[发明专利]湿空气强化翅片冷凝管及制备方法

说明书

本发明保护的一种湿空气翅片冷凝管，包括；管体，及管体换热表面上的翅片；翅片沿着管体的长度方向呈螺旋状延伸；相邻翅片之间缝隙构成的沟槽。其特点在于：翅片表面为喷砂加工形成的粗糙表面，提高亲水性；沟槽底部为光滑的疏水表面，提高冷凝液体的流动性。由此，得到一种稳定的亲/疏水表面结合的冷凝换热管。在两种机理的综合作用下，能够大大增加湿空气中水蒸气的冷凝换热性能。其制备方法主要由四个步骤组成：疏水处理、疏水表面保护、表面喷砂、清洗处理，制作方法简单，成本低廉。

技术领域

本发明涉及冷凝管制备技术领域，尤其涉及适用湿空气的翅片冷凝换热管以及制造方法。

背景技术

冷凝换热管是冷凝器的关键元件，强化冷凝换热管的研制受到人们的重视。长期以来，人们注意力主要集中在两个方面对冷凝换热管进行改进：增加换热面积和对冷凝管外表面的几何形状的改进上，中国专利CN10133898中提出，在冷凝传热管的外表面压制有增加换热面积的翅片，具体讲，在所述翅片上压制有两层及其以上的复合结构翅片。增加换热面积后，一般可提高换热系数。中国专利 CN102679790A中公开的技术：其冷凝管上的螺旋翅片沿轴向的间距和高度出现规则变化，加强毛细力作用。但是，实验中发现，这些好的措施仅在纯蒸汽冷凝的情况下有效。在湿空气条件下，效果很不明显。如，燃气热水器或者锅炉的排烟中含水蒸气与大量空气，空气的含量达到80%以上，蒸汽的比例非常小，这种情况下，翅片管的凝结效率很低。在湿空气的冷凝换热中，翅片管与光滑管对比，翅片管的换热系数反而低于光滑换热管。其原因是：当湿空气存在较大份额的空气以及少量水蒸气较厚时，冷凝换热管表面附近存在厚的空气层，形成热阻，主流中的水蒸气分子在蒸汽分压驱动下通过质量扩散的方式穿过空气层，才能够在冷凝管表面冷凝为液体。往往湿空气中的蒸汽质量分数很低，相应的蒸汽分压很低，驱动力不强，凝结愈加困难。与纯蒸汽相比较，混合气体的冷凝增加了较大热阻。对于翅片冷凝管而言，阻碍蒸汽冷凝的现象更加严重。由于密集的翅片限制了翅片之间空隙内空气流动，换热管表面附近的空气气体层比光管更厚，蒸汽分子穿过空气层的阻力更大，凝结换热系数更低，而且翅片密度越大，效果越差。

发明内容

本发明提供的一种技术方案的新型翅片冷凝管，可以提高湿空气中的水蒸气的冷凝效率，解决翅片附近存在的不凝气体层阻碍水蒸气冷凝换热的情况，即，在蒸汽含量较低时，即蒸汽分压差较小情况下，依然获得较高冷凝换热效率。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是：冷凝管外表面设置有螺旋状翅片，相邻翅片间形成有利于排除冷凝液体沟槽。其特征之处在于：翅片表面为亲水表面，为了强化翅片表面的亲水性，翅片表面加工成粗糙表面；相邻翅片之间缝隙形成的沟槽的底部为疏水光滑表面，有利于快速排液。基于上述结构，本冷凝换热管是亲/疏水换热面相结合的换热管，翅片的表面具有较好的亲水性，而管体换热表面则具有疏水性。

上述结构的科学原理如下：在湿空气中，往往水蒸气的含量不高，如燃气燃烧器的排气中水蒸气最高也就是20%左右，所以水蒸气的分压较低，水蒸气穿透不凝气体层的驱动力就弱。亲水表面带有极性基团的分子，对水有大的亲和能力，可以吸引水分子，这类分子形成的固体材料的表面，易被水所润湿。因此，称之为固体表面具有亲水性。与一般固体表面相比较，亲水表面吸引水分子的作用等于增加驱动力，有利于湿空气中

的水蒸气冷凝。另外一方面，根据Wenzel理论，由亲水材料构成的粗糙表面，可以提高固体表面的亲水性，更容易吸引混合气中的水分向冷却壁面移动。所以本发明通过喷砂工艺将吃片表面处理成为粗糙表面。实验证明，铜材料表面的湿润角为80°左右，属于亲水表面。当平面加工成粗糙表面后，其湿润角约为65°左右，众所周知，湿润角表征了表面的湿润性的大小，湿润角越小，亲水性越好，可以更好的吸引空气中的水分子。提高冷凝管的换热性能的另外一条途径是尽可能提高排液速度，使得换热管表面的液膜厚度的减薄，否则冷凝液体在管体换热表面上形成较厚的液膜，就会阻碍冷凝换热。而光滑的疏水表面由于其表面的分子吸引力弱，其上的液体容易内聚成珠状或者形成条索状，液体与表面的接触面积很小，流动阻力小，能够很快从换热管上滴落。