專利名稱:還原式鋼-水熱管的制作方法
本發(fā)明涉及熱交換設(shè)備中傳熱部件的性能的改進。
以鋼或不銹鋼為管殼材料，水為工質(zhì)的鋼-水熱管(包括重力式和帶吸液芯等各種鋼-水熱管)廣泛用于工業(yè)熱交換設(shè)備，但在熱管的工作溫度下，鋼和水會起一系列化學(xué)反應(yīng)，生成不凝結(jié)氣體氫氣，生成的氫氣在熱管中積累起來，阻礙熱管內(nèi)的水(工質(zhì))的相變傳熱，使熱管傳熱效率降低，最終導(dǎo)致熱管失效，這是鋼-水化學(xué)不相容的結(jié)果。工業(yè)上目前常用在熱管的管殼內(nèi)壁設(shè)保護層的辦法防止鋼和水起反應(yīng)，如在管殼內(nèi)壁鍍上與水相容的金屬層，或在管殼內(nèi)壁進行鈍化處理以生成保護膜，但由于工藝和保護層強度等原因，使水和鋼徹底隔離是難以做到的，雖然反應(yīng)速度大大減緩了，但熱管在運行中氫氣還是慢慢地積累起來，從而影響了熱管的有效壽命，因此，除去熱管在運行中積累的氫氣成了提高熱管壽命的技術(shù)關(guān)鍵之一。為此出現(xiàn)下列解決方案，一是在熱管一端設(shè)排氣閥，當(dāng)熱管中的氫氣積累到一定體積時，打開排氫閥，把氫氣排出，此法對延長熱管壽命有一定作用，但實際操作比較困難;并且放氫氣時會造成工質(zhì)的損失，影響熱管性能，縮短熱管壽命。同時，在很多情況下，無法在運行狀態(tài)下進行排氣操作，給用戶造成極大不便。國外還提出一種將金屬鈀或其他能吸收氫氣的合金(如ZrMn2等)置于熱管內(nèi)以吸收生成的氫氣的技術(shù)方案，該法的缺點是所用的吸氫材料成本較高，并且此法只適于工作溫度較低的熱管，(如ZrMn2只能用在40℃以下)不適于通常余熱回收溫度范圍下的熱管，其實用意義是較小的。上述方法都不能滿意地克服鋼-水的化學(xué)不相容性，使鋼水熱管熱交換器的應(yīng)用受到了限制。
本發(fā)明的目的是提出一種消除熱管在使用過程中產(chǎn)生的氫氣的新的技術(shù)方案，設(shè)計一種還原式長壽命鋼-水熱管，由放置于熱管中的氧化劑和熱管中生成的氫氣的氧化還原反應(yīng)，使氫氣重新轉(zhuǎn)化為水(工質(zhì))，從而恢復(fù)熱管的傳熱性能和有效壽命。
本發(fā)明即還原式鋼-水熱管(包括重力式，帶吸液芯式，離心式)的管殼材料為鋼或不銹鋼，工質(zhì)為水，其特征是在熱管內(nèi)裝有一種氧化劑，該氧化劑的作用是能與熱管在使用過程中生成的氫氣進行氧化還原反應(yīng)并使其轉(zhuǎn)化為水，對該種氧化劑一般的要求是，該氧化劑在熱管的工作溫度下不自行分解，不溶于水，不與水或水蒸汽起反應(yīng)，而與熱管中生成的氫氣進行氧化還原反應(yīng)生成水和一種物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的，在熱管工作溫度下，其飽和蒸汽壓接近于零的物質(zhì)。
這類氧化劑可采用金屬氧化物，所說的金屬氧化物的電極電位(或還原電位)應(yīng)高于氫的電極電位(或還原電位)，即該金屬氧化物的電極電位(或還原電位)應(yīng)為正電位(以氫為O電位)。以使該金屬氧化物把氫氣轉(zhuǎn)化為水的反應(yīng)能順利單向進行。如CuO、PbO2、MnO2、HgO等金屬氧化物均可采用。
含有上述金屬氧化物的各種混合物，復(fù)合物或加熱能分解出上述金屬氧化物的各種化合物等制劑也可采用。
從效果和成本等因素考慮，比較理想的氧化劑可采用CuO或含有該氧化物的制劑。
為增加氧化劑與氫氣的反應(yīng)接觸面積，放置于熱管中的氧化劑可制成塊狀、粒狀、線狀、粉狀等形狀或某種利于固定的特定形狀，并最好采用多孔結(jié)構(gòu)(粉狀物除外)。在本發(fā)明中，所說的氧化劑一般盛放在用性質(zhì)穩(wěn)定并具有足夠強度的材料所做成的透氣容器中(如致密的銅絲或鋼絲網(wǎng)袋內(nèi))或者把氧化劑本身制成一種成形的塊狀物，將其固定置于熱管冷凝段的頂端。
本發(fā)明可以輔以其它克服鋼和水的化學(xué)不相容性的措施，如熱管內(nèi)表面進行鈍化處理，在水中(工質(zhì))加緩蝕劑等等，這有利于進一步延長熱管的壽命。
當(dāng)熱管工作在較低溫度下，所用氧化劑與氫氣反應(yīng)速度可能過低，甚至不能起反應(yīng)，本發(fā)明還可輔以將熱管頂端(放置氧化劑的部位)加熱的辦法來使除氫過程得以進行或加快速度，以消除氫氣在熱管中的積累。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，它與目前工業(yè)上使用的鋼-水熱管的主要區(qū)別僅在于熱管里裝上了少量的上述氧化劑，但卻可使鋼-水熱管的有效壽命延長數(shù)倍，使鋼-水熱管在其管殼被腐蝕破損之前保持良好的傳熱性能，可謂事半而功倍。由本發(fā)明制成的熱管換熱器可廣泛推廣應(yīng)用于有關(guān)工業(yè)余熱利用領(lǐng)域。
附圖為本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)圖(剖面圖)，圖中〔1〕為保護帽、〔2〕為頂端堵頭、〔3〕為氧化劑、〔4〕為翅片、〔5〕為管殼、〔6〕為隔環(huán)、〔7〕為工質(zhì)、〔8〕為底端堵頭。
本發(fā)明實施例如下碳鋼-水重力熱管，長2米，管殼〔5〕用φ25(毫米)×2.5(毫米)的20號鍋爐無縫鋼管外面焊以高12.5毫米，厚1毫米的螺旋翅片〔4〕，熱管內(nèi)表面經(jīng)鈍化處理。工質(zhì)〔7〕采用蒸餾水，其中加有重鉻酸鹽等成份作為緩蝕劑。氧化劑〔3〕采用粒狀氧化銅(CuO)25克，用一鋼制多孔容器固定于熱管頂部，該熱管可用于利用煙氣余熱來加熱需預(yù)熱的空氣的熱管換熱器中。
權(quán)利要求
1.一種管殼材料為鋼或不銹鋼，工質(zhì)為水的還原式鋼-水熱管(包括重力式，帶吸液芯式，離心式)，其特征在于熱管內(nèi)裝有一種不溶于水的氧化劑。
2.按權(quán)利要求
1所述的鋼-水熱管其特征在于所說的氧化劑是一種金屬氧化物或者含有該金屬氧化物的混合物，復(fù)合物或者受熱(在熱管的工作溫度下)能分解出該金屬氧化物的化合物，所說的金屬氧化物的電極電位(或還原電位)應(yīng)高于氫元素的電極電位(或還原電位)，即該金屬氧化物的電極電位(或還原電位)應(yīng)為正電位。
3.按權(quán)利要求
2所述的鋼-水熱管，其特征在于所說的做為氧化劑的金屬氧化物為CuO。
4.按權(quán)利要求
1或2所述的鋼-水熱管，其特征在于所說的氧化劑是制成塊狀、粒狀、線狀、粉狀或定型塊狀等形狀，最好形成多孔結(jié)構(gòu)(粉狀物除外)。
5.按權(quán)利要求
1或2所述的鋼-水熱管，其特征在于所說的氧化劑固定置于熱管冷凝段的頂端。
6.按權(quán)利要求
1所述的鋼-水熱管，其特征在于所說的熱管管殼可輔以鈍化處理，或在工質(zhì)水中加緩蝕劑。
7.按權(quán)利要求
1或5所述的鋼-水熱管，其特征在于可通過對熱管冷凝段頂端加熱的方法，使除氫過程加快。
專利摘要
還原式長壽命鋼水熱管，屬于熱交換設(shè)備中的傳熱部件，本熱管的殼體材料為鋼或不銹鋼，工質(zhì)為水，在熱管的冷凝段頂端放置有一種不溶于水的固態(tài)氧化劑，該氧化劑的作用在于把熱管使用過程中生成的氫氣轉(zhuǎn)化為水，從而可有效地恢復(fù)該熱管的傳熱性能，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，成本低，使用壽命比常用的鋼水熱管可長數(shù)倍，可在有關(guān)工業(yè)余熱利用領(lǐng)域推廣。
文檔編號F28D15/02GK87103185SQ87103185
公開日1988年11月16日 申請日期1987年4月26日
發(fā)明者陳思, 林兆榕, 陳麗英 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan