[发明专利]用于生产具有改善的涂层性质和其一致性的涂层组合物的新颖方法

说明书

发明领域

本发明涉及用于沿一个或更多个表面施加浆料以生产具有增强的传热的金属多孔涂层的新颖方法。更具体地，所述方法导致产生具有更好的再现性和涂层厚度的控制的多孔涂层组合物。

发明背景

热交换器被用于各种工业过程中，以通过间接热交换在两种或更多种流体之间传递热量。热交换器有不同的设计。例如，一种热交换器设计通常被称为壳管式设计，在其中一种流体流动通过管并且另一种流体在管的外部但在保持管的壳体的内部流动。流体可以是液体、蒸气或其组合。此外，壳可由在其中待进行传热的其它设备，例如蒸馏塔形成，或与上述其它设备整合。

在另一种类型的设计(称为板翅式热交换器)中，通常称作分隔片的一系列板在它们各自的边缘处通过封条(end bars)和翅片来连接，以增强板之间的传热。与板连接的高位槽将工艺流体和/或工作流体引入板之间形成的通道中，以实现流体之间的间接热交换。

在其中一种流体是待在热交换器的沸腾侧表面被煮沸的液体的情况下，可沿沸腾侧表面使用多孔涂层，以促进响应于将发生流体沸腾的给定温度差通过给定表面每单位表面积的传热(即，热通量)。例如，美国专利第4,917,960号公开由含有以下物质的水溶液形成的涂层：粘合剂，例如铬酸盐和磷酸盐的混合物；和短效或瞬时(transient)成孔材料，例如聚酯；以及铝颗粒。可将所述涂层作为浆料施加到热交换表面的表面上。通过热或化学溶剂去除短效层形成所得多孔层。所得多孔涂层的孔隙率可在介于20％和90％的范围内。孔径大小可在介于20微米和60微米的范围内。浆料的铝颗粒的平均直径可小于4微米。

传热效率通常用来估定多孔涂层的性能。如此处和整篇说明书中所用，所述性能由温度差ΔT(等于T1-T2)定义，其中T1定义为工作流体的温度，并且T2定义为待加热到其预定温度(例如，沸点)的工艺流体的温度。具有相对较低的ΔT的涂层将被认为是性能更好的，这依靠其促进针对给定输入量的热源向工艺流体的更多的传热的能力(如位于壳管式热交换器设计的壳侧的气体，其具有比在壳管式热交换器的管内流动的工艺流体的温度高的温度)。涂层的改善的性能至少部分由ΔT的减小定义。如将在下文更详细解释的，传热效率被用于估定用于各种应用的多孔涂层的涂层性能，所述应用包括热量借以从热源传递到流体以使其沸腾的沸腾传热应用。

一般来说，美国专利第4,917,960号中公开的涂层是具有ΔT不可接受地高的缺点的常规涂层的代表。换句话说，需要将大量热能传递到沸腾表面以使工艺流体沸腾，这转换成具有过高动力消耗的低效过程。

当前可用的用于沿热交换器导管(例如，管)的内表面施加粉末和/或浆料组合物的方法可引起所得多孔涂层厚度的显著变化，从而导致不可接受的性能变化。例如，当前方法倾向于沿热交换器管的内表面产生涂层缺陷，例如图6a中的“气孔”和图6e中的“滑挂”，以及还如图6a-6f中所示的许多其它涂层缺陷(例如，图6b中的不良的粘合，图6c中的光秃点，图6f中的分层和图6d中的剥落)，任何一种缺陷最终都可降低和/或降级多孔涂布的沸腾表面的性能。

当今用于施加粉末和/或浆料组合物的方法不能可靠地生产一致的多孔涂层。例如，常规喷涂方法不能生产沿热交换器表面具有均匀厚度的多孔涂层。当多孔涂层是沿倾向于难以涂布的导管或管状结构的内径表面施加时，所述问题甚至更具挑战性。由于对于新兴应用热交换器导管的内径变得更小，沿其的涂层的一致性和厚度均匀性用当前可用的方法变得越来越难以实现，并且在许多情况下，可能无法实现。最终结果是低效并且需要增加的动力消耗来进行操作的传热应用。鉴于这些缺点，对于用于施加浆料和/或粉末组合物以便以受控和可再现的方式生产一致多孔涂层组合物的改善方法的需要仍然未得以满足。

发明内容

在本发明的第一方面中，提供用于将涂层施加到导管的内径表面上的方法，所述方法包括：将浆料配制物给料到浆料储罐中，所述浆料储罐可操作地连接到注射喷嘴；将所述注射喷嘴以向前的方向引入导管中，所述导管至少部分由在第一端与第二端之间延伸的纵向长度限定；将所述注射喷嘴配置到所述导管内的第一位置，所述第一位置限定为所述注射喷嘴的第一端与所述导管的第一端基本上对齐；从所述浆料储罐泵送所述浆料并通过所述注射喷嘴以便从所述注射喷嘴的第一端朝向所述导管的内表面排放浆料；检测排放的浆料；并且旋转所述导管，从而使所述排放的浆料沿所述导管的内表面基本上均匀地铺展和分布；以及以预定给料速率回缩所述注射喷嘴，所述回缩以与所述向前的方向相反的反向发生。