[发明专利]具有防结垢性质的螺旋热交换器

说明书

技术领域

本发明大体上涉及螺旋热交换器，其允许出于各种目的的在不同温度下的两种流体之间的传热。具体而言，本发明涉及一种螺旋热交换器，其已经涂覆用于改进防结垢性质，并且在一些实施例中被给予预定结构性质，用于确保涂层在产品被使用时保持在产品上。

背景技术

螺旋热交换器大体上通过使两个金属片卷绕彼此而形成，以便界定两个单独的通路。两个平片在相应的端部处焊接在一起，其中焊接接头将包括在片的中心部分中。两个片卷绕彼此，以形成片的螺旋元件，以便界定两个单独的通路或流动通道。具有对应于流动通道的宽度的高度的距离部件可布置在片中的一个或两者上。

两个入口/出口通道形成在螺旋元件的中心中。两个通道通过片的中心部分与彼此分开。壳焊接到螺旋元件的外周上。螺旋元件的侧端部被处理，其中螺旋流动通道可在两个侧端部处以各种方式沿侧向闭合。典型地，盖附接于端部中的各个。盖可包括延伸到中心中且与两个流动通道中的相应一个连通的连接管。在螺旋流动通道的径向外端部处，相应的集管焊接于壳或螺旋元件，形成至相应流动通道的出口/入口部件。

例如，在US-5 505 255中描述了此类螺旋热交换器。在该情况中，螺旋热交换器通过卷绕均在它们的面中的一个上具有凸起的两个金属片而形成。

在许多工业过程中，传热装备的结垢是所关心的。为了保持装备的令人满意的性能，需要定期保养和清洁来除去传热表面上的沉积物的累积。沉积物例如从装备中的流体、微生物生长和/或灰尘出现。

螺旋热交换器可在一定时间内由于材料缓慢沉积在片的表面上而结垢。此类所谓的结晶的结垢导致传热的减小和压降的增大，并且导致了螺旋热交换器的总体性能降低。例如，取决于使用的流体，螺旋热交换器可严重地结垢并且难以清洁，因此需要较强的清洁剂和/或较长时间段内的强大机械清洁，以便恢复热交换器的性能。螺旋热交换器的清洁可既耗时又昂贵。另外，螺旋热交换器与其相关的过程可必须在所述清洁期间停止。

螺旋热交换器的片由金属制成。基础材料(即，使用的金属)可具有高表面自由能，其导致大多数液体容易润湿片的表面。

另外，当产生螺旋热交换器片时，其形成操作可增大表面粗糙度，这通常与结垢沉积物的较快的累积相关联。

已经描述了其它类型的热交换器，其中热交换器的表面已经涂覆有拥有防结垢性质的涂层。

WO2009034359公开了提供涂层来减少水环境中的表面的生物结垢，其中涂层通过使用等离子辅助化学汽相沉积(PACVD)来施加。

US20090123730公开了一种热交换器的表面，其借助于焊剂软钎焊，并且所述表面除焊剂之外还提供有包含添加剂的至少多于一层。添加剂反应，以便在软钎焊期间修改表面。

WO2008119751公开了一种用于冷凝器的疏水涂层的生产，其中涂层包括例如基于氧化硅溶胶的溶胶-凝胶材料。

JP2000345355涉及改进耐腐蚀性，并且公开了由55到99wt%的SiO₂和45到1wt%的ZrO₂组成的膜，该膜使用溶胶-凝胶处理形成。

US2006/0196644公开了一种设有亲水表面涂层的热交换器，其包括由溶胶-凝胶处理产生的凝胶。

将合乎需要的是，找到新的方式来确保热交换器的较少结垢，尤其是螺旋热交换器及其片，以便保持螺旋热交换器运行较长的时间段。另外，缩短涉及螺旋热交换器的过程的停机时间将是合乎需要的。

当前已知的防结垢涂层遇到的问题在于具有磨蚀性热交换介质的应用中的涂层的较差耐磨性，例如，与热交换流体一起进入螺旋热交换器的沙或其它颗粒材料。此外，涂层中的裂纹可由于在高压下的应用中作用于螺旋热交换器片上的转矩和张力而出现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的螺旋热交换器，其示出了片的减少的结垢。另一个目的在于获得在磨蚀环境中耐磨并且对形成裂纹具有高抵抗性的螺旋热交换器的实施例。

该目的通过一种螺旋热交换器实现，该螺旋热交换器包括由至少一个螺旋片形成的螺旋本体，该至少一个螺旋片卷绕来形成螺旋本体，至少形成了用于第一介质的第一螺旋形流动通道和用于第二介质的第二螺旋形流动通道。螺旋本体由大致圆柱形壳包围，该大致圆柱形壳设有与第一流动通道和第二流动通道连通的连接元件。螺旋热交换器设有涂层，其包括氧化硅SiO_x，具有＞1的O/Si原子比、≥10原子%的碳含量，以及大约5-60μm的涂层厚度，该涂层通过溶胶-凝胶处理制备，并且施加于片的至少一部分。