專利名稱：具有提高的疏水性的冷凝器管及其制造方法和應(yīng)用的制作方法
具有提高的疏水性的冷凝器管及其制造方法和應(yīng)用本發(fā)明涉及具有超級疏水性表面的冷凝器管，用于制造用于實現(xiàn)改善的冷凝液滴排流的蒸汽冷凝器管的超級疏水表面的方法，以及冷凝器管的應(yīng)用。在發(fā)電站領(lǐng)域中許多用于制造能量的渦輪被用水蒸汽驅(qū)動。為此應(yīng)用的水必須具有高純凈度，以便避免鈣化和沉積。因為發(fā)電站渦輪的水蒸汽流量巨大，因此從渦輪排出的水必須通過冷凝被液化并且最后又被輸送去汽化，以便完成循環(huán)。仍為約50°C的熱蒸汽的冷凝發(fā)生在用冷卻水流經(jīng)的冷凝器中，該冷凝器用鈦管構(gòu)建或者由奧氏體鋼管構(gòu)建。這些管材由于它們的表面特性而具有不良的冷凝作用。由于金屬的高表面能，被冷凝的水蒸汽會完全地濕潤冷卻管，因此在運行中總有薄水膜妨礙熱能的交換(隔離作用)并因此使冷凝器效率變差。由DE10200701M50公開了一種用于制造冷凝器管之疏水表面的涂料組合物，借助其實現(xiàn)了由水膜至少形成冷凝水滴。但是這種已知疏水涂層的缺點是，在管材上不能實現(xiàn)冷凝水滴的排流。對于由其他來源公開了的覆層，其穩(wěn)定性和實現(xiàn)液滴排流的疏水性都是不足夠的。此外這類覆層在制造時通常是成本極端高昂的。因此本發(fā)明的任務(wù)是，至少克服現(xiàn)有技術(shù)的一個缺點并特別是能實現(xiàn)冷凝液滴的排流。該任務(wù)的解決方案公開在說明書和權(quán)利要求書中。因此該任務(wù)的解決方案和本發(fā)明技術(shù)主題是一種具有表面的冷凝器管，其中微結(jié)構(gòu)與涂層配合作用，以便使在冷凝器管上通過冷凝形成的液滴如在通道中一樣在該結(jié)構(gòu)中排流。此外本發(fā)明技術(shù)主題是一種用于冷凝器管之表面處理方法，其包括至少兩個方法步驟，其中第一至少涂覆一種斥水的、亦即疏水的涂料組合物，并且第二 在冷凝器管表面上和/或涂層中制造一種結(jié)構(gòu)。最后本發(fā)明技術(shù)主題是應(yīng)用具有這種表面的冷凝器管于發(fā)電站領(lǐng)域中。冷凝器管表面的涂層優(yōu)選包括斥水性的組分，例如烷基或氟化烷基。例如也可以在疏水的涂料組合物中包含液體溶劑。該涂料例如從包括以氧化硅溶膠、含氟聚合物、硅樹脂和/或聚氨酯構(gòu)成組分為基礎(chǔ)的溶膠-凝膠材料組中選用，其中分別相對涂料組合物的總重為-以氧化硅溶膠為基礎(chǔ)的溶膠-凝膠材料之固體含量處于>0. 5重量％至< 20重量％的范圍內(nèi)；和/或-含氟聚合物含量處于彡0.1重量％至<5重量％的范圍內(nèi)；和/或-硅樹脂的固體含量處于彡5重量％至彡30重量％的范圍內(nèi)；和/或-聚氨酯構(gòu)成組分的含量處于>3重量％至< 30重量％的范圍內(nèi)。按照本發(fā)明另一個具體實施方案該疏水的涂料組合物選自包括以氧化硅，含氟聚合物，硅樹脂為基礎(chǔ)的溶膠-凝膠漆和/或聚氨酯基漆的組。作為例子該涂層具有彡IOOnm 5 μ m的層厚度。溶劑優(yōu)選是液體溶劑。術(shù)語“液體”在本發(fā)明范圍內(nèi)意味著，該溶劑在10°C至100°c的溫度范圍內(nèi)、優(yōu)選是在18°C至25°C溫度范圍內(nèi)也就是說在室溫情況下是液態(tài)。涂料組合物的施涂、亦即表面的涂覆可以通過所有公知的涂覆方法實現(xiàn)，例如通過浸漬，噴涂，離心涂覆，沉積，印刷和許多其他的方法。在用涂料組合物對管表面進行印刷的情況下特別優(yōu)選的方式是，同時進行涂層的結(jié)構(gòu)化。該微結(jié)構(gòu)化例如通過濺射法，借助蝕刻方法，濕化學(xué)和/或干化學(xué)法或以其他的結(jié)構(gòu)化方法實現(xiàn)。特別優(yōu)選的是成本低廉的結(jié)構(gòu)化方法如輥壓，磨削，噴砂和/或蝕刻。也可以采用電化學(xué)處理如陽極處理或草酸處理。另一個可以特別應(yīng)用在幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜的三維表面上的可能方案是噴射涂覆。為此在涂料組合物中或單獨的分散體中分散顆粒物，然后在將該顆粒物噴涂到涂層表面上之后，通過使該顆粒物隨機分布在涂層中而產(chǎn)生粗糙度。其中不僅可以通過顆粒尺寸的改變和/或不同顆粒尺寸的組合而且可以通過顆粒濃度的改變而制造不同的粗糙度。在所述顆粒濃度情況下會出現(xiàn)飽和效應(yīng)，其不允許進一步的濃度升高。此外可以應(yīng)用選擇性的或補充性的方法用于基材的結(jié)構(gòu)化。作為例子可以采用噴砂和/或磨削方法，以便在基材表面上亦即冷凝器管表面上制造結(jié)構(gòu)。該磨削可以例如借助不同表面粗糙度的砂紙實現(xiàn)。其中實現(xiàn)了最高達130°的接觸角。此外可以通過噴砂實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化，其中已清楚的是，用于噴砂的砂子的砂子類型的一個重要參數(shù)特別是長寬比。兩種方法即噴砂和磨削都在具有延展性的金屬基材上產(chǎn)生粗糙度。將化學(xué)官能度引進到表面中的涂料組合物在已結(jié)構(gòu)化的基材表面上也只形成薄膜。優(yōu)選方式是該涂料組合物的施涂只在管表面的結(jié)構(gòu)化以后才發(fā)生，為的是使該結(jié)構(gòu)化被復(fù)制在涂層中。按照本方法另一個優(yōu)選具體實施方案則在涂層中制造結(jié)構(gòu)化。這可以通過所有現(xiàn)行的印刷和壓制法實現(xiàn)。按照一個優(yōu)選實施方案該表面結(jié)構(gòu)通過輥壓工藝?yán)缃柚铇渲∧１粚?dǎo)入最終的涂層中。為此按照另一個優(yōu)選的具體實施方案硅樹脂印?？梢酝ㄟ^具有不同表面粗糙度的砂紙的成型而用液體硅樹脂制造。為此液體硅樹脂被澆注到砂紙上，在硅樹脂發(fā)生硬化之后將其脫除，這時顯示出砂紙的印記作為表面結(jié)構(gòu)。然后通過壓印，有時借助輥子使這一結(jié)構(gòu)被壓印到涂層中。在這種制造表面結(jié)構(gòu)的方法中可以例如應(yīng)用整卷方法。另一方面涂層的結(jié)構(gòu)化也可以通過蝕刻或借助提供結(jié)構(gòu)的顆粒實現(xiàn)。最后，涂層中的結(jié)構(gòu)也可以通過引入模板制造，該模板例如也在結(jié)構(gòu)建造以后被除去。在顆粒情況下這些顆?？芍苯优c涂料溶液混合并被涂覆。優(yōu)選是作為涂層材料應(yīng)用混雜交聯(lián)的溶膠-凝膠體系，因為這些體系除了優(yōu)異結(jié)構(gòu)可造性以外還顯示出良好的基材粘附性和長時間穩(wěn)定的斥水效果。此外可以借助在熱基材上的噴涂而在涂層中制造結(jié)構(gòu)。其中溶劑當(dāng)碰到基材后立即蒸發(fā)，并且留下具有確定統(tǒng)計粗糙度的結(jié)構(gòu)(取決于所用的溶劑，所用的固體濃度和基材溫度)。在應(yīng)用含有氟烷基的涂層材料情況下以此方式已經(jīng)實現(xiàn)了接觸角> 150°C。按照一個具體實施方式
也可以呈現(xiàn)粗結(jié)構(gòu)和細結(jié)構(gòu)的組合，其中(粗)結(jié)構(gòu)首先被制造在管表面上，然后施涂涂層，而后在其中再制造納米(細)結(jié)構(gòu)。因此所有上面描述的方法步驟可以進行組合。
按照本發(fā)明可使疏水的、亦即形成液滴的涂料組合物的技術(shù)優(yōu)點與排流結(jié)構(gòu)的技術(shù)優(yōu)點相結(jié)合。因此借助本發(fā)明建議的涂層結(jié)構(gòu)就可以在冷凝器管的冷凝特性和排滴特性中實現(xiàn)巨大的優(yōu)點。一方面，由于基材的減小表面能而使所形成的液滴的粘附性減小，因此這一液滴可更容易地從管子上脫離并且滴落。另外，特別是小的、以前其重量相比落滴還太小的液滴也能夠從容地從管子上脫離。另一方面該涂層導(dǎo)致滑流角劇烈減小到低于5°，因此無論是在管子的任何位置上形成的液滴僅僅通過重力作用和所存在的結(jié)構(gòu)就如在通道中那樣地排流。本發(fā)明能實現(xiàn)極好的超級疏水的涂層，借助其不僅防止了開頭提及的管外壁上的水膜，而且甚至能實現(xiàn)只用反粘附涂層是不可想像的排流角。作為例子能實現(xiàn)小于30°的排流角，同時應(yīng)該想到，在未涂覆的管子情況下甚至在垂直位置上也不發(fā)生小水滴的排流。
權(quán)利要求
1.具有表面的冷凝器管，其中微結(jié)構(gòu)與涂層配合作用，以便使通過冷凝形成的液滴在冷凝器管上排流。
2.權(quán)利要求1的冷凝器管，其中所述涂層是斥水的。
3.權(quán)利要求1或2的冷凝器管，其中作為涂層中的斥水組分有烷基和/或氟化烷基。
4.按前面權(quán)利要求之一的冷凝器管，其中涂料組合物選自以氧化硅、含氟聚合物、硅樹脂為基礎(chǔ)的溶膠-凝膠漆和/或聚氨酯基漆。
5.用于冷凝器管表面處理的方法，包括至少兩個方法步驟一個方法步驟是使冷凝器管至少涂覆一種斥水性的、亦即疏水的涂料組合物，另一個方法步驟是在冷凝器管的表面上至少制造一種結(jié)構(gòu)，其中所述方法步驟的順序是任意的。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所述涂料組合物的施涂通過公知的涂覆方法實現(xiàn)。
7.權(quán)利要求5或6的方法，其中所述基材表面或管表面的微結(jié)構(gòu)化通過磨削，濺射工藝，借助蝕刻工藝，通過輥壓，陽極氧化，草酸處理和/或噴砂實現(xiàn)。
8.權(quán)利要求5-7之一的方法，其中涂層的結(jié)構(gòu)化獨立于管表面的結(jié)構(gòu)化而實現(xiàn)。
9.權(quán)利要求5-8之一的方法，其中涂層的結(jié)構(gòu)化通過壓制工藝和/或顆粒嵌置實現(xiàn)。
10.這樣處理的冷凝器管在發(fā)電站領(lǐng)域中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有超級疏水表面的冷凝器管；用于制造用于實現(xiàn)更好的冷凝液滴排流的蒸汽冷凝器管之超級疏水表面的方法；以及該冷凝器管的應(yīng)用。冷凝器管的表面被涂覆并被結(jié)構(gòu)化，以便所形成的冷凝液滴可以良好地排流。
文檔編號F28F13/04GK102257345SQ200980151375
公開日2011年11月23日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者A·伯恩特, F·埃德, H·蔡寧格, S·卡姆普斯 申請人:西門子公司