专利名称：一种内表面带有纳米材料涂层的传热板及一种高效防垢池沸腾蒸发器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种传热板，尤其涉及一种换热器，特别是涉及一种传热元件的表面带有纳米材料涂层的高效防垢池沸腾蒸发装置。
背景技术：
换热器，尤其是具有相变传热的蒸发器的结垢和传热效率不高问题是目前工业界和学术界普遍关注的技术难题。换热器的结垢会带来一些问题换热速率降低，蒸发能力下降；压降增加，从而导致动力消耗增加；频繁停车清洗，导致生产率下降。对于结垢现象，虽然提出了许多解决方法，包括物理和化学清洗、器内添加内构件等，但是，目前仍然缺乏满意的防垢办法。随着纳米科技的发展，其应用领域逐渐渗透到传热领域。例如，有研究者在传热工质内添加纳米颗粒，制得纳米流体传热工质，用于强化传热过程等。近年来，纳米涂层的各种作用受到关注，提出了带有纳米涂层的散热器，以利用其杀菌作用；提出了具有纳米涂层的热水器内旦，以提高其综合防腐蚀性能；提出了带有防腐层、亲水膜和传热层的纳米涂层制冷盘管，以提高制冷效果，提出了表面带有纳米材料涂层的加热管及其组成的自然外循环蒸发器，以强化沸腾蒸发过程和防垢等。但是，尚未见到在传热板上制作具有纳米级厚度的，具有纳米效应的，具有强化沸腾传热和防垢功能的纳米材料涂层表面，及池沸腾装置的文献报导。
发明内容
本发明的目的在于提供一种内表面带有纳米材料涂层的传热板，该传热板的传热系数明显提高，而且传热表面不易结垢，清垢周期至少延长4倍以上。
本发明的另一目的在于提供一种高效防垢池沸腾蒸发器，该蒸发器与现有普通的池沸腾蒸发器相比，传热膜系数提高0.2倍，蒸发器可以长期无垢运行。
本发明的一种内表面带有纳米材料涂层的传热板，它包括基层，所述基层上覆盖有一层纳米材料涂层，所述的涂层的厚度在20-100nm之间，所述的涂层表面呈小岛网状结构。
本发明的一种高效防垢池沸腾蒸发器，它包括(a)一个沸腾池，所述沸腾池包括设置在其内的传热板，所述的传热板包括基层，所述基层上覆盖有一层纳米材料涂层，所述的涂层的厚度在20-100nm之间，所述的涂层表面呈小岛网状结构；(b)一个冷凝器，该冷凝器通过一个连接管与所述的沸腾池的上部相连；(c)一个预热器，该预热器浸没于所述的沸腾池内；(d)一个加热棒，该加热棒置于沸腾池内所述传热板的底部；(e)一套附属系统，该附属系统包括固态调压器及加热电源；(f)一套温度参数采集及控制系统，该参数采集系统的信号输入端与所述的加热棒的温度信号输出端相连，并将该信号经过放大和模数转换传递给计算机进行记录和采集，并将测量结果传递给所述的控制系统，所述的控制系统根据温度测试结果，与设定值比较后，将发出的信号经过数模转换传输给所述的固态调压器开关，用于控制所述的加热棒的温度。
本发明的一种表面带有纳米材料涂层的传热板，由于纳米材料涂层厚度在20-100nm之间，涂层表面呈小岛网状结构，这种结构为强疏水结构，因而带有纳米涂层的池沸腾蒸发装置与现有的普通池沸腾蒸发装置相比，传热膜系数提高0.2倍，池沸腾蒸发装置可以长期无垢运行。
图1是本发明的一种池沸腾蒸发装置示意图。
图2是图1所示的传热板截面I的示意图；图3是图2所示元件的俯视图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例子对本发明作以详细描述。
首先，对传热板表面进行预处理，然后采用磁控溅射法或液相沉积法制得不同厚度和形貌以及金属、金属氧化物、氟化物等不同材质的纳米膜，所述的金属为Ti、Al、Cr、Zn、Fe、Mg等，金属氧化物为Cr2O3、Ti2O3、Al2O3、ZnO、Fe2O3等，金属氟化物为CaF2、MgF2、ZnF2等。
其次，对制得的纳米膜进行特性表征，包括表面形貌、粗糙度、膜厚、接触角、表面能等，可以采用多种手段测量这些参数，例如，采用预制台阶法、成分法、称重法、断面测量法测膜厚，采用重量测量法、角度测量法、接触角测量仪等测接触角，采用原子力显微镜等表征表面形貌及粗糙度等。图2放大图及图3中的本发明一种表面带有纳米材料涂层的传热板2，它包括基层2-1，可以是钢材或铜材，板材基层金属壁面厚度在工业常用的范围之内。所述基层2-1上覆盖有一层纳米级的涂层2-2，所述的涂层的厚度在20-100nm之间，涂层厚度最好在20-80nm之间，厚度低于20nm，则涂层覆盖不均匀，涂层厚度大于80nm，则传热效果会有所下降。所述的涂层表面呈小岛网状结构特征，这种结构由于具有较低表面能和强疏水特性，所以更利于强化沸腾传热以及防止表面结垢。以甘油和蒸馏水为标准液表征的涂层的接触角在0-121°之间，表面能在99-210mJ/m2之间。
最后，用带有纳米材料涂层的传热板制得池沸腾蒸发装置。如图1所示本发明的一种高效防垢池沸腾蒸发装置，它包括一个沸腾池5，所述沸腾池包括设置在其内的传热板，所述的传热板2包括基层，所述基层上覆盖有一层纳米材料涂层，所述的涂层的厚度在20-100nm之间，最好在20-80nm之间，所述的涂层表面呈小岛网状结构；一个冷凝器4，该冷凝器通过一个连接管与所述的沸腾池的上部相连；一个预热器1，该预热器浸没于所述的沸腾池内，深入沸腾液体内部；一个加热棒3，该加热棒置于沸腾池内所述传热板的底部，紧贴在传热板下面的基层；一套附属系统8，该附属系统包括固态调压器及加热电源等；一套温度参数采集及控制系统6、7，该参数采集系统的信号输入端与所述的加热棒的温度信号输出端相连，并将该信号经过放大和模数转换传递给计算机6进行记录和采集，并将测量结果传递给所述的控制系统7，所述的控制系统根据温度测试结果，与设定值比较后，将发出的信号经过数模转换传输给所述的固态调压器开关，用于控制所述的加热棒的温度；整个蒸发系统由保温层9保温。所述的参数采集及控制系统、固态调压器、冷凝器、预热器均可在市场购得。
高效防垢池沸腾蒸发装置的传热板纳米表面，经过沸腾池与冷凝器的一个入口相连，冷凝器上部有一关闭的出口，冷凝液自然回流到沸腾池。本装置采用常压操作，对于易生成结晶垢的蒸发物料效果明显。对热敏性料液，可采用真空操作。当蒸发浓缩液的比重或浓度等参数达到工艺要求时，停止蒸发浓缩。
权利要求
1.一种内表面带有纳米材料涂层的传热板，它包括基层，其特征在于所述基层上覆盖有一层纳米级的纳米材料涂层，所述的涂层的厚度在20-100nm之间，所述的涂层表面呈小岛网状结构。
2.根据权利要求1所述的内表面带有纳米材料涂层的传热板，所述的纳米材料涂层的厚度在20-80nm之间。
3.一种高效防垢池沸腾蒸发器，其特征在于，它包括(a)一个沸腾池，所述沸腾池包括设置在其内的传热板，所述的传热板包括基层，所述基层上覆盖有一层纳米材料涂层，所述的涂层的厚度在20-100nm之间，所述的涂层表面呈小岛网状结构；(b)一个冷凝器，该冷凝器通过一个连接管与所述的沸腾池的上部相连；(c)一个预热器，该预热器浸没于所述的沸腾池内；(d)一个加热棒，该加热棒置于沸腾池内所述传热板的底部；(e)一套附属系统，该附属系统包括固态调压器及加热电源；(f)一套温度参数采集及控制系统，该参数采集系统的信号输入端与所述的加热棒的温度信号输出端相连，并将该信号经过放大和模数转换传递给计算机进行记录和采集，并将测量结果传递给所述的控制系统，所述的控制系统根据温度测试结果，与设定值比较后，将发出的信号经过数模转换传输给所述的固态调压器开关，用于控制所述的加热棒的温度。
4.根据权利要求3所述的蒸发器，其特征在于，所述的纳米材料涂层的厚度在20-80nm之间。
全文摘要
本发明公开了一种内表面带有纳米材料涂层的传热板及一种高效防垢池沸腾蒸发器，所述的蒸发器包括一个沸腾池，它包括设置在其内的传热板，所述的传热板包括基层，所述基层上覆盖有一层纳米材料涂层，所述的涂层的厚度在20－100nm之间，所述的涂层表面呈小岛网状结构；一个冷凝器，该冷凝器通过一个连接管与所述的沸腾池的上部相连；一个预热器，该预热器浸没于所述的沸腾池内；一个加热棒，该加热棒置于沸腾池内所述传热板的底部；一套附属系统；一套温度参数采集及控制系统。本发明装置与现有的普通池沸腾蒸发装置相比，传热膜系数提高0.2倍，池沸腾蒸发装置可以长期无垢运行。
文档编号F28F19/06GK1948886SQ20061001642
公开日2007年4月18日 申请日期2006年11月1日 优先权日2006年11月1日
发明者刘明言, 王燕 申请人:天津大学