专利名称：提高表面湿润式热交换器表面润湿性的表面处理方法
技术领域：
本发明通常涉及提高热交换器表面润湿性的表面处理方法。更具体的说，本发明涉及亲水性处理的方法，该方法通过将固体表面改变成具有亲水性多孔结构的改良表面，能够大幅提高表面湿润式热交换器的表面润湿性该热交换器包括一个冷却塔、一个蒸发冷凝装置和一个蒸发冷却装置。
背景技术：
如图1所示的表面湿润式热交换器采用了蒸汽冷却技术，通过汽化喷射到热交换器表面(2)上的水(4)，冷却热交换器(1)内的液体。图1中的参考数字(3)表示供水装置，数字(5)表示空气的流向。与通常意义上只利用温度的差别达到冷却效果的常规热交换器相比，表面湿润式热交换器可获得更好的冷却性能。
表面湿润式热交换器已被应用到包括冷却塔、蒸发冷凝装置、蒸发冷却装置的很多领域中。然而，虽然大量的现有技术针对这项技术及其突出的冷却性能，但是表面湿润式热交换器的实际应用仍相当局限。
限制使用的主要原因涉及表面的湿度。在常规的表面湿润式热交换器中，由于喷射到热交换器表面(2)的水(4)不能形成薄膜，而是形成如图2所示的小水滴(6)，或者是沿着热交换器表面流下来，表面湿度低，因而实际蒸发的水量很小。因此蒸发冷却的性能比预期的要低得多。
众所周知，供应的水量一般保持在大于为提高表面湿度实际蒸发的水量。然而，过量供应的液体会增加流动阻力和空气一侧的压力损失，因此减少空气流动的总量。最坏的情况下，通过减少空气流动降低的冷却性能大大高于因蒸发冷却提高的冷却性能，因此热交换器总的冷却性能下降。
一些现有技术公开了关于表面湿润式热交换器的技术。在美国专利US5,813,452和US6,368,671B1中提出了应用于空调蒸发器热交换器的表面亲水性处理方法，该方法使得表面的冷凝水能很好的沿着蒸发器的表面流下来。
虽然通过表面湿润式热交换器表面的亲水处理降低了水滴的接触角，但是喷射的水沿着斜面呈细流状流下，而不是形成薄的水膜。因此，上述公开的技术并不能提高表面湿度。
此外，提高湿度的技术还有将热交换器的表面处理成含凹槽(参见US4,461,733和US4,566,290)，或在表面附着吸收材料(US6,101,823和US6,286,325B1)。但这些技术存在不足只能应用于只有简单结构的热交换器，而不能应用于带有许多扩大表面面积的翅片的结构复杂的常规热交换器。
此外，在US4,933,117、US5,377,500、US5,605,052、US5,701,748中还示出了供水装置，该供水装置可以在热交换器表面上喷射均匀的薄雾。
由于上述的薄雾喷射装置为了在表面上喷射出均匀的薄雾，而使用了一个小直径的细喷嘴，这样它表现出一些缺陷喷雾装置需用高压泵排放水，而且喷嘴很易被污物堵塞。
另外，尽管水滴是被均匀喷射到正对供水装置的热交换器表面上，但倘若该表面不是亲水性的，那么以液滴的形式停留在表面的水将导致压力损失的增加；倘若该表面是亲水性的，那么表面上的水将以细流的形式流下来。因此，表面湿度不会大幅提高。
发明内容
本发明通常涉及为提高热交换器表面润湿性的表面处理方法。更具体地说，本发明涉及亲水性处理的方法，该方法能大幅提高表面湿润式热交换器的表面润湿性。该热交换器包括一个冷却塔、一个蒸发冷凝装置和一个蒸发冷却装置。
本发明提供表面处理方法，该方法是通过在热交换器的表面上涂覆亲水性多孔层，或者先将热交换器的表面弄粗糙，然后对表面进行亲水化处理，从而将固体表面转换成改良的具有亲水性多孔结构的表面。通过在多孔结构上利用毛细作用促进水的展开，并使水保持在表面的多孔结构中的表面处理方法能大幅提高表面的润湿性。表面处理的方法可以在各种各样的热交换器上实现，而不必考虑它们的结构。
图1是表面湿润式热交换器的示意图。
图2是常规的热交换器表面上水滴分布的示意图。
图3是显示使用依照本发明的固体微粒与亲水性粘合剂的组合物涂覆在表面之后的表面处理结果图。
图4是说明使用依照本发明的固体微粒与亲水性粘合剂的组合物形成的具有多孔结构的表面的显微照片。
图5是说明使用过高粘度的粘合剂形成的表面形态的显微照片。
图6是说明依照本发明使用合适粘度的粘合剂形成的表面形态的显微照片。
图7是说明具有多孔结构的表面的显微照片，该多孔结构是依照本发明将表面粗糙处理后再进行亲水性处理所形成的。
图8是说明依照本发明对亲水性多孔结构进行表面处理后蒸发水的分散性提高了的显微照片。
具体实施例方式
以下参考附图，详细说明本发明实例的结构和操作步骤。
在本发明中，为了在表面上构造亲水性多孔结构，热交换器的表面处理方法可分为两种方法。
如图3所示的第一种方法是所谓的涂层法，包括以下操作将固体微粒与亲水性粘合剂混合后制成涂料组合物；通过喷涂或浸渍的方式使涂料在热交换器表面上展开和固化热交换器的涂层表面；从而将固体表面转换成具有亲水性多孔结构的改良表面。
图4是放大了800倍的显微照片，说明通过第一种方法处理得到的表面。当多孔结构中孔(10)的尺寸太小时，由于水的表面张力水将不能渗入至多孔结构，而当孔的尺寸太大时，由于小的毛细作用，蒸发水的分散性变低。因此多孔结构中孔(10)的尺寸应当控制得恰到好处。
影响孔尺寸最大的因素是固体粒子的尺寸，粒子的平均直径在5～100微米是适宜的，并且均匀直径的粒子是有利的。粒子直径越均匀，孔隙度越大，孔结构中保持的水量越多。
如果亲水性粘合剂的粘度太高，固体微粒将如图5所示的那样被埋在粘合剂中。因而固体微粒间的缝隙将被粘合剂填充，所以在固化过程后不能获得多孔结构。同时，如果亲水性粘合剂的粘度太低，由于喷射的粘合剂沿着热交换器的表面流下来导致不能形成涂层。粘合剂的粘度可通过控制溶剂的量来调整。
图6是说明依照本发明使用合适粘度的粘合剂后形成的表面形态的显微照片。
如果涂层的厚度太薄，相当量的蒸发水分不能存储在多孔结构中。而如果涂层的厚度太厚，空气的通道将缩小，从而导致压力损失的增加以及通过涂层的热阻的增加，因此蒸发冷却的效率降低。涂层的厚度也可通过控制粘合制的粘度进行调整。
第二种方法就是所谓的粗糙法，该方法使用化学或者电化学方法腐蚀热交换器的表面，或者用物理方法将表面弄粗糙，然后对获得的表面进行处理，使其获得亲水性特征。
增加表面粗糙度的实际方法是以铬酸盐方法为代表的化学方法、以阳极电镀为代表的电化学方法以及用喷沙为代表的物理方法。
图7是放大了800倍的显微照片，说明依第二种方法处理得到的表面。表面粗糙高度(类似于第一种方法中多孔结构的小孔尺寸)是表面润湿性的最大影响因素。表面粗糙度为5～100微米高是最适宜的。
在亲水性处理中，增加表面粗糙度之后，往表面涂覆亲水性树脂，如果亲水性树脂的粘度太高，粗糙部分将被树脂部分或全部覆盖，这样处理后表面的粗糙度将下降。因此需要通过控制亲水性树脂和溶剂的比例来调整树脂的粘度。
在上述表面上涂覆多孔层的表面处理方法中，固体微粒以及亲水粘合剂的种类并没有限制或限定。
而且，在上述增加表面粗糙度之后亲水处理表面的表面处理方法中，亲水化方法的种类以及提高粗糙度的方法都没有限制或限定。
在将热交换器的表面转化成具有亲水性多孔结构的方法中，一种方法是先在热交换器各个组成部分的表面上构造亲水性多孔结构，然后将各个部分组装成一个热交换器。另一种方法是先在预先组装好的热交换器的表面上构造亲水性多孔结构。组装和处理的次序并没有限制或限定。
也可将抗腐蚀处理以及抗菌处理与亲水化多孔处理结合起来实施。
图8是说明优选实例的性能的显微照片。停留在经处理过的表面上的水滴表现为在表面上铺展得很开并形成了一个薄水膜，这归功于该表面具有亲水和多孔的特性。因此，通过应用亲水表面处理，表面湿润式热交换器的表面润湿性大幅提高。
如上所示，依照本发明对表面进行处理后，水在热交换器的表面上铺展得很开并形成了薄的水膜，这些导致水分蒸发加速，因而提高了表面湿润式热交换器的冷却效果。而且，因为喷射水的流动阻力降低至最小值，所以通过喷射蒸发水增加的压力损失接近为零。
此外，可以撤去循环蒸发水的泵和外围设备，这是因为热交换器的表面可被薄水膜完全的覆盖住，而实际上只有少量的水被蒸发。这样，表面湿润式热交换器可以被制成构造简单、尺寸紧凑的设备，维护的费用也将减到最小。
而且，虽然蒸发水只分散在部分表面上，薄的水膜仍会逐步展开，直至覆盖全部表面，这是因为依照本发明处理的表面有非常好的分散特性，因此可以简化供水装置。
本领域的普通知识和技术的技术人员会认识到，本发明的范围之内可对本发明的另外变动和应用，即本发明不仅仅局限于以上描述的实例和附图。
权利要求
1.一种通过处理表面湿润式热交换器的表面，从而构造亲水性多孔结构的方法，所述方法包括下述操作将固体微粒与亲水性粘合剂混和制备涂料组合物；通过喷涂或浸渍的方式在所述的热交换器表面上展开所述涂料；和固化所述的热交换器涂层表面。
2.根据权利要求1的处理表面湿润式热交换器的方法，其中所述的固体微粒的直径是5～100μm。
3.根据权利要求1的处理表面湿润式热交换器的方法，其中通过控制粘合剂的粘度，调整涂在所述热交换器表面上的亲水性多孔结构的厚度。
4.一种通过处理表面湿润式热交换器的表面，从而获得亲水性多孔结构的方法，其特征在于所述的方法包括下述操作通过使用化学方法或电化学方法腐蚀所述表面，或通过使用物理方法使热交换器的表面粗糙；和对所述热交换器的所述表面进行亲水性处理。
5.根据权利要求4的处理表面湿润式热交换器的方法，其中所述表面的粗糙度为5～100μm高。
6.根据权利要求1或4的处理表面湿润式热交换器的方法，其中在所述的热交换器表面上构造亲水性多孔结构的方法是先在热交换器各个组成部分的表面上构造所述亲水性多孔结构，然后将各个部分组装成热交换器；或在预先组装好的热交换器的表面上构造亲水性多孔结构。
全文摘要
本发明涉及亲水性处理的方法，该方法通过将固体表面改变成带有亲水性多孔结构的改良表面，能够大幅提高表面湿润式热交换器的表面润湿性。为了在表面上形成亲水性多孔结构，本发明提供了两种方法。一种方法是将固体微粒与亲水性粘合剂混合成涂料组合物，通过喷涂或浸渍的方式在热交换器的表面上展开涂料和固化热交换器的涂层表面的操作组成。另一种构造亲水性多孔结构的方法由用化学或电化学方法将热交换器的表面腐蚀，或通过物理方法使热交换器的表面粗糙，和对所述热交换器的表面进行亲水化处理的操作组成。
文档编号F28D5/00GK1486794SQ03155649
公开日2004年4月7日 申请日期2003年7月8日 优先权日2002年7月8日
发明者李大宁, 边宰范 申请人:韩国科学技术研究院