專利名稱：提高表面濕潤式熱交換器表面潤濕性的表面處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及提高熱交換器表面潤濕性的表面處理方法。更具體的說，本發(fā)明涉及親水性處理的方法，該方法通過將固體表面改變成具有親水性多孔結(jié)構(gòu)的改良表面，能夠大幅提高表面濕潤式熱交換器的表面潤濕性該熱交換器包括一個冷卻塔、一個蒸發(fā)冷凝裝置和一個蒸發(fā)冷卻裝置。
背景技術(shù)：
如圖1所示的表面濕潤式熱交換器采用了蒸汽冷卻技術(shù)，通過汽化噴射到熱交換器表面(2)上的水(4)，冷卻熱交換器(1)內(nèi)的液體。圖1中的參考數(shù)字(3)表示供水裝置，數(shù)字(5)表示空氣的流向。與通常意義上只利用溫度的差別達到冷卻效果的常規(guī)熱交換器相比，表面濕潤式熱交換器可獲得更好的冷卻性能。
表面濕潤式熱交換器已被應用到包括冷卻塔、蒸發(fā)冷凝裝置、蒸發(fā)冷卻裝置的很多領(lǐng)域中。然而，雖然大量的現(xiàn)有技術(shù)針對這項技術(shù)及其突出的冷卻性能，但是表面濕潤式熱交換器的實際應用仍相當局限。
限制使用的主要原因涉及表面的濕度。在常規(guī)的表面濕潤式熱交換器中，由于噴射到熱交換器表面(2)的水(4)不能形成薄膜，而是形成如圖2所示的小水滴(6)，或者是沿著熱交換器表面流下來，表面濕度低，因而實際蒸發(fā)的水量很小。因此蒸發(fā)冷卻的性能比預期的要低得多。
眾所周知，供應的水量一般保持在大于為提高表面濕度實際蒸發(fā)的水量。然而，過量供應的液體會增加流動阻力和空氣一側(cè)的壓力損失，因此減少空氣流動的總量。最壞的情況下，通過減少空氣流動降低的冷卻性能大大高于因蒸發(fā)冷卻提高的冷卻性能，因此熱交換器總的冷卻性能下降。
一些現(xiàn)有技術(shù)公開了關(guān)于表面濕潤式熱交換器的技術(shù)。在美國專利US5,813,452和US6,368,671B1中提出了應用于空調(diào)蒸發(fā)器熱交換器的表面親水性處理方法，該方法使得表面的冷凝水能很好的沿著蒸發(fā)器的表面流下來。
雖然通過表面濕潤式熱交換器表面的親水處理降低了水滴的接觸角，但是噴射的水沿著斜面呈細流狀流下，而不是形成薄的水膜。因此，上述公開的技術(shù)并不能提高表面濕度。
此外，提高濕度的技術(shù)還有將熱交換器的表面處理成含凹槽(參見US4,461,733和US4,566,290)，或在表面附著吸收材料(US6,101,823和US6,286,325B1)。但這些技術(shù)存在不足只能應用于只有簡單結(jié)構(gòu)的熱交換器，而不能應用于帶有許多擴大表面面積的翅片的結(jié)構(gòu)復雜的常規(guī)熱交換器。
此外，在US4,933,117、US5,377,500、US5,605,052、US5,701,748中還示出了供水裝置，該供水裝置可以在熱交換器表面上噴射均勻的薄霧。
由于上述的薄霧噴射裝置為了在表面上噴射出均勻的薄霧，而使用了一個小直徑的細噴嘴，這樣它表現(xiàn)出一些缺陷噴霧裝置需用高壓泵排放水，而且噴嘴很易被污物堵塞。
另外，盡管水滴是被均勻噴射到正對供水裝置的熱交換器表面上，但倘若該表面不是親水性的，那么以液滴的形式停留在表面的水將導致壓力損失的增加；倘若該表面是親水性的，那么表面上的水將以細流的形式流下來。因此，表面濕度不會大幅提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通常涉及為提高熱交換器表面潤濕性的表面處理方法。更具體地說，本發(fā)明涉及親水性處理的方法，該方法能大幅提高表面濕潤式熱交換器的表面潤濕性。該熱交換器包括一個冷卻塔、一個蒸發(fā)冷凝裝置和一個蒸發(fā)冷卻裝置。
本發(fā)明提供表面處理方法，該方法是通過在熱交換器的表面上涂覆親水性多孔層，或者先將熱交換器的表面弄粗糙，然后對表面進行親水化處理，從而將固體表面轉(zhuǎn)換成改良的具有親水性多孔結(jié)構(gòu)的表面。通過在多孔結(jié)構(gòu)上利用毛細作用促進水的展開，并使水保持在表面的多孔結(jié)構(gòu)中的表面處理方法能大幅提高表面的潤濕性。表面處理的方法可以在各種各樣的熱交換器上實現(xiàn)，而不必考慮它們的結(jié)構(gòu)。


圖1是表面濕潤式熱交換器的示意圖。
圖2是常規(guī)的熱交換器表面上水滴分布的示意圖。
圖3是顯示使用依照本發(fā)明的固體微粒與親水性粘合劑的組合物涂覆在表面之后的表面處理結(jié)果圖。
圖4是說明使用依照本發(fā)明的固體微粒與親水性粘合劑的組合物形成的具有多孔結(jié)構(gòu)的表面的顯微照片。
圖5是說明使用過高粘度的粘合劑形成的表面形態(tài)的顯微照片。
圖6是說明依照本發(fā)明使用合適粘度的粘合劑形成的表面形態(tài)的顯微照片。
圖7是說明具有多孔結(jié)構(gòu)的表面的顯微照片，該多孔結(jié)構(gòu)是依照本發(fā)明將表面粗糙處理后再進行親水性處理所形成的。
圖8是說明依照本發(fā)明對親水性多孔結(jié)構(gòu)進行表面處理后蒸發(fā)水的分散性提高了的顯微照片。
具體實施例方式
以下參考附圖，詳細說明本發(fā)明實例的結(jié)構(gòu)和操作步驟。
在本發(fā)明中，為了在表面上構(gòu)造親水性多孔結(jié)構(gòu)，熱交換器的表面處理方法可分為兩種方法。
如圖3所示的第一種方法是所謂的涂層法，包括以下操作將固體微粒與親水性粘合劑混合后制成涂料組合物；通過噴涂或浸漬的方式使涂料在熱交換器表面上展開和固化熱交換器的涂層表面；從而將固體表面轉(zhuǎn)換成具有親水性多孔結(jié)構(gòu)的改良表面。
圖4是放大了800倍的顯微照片，說明通過第一種方法處理得到的表面。當多孔結(jié)構(gòu)中孔(10)的尺寸太小時，由于水的表面張力水將不能滲入至多孔結(jié)構(gòu)，而當孔的尺寸太大時，由于小的毛細作用，蒸發(fā)水的分散性變低。因此多孔結(jié)構(gòu)中孔(10)的尺寸應當控制得恰到好處。
影響孔尺寸最大的因素是固體粒子的尺寸，粒子的平均直徑在5～100微米是適宜的，并且均勻直徑的粒子是有利的。粒子直徑越均勻，孔隙度越大，孔結(jié)構(gòu)中保持的水量越多。
如果親水性粘合劑的粘度太高，固體微粒將如圖5所示的那樣被埋在粘合劑中。因而固體微粒間的縫隙將被粘合劑填充，所以在固化過程后不能獲得多孔結(jié)構(gòu)。同時，如果親水性粘合劑的粘度太低，由于噴射的粘合劑沿著熱交換器的表面流下來導致不能形成涂層。粘合劑的粘度可通過控制溶劑的量來調(diào)整。
圖6是說明依照本發(fā)明使用合適粘度的粘合劑后形成的表面形態(tài)的顯微照片。
如果涂層的厚度太薄，相當量的蒸發(fā)水分不能存儲在多孔結(jié)構(gòu)中。而如果涂層的厚度太厚，空氣的通道將縮小，從而導致壓力損失的增加以及通過涂層的熱阻的增加，因此蒸發(fā)冷卻的效率降低。涂層的厚度也可通過控制粘合制的粘度進行調(diào)整。
第二種方法就是所謂的粗糙法，該方法使用化學或者電化學方法腐蝕熱交換器的表面，或者用物理方法將表面弄粗糙，然后對獲得的表面進行處理，使其獲得親水性特征。
增加表面粗糙度的實際方法是以鉻酸鹽方法為代表的化學方法、以陽極電鍍?yōu)榇淼碾娀瘜W方法以及用噴沙為代表的物理方法。
圖7是放大了800倍的顯微照片，說明依第二種方法處理得到的表面。表面粗糙高度(類似于第一種方法中多孔結(jié)構(gòu)的小孔尺寸)是表面潤濕性的最大影響因素。表面粗糙度為5～100微米高是最適宜的。
在親水性處理中，增加表面粗糙度之后，往表面涂覆親水性樹脂，如果親水性樹脂的粘度太高，粗糙部分將被樹脂部分或全部覆蓋，這樣處理后表面的粗糙度將下降。因此需要通過控制親水性樹脂和溶劑的比例來調(diào)整樹脂的粘度。
在上述表面上涂覆多孔層的表面處理方法中，固體微粒以及親水粘合劑的種類并沒有限制或限定。
而且，在上述增加表面粗糙度之后親水處理表面的表面處理方法中，親水化方法的種類以及提高粗糙度的方法都沒有限制或限定。
在將熱交換器的表面轉(zhuǎn)化成具有親水性多孔結(jié)構(gòu)的方法中，一種方法是先在熱交換器各個組成部分的表面上構(gòu)造親水性多孔結(jié)構(gòu)，然后將各個部分組裝成一個熱交換器。另一種方法是先在預先組裝好的熱交換器的表面上構(gòu)造親水性多孔結(jié)構(gòu)。組裝和處理的次序并沒有限制或限定。
也可將抗腐蝕處理以及抗菌處理與親水化多孔處理結(jié)合起來實施。
圖8是說明優(yōu)選實例的性能的顯微照片。停留在經(jīng)處理過的表面上的水滴表現(xiàn)為在表面上鋪展得很開并形成了一個薄水膜，這歸功于該表面具有親水和多孔的特性。因此，通過應用親水表面處理，表面濕潤式熱交換器的表面潤濕性大幅提高。
如上所示，依照本發(fā)明對表面進行處理后，水在熱交換器的表面上鋪展得很開并形成了薄的水膜，這些導致水分蒸發(fā)加速，因而提高了表面濕潤式熱交換器的冷卻效果。而且，因為噴射水的流動阻力降低至最小值，所以通過噴射蒸發(fā)水增加的壓力損失接近為零。
此外，可以撤去循環(huán)蒸發(fā)水的泵和外圍設(shè)備，這是因為熱交換器的表面可被薄水膜完全的覆蓋住，而實際上只有少量的水被蒸發(fā)。這樣，表面濕潤式熱交換器可以被制成構(gòu)造簡單、尺寸緊湊的設(shè)備，維護的費用也將減到最小。
而且，雖然蒸發(fā)水只分散在部分表面上，薄的水膜仍會逐步展開，直至覆蓋全部表面，這是因為依照本發(fā)明處理的表面有非常好的分散特性，因此可以簡化供水裝置。
本領(lǐng)域的普通知識和技術(shù)的技術(shù)人員會認識到，本發(fā)明的范圍之內(nèi)可對本發(fā)明的另外變動和應用，即本發(fā)明不僅僅局限于以上描述的實例和附圖。
權(quán)利要求
1.一種通過處理表面濕潤式熱交換器的表面，從而構(gòu)造親水性多孔結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括下述操作將固體微粒與親水性粘合劑混和制備涂料組合物；通過噴涂或浸漬的方式在所述的熱交換器表面上展開所述涂料；和固化所述的熱交換器涂層表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的處理表面濕潤式熱交換器的方法，其中所述的固體微粒的直徑是5～100μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的處理表面濕潤式熱交換器的方法，其中通過控制粘合劑的粘度，調(diào)整涂在所述熱交換器表面上的親水性多孔結(jié)構(gòu)的厚度。
4.一種通過處理表面濕潤式熱交換器的表面，從而獲得親水性多孔結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于所述的方法包括下述操作通過使用化學方法或電化學方法腐蝕所述表面，或通過使用物理方法使熱交換器的表面粗糙；和對所述熱交換器的所述表面進行親水性處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的處理表面濕潤式熱交換器的方法，其中所述表面的粗糙度為5～100μm高。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4的處理表面濕潤式熱交換器的方法，其中在所述的熱交換器表面上構(gòu)造親水性多孔結(jié)構(gòu)的方法是先在熱交換器各個組成部分的表面上構(gòu)造所述親水性多孔結(jié)構(gòu)，然后將各個部分組裝成熱交換器；或在預先組裝好的熱交換器的表面上構(gòu)造親水性多孔結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及親水性處理的方法，該方法通過將固體表面改變成帶有親水性多孔結(jié)構(gòu)的改良表面，能夠大幅提高表面濕潤式熱交換器的表面潤濕性。為了在表面上形成親水性多孔結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提供了兩種方法。一種方法是將固體微粒與親水性粘合劑混合成涂料組合物，通過噴涂或浸漬的方式在熱交換器的表面上展開涂料和固化熱交換器的涂層表面的操作組成。另一種構(gòu)造親水性多孔結(jié)構(gòu)的方法由用化學或電化學方法將熱交換器的表面腐蝕，或通過物理方法使熱交換器的表面粗糙，和對所述熱交換器的表面進行親水化處理的操作組成。
文檔編號F28D5/00GK1486794SQ03155649
公開日2004年4月7日 申請日期2003年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月8日
發(fā)明者李大寧, 邊宰范 申請人:韓國科學技術(shù)研究院