超亲疏水换热面组合式蒸发换热管及其制法制造技术

本申请公开了一种超亲疏水换热面组合式蒸发换热管及其制法，其中换热管包括管体，所述管体的外表面设置有：沿着该管体的长度方向呈螺旋状延伸的外翅片，形成于所述外翅片之间、并且沿着该管体的长度方向呈螺旋状延伸的外沟槽；所述外沟槽中布置有缠绕在所述管体外的铜丝绞线，所述铜丝绞线由至少两根铜丝拧合而成，并且至少其中一根所述铜丝具有超亲水表面，至少其中一根所述铜丝具有超疏水表面。该换热管同时具备超疏水和超亲水表面，不同亲/疏水表面组成的换热面综合了各自的优点，在沸腾现象的整个周期内维持较高换热系数，提高了沸腾换热系数。

【技术实现步骤摘要】
超亲疏水换热面组合式蒸发换热管及其制法
本申请涉及一种蒸发换热管，尤其是一种超亲疏水换热面组合式蒸发换热管及其制法。
技术介绍
强化蒸发换热管是满液式蒸发器重要部件。目前商用强化蒸发换热管常称为“T”形管。其特点是，换热管表面具有凹穴，凹穴通过顶部的窄缝与壳侧制冷剂相通连，大量气泡生成后通过窄缝脱离换热管，形成充分沸腾。这种蒸发换热管的总传热系数比光管高3倍以上，具有明显的性能优势。但是，该种蒸发换热管的加工复杂，磨具损坏快，成本高。在早期，美国专利3,521,706提出将金属丝或者非金属丝缠绕在翅片管的翅片间凹槽中的办法以改善换热效果的方法；美国专利4,074,753中提出使用纤维编织物缠绕在翅片管凹槽中或在光管上的办法提高换热系数。但是美国专利4，074，753申请人否定了美国专利3,521,706中提出的强化蒸发换热的办法，他通过实验表明，把铜丝缠绕在铜管上，反而会使传热恶化。中国专利CN87100095A提出泡核沸腾的强化换热表面，是由光滑圆管和紧缠在其表面的螺旋金属丝组成。经过优化金属丝直径和金属丝排列的间距，使得换热系数提高到光管的换热系数的接近3倍。尽管上述的强化换热表面的加工方法简单，成本低，但是相似结构的强化换热管的实验结果却大相径庭。根据近几年的传热学研究发现换热表面对沸腾影响主要有两个重要因素：表面的几何形状与表面的润湿性。而上述的专利内容都是在换热表面通过增加附着物，改变换热表面形状来强化沸腾换热的。但是，这几项专利内容上都没有提及换热表面与附着物的湿润性影响。所以，尽管换热面结构大同小异，但是实验结果却明显差别。
技术实现思路
本申请目的是：针对上述技术问题，提出一种超亲疏水换热面组合式蒸发换热管及其制法，该换热管同时具备超疏水和超亲水表面，不同亲/疏水表面组成的换热面综合了各自的优点，在沸腾现象的整个周期内维持较高换热系数，提高了沸腾换热系数。本申请的技术方案是：一种超亲疏水换热面组合式蒸发换热管，包括管体，所述管体的外表面设置有：沿着该管体的长度方向呈螺旋状延伸的外翅片，以及形成于所述外翅片之间、并且沿着该管体的长度方向呈螺旋状延伸的外沟槽；所述外沟槽中布置有缠绕在所述管体外的铜丝绞线，所述铜丝绞线由至少两根铜丝拧合而成，并且至少其中一根所述铜丝具有超亲水表面，至少其中一根所述铜丝具有超疏水表面。所述铜丝绞线由三根铜丝拧合而成，其中一根所述铜丝具有超疏水表面，另外两根所述铜丝具有超亲水表面。所述超亲水表面的接触角＜10.0°。所述疏亲水表面的接触角＞150.0°。所述管体的内表面制有沿这该管体的长度方向呈螺旋状延伸的内槽道。所述外翅片与所述管体为一体结构。所述铜丝的直径为0.1-0.4mm。一种上述超亲疏水换热面组合式蒸发换热管的制法，包括：对至少一根铜丝的表面作超亲水处理，对至少一根铜丝的表面作超疏水处理，将经过超亲水处理的铜丝与超疏水处理的铜丝拧合在一起制成铜丝绞线，将所述铜丝绞线缠绕在所述管体外、并布置于所述外沟槽中。所述超亲水处理包括：将铜丝置于氧化液中，在室温条件下浸泡30分钟取出，所述氧化液由质量比例为3.75:5:10:100的NaClO2、NaOH、Na3PO4·12H2O和去离子水组成，之后利用去离子水超声清洗铜丝10分钟，然后利用氮气吹干。所述超疏水处理包括：将铜丝置于质量分数为1％的氟硅烷/乙醇溶液中，在40℃条件下浸泡1小时取出，然后在100℃的干燥箱内烘烤1小时。本申请的原理及作用如下：通过对沸腾现象的不断探索和研究，发现蒸发换热表面的湿润性是影响沸腾换热性能的至关重要的因素。换热表面的湿润性能可根据工质与换热面接触角来判定。根据接触角的大小可将换热面分为亲水和疏水表面。静态接触角＜90°时，该换热表面称为亲水表面；静态接触角＞90°，换热表面称为疏水表面。进一步，当静态接触角＜10°时，换热面被称为超亲水表面；静态接触角＞150°时，换热面被称为超疏水表面。一般说来，亲水表面一定是疏气表面，反之，疏水表面一定是亲气表面。液滴在超疏水粗糙表面上以Cassie模式存在，Cassie理论：由于表面疏水性质影响，在液滴与固体之间能够捕获空气从而成为“气垫”，形成固体和气体的复合界面。因此，能够提供较多的汽化核心，所以起沸(发生沸腾)时的壁面过热度较低，即起沸温度低。超疏水表面的缺点是:随着气泡的成长，超疏水表面的亲气特性会使汽泡不容易脱体，许多小气泡在疏水表面容易聚合成较大气泡，由此延迟气泡脱体的时间，降低了沸腾换热系数。超亲水表面的优点在于：超亲水特性使液体在其表面的铺展速度要比一般的表面要快，(实验显示其速度可达2m/s左右)，当气泡脱离后，周边液体可以迅速对气泡脱离点补充液体，缩短过程周期；当气泡生成后，脱体的速度要快，不易聚合成大气泡，同样缩短过程时间；亲水表面的缺点是：由于超亲水特性不易捕捉空气，无法在液体与固体壁面之间生成气垫，造成汽化核心较少，起沸点高。综上所述，亲水与疏水表面对沸腾的影响明显差异。根据传热学理论，沸腾现象是一个可阶段化的复杂现象，可分为四个时间阶段：汽化核心的形成，汽泡的成长，汽泡的脱离以及液体的补充与重新聚集能量。不同阶段，对换热面有不同要求。在汽化核心的形成阶段需要表面具有超疏水性，利用液体与固体之间的气垫现象，获得更多的汽化核心；在气泡脱体时，需要时超亲水表面，有利于汽泡的尽快脱离，避免多个小气泡聚合成大气泡，产生拖延气泡的脱体时间的现象；当气泡脱离后形成的局部缺液情况下，需要表面是超亲水表面，以便迅速补充液体。根据以上描述与介绍，可以认为，如果换热面由亲水与疏水表面共同组成，就可将亲水表面和疏水表面对沸腾的不同作用结合起来，双方优势互补，整个沸腾过程显著得到强化。本申请的优点是：本申请在换热管外产生的铜丝绞线中既有超亲水表面铜丝，又有超疏水表面铜丝。这些铜丝拧在一起后，绞线同时具有超亲水与超疏水换热面。铜丝相互接触和与换热管表面接触处呈凹陷窄缝形，根据沸腾理论，汽化核心容易在这些地方生成。当铜丝为超疏水表面时，会产生“气垫”现象，气泡核心密度更高，沸腾所需要的壁面过热度小，容易起沸。在气泡成长后，绞线中的亲水表面的铜丝，可以促使汽泡尽快脱体，不让小气泡聚合成大气泡，拖延汽泡的脱体时间；汽泡脱离后，周围的液体沿亲水表面快速补充，缩短了过程的时间。换热管内设置的螺旋槽道，可以提高管内的换热系数。总之，不同亲/疏水表面组成的换热面综合了各自的优点，在沸腾现象的整个周期内维持较高换热系数，起到了提高沸腾换热系数作用。附图说明图1为本申请实施例中超亲疏水换热面组合式蒸发换热管的结构示意图(局部剖视)；图2为图1的A部放大图；图3为本申请实施例中铜丝绞线的结构示意图；在上述各附图中，黑色实心截面的铜丝经过超疏水处理，白色空心截面的铜丝经过超亲水处理；图4为本申请实施例这种蒸发换热管与传统常规蒸发换热管的管外蒸发换热系数比较图；其中：1-管体，101本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超亲疏水换热面组合式蒸发换热管，包括管体(1)，所述管体(1)的外表面设置有：/n沿着该管体的长度方向呈螺旋状延伸的外翅片(101)，以及/n形成于所述外翅片之间、并且沿着该管体的长度方向呈螺旋状延伸的外沟槽(102)；/n其特征在于，所述外沟槽(102)中布置有缠绕在所述管体(1)外的铜丝绞线(2)，所述铜丝绞线(2)由至少两根铜丝(201)拧合而成，并且至少其中一根所述铜丝(201)具有超亲水表面，至少其中一根所述铜丝(201)具有超疏水表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种超亲疏水换热面组合式蒸发换热管，包括管体(1)，所述管体(1)的外表面设置有：
沿着该管体的长度方向呈螺旋状延伸的外翅片(101)，以及
形成于所述外翅片之间、并且沿着该管体的长度方向呈螺旋状延伸的外沟槽(102)；
其特征在于，所述外沟槽(102)中布置有缠绕在所述管体(1)外的铜丝绞线(2)，所述铜丝绞线(2)由至少两根铜丝(201)拧合而成，并且至少其中一根所述铜丝(201)具有超亲水表面，至少其中一根所述铜丝(201)具有超疏水表面。


2.根据权利要求1所述的超亲疏水换热面组合式蒸发换热管，其特征在于，所述铜丝绞线(2)由三根铜丝(201)拧合而成，其中一根所述铜丝(201)具有超疏水表面，另外两根所述铜丝(201)具有超亲水表面。


3.根据权利要求1所述的超亲疏水换热面组合式蒸发换热管，其特征在于，所述超亲水表面的接触角＜10.0°。


4.根据权利要求1所述的超亲疏水换热面组合式蒸发换热管，其特征在于，所述超疏水表面的接触角＞150.0°。


5.根据权利要求1所述的超亲疏水换热面组合式蒸发换热管，其特征在于，所述管体(1)的内表面制有沿这该管体的长度方向呈螺旋状延伸的内槽道(103)。
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【专利技术属性】
技术研发人员：王进强，陈焕倬，武震国，
申请(专利权)人：苏州新太铜高效管有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32