[發明專利]濕空氣強化翅片冷凝管及制備方法

在審

• 申請號: 202010596978.4
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111795601A
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 王進強;陳煥倬;武震國
• 申請（專利權）人: 蘇州新太銅高效管有限公司
• 主分類號: F28F1/36
• 分類號: F28F1/36;B24C1/06
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴;王凱

本發明保護的一種濕空氣翅片冷凝管，包括；管體，及管體換熱表面上的翅片；翅片沿著管體的長度方向呈螺旋狀延伸；相鄰翅片之間縫隙構成的溝槽。其特點在于：翅片表面為噴砂加工形成的粗糙表面，提高親水性；溝槽底部為光滑的疏水表面，提高冷凝液體的流動性。由此，得到一種穩定的親/疏水表面結合的冷凝換熱管。在兩種機理的綜合作用下，能夠大大增加濕空氣中水蒸氣的冷凝換熱性能。其制備方法主要由四個步驟組成：疏水處理、疏水表面保護、表面噴砂、清洗處理，制作方法簡單，成本低廉。

技術領域

本發明涉及冷凝管制備技術領域，尤其涉及適用濕空氣的翅片冷凝換熱管以及制造方法。

背景技術

冷凝換熱管是冷凝器的關鍵元件，強化冷凝換熱管的研制受到人們的重視。長期以來，人們注意力主要集中在兩個方面對冷凝換熱管進行改進：增加換熱面積和對冷凝管外表面的幾何形狀的改進上，中國專利CN10133898中提出，在冷凝傳熱管的外表面壓制有增加換熱面積的翅片，具體講，在所述翅片上壓制有兩層及其以上的復合結構翅片。增加換熱面積后，一般可提高換熱系數。中國專利 CN102679790A中公開的技術：其冷凝管上的螺旋翅片沿軸向的間距和高度出現規則變化，加強毛細力作用。但是，實驗中發現，這些好的措施僅在純蒸汽冷凝的情況下有效。在濕空氣條件下，效果很不明顯。如，燃氣熱水器或者鍋爐的排煙中含水蒸氣與大量空氣，空氣的含量達到80%以上，蒸汽的比例非常小，這種情況下，翅片管的凝結效率很低。在濕空氣的冷凝換熱中，翅片管與光滑管對比，翅片管的換熱系數反而低于光滑換熱管。其原因是：當濕空氣存在較大份額的空氣以及少量水蒸氣較厚時，冷凝換熱管表面附近存在厚的空氣層，形成熱阻，主流中的水蒸氣分子在蒸汽分壓驅動下通過質量擴散的方式穿過空氣層，才能夠在冷凝管表面冷凝為液體。往往濕空氣中的蒸汽質量分數很低，相應的蒸汽分壓很低，驅動力不強，凝結愈加困難。與純蒸汽相比較，混合氣體的冷凝增加了較大熱阻。對于翅片冷凝管而言，阻礙蒸汽冷凝的現象更加嚴重。由于密集的翅片限制了翅片之間空隙內空氣流動，換熱管表面附近的空氣氣體層比光管更厚，蒸汽分子穿過空氣層的阻力更大，凝結換熱系數更低，而且翅片密度越大，效果越差。

發明內容

本發明提供的一種技術方案的新型翅片冷凝管，可以提高濕空氣中的水蒸氣的冷凝效率，解決翅片附近存在的不凝氣體層阻礙水蒸氣冷凝換熱的情況，即，在蒸汽含量較低時，即蒸汽分壓差較小情況下，依然獲得較高冷凝換熱效率。

為了解決上述問題，本發明的技術方案是：冷凝管外表面設置有螺旋狀翅片，相鄰翅片間形成有利于排除冷凝液體溝槽。其特征之處在于：翅片表面為親水表面，為了強化翅片表面的親水性，翅片表面加工成粗糙表面；相鄰翅片之間縫隙形成的溝槽的底部為疏水光滑表面，有利于快速排液。基于上述結構，本冷凝換熱管是親/疏水換熱面相結合的換熱管，翅片的表面具有較好的親水性，而管體換熱表面則具有疏水性。

上述結構的科學原理如下：在濕空氣中，往往水蒸氣的含量不高，如燃氣燃燒器的排氣中水蒸氣最高也就是20%左右，所以水蒸氣的分壓較低，水蒸氣穿透不凝氣體層的驅動力就弱。親水表面帶有極性基團的分子，對水有大的親和能力，可以吸引水分子，這類分子形成的固體材料的表面，易被水所潤濕。因此，稱之為固體表面具有親水性。與一般固體表面相比較，親水表面吸引水分子的作用等于增加驅動力，有利于濕空氣中

的水蒸氣冷凝。另外一方面，根據Wenzel理論，由親水材料構成的粗糙表面，可以提高固體表面的親水性，更容易吸引混合氣中的水分向冷卻壁面移動。所以本發明通過噴砂工藝將吃片表面處理成為粗糙表面。實驗證明，銅材料表面的濕潤角為80°左右，屬于親水表面。當平面加工成粗糙表面后，其濕潤角約為65°左右，眾所周知，濕潤角表征了表面的濕潤性的大小，濕潤角越小，親水性越好，可以更好的吸引空氣中的水分子。提高冷凝管的換熱性能的另外一條途徑是盡可能提高排液速度，使得換熱管表面的液膜厚度的減薄，否則冷凝液體在管體換熱表面上形成較厚的液膜，就會阻礙冷凝換熱。而光滑的疏水表面由于其表面的分子吸引力弱，其上的液體容易內聚成珠狀或者形成條索狀，液體與表面的接觸面積很小，流動阻力小，能夠很快從換熱管上滴落。