TW201341172A - 鋼材被覆層及傳熱管之表面處理方法 - Google Patents
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Abstract
本發明之鋼材被覆層10A之特徵在於：其形成於傳熱管11之表面，且具有由低表面能量材料形成之表面層12。
Description
本發明係關於一種用於對熱交換器內之配管進行表面處理之鋼材被覆層及傳熱管之表面處理方法。
於熱交換器之外殼(機身)上所設置之數個熱交換用管(傳熱管)中，由於傳熱效率及材料成本之關係，主要係使用碳鋼。又，傳熱管有軸承型及翅片型，由於翅片型傳熱管之傳熱效率較佳，因此係使用翅片型傳熱管。
熱交換器因隨著連續運轉而於傳熱管之傳熱表面附著堆積灰或煤，導致熱交換性能降低。當排氣中之灰或煤附著堆積於傳熱管之表面時，灰或煤於傳熱管彼此之間隙形成橋接(橋)，使得傳熱管彼此間之排氣流路變窄，從而妨礙排氣穿過傳熱管群之排氣流，導致排氣之壓力損失提高。又，由於排氣中之水分(霧)附著於傳熱管導致傳熱管呈濕潤狀態，從而成為腐蝕之要因之一。
作為除去附著於傳熱管之灰或煤之方法，有如下方法：使鐵球掉落，藉由鐵球碰撞至傳熱管所產生之衝擊而震落附著於傳熱管之灰或煤之方法；於傳熱管之外周面安裝加熱用電線，使用該加熱用電線強制燃燒附著堆積於傳熱管之外周面之煤之方法；及藉由向附著於傳熱管之表面之灰或煤吹送蒸氣或空氣之吹灰器進行清除之方法等(例如參照專利文獻1~3)。
作為傳熱管之腐蝕對策，有使用樹脂管被覆傳熱管之方法或於
傳熱管之傳熱表面實施塗裝之方法等(例如參照專利文獻4)。
[專利文獻1]日本專利特開平5-133695號公報
[專利文獻2]日本專利特開平7-63495號公報
[專利文獻3]日本專利特開2010-117067號公報
[專利文獻4]日本專利特開2005-98666號公報
然而，作為除去附著於傳熱管之灰或煤之方法，利用使鐵球掉落所產生之衝擊之方法存在鐵球堵塞於傳熱管彼此間之情形。又，使用加熱用電線或吹灰器之方法需另行設置用於設置加熱用電線或吹灰器之設備，導致費用增加。又，由於灰或煤係黏著於傳熱管，故僅使用吹灰器無法充分除去黏著於傳熱管之灰或煤。
由於作為傳熱管之腐蝕對策係以被覆傳熱管之方式使用樹脂管，故無法應用於傳熱效率較佳之翅片型傳熱管。又，當於傳熱管之傳熱表面實施塗裝時，由於塗裝之膜厚增加，導致傳熱效率降低。
本發明係鑒於上述問題而完成者，其課題在於提供一種可抑制排氣中包含之灰或煤等附著於傳熱管之傳熱表面之鋼材被覆層及傳熱管之表面處理方法。
用於解決上述課題之本發明之第1發明係一種鋼材被覆層，其特徵在於：其形成於傳熱管之表面，且具有由低表面能量材料形成之表面層。
如第1發明，第2發明係一種鋼材被覆層，其特徵在於：其具有形成於上述傳熱管與上述表面層之間且係由無機玻璃系材料形成之黏
合劑層。
如第2發明，第3發明係一種鋼材被覆層，其特徵在於：上述黏合劑層之膜厚為10 μm以下。
如第1發明，第4發明係一種鋼材被覆層，其特徵在於：上述低表面能量材料具有(CH4)3-Si-結構、F3C-結構或者矽烷偶合反應基中之至少任何一種。
如第1發明，第5發明係一種鋼材被覆層，其特徵在於：上述表面層之膜厚為1 μm以下。
第6發明係一種傳熱管之表面處理方法，其特徵在於：藉由於傳熱管之表面塗佈包含低表面能量材料之溶液並進行熱處理，且加以硬化而形成表面層。
如第6發明，第7發明係一種傳熱管之表面處理方法，其特徵在於：於上述傳熱管與上述表面層之間形成由無機玻璃系材料形成之黏合劑層。
如第7發明，第8發明係一種傳熱管之表面處理方法，其特徵在於：將上述黏合劑層之膜厚設為10 μm以下。
如第6發明，第9發明係一種傳熱管之表面處理方法，其特徵在於：上述低表面能量材料具有(CH4)3-Si-結構、F3C-結構或者矽烷偶合反應基中之至少任何一種。
如第6發明，第10發明係一種傳熱管之表面處理方法，其特徵在於：將上述表面層之膜厚設為1 μm以下。
根據本發明可抑制排氣中包含之灰或煤等附著於傳熱管之傳熱表面。
10A‧‧‧鋼材被覆層
10B‧‧‧鋼材被覆層
11‧‧‧傳熱管
12‧‧‧表面層
13‧‧‧底塗層
15‧‧‧排氣
16‧‧‧附著物
21‧‧‧黏合劑層
圖1係表示本發明之實施例1之鋼材被覆層之概略圖。
圖2係表示矽烷偶合反應基與傳熱管之傳熱表面之結合狀態之說明圖。
圖3係表示鋼材被覆層之其他構成之概略圖。
圖4係表示排氣中之灰或煤附著於傳熱管之狀態之一例之說明圖。
圖5係表示本發明之實施例2之鋼材被覆層之概略圖。
圖6係表示黏合劑層與傳熱管之傳熱表面之結合狀態之說明圖。
以下一面參照圖式一面對本發明進行詳細說明。再者，本發明並非由下述實施例限定者。又，下述實施例中之構成要素中包括本領域技術人員可容易地想到之構成要素、實質上相同之構成要素以及所謂之均等範圍內之構成要素。進而，下述實施例所揭示之構成要素可適當組合。
參照圖式對將本發明之實施例1之鋼材被覆層應用於熱交換器外殼(機身)上所設置之數個熱交換用管(傳熱管)之情形進行說明。圖1係表示本發明之實施例1之鋼材被覆層之概略圖。如圖1所示，本實施例之鋼材被覆層10A係於傳熱管11之表面11a由表面層12所形成。
表面層12係由低表面能量材料形成。低表面能量材料例如可列舉矽系樹脂組合物、氟系樹脂組合物等。矽系樹脂組合物較佳為具有擁有撥水性或撥水撥油性(以下稱為「撥水/撥油性」)之(CH4)3-Si-結構。又，氟系樹脂組合物較佳為具有F3C-結構作為末端取代基。具體可列舉例如：矽樹脂(信越有機矽(Shin-Etsu Silicone)公司製)、UNIDYNE(大金工業(Daikin Industries)公司製)、FLUOROSARF(氟化物科技(Fluoro Technology)公司製)、Lumiflon(旭硝子(Asahi Glass)公司製)等。表面層12可由一種材料單獨形成，或亦可由複數種上述材
料形成。
藉由使用上述矽系樹脂組合物、氟系樹脂組合物形成表面層12，可降低界面之表面能量，因此可減少灰、煤等之附著，從而可抑制表面層12之表面受到污染。又，即使灰、煤等附著於表面層12之表面，亦可提高灰、煤等自表面層12剝離之效果。
表面層12較佳為於分子內具有藉由共價鍵與基材結合之矽烷偶合反應基{(RO)nSi-}。圖2係表示表面層12具有矽烷偶合反應基之情形時之與傳熱管11之表面之結合狀態的說明圖。如圖2所示，藉由於分子內具有矽烷偶合反應基{(RO)nSi-}，而利用其與傳熱管11之表面之OH基之脫水反應形成共價鍵(-O-Si-O-)。藉此，表面層12與傳熱管11之表面形成橋接層，從而傳熱管11之表面與表面層12可牢固地結合。
低表面能量材料較佳為可藉由噴霧塗佈、刷塗、浸漬等進行塗佈施工之液體狀。低表面能量材料可藉由塗佈含有低表面能量材料之溶液並進行熱處理，且使其乾燥，而獲得表面層12。
如上所述，表面層12係使用如矽系樹脂組合物、氟系樹脂組合物等之有機材料作為原料，因此，可容易地塗佈於傳熱管11等被黏著體而形成薄膜。又，即使於傳熱管11之傳熱表面再次形成表面層12之情形時，僅塗佈如矽系樹脂組合物、氟系樹脂組合物等有機材料即可，因此於表面層12發生劣化之情形時，將用於形成表面層12之原料塗佈於傳熱管11上即可容易地再次形成表面層12。
表面層12較佳為膜厚為10 nm以上且1 μm以下之單分子膜。單分子膜具體可列舉例如氟化物科技公司製造之FLUOROSARF等。再者，所謂單分子膜係指於分子內之一端具有反應基，且於另一端具有撥水/撥油基之分子結構，可於傳熱管之傳熱表面形成單分子膜。藉由使表面層12為單分子膜，可進行不損壞傳熱管11之傳熱導率之塗
佈。
又，本實施例之鋼材被覆層10A可僅以表面層12之形式於傳熱管11之表面形成表面層12，但並不限定於此，如圖3所示，本實施例之鋼材被覆層10A亦可將底塗層13設置於表面層12之傳熱管11側。藉由於表面層12之傳熱管11側設置底塗層13，可提高傳熱管11與表面層12之密接性，從而可提高表面層12與傳熱管11之接著性。
因此，由於本實施例之鋼材被覆層10A係由表面層12形成，故可抑制灰、煤等附著於本實施例之鋼材被覆層10A之表面。又，藉由將底塗層13設置於表面層12之傳熱管11側，可進而提高與傳熱管11之表面之接著性。
由於灰、煤等附著於傳熱管11之表面之情況得以抑制，故傳熱管11可穩定地維持傳熱效率。於如先前般直接使用設置於熱交換器外殼上之數個傳熱管之情形時，如圖4所示，於包含灰或煤之排氣15通過第一級傳熱管11時，排氣15中之灰或煤附著且黏著於第一級傳熱管11而形成附著物16，導致第一級傳熱管11彼此間之流路變窄，從而導致包含灰或煤之排氣15之流路易於集中在第二級傳熱管11之氣體流動方向之正面側。如此一來，由於排氣15中之灰或煤大量附著於上級側之傳熱管11之氣體流動方向之正面側，故包含灰或煤之排氣15之流路易於集中在其下級側以後所設置之傳熱管11之氣體流動方向之正面側，因此排氣15中之灰或煤亦以下級側所設置之傳熱管11為基準而附著，使得下級側所設置之傳熱管11之傳熱效率亦下降，因此導致熱交換器整體之熱交換效率下降。
與此相對，由於在傳熱管11之表面設置有本實施例之鋼材被覆層10A，故本實施例之鋼材被覆層10A可抑制灰、煤等附著於其表面，從而可抑制傳熱管11之傳熱效率降低。藉此，可抑制熱交換器整體之熱交換效率之降低，從而可使熱交換器穩定地運轉。
參照圖式對本發明之實施例2之鋼材被覆層進行說明。圖5係表示本發明之實施例2之鋼材被覆層之概略圖。如圖5所示，本實施例之鋼材被覆層10B係具有表面層12及黏合劑層21者，且黏合劑21及表面層12係依序形成於傳熱管11之表面11a。
黏合劑層21係形成於傳熱管11與表面層12之間，形成緻密之膜，且由與表面層12之反應性較高之無機系材料形成之層。無機系材料可列舉矽烷偶合劑及包含Si-O結構之玻璃塗佈劑等。矽烷偶合劑具體可列舉信越有機矽公司製造之矽烷偶合劑等。玻璃塗佈劑具有Si-O結構，因此，如圖6所示，藉由與作為基材之傳熱管11之表面之OH基之脫水反應而形成共價鍵(-O-Si-O-)。又，玻璃塗佈劑具體可列舉日興(Nikko)公司製造之結晶塗層劑、S-MACH公司製造之結晶X、AZ電子材料(AZ Electronic Materials)公司製造之將全氫基聚矽氮烷作為主成分之AQUAMICA、APOLLORINK公司製之TGA等。
藉由使用緻密且係由與表面層12之反應性較高之無機系材料所形成之膜形成黏合劑層21，可抑制水分接觸傳熱管11，可抑制腐蝕。
黏合劑層21之膜厚較佳為5 μm以上且100 μm以下，更佳為7 μm以上且50 μm以下，進而較佳為10 μm以上且30 μm以下。
無機系材料與表面層12相同，較佳為可藉由噴霧塗佈、刷塗、浸漬等進行塗佈施工之液體狀。藉由加熱、吸濕、觸媒之作用使無機系材料硬化而可獲得黏合劑層21。
由於黏合劑層21係使用包含如上所述之無機系材料之有機材料作為原料，故與表面層12相同，可容易地塗佈於傳熱管11等被黏著體而形成薄膜。又，即使於傳熱管11之表面再度形成黏合劑層21之情形時，僅塗佈如上所述之有機材料即可，因此於黏合劑層21發生劣化之情形時，將用於形成黏合劑層21之原料塗佈於傳熱管11即可容易地再
次形成黏合劑層21。
本實施例之鋼材被覆層10B為具有表面層12與黏合劑層21之雙層結構，表面層12與黏合劑層21之組合例如較佳為使用TGA作為形成表面層12之材料且使用FLUOROSARF作為形成黏合劑層21之材料。由於藉由使用TGA作為形成表面層12之材料且使用FLUOROSARF作為形成黏合劑層21之材料，任一層均能以薄膜形成，因此表面層12及黏合劑層21之膜厚可為10 μm以下。
繼而，顯示對本實施例之鋼材被覆層10B之灰、煤等之附著減少效果及耐腐蝕性進行研究而得之結果。試驗例1係求出為如下試驗片之情形時之灰、煤之附著性及基體之腐蝕性而得之試驗結果，該試驗片係相對於基體(金屬板)使用氟系樹脂組合物(FLUOROSARF、氟化物科技公司製)作為本實施例之鋼材被覆層10B之表面層12，且使用氟系樹脂組合物(TGA、APOLLORINK公司製)作為黏合劑層21，比較例1係求出僅將基體用於試驗片之情形時之灰、煤等之附著性及基體之腐蝕性而得之試驗結果。
灰、煤等之附著性係作為附著於試驗片之飛灰塊之剝離力而求出。又，基體之腐蝕性係作為浸漬於Ph2之硫酸水溶液中直至腐蝕發生為止之時間而求出。
試驗例1及比較例1之試驗結果示於表1。再者，於本試驗例中，灰、煤之附著性係表示為將比較例1中附著於基體之灰、煤之附著量設為1之情形時之相對比，耐腐蝕性係表示為將比較例1中之基體腐蝕情況設為1之情形之相對比。
如表1所示，附著於基體之灰、煤等之附著性於試驗例1中為比較例1之1/10左右，試驗例1相較於比較例1降低90%左右。又，基體腐蝕性於試驗例1中為比較例1之1/6左右。
因此，可謂藉由如試驗例1般將本實施例之鋼材被覆層10B設置於基體上，能使灰、煤等之附著減少效果相較於僅使用基體之情形而提高10倍左右，並且能使耐腐蝕性相較於僅使用基體之情形而提高6倍左右。
因此，由於本實施例之鋼材被覆層10B係以於傳熱管11與表面層12之間形成有黏合劑層21之雙層結構而形成，故可抑制灰、煤等附著於本實施例之鋼材被覆層10B之表面，並且可抑制傳熱管11腐蝕。
於如先前般直接使用設置於熱交換器外殼上之數個傳熱管之情形時，如上述圖4所示，由於排氣15中之灰或煤大量附著於上級側之傳熱管11之氣體流動方向之正面側，使得排氣15中之灰或煤亦附著於其下級以後所設置之傳熱管11，導致傳熱管11整體之傳熱效率降低，因此熱交換器整體之熱交換效率降低。
與此相對，由於在傳熱管11之表面設置有本實施例之鋼材被覆層10B，故本實施例之鋼材被覆層10B可抑制灰、煤等附著於其表面，並且亦可抑制傳熱管11之腐蝕，因此可抑制傳熱管11之傳熱效率降低，並且亦可抑制傳熱管11之劣化。藉此，可一面抑制傳熱管11整體之熱交換效率降低從而維持穩定之傳熱效率，一面進行熱交換器之穩定之運轉。
再者，於上述各實施例中係對將本實施例之鋼材被覆層應用於
翅管熱交換器中所設置之傳熱管11之情形進行說明，但並不限定於此，亦可為使氣體與液體接觸之空氣冷卻式熱交換器及直接接觸式熱交換器等熱交換器。又，本實施例之鋼材被覆層10A、10B並不限定於使氣體與液體接觸之熱交換器，亦可為使液體與液體接觸之熱交換器及使氣體與氣體接觸之熱交換器。使液體與液體接觸之熱交換器例如有螺旋式熱交換器、板式熱交換器、套管式熱交換器、殼管式熱交換器(多管圓筒式熱交換器)、螺旋管式熱交換器、螺旋板式熱交換器、罐體旋管式熱交換器、罐體套管式熱交換器及直接接觸液液式熱交換器等。使氣體與氣體接觸之熱交換器例如有靜止型熱交換器、旋轉再生式熱交換器、週期流蓄熱式熱交換器及渦管等。
又，於本實施例中係對應用於熱交換器之情形進行說明，但本發明並不限定於此，例如亦可同樣應用於在大氣污染及腐蝕等嚴峻環境下使用之鋼材、鋼結構物中。
10A‧‧‧鋼材被覆層
11‧‧‧傳熱管
11a‧‧‧表面
12‧‧‧表面層
Claims (10)
- 一種鋼材被覆層，其特徵在於：其形成於傳熱管之表面，且具有由低表面能量材料形成之表面層。
- 如請求項1之鋼材被覆層，其具有形成於上述傳熱管與上述表面層之間且係由無機玻璃系材料形成之黏合劑層。
- 如請求項2之鋼材被覆層，其中上述黏合劑層之膜厚為10 μm以下。
- 如請求項1之鋼材被覆層，其中上述低表面能量材料具有(CH4)3-Si-結構、F3C-結構或者矽烷偶合反應基中之至少任何一種。
- 如請求項1之鋼材被覆層，其中上述表面層之膜厚為1 μm以下。
- 一種傳熱管之表面處理方法，其特徵在於：藉由於傳熱管之表面塗佈包含低表面能量材料之溶液並進行熱處理，且加以硬化而形成表面層。
- 如請求項6之傳熱管之表面處理方法，其中於上述傳熱管與上述表面層之間形成由無機玻璃系材料形成之黏合劑層。
- 如請求項7之傳熱管之表面處理方法，其中將上述黏合劑層之膜厚設為10 μm以下。
- 如請求項6之傳熱管之表面處理方法，其中上述低表面能量材料具有(CH4)3-Si-結構、F3C-結構或者矽烷偶合反應基中之至少任何一種。
- 如請求項6之傳熱管之表面處理方法，其中將上述表面層之膜厚設為1 μm以下。
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