[发明专利]一种实现换热表面稳定滴状冷凝的方法及高效换热器

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

针对上述技术问题，本发明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。

本发明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。