[發明專利]換熱板片及板式換熱器

有效

• 申請號: 201910648320.0
• 申請日: 2019-07-18
• 公開（公告）號: CN112240724B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 毛松柏;海中;汪東;王昌松;陳曦;郭本帥
• 申請（專利權）人: 中石化南京化工研究院有限公司;中國石油化工股份有限公司
• 主分類號: F28F3/04
• 分類號: F28F3/04;F28F13/18;F28F19/04
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 王秀娟

本發明公開了一種換熱板片及板式換熱器，所述換熱板片包括基板，基板上設有導流區、分流區及主流區；流體從換熱板片入口依次經過換熱板片入口側的分流區、導流區，進入主流區，在主流區進行換熱后，繼續流經換熱板片出口側的導流區、分流區，進入換熱板片的出口；換熱片入口側及出口側的分流區基板表面均涂覆疏水涂層，分流區基板與水的靜態接觸角大于110°；主流區基板沿流體流動方向的前1/3～1/4區域內，表面涂覆疏水涂層，涂覆疏水涂層的主流區基板與水的靜態接觸角大于90°，小于150°。所述換熱板片組裝的換熱器，具有換熱效率高、流動阻力小、不易結垢堵塞、清洗方便的特點。

技術領域

本專利涉及換熱設備，尤其是涉及一種換熱板片及板式換熱器。

背景技術

板式換熱器由于熱效率高、熱損耗低、結構緊湊、占地面積小等原因，常用于化工、制藥、生化、吸收冷卻、電力生產系統、食品等幾種工業過程中。在過去幾十年里，對節約能源和減少整體環境影響的要求越來越高，因此更加強調使用熱效率更高的熱交換器。

人字形板式換熱器由于其特殊的波紋設計，迫使流體在板槽內形成旋轉的三維流動，在雷諾數較低的情況下產生湍流，有效地提高了換熱系數，但是同時也導致了更高的流動阻力和泵功率。

為了降低板式換熱器流體流動的流阻，許多文獻通過對板式換熱器的結構進行改造，包括換熱板片的改造，比如：改變板式換熱器的波紋角度、波紋間距、波紋高度等。但對于不同性質的流體，換熱板最佳結構往往不同，難以調控。

也有通過流體通道的改造來降低流阻，如專利[CN 2890822Y]提供了一種在由各角孔組成的匯通流道管壁上沒有盲孔和盲流道的低流阻可拆板式換熱器。這類換熱器忽略了流體在換熱器主體即換熱板片上的流動阻力，且制造工藝復雜。

一些研究人員通過對板式換熱器換熱板表面涂敷涂層降低流阻。

如專利[CN 2232138Y]通過在換熱板片表面噴涂一層厚度為0.2-0.5mm的高分子樹脂，來提高板式換熱器的耐腐蝕性能和抗高壓性能。但厚度為0.2-0.5mm的高分子樹脂會增加板式換熱器的傳熱阻力，不利于傳熱的進行，降低了換熱效果。

專利[CN 2232138Y]在不銹鋼表面進行了耐熱超疏水涂層的電沉積，與水的接觸角超過150°。對于板式換熱器來說，主流區域板片的疏水性太好會導致流體在板片上的停留時間過短，且超疏水結構中的空氣層是熱的不良導體，從而降低了冷熱流體的換熱效果。

此外，板式換熱器使用過程中存在結垢現象，結垢使板式換熱器的流道形成不同程度的堵塞，降低換熱效率，增大流動阻力，污垢長期附著在板片上還會導致垢下腐蝕現象的發生。設備積垢厚度每增加1mm，換熱系數下降9％，能耗增加10％以上，嚴重時板式換熱器將無法進行換熱。現有控制板式換熱器結構方法有以下幾種：

化學方法控制結垢。化學法是向換熱流體中加入反應物質，將易結垢物質轉換成其他不易結垢物質；常見的是加入絡合劑或其他阻垢劑,與離子產生結合,形成穩定的絡合物,減少結晶的速率而減輕結垢的影響。當加入的反應物質對流體性質產生不良影響時，化學法將不再適用，且加入的藥品也增加了成本。

物理方法控制結垢。物理法可分為兩大類:一類是利用晶種生長技術抑制結垢；另一類是使用阻垢儀器，即采用電磁、輻射、催化、超聲波處理等方法來處理。物理法只能防止垢在系統的設備上沉積，而允許結垢物質在溶液中存在運行。物理法的除垢效率低且能耗較大。

涂層法控制結垢。疏水涂層一般具有較低表面性能，如含氟涂層和硅烷涂層等，在一定程度上降低親水性流體的流動阻力和金屬表面污垢的生成。但是涂層法存在上述降低換熱效率的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種換熱板片及板式換熱器，通過在換熱板片的不同區域引入不同疏水性質的涂層，不僅減少了流動阻力，還增加了流體湍流度，實現了高效換熱，并且可有效防止換熱板片的結垢現象。