钢材被覆层及传热管的表面处理方法
【专利摘要】本发明提供一种钢材被覆层(10A)，其特征在于，所述钢材被覆层形成于传热管(11)的表面、且具有由低表面能材料形成的表面层(12)。
【专利说明】钢材被覆层及传热管的表面处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于将热交换器内的配管进行表面处理的钢材被覆层及传热管的表面处理方法。
【背景技术】
[0002]由于传热效率、材料成本的关系，设置于热交换器的外壳(机身)的大量的热交换用管(传热管)主要使用碳钢。另外，传热管具有肋片型和翅片型，翅片型在传热效率方面更佳，因此使用翅片型的传热管。
[0003]对于热交换器而言，伴随着连续运转，在传热管的传热表面会附着并堆积灰、煤，由此使热交换性能降低。若排气中的灰、煤附着并堆积于传热管的表面，则灰、煤在传热管之间的间隙形成桥接(bridge)，使传热管彼此之间的排气流路变窄，阻碍排气穿过传热管组的排气流，使排气的压力损失变高。另外，由于排气中的水分(雾)附着于传热管而使传热管成为潮湿的状态，成为腐蚀的要因之一。
[0004]作为除去附着于传热管的灰、煤的方法，有如下方法:使铁球坠落，并利用因铁球冲撞传热管而产生的冲击，将附着于传热管的灰、煤震落的方法；在传热管的外周面安装加热用电线，使用该加热用电线强行使附着并堆积于传热管的外周面的煤燃烧的方法；通过向附着于传热管表面的灰、煤喷吹蒸气或空气的吹灰器(soot blower)进行清除的方法等(例如参照专利文献I~3)。
[0005]作为传热管的腐蚀应对措施，有使用树脂管被覆传热管的方法、对传热管的传热表面实施涂装的方法等(例如参照专利文献4)。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开平5-133695号公报
[0009]专利文献2:日本特开平7-63495号公报
[0010]专利文献3:日本特开2010-117067号公报
[0011]专利文献4:日本特开2005-98666号公报
【发明内容】
[0012]发明所要解决的课题
[0013]但是，作为除去附着于传热管的灰、煤的方法，利用使铁球坠落而产生的冲击的方法有时会使铁球堵塞在传热管彼此之间。另外，在使用加热用电线、吹灰器的方法中，需要另行设置用于设置加热用电线、吹灰器的设备，使费用增大。另外，由于灰、煤粘着于传热管，因此仅利用吹灰器无法充分除去粘着于传热管的灰、煤。
[0014]作为传热管的腐蚀应对措施，树脂管以覆盖传热管的方式来使用，因此不能够适用于传热效率良好的翅片型的传热管。另外，若对传热管的传热表面实施涂装，则涂装的膜厚变厚，因此传热效率降低。
[0015]本发明是鉴于上述问题而完成的，其课题在于提供能够抑制排气中包含的灰、煤等附着于传热管的传热表面的钢材被覆层及传热管的表面处理方法。
[0016]用于解决课题的方法
[0017]用于解决上述课题的本发明的第I发明:一种钢材被覆层，其特征在于，所述钢材被覆层形成于传热管的表面、且具有由低表面能材料形成的表面层。
[0018]第2发明:根据第I发明所述的钢材被覆层，其特征在于，具有形成于所述传热管和所述表面层之间且由无机玻璃类材料形成的粘结剂层。
[0019]第3发明:根据第2发明所述的钢材被覆层，其特征在于，所述粘结剂层的膜厚为1ym以下。
[0020]第4发明:根据第I发明~第3发明中任意一项所述的钢材被覆层，其特征在于，所述低表面能材料具有(CH4)3-S1-结构、F3C-结构或硅烷偶联反应基中的至少任意一种。
[0021]第5发明:根据第I发明~第4发明中任意一项所述的钢材被覆层，其特征在于，所述表面层的膜厚为I μ m以下。
[0022]第6发明:一种传热管的表面处理方法,其特征在于,通过在传热管的表面涂布包含低表面能材料的溶液并进行热处理、固化而形成表面层。
[0023]第7发明:根据第6发明所述的传热管的表面处理方法，其特征在于，在所述传热管和所述表面层之间形成由无机玻璃类材料形成的粘结剂层。
[0024]第8发明:根据第7发明所述的传热管的表面处理方法，其特征在于，所述粘结剂层的膜厚为ΙΟμπι以下。
[0025]第9发明:根据第6发明~第8发明中任意一项所述的传热管的表面处理方法，其特征在于，所述低表面能材料具有(CH4)3-S1-结构、F3C-结构或硅烷偶联反应基中的至少任意一种。
[0026]第10发明:根据第6发明~第9发明中任意一项所述的传热管的表面处理方法，其特征在于，所述表面层的膜厚为Iym以下。
[0027]发明效果
[0028]根据本发明，能够抑制排气中包含的灰、煤等附着于传热管的传热表面。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是表示本发明实施例1的钢材被覆层的示意图。
[0030]图2是表示硅烷偶联反应基和传热管的传热表面的结合状态的说明图。
[0031]图3是表示钢材被覆层的另一构成的示意图。
[0032]图4是表示排气中的灰、煤附着于传热管的状态的一例的说明图。
[0033]图5是表示本发明实施例2的钢材被覆层的示意图。
[0034]图6是表示粘结剂层与传热管的传热表面的结合状态的说明图。
【具体实施方式】
[0035]下面参照附图对本发明进行详细说明。需要说明的是，本发明并不限定于下述的实施例。另外，在下述实施例的构成要素中包含本领域技术人员能够易于想到的构成要素、实质上相同的构成要素以及所谓等效范围的构成要素。进而，可以将下述实施例中公开的构成要素进行适当组合。
[0036]实施例1
[0037]参照附图对将本发明实施例1的钢材被覆层适用于设置在热交换器的外壳(机身)的大量热交换用管(传热管)的情况进行说明。图1是表示本发明实施例1的钢材被覆层的示意图。如图1所示，本实施例的钢材被覆层1A是由表面层12在传热管11的表面Ila形成的。
[0038]表面层12由低表面能材料形成。作为低表面能材料，可以列举例如硅酮类树脂组合物、氟类树脂组合物等。作为硅酮类树脂组合物，优选具有显示拒水性或拒水拒油性(以下记为“拒水/拒油性”。)的(CH4)3-S1-结构。另外，作为氟类树脂组合物，优选具有F3C-结构作为末端取代基。具体可以列举例如娃树脂(Shin-Etsu Silicone公司制造)、Unidyne (大金工业公司制造)、Fluoro Surf (Fluoro Technology 公司制造)、Lumiflon (旭硝子公司制造)等。表面层12可以由一种上述材料单独形成或由多种上述材料形成。
[0039]通过使用上述硅酮类树脂组合物、氟类树脂组合物来形成表面层12，由此能够使界面的表面能降低，因此能够降低灰、煤等的附着，能够抑制表面层12的表面受到污染。另外，即使在表面层12的表面附着灰、煤等，也能够提高从表面层12剥离灰、煤等的效果。
[0040]表面层12优选在分子内具有用于以共价键与基材结合的硅烷偶联反应基{(R0)nS1-}。图2是表不在表面层12具备硅烷偶联反应基时表面层12与传热管11表面的结合状态的说明图。如图2所示，通过在分子内具有硅烷偶联反应基{(RO)nS1-}，由此利用其与传热管11表面的OH基的脱水反应而形成共价键(-O-S1-O-)。由此，表面层12和传热管11表面形成交联层，传热管11表面和表面层12能够牢固地结合。
[0041]低表面能材料优选为能够利用喷涂、刷涂、浸涂等进行涂布施工的液体状。对于低表面能材料而言，涂布包含低表面能材料的溶液并对其进行热处理使其干燥，由此可以得到表面层12。
[0042]对于表面层12而言，由于使用如上所述的硅酮类树脂组合物、氟类树脂组合物等有机材料作为原料，因此能够容易地涂布于传热管11等被粘物而形成薄膜。另外，即使当在传热管11的传热表面再次形成表面层12的情况下，也是仅涂布如硅酮类树脂组合物、氟类树脂组合物等之类的有机材料即可，因此，即使在表面层12劣化的情况下，也可以将用于形成表面层12的原料涂布于传热管11而容易地再次形成表面层12。
[0043]表面层12优选为膜厚1nm以上且I μ m以下的单分子膜。作为单分子膜，具体可以列举例如Fluoro Technology公司制造的Fluoro Surf等。需要说明的是,所谓单分子膜是指分子内的一端具有反应基且另一端具有拒水/拒油基的分子结构，在传热管的传热表面能够形成单分子膜。通过使表面层12成为单分子膜，能够进行不损害传热管11的导热系数的涂布。
[0044]另外，本实施例的钢材被覆层1A仅为表面层12并在传热管11的表面形成了表面层12，但并不限定于此，如图3所示，本实施例的钢材被覆层1A也可以在表面层12的传热管11侧设置底涂层13。通过在表面层12的传热管11侧设置底涂层13，能够使传热管11和表面层12的密合性提高，能够使表面层12与传热管11的粘接性提高。
[0045]因此，本实施例的钢材被覆层1A由表面层12形成，因此能够抑制在本实施例的钢材被覆层1A的表面附着灰、煤等。另外，通过在表面层12的传热管11侧设置底涂层13，能够进一步提高表面层12与传热管11表面的粘接性。
[0046]由于灰、煤等附着于传热管11表面的情况受到抑制，因此传热管11能够稳定地维持传热效率。在像以往那样直接使用设置于热交换器外壳的大量传热管时，如图4所示那样，包含灰、煤的排气15通过第I段的传热管11时，排气15中的灰、煤附着并粘着于第I段的传热管11，形成附着物16，使第I段的传热管11彼此之间的流路变窄，包含灰、煤的排气15的流路容易集中在第2段的传热管11的气流方向的正面侧。这样一来，在前段侧的传热管11的气流方向的正面侧大量附着排气15中的灰、煤，由此使包含灰、煤的排气15的流路容易集中在设置于其后段侧以后的传热管11的气流方向的正面侧，因此对于设置于后段侧的传热管11而言也同样地在其上附着排气15中的灰、煤，设置于后段侧的传热管11的传热效率也降低，因此使热交换器整体的热交换效率降低。
[0047]与此相对，由于将本实施例的钢材被覆层1A设置于传热管11的表面，因此本实施例的钢材被覆层1A能够抑制灰、煤等附着于其表面，能够抑制传热管11的传热效率降低。由此，能够抑制热交换器整体的热交换效率降低，能够使热交换器稳定地进行运转。
[0048]实施例2
[0049]参照附图对本发明实施例2的钢材被覆层进行说明。图5是表示本发明实施例2的钢材被覆层的示意图。如图5所示，本实施例的钢材被覆层1B具有表面层12和粘结剂层21，粘结剂层21和表面层12依次形成于传热管11的表面11a。
[0050]粘结剂层21是形成于传热管11和表面层12之间、并且由用于形成致密的膜且与表面层12的反应性高的无机系材料形成的层。作为无机系材料，可以列举硅烷偶联剂、包含S1-O结构的玻璃涂布剂等。作为硅烷偶联剂，具体可以列举Shin-Etsu Silicone公司制造的硅烷偶联剂等。玻璃涂布剂具有S1-O结构，因此，如图6所示，利用其与作为基材的传热管11的表面的OH基的脱水反应而形成共价键(-O-S1-O-)。另外，作为玻璃涂布剂，具体可以列举日兴公司制造的晶膜(crystal coating)、S-MACH公司制造的晶体X、AZElectronic Materials公司制造的以全羟基聚娃氮烧为主要成分的AQUAMICA、AP0LL0RINK公司制造的TGA等。
[0051]粘结剂层21是由致密且以与表面层12的反应性高的无机系材料形成的膜所形成的，因此能够抑制水分与传热管11接触，从而能够抑制腐蚀。
[0052]粘结剂层21的膜厚优选为5 μ m以上且100 μ m以下，更优选为7 μ m以上且50 μ m以下，进一步优选为1ym以上且30 μ m以下。
[0053]无机系材料与表面层12同样地优选为能够利用喷涂、刷涂、浸涂等进行涂布施工的液体状。通过加热、吸湿、催化的作用使无机系材料固化，从而得到粘结剂层21。
[0054]粘结剂层21将包含如上所述的无机类材料的有机材料作为原料使用，因此，能够与表面层12同样地容易涂布于传热管11等被粘物而形成薄膜。另外，即使当在传热管11表面再次形成粘结剂层21的情况下，也是仅涂布如上所述的有机材料即可，因此，即使在粘结剂层21劣化的情况下，也可以将用于形成粘结剂层21的原料涂布于传热管11而容易地再次形成粘结剂层21。
[0055]本实施例的钢材被覆层1B采用表面层12和粘结剂层21的两层结构，作为表面层12和粘结剂层21的组合，例如优选使用TGA作为形成表面层12的材料且使用FIuotoSurf作为形成粘结剂层21的材料。通过使用TGA作为形成表面层12的材料且使用FIuotoSurf作为形成粘结剂层21的材料，从而使任一层均能以薄膜形成，因此在表面层12和粘结剂层21的膜厚可以为1ym以下。
[0056](试验例)
[0057]接着，示出对于本实施例的钢材被覆层1B的灰、煤等的附着降低效果、耐腐蚀性进行研究的结果。试验例I中示出如下试验结果:在对于基体(金属板)使用氟类树脂组合物(Fluoro Surf, Fluoro Technology公司制造)作为本实施例的钢材被覆层10B的表面层12、且使用氟类树脂组合物(TGA，AP0LL0RINK公司制造)作为粘结剂层21的试验片的情况下，求出的灰、煤的附着性、基体的腐蚀性的试验结果。比较例I中示出如下试验结果:在仅使用基体作为试验片时，求出的灰、煤的附着性、基体的腐蚀性的试验结果。
[0058]以附着于试验片的飞灰(fly ash)块的剥离力的形式求出灰、煤等的附着性。另外，以浸溃于PH值为2的硫酸水溶液中直至发生腐蚀的时间的形式求出基体的腐蚀性。
[0059]试验例1、比较例I的试验结果示于表1中。需要说明的是，在本试验例中，灰、煤的附着性以将比较例I中附着于基体的灰、煤的附着量设为I时的相对比来表示，耐腐蚀性以将比较例I的基体的腐蚀情况设为I时的相对比来表示。
[0060]【表1】
[0061]
【权利要求】
1.一种钢材被覆层，其特征在于，所述钢材被覆层形成于传热管的表面、且具有由低表面能材料形成的表面层。
2.根据权利要求1所述的钢材被覆层，其特征在于，具有形成于所述传热管和所述表面层之间且由无机玻璃类材料形成的粘结剂层。
3.根据权利要求2所述的钢材被覆层，其特征在于，所述粘结剂层的膜厚为ΙΟμπι以下。
4.根据权利要求1~3中任意一项所述的钢材被覆层，其特征在于，所述低表面能材料具有(CH4)3-S1-结构、F3C-结构或硅烷偶联反应基中的至少任意一种。
5.根据权利要求1~4中任意一项所述的钢材被覆层，其特征在于，所述表面层的膜厚为I μ m以下。
6.一种传热管的表面处理方法，其特征在于，通过在传热管的表面涂布包含低表面能材料的溶液并进行热处理、固化而形成表面层。
7.根据权利要求6所述的传热管的表面处理方法，其特征在于，在所述传热管和所述表面层之间形成由无机玻璃类材料形成的粘结剂层。
8.根据权利要求7所述的传热管的表面处理方法，其特征在于，所述粘结剂层的膜厚为10 μ m以下。
9.根据权利要求6~8 中任意一项所述的传热管的表面处理方法,其特征在于,所述低表面能材料具有(CH4)3-S1-结构、F3C-结构或硅烷偶联反应基中的至少任意一种。
10.根据权利要求6~9中任意一项所述的传热管的表面处理方法，其特征在于，所述表面层的膜厚为Iym以下。
【文档编号】B32B1/08GK104136659SQ201380010660
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年2月7日 优先权日:2012年2月27日
【发明者】樱井秀明, 香川晴治, 宫地刚之, 冈本卓也 申请人:三菱重工业株式会社