一种水冷壁换热管热交换界面强化换热结构制造技术

本发明专利技术属于水冷壁换热管结构设计，具体涉及一种水冷壁换热管热交换界面强化换热结构。该结构由水冷壁换热管热交换界面上二维周期性排列的多个强化换热单元（9）组成。每个强化换热单元（9）具有一个或多个位于导水盾（2）上的集液刺（1），二维周期性排列的强化换热单元（9）及水冷壁换热管热交换界面共同构成疏水谷（8）。本发明专利技术可明显提高水冷壁的换热能力，尤其适用于核电厂中长期处于备用状态的非能动安全壳热导出系统水冷壁安全壳内一侧的界面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水冷壁换热管结构设计，具体涉及一种水冷壁换热管热交换界面强化换热结构。
技术介绍
水冷壁是一种在工业领域普遍应用的换热设备。在WWER1000、ACP1000等第三代核电系统中，置于安全壳内的大型水冷壁模块被用来作为严重事故工况下实现安全壳内热量导出的热交换器。作为核电厂严重事故冷却链的关键一环，安全壳内置水冷壁的热导出能力直接关系到核电厂严重事故的发展，对于整个核电厂的安全蔚为重要。工业界实现热交换界面上的强化换热手段主要有两种，一是利用小尺度结构实现强化换热，具体包括表面波浪结构、表面带肋结构、针刺状翅片等；二是利用热交换表面改性维持珠态凝结实现强化换热。专利技术名称为“双层混凝土安全壳非能动热量导出系统强化换热方法和装置”(申请号:201210090809.9)的专利公开了一种方案，其通过将热量导出系统的安全壳外高温上升管道或换热水箱设计成有利于降温的结构，对其进行冷却降温处理，降低其内部换热工质的温度以提高安全壳非能动热量导出系统的换热能力。专利技术名称为“安全壳非能动热量导出系统换热器的换热管”(申请号:201120551527.5)、专利技术名称为“安全壳非能动热量导出系统换热器的膜式水冷壁结构”(申请号:201120550610.0)的专利也分别通过特定的结构设计，提高水冷壁的换热能力。
技术实现思路
本本专利技术旨在提供一种水冷壁换热管热交换界面强化换热结构，以提高热交换界面的换热能力。本专利技术的技术方案如下所述:一种水冷壁换热管热交换界面强化换热结构，由水冷壁换热管热交换界面上二维周期性排列的多个强化换热单元组成，其中，每个强化换热单元具有一个或多个位于导水盾上的集液刺。进一步的，所述集液刺包括尖端以及位于尖端下面的亲水段，其中，尖端表面涂层具有憎水性、亲水段表面涂层具有亲水性。进一步的，所述集液刺还包括位于末端的憎水段，表面涂层具有憎水性。进一步的，所述集液刺尖端的表面积占整个集液刺总表面积比例小于1%、亲水段的表面积占整个集液刺总表面积比例介于15%至50%、憎水段的表面积占整个集液刺总表面积比例介于85%至50%之间。进一步的，所述导水盾为平滑的盾状结构，盾面涂层具有憎水性。进一步的，所述强化换热单元及水冷壁换热管热交换界面共同构成疏水谷，疏水谷谷底涂层具有亲水性，该谷底亲水区表面积占水冷壁换热管总换热面积的比例小于8%。本专利技术中集液刺尖端结构可有效捕捉空间内的小液滴，将其破断为环状结构，显著降低液滴对集液刺的附着力，随后，这样的液滴在尖端下面的亲水段不断聚集形成更大的液滴直至达到极限，再通过表面具有憎水性的憎水段、导水盾到达具有亲水性的水冷壁表面，并因强化换热单元的周期性排列而形成特定流向的液流，从而提高换热能力。本专利技术首先利用集液刺的尖端效应增强冷凝效果，并利用表面憎水基和亲水基的交替排列增强冷凝液滴在热交换截面上的输运和驱离，可明显提高水冷壁的换热能力，尤其适用于核电厂中长期处于备用状态的非能动安全壳热导出系统水冷壁安全壳内一侧的界面。附图说明图1为本专利技术所提供具体实施方式的强化换热单元结构示意图。图2为本专利技术所提供具体实施方式的强化换热单元剖视图。图3为本专利技术所提供是具体实施方式的水冷壁换热管结构示意图。图中，1.集液刺、2.导水盾、3.热交换界面、4.集液刺尖端、5.集液刺亲水段、6.集液刺憎水段、7.水冷壁换热管、8.疏水谷、9.强化换热单元。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术做进一步的详细说明。如图1至图3所示，一种水冷壁换热管热交换界面强化换热结构，由水冷壁换热管7热交换界面3上二维周期性排列的多个强化换热单元9组成，排列方式可以使等距排列、交错排列或其他规律排列。每个强化换热单元9具有一个位于导水盾2上的集液刺1，集液刺可利用尖端集水效应促进热交换界面上的液滴冷凝过程。有相关研究表明尖端集水效应的原理在于尖端表面与小尺度液滴间的静电作用。如图1和图2所示，所述集液刺I在结构上可分为三段，尖端4、亲水段5、憎水段6。尖端4位于亲水段5的尖端，憎水段6作为过渡结构连接集液刺亲水段5和导水盾2。集液刺尖端4，表面涂层具有憎水性，表面积占整个集液刺表总面积比例小于1%，可使在尖端形成的液滴破断为环状，显著降低液滴对集液刺的附着力。集液刺尖端4面积比例设定在于控制集液刺锋锐程度和凝结液滴的形成位置，如果具有憎水性的集液刺尖端4过钝，则不易破断液滴，面积过大，将会导致凝结液滴整体下移，这都将影响换热效果。经定性理论分析，该面积比例在1%以下为最优。集液刺亲水段5表面涂层具有亲水性，表面积占整个集液刺表总面积比例介于15%至50% ;集液刺憎水段6，表面涂层具有憎水性，表面积占整个集液刺表总面积比例介于50%至85%。通过改变集液刺亲水段5与集液刺憎水段6的表面积比例，可以控制集液刺I捕获液滴的大小，从而调整换热管的换热特性。集液刺亲水段5与集液刺憎水段6的面积比例决定凝结液滴的形成位置和最大尺度，如果集液刺亲水段5所占面积太小则液滴太小，难以在疏水谷8谷底形成溪流输水的效果，如果集液刺亲水段5所占面积太大则过大的液滴将与疏水谷谷底的亲水区域相连形成稳定的液膜，这都将影响换热效果。经定性理论分析，集液刺亲水段5表面积占整个集液刺表总面积比例介于15%至50%，相应集液刺憎水段6表面积占整个集液刺表总面积比例介于85%至50%，此中比例为优选方案。所述导水盾2为向外突起端平滑盾状结构，盾面涂层具有憎水性。如图3所示，强化换热单元9及水冷壁换热管7热交换界面3共同构成疏水谷8，导水盾2可将达到极限大小的液滴导流至疏水谷8。疏水谷8谷底涂层具有亲水性，该谷底表面积占水冷壁换热管7总换热面积的比例小于8%。疏水谷8谷底亲水区面积比例设定在于控制其中输水溪流的规模，如果该面积比例过大，将导致冷凝液滴与疏水谷谷底的亲水区域相连形成稳定的液膜，这将影响换热效果。经定性理论分析，该面积比例在8%以下为最优。显然，本领域的技术人员可以对本专利技术进行各种改动和变型而不脱离本专利技术的精神和范围。这样，倘若对本专利技术的这些修改和变型属于本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水冷壁换热管热交换界面强化换热结构，由水冷壁换热管热交换界面（3）上二维周期性排列的多个强化换热单元（9）组成，其特征在于：每个强化换热单元（9）具有一个或多个位于导水盾（2）上的集液刺（1）。

【技术特征摘要】
及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。权利要求1.一种水冷壁换热管热交换界面强化换热结构，由水冷壁换热管热交换界面(3)上二维周期性排列的多个强化换热单元(9)组成，其特征在于:每个强化换热单元(9)具有一个或多个位于导水盾(2)上的集液刺(I )。2.如权利要求1所述的水冷壁换热管热交换界面强化换热结构，其特征在于:所述集液刺(I)包括尖端(4)以及位于尖端(4)下面的亲水段(5)，其中，尖端(4)表面涂层具有憎水性、亲水段(5)表面涂层具有亲水性。3.如权利要求2所述的水冷壁换热管热交换界面强化换热结构，其特征在于:所述集液刺(I)还包括位于末端的憎水段(6)，表面涂层具有憎水性。4.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩旭，李军，王晓江，常猛，
申请(专利权)人：中国核电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：