所述的涂層表面呈小島網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；(b)一個(gè)冷凝器，該冷凝器通過(guò)一個(gè)連接管與所述的沸騰池的上部相連；(c)一個(gè)預(yù)熱器，該預(yù)熱器浸沒(méi)于所述的沸騰池內(nèi)；(d)一個(gè)加熱棒，該加熱棒置于沸騰池內(nèi)所述傳熱板的底部；(e)一套附屬系統(tǒng)，該附屬系統(tǒng)包括固態(tài)調(diào)壓器及加熱電源；(f)一套溫度參數(shù)采集及控制系統(tǒng)，該參數(shù)采集系統(tǒng)的信號(hào)輸入端與所述的加熱棒的溫度信號(hào)輸出端相連，并將該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換傳遞給計(jì)算機(jī)進(jìn)行記錄和采集，并將測(cè)量結(jié)果傳遞給所述的控制系統(tǒng)，所述的控制系統(tǒng)根據(jù)溫度測(cè)試結(jié)果，與設(shè)定值比較后，將發(fā)出的信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換傳輸給所述的固態(tài)調(diào)壓器開(kāi)關(guān)，用于控制所述的加熱棒的溫度。
本發(fā)明的一種表面帶有納米材料涂層的傳熱板，由于納米材料涂層厚度在20-100nm之間，涂層表面呈小島網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)為強(qiáng)疏水結(jié)構(gòu)，因而帶有納米涂層的池沸騰蒸發(fā)裝置與現(xiàn)有的普通池沸騰蒸發(fā)裝置相比，傳熱膜系數(shù)提高0.2倍，池沸騰蒸發(fā)裝置可以長(zhǎng)期無(wú)垢運(yùn)行。
圖1是本發(fā)明的一種池沸騰蒸發(fā)裝置示意圖。
圖2是圖1所示的傳熱板截面I的示意圖；圖3是圖2所示元件的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例子對(duì)本發(fā)明作以詳細(xì)描述。
首先，對(duì)傳熱板表面進(jìn)行預(yù)處理，然后采用磁控濺射法或液相沉積法制得不同厚度和形貌以及金屬、金屬氧化物、氟化物等不同材質(zhì)的納米膜，所述的金屬為T(mén)i、Al、Cr、Zn、Fe、Mg等，金屬氧化物為Cr2O3、Ti2O3、Al2O3、ZnO、Fe2O3等，金屬氟化物為CaF2、MgF2、ZnF2等。
其次，對(duì)制得的納米膜進(jìn)行特性表征，包括表面形貌、粗糙度、膜厚、接觸角、表面能等，可以采用多種手段測(cè)量這些參數(shù)，例如，采用預(yù)制臺(tái)階法、成分法、稱(chēng)重法、斷面測(cè)量法測(cè)膜厚，采用重量測(cè)量法、角度測(cè)量法、接觸角測(cè)量?jī)x等測(cè)接觸角，采用原子力顯微鏡等表征表面形貌及粗糙度等。圖2放大圖及圖3中的本發(fā)明一種表面帶有納米材料涂層的傳熱板2，它包括基層2-1，可以是鋼材或銅材，板材基層金屬壁面厚度在工業(yè)常用的范圍之內(nèi)。所述基層2-1上覆蓋有一層納米級(jí)的涂層2-2，所述的涂層的厚度在20-100nm之間，涂層厚度最好在20-80nm之間，厚度低于20nm，則涂層覆蓋不均勻，涂層厚度大于80nm，則傳熱效果會(huì)有所下降。所述的涂層表面呈小島網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)特征，這種結(jié)構(gòu)由于具有較低表面能和強(qiáng)疏水特性，所以更利于強(qiáng)化沸騰傳熱以及防止表面結(jié)垢。以甘油和蒸餾水為標(biāo)準(zhǔn)液表征的涂層的接觸角在0-121°之間，表面能在99-210mJ/m2之間。
最后，用帶有納米材料涂層的傳熱板制得池沸騰蒸發(fā)裝置。如圖1所示本發(fā)明的一種高效防垢池沸騰蒸發(fā)裝置，它包括一個(gè)沸騰池5，所述沸騰池包括設(shè)置在其內(nèi)的傳熱板，所述的傳熱板2包括基層，所述基層上覆蓋有一層納米材料涂層，所述的涂層的厚度在20-100nm之間，最好在20-80nm之間，所述的涂層表面呈小島網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；一個(gè)冷凝器4，該冷凝器通過(guò)一個(gè)連接管與所述的沸騰池的上部相連；一個(gè)預(yù)熱器1，該預(yù)熱器浸沒(méi)于所述的沸騰池內(nèi)，深入沸騰液體內(nèi)部；一個(gè)加熱棒3，該加熱棒置于沸騰池內(nèi)所述傳熱板的底部，緊貼在傳熱板下面的基層；一套附屬系統(tǒng)8，該附屬系統(tǒng)包括固態(tài)調(diào)壓器及加熱電源等；一套溫度參數(shù)采集及控制系統(tǒng)6、7，該參數(shù)采集系統(tǒng)的信號(hào)輸入端與所述的加熱棒的溫度信號(hào)輸出端相連，并將該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換傳遞給計(jì)算機(jī)6進(jìn)行記錄和采集，并將測(cè)量結(jié)果傳遞給所述的控制系統(tǒng)7，所述的控制系統(tǒng)根據(jù)溫度測(cè)試結(jié)果，與設(shè)定值比較后，將發(fā)出的信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換傳輸給所述的固態(tài)調(diào)壓器開(kāi)關(guān)，用于控制所述的加熱棒的溫度；整個(gè)蒸發(fā)系統(tǒng)由保溫層9保溫。所述的參數(shù)采集及控制系統(tǒng)、固態(tài)調(diào)壓器、冷凝器、預(yù)熱器均可在市場(chǎng)購(gòu)得。
高效防垢池沸騰蒸發(fā)裝置的傳熱板納米表面，經(jīng)過(guò)沸騰池與冷凝器的一個(gè)入口相連，冷凝器上部有一關(guān)閉的出口，冷凝液自然回流到沸騰池。本裝置采用常壓操作，對(duì)于易生成結(jié)晶垢的蒸發(fā)物料效果明顯。對(duì)熱敏性料液，可采用真空操作。當(dāng)蒸發(fā)濃縮液的比重或濃度等參數(shù)達(dá)到工藝要求時(shí)，停止蒸發(fā)濃縮。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)表面帶有納米材料涂層的傳熱板，它包括基層，其特征在于所述基層上覆蓋有一層納米級(jí)的納米材料涂層，所述的涂層的厚度在20-100nm之間，所述的涂層表面呈小島網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)表面帶有納米材料涂層的傳熱板，所述的納米材料涂層的厚度在20-80nm之間。
3.一種高效防垢池沸騰蒸發(fā)器，其特征在于，它包括(a)一個(gè)沸騰池，所述沸騰池包括設(shè)置在其內(nèi)的傳熱板，所述的傳熱板包括基層，所述基層上覆蓋有一層納米材料涂層，所述的涂層的厚度在20-100nm之間，所述的涂層表面呈小島網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；(b)一個(gè)冷凝器，該冷凝器通過(guò)一個(gè)連接管與所述的沸騰池的上部相連；(c)一個(gè)預(yù)熱器，該預(yù)熱器浸沒(méi)于所述的沸騰池內(nèi)；(d)一個(gè)加熱棒，該加熱棒置于沸騰池內(nèi)所述傳熱板的底部；(e)一套附屬系統(tǒng)，該附屬系統(tǒng)包括固態(tài)調(diào)壓器及加熱電源；(f)一套溫度參數(shù)采集及控制系統(tǒng)，該參數(shù)采集系統(tǒng)的信號(hào)輸入端與所述的加熱棒的溫度信號(hào)輸出端相連，并將該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換傳遞給計(jì)算機(jī)進(jìn)行記錄和采集，并將測(cè)量結(jié)果傳遞給所述的控制系統(tǒng)，所述的控制系統(tǒng)根據(jù)溫度測(cè)試結(jié)果，與設(shè)定值比較后，將發(fā)出的信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換傳輸給所述的固態(tài)調(diào)壓器開(kāi)關(guān)，用于控制所述的加熱棒的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的蒸發(fā)器，其特征在于，所述的納米材料涂層的厚度在20-80nm之間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種內(nèi)表面帶有納米材料涂層的傳熱板及一種高效防垢池沸騰蒸發(fā)器，所述的蒸發(fā)器包括一個(gè)沸騰池，它包括設(shè)置在其內(nèi)的傳熱板，所述的傳熱板包括基層，所述基層上覆蓋有一層納米材料涂層，所述的涂層的厚度在20－100nm之間，所述的涂層表面呈小島網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；一個(gè)冷凝器，該冷凝器通過(guò)一個(gè)連接管與所述的沸騰池的上部相連；一個(gè)預(yù)熱器，該預(yù)熱器浸沒(méi)于所述的沸騰池內(nèi)；一個(gè)加熱棒，該加熱棒置于沸騰池內(nèi)所述傳熱板的底部；一套附屬系統(tǒng)；一套溫度參數(shù)采集及控制系統(tǒng)。本發(fā)明裝置與現(xiàn)有的普通池沸騰蒸發(fā)裝置相比，傳熱膜系數(shù)提高0.2倍，池沸騰蒸發(fā)裝置可以長(zhǎng)期無(wú)垢運(yùn)行。
文檔編號(hào)F28F19/06GK1948886SQ20061001642
公開(kāi)日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2006年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月1日
發(fā)明者劉明言, 王燕 申請(qǐng)人:天津大學(xué)