[发明专利]改善的多孔涂层

说明书

提供了一种多孔金属涂层。所述涂层的特征在于如通过传热效率所测得的改善涂层性能的最优化性质的组合。所述多孔涂层具有例如孔隙率、颗粒尺寸和厚度的性质的最佳范围，并在作为空气分离单元的一部分的沸腾传热应用中具有特别的适用性。所述多孔涂层由包括金属颗粒、粘合剂和溶剂的混合物的基于浆料的配方获得。

技术领域

本发明涉及新颖的浆料和沿各种表面以增强传热的金属多孔涂层组合物。更具体地，使所述涂层组合物最优化以改善各种低温沸腾应用的性能。

背景技术

在各种各样的工业过程中利用热交换器以通过间接热交换在两种或更多种流体之间传递热量。存在不同设计的热交换器。例如，一种热交换器设计通常称作壳管式设计，其中一种流体通过管流动，另一种流体在管外部、但在保持所述管的壳体内部流动。流体可为液体、蒸汽或它们的组合。另外，壳可由在其中欲进行传热的其它设备(诸如，例如蒸馏塔)形成，或与上述其它设备整合。

在被称为板翅式热交换器的另一类型的设计中，通常称作分隔片的一系列板在它们各自的边缘处通过封条(end bars)和翅片来连接，以增强板之间的传热。与板连接的高位槽将工艺流体或工作流体引入板之间形成的通道中，以实现流体之间的间接热交换。

在流体中的一种是欲在热交换器的沸腾侧表面沸腾的液体的情况下，可沿所述沸腾侧表面使用多孔涂层，以促进响应热源输入和流体之间给定的温差，通过给定的表面，每单位表面积的传热(即热通量)的增加，以使得流体能够沸腾。在此处和通篇使用的术语“多孔涂层”指依靠其内置的多孔性通过提供所谓的成核位点(nucleation sites)来增强沸腾的那些涂层。多孔涂层提供微米级的空穴，其具有增加成核位点的数量和每个位点的气泡偏离频率的作用。因此，可增加沸腾速率。

但是，目前可利用的多孔涂层(例如在美国专利号4,917,960中提到的那些)效率低下，特别对于低温沸腾传热应用来说。通常使用传热效率来评价多孔涂层的性能。如此处和说明书通篇使用的，所述性能由等于T1-T2的温差，ΔT来定义，其中T1定义为热源输入的温度，T2定义为欲加热至其预定温度(如沸点)的工艺流体的温度。具有相对较低的ΔT的涂层将被认为是性能更好的，这依靠其促进给定的热源输入向工艺流体的更多的传热的能力(如位于壳管式热交换器设计的壳侧的气体，其具有温度T1，该温度大于在壳管式热交换器的管内流动的工艺流体的温度T2)。改善的性能至少部分通过ΔT的降低来定义。应当理解，可使用此处和说明书通篇使用的传热效率来评价用于沸腾传热应用的涂层性能。如以下将更加详细解释的，将使用传热效率来评价用于各种应用的多孔涂层的涂层性能，所述应用包括沸腾传热应用，借此热从热源或热源输入传递至流体以引起流体的沸腾。对于沸腾传热应用，于此处和通篇可使用术语“沸腾ΔT”。应当理解，在此处可互换地使用术语“ΔT”和“沸腾ΔT”，并旨在具有相同的含义。

一般来说，常规的多孔涂层具有不可接受地高的ΔT的缺点。换言之，需要向沸腾表面传递大量的热能以使工艺流体沸腾，这转换成具有过高动力消耗的低效率过程。

这些常规的多孔涂层没有如现今要求更高的应用所要求地充分增加或增强向沸腾表面的传热效率。另外，此类常规的多孔涂层可能不具有通过，例如，增加用于沸腾发生的成核位点的数量来促进泡核沸腾(nucleation boiling)发生的能力。一般来说，传热且特别是沸腾传热与活性泡罩塔位点(bubble column sites)的数量成正比增加。

现今的传热涂层已达到成熟水平，其中性能、效率和操作成本节约的进一步增加在技术上是不可行的。考虑到这些缺点和为改善的性能不断增长的需要，存在对于可增强各种应用的传热的新一代涂层组合物的需要。

发明内容