專利名稱:水平多孔表面管噴淋式降膜蒸發(fā)器的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于增加蒸發(fā)器(尤其是管束蒸發(fā)器)傳熱能力的設(shè)備。
在化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、冶金工業(yè)、制冷工業(yè)、林產(chǎn)工業(yè)、海水淡化領(lǐng)域中，凡涉及溶液濃縮的過程均可使用水平管噴淋式降膜蒸發(fā)器。水平管噴淋式降膜蒸發(fā)器是美國Aqua－Chem公司于60年代開發(fā)的，首先是以海水制造淡水進行研究的。它有傳熱系數(shù)高、溶液分布均勻、結(jié)垢對溶液分布沒有影響，有效溫差高等優(yōu)點。在實驗和中型工廠中所獲得的不銹鋼材質(zhì)管束的總傳熱系數(shù)約3000W／m2·k。
然而，在水平管噴淋式降膜蒸發(fā)器中，當用水蒸汽在管內(nèi)冷凝放熱作為熱源蒸發(fā)水溶液時，管外蒸發(fā)側(cè)的傳熱系數(shù)往往只有冷凝側(cè)傳熱系數(shù)的50～70％。主要熱阻在管外蒸發(fā)側(cè)。因此，為了完成一定的生產(chǎn)任務(wù)，蒸發(fā)器的傳熱面積較大，造價高。
為了強化管外蒸發(fā)側(cè)的傳熱系數(shù)，前人曾做過大量的工作。如采用噴涂法將管外噴涂成多孔粗糙表面，用繞結(jié)法將管外繞結(jié)成粗糙多孔表面(林理和，淅江大學(xué)，“強化相交換熱技術(shù)的進展”； M.－C.Chyu，et al.，Advances in Enhanced Heat Transfer，ASME，PP.66－71，1981；ibid，PP.275－280，“Enhancement of Horizontal Tube Spray Film Evaporatos，“石油化工第七卷，第5期PP475－479.)。
可是，當管外表面用上述技術(shù)強化后，傳熱的主要熱阻又由管外轉(zhuǎn)入管內(nèi)，于是又有人將管內(nèi)再采用機械擴展表面或插入物的方法來強化傳熱，以達到管內(nèi)、外強化傳熱的匹配(Newson，I.H.，Proceedings 6th Inter.Symp.，“Fresh water from the sea”，vol.2，PP。113－124，1978。)上述強化管內(nèi)外的方法雖然能使水平管束的總傳熱系數(shù)提高，但是，管外繞結(jié)法和噴涂法需要其它金屬粉末，這種附加的材料增加了傳熱管腐蝕的可能性，并且燒解法和噴涂法要在高溫下操作，這樣會增加傳熱管的熱應(yīng)力，造成管組織別異，易受腐蝕。另外，管外繞結(jié)法和噴涂法的技術(shù)要求高，加工成本也高。管內(nèi)壁采用擴展表面或插入物加工也困難。
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種蒸發(fā)管內(nèi)、外表面強化的水平管噴淋式降膜蒸發(fā)器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中噴淋式降膜蒸發(fā)器未采用強化手段造成傳熱面積大造價高和既使采用了管外燒結(jié)和噴涂、管內(nèi)采用機械擴展或插入物的強化手段，但其技術(shù)要求高，加工成本高、易腐蝕的問題。
本發(fā)明的構(gòu)成如下1、用電化學(xué)腐蝕的方法，將不銹鋼、鈦、碳鋼、銅材質(zhì)的水平管蒸發(fā)器內(nèi)管子的外表面腐蝕成多孔表面。這些多孔表面形成了蒸發(fā)過程的汽化中心，因而大大地強化了沸騰傳熱，從而使蒸發(fā)側(cè)的傳熱系數(shù)提高。實驗研究表明，多孔水平表面管蒸發(fā)側(cè)的傳熱系數(shù)高達26000w／m2·k，這樣便會使得蒸發(fā)器的傳熱面積降低。而水平光滑管蒸發(fā)側(cè)的傳熱系數(shù)只有10000w／m2·k左右。
水平管外表面做成多孔后，蒸發(fā)側(cè)傳熱獲得了強化，此時，管內(nèi)冷凝系數(shù)則成為控制因素，當管內(nèi)為光滑表面時，強化后的蒸發(fā)系數(shù)he／冷凝系數(shù)hc≈2。因此，在這種情況下，必須設(shè)法強化管內(nèi)冷凝傳熱系數(shù)。
2、用電化學(xué)拋光法使材質(zhì)為不銹鋼、鈦、碳鋼、銅的水平管蒸發(fā)器中管子的內(nèi)壁拋光而達到降低表面能的目的。顯然，用電化學(xué)拋光法比管內(nèi)采用機械擴展表面或插入物的工藝簡單。根據(jù)冷凝傳熱機理，凡能降低金屬管壁表面能的，就可以使膜狀冷凝轉(zhuǎn)變?yōu)榈螤罾淠?，因此?jīng)電化學(xué)拋光的管內(nèi)壁冷凝傳熱系數(shù)將大大提高，以達到與電化學(xué)腐蝕強化后的外表面的高傳熱系數(shù)相匹配。
上述電化學(xué)腐蝕金屬管外表面和電化學(xué)拋光金屬管內(nèi)表面可同時實施于噴淋式降膜蒸發(fā)器水平管的同一管上；也可以根據(jù)不同金屬管材和不同蒸發(fā)介質(zhì)以及不同的需要，采取在管外為電化學(xué)腐蝕，管內(nèi)為光滑管的形式；也可以采取管內(nèi)為電化學(xué)拋光，而管外為光滑表面或是用燒結(jié)法，噴涂法加工為多孔表面的形式，以達到強化傳熱的目的。
附圖中圖1為經(jīng)電化學(xué)腐蝕后的噴淋式降膜蒸發(fā)器內(nèi)的水平不銹鋼管管外多孔表面放大圖。圖2為圖1的多孔表面上小孔的部面圖(放大32倍)，5個孔／mm2。
本發(fā)明的效果如下1、用電化學(xué)腐蝕法制造多孔表面，能強化噴淋式降膜蒸發(fā)器的傳熱，這與常用的燒解法、噴涂法相比，加工簡便、費用低，可在常溫下操作。
2、在噴淋式降膜蒸發(fā)器管的內(nèi)表面內(nèi)用電化學(xué)拋光法處理比用機械擴展表面或插入物加工簡便、成本低。
3、用本發(fā)明的強化管內(nèi)、外的方法制成的噴淋式降膜蒸發(fā)器，其傳熱面積小，蒸發(fā)器的造價低。
實例單效水平管多孔表面噴淋式降膜蒸發(fā)器，共十八根管，三程，管長0.7米，管徑為φ25×1，傳熱面積為1平方米，管材為不銹鋼，工質(zhì)為水，水蒸汽作為熱源，常壓下總傳熱系數(shù)為4700～5500w／m2·k。
權(quán)利要求
1.一種水平多孔表面管噴淋式降膜蒸發(fā)器，其特征在于(1)水平管的外表面為電化學(xué)腐蝕多孔表面，內(nèi)表面為電化學(xué)拋光表面或光滑表面，(2)水平管的內(nèi)表面為電化學(xué)拋光表面，而管外為光滑表面或是用繞結(jié)法或噴涂法加工為多孔表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的 水平多孔表面管噴淋式降膜蒸發(fā)器，其特征在于管材的材質(zhì)為不銹鋼、鈦、銅、碳鋼。
專利摘要
本實用新型屬于增加蒸發(fā)器(尤其是管束蒸發(fā)器)傳熱能力的方法和設(shè)備。其特點是水平管的外表面為電化學(xué)腐蝕多孔表面，內(nèi)表面為電化學(xué)拋光表面或光滑表面；水平管的內(nèi)表面為電化學(xué)拋光表面，而管外為光滑表面或是用繞結(jié)法或噴涂法加工為多孔表面。經(jīng)此強化處理的水平管噴淋式降膜蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)大大提高，傳熱面積減小，造價低。
文檔編號B01D1/04GK87200656SQ87200656
公開日1988年5月4日 申請日期1987年1月20日
發(fā)明者郭宜裕 申請人:大連工學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan