鋼材被覆層及傳熱管的表面處理方法
【專利摘要】本發明提供一種鋼材被覆層(10A)，其特征在于，所述鋼材被覆層形成于傳熱管(11)的表面、且具有由低表面能材料形成的表面層(12)。
【專利說明】鋼材被覆層及傳熱管的表面處理方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及用于將熱交換器內的配管進行表面處理的鋼材被覆層及傳熱管的表面處理方法。

【背景技術】
[0002]由于傳熱效率、材料成本的關系，設置于熱交換器的外殼(機身)的大量的熱交換用管(傳熱管)主要使用碳鋼。另外，傳熱管具有肋片型和翅片型，翅片型在傳熱效率方面更佳，因此使用翅片型的傳熱管。
[0003]對于熱交換器而言，伴隨著連續運轉，在傳熱管的傳熱表面會附著并堆積灰、煤，由此使熱交換性能降低。若排氣中的灰、煤附著并堆積于傳熱管的表面，則灰、煤在傳熱管之間的間隙形成橋接(bridge)，使傳熱管彼此之間的排氣流路變窄，阻礙排氣穿過傳熱管組的排氣流，使排氣的壓力損失變高。另外，由于排氣中的水分(霧)附著于傳熱管而使傳熱管成為潮濕的狀態，成為腐蝕的要因之一。
[0004]作為除去附著于傳熱管的灰、煤的方法，有如下方法:使鐵球墜落，并利用因鐵球沖撞傳熱管而產生的沖擊，將附著于傳熱管的灰、煤震落的方法；在傳熱管的外周面安裝加熱用電線，使用該加熱用電線強行使附著并堆積于傳熱管的外周面的煤燃燒的方法；通過向附著于傳熱管表面的灰、煤噴吹蒸氣或空氣的吹灰器(soot blower)進行清除的方法等(例如參照專利文獻I~3)。
[0005]作為傳熱管的腐蝕應對措施，有使用樹脂管被覆傳熱管的方法、對傳熱管的傳熱表面實施涂裝的方法等(例如參照專利文獻4)。
[0006]現有技術文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:日本特開平5-133695號公報
[0009]專利文獻2:日本特開平7-63495號公報
[0010]專利文獻3:日本特開號公報
[0011]專利文獻4:日本特開2005-98666號公報


【發明內容】

[0012]發明所要解決的課題
[0013]但是，作為除去附著于傳熱管的灰、煤的方法，利用使鐵球墜落而產生的沖擊的方法有時會使鐵球堵塞在傳熱管彼此之間。另外，在使用加熱用電線、吹灰器的方法中，需要另行設置用于設置加熱用電線、吹灰器的設備，使費用增大。另外，由于灰、煤粘著于傳熱管，因此僅利用吹灰器無法充分除去粘著于傳熱管的灰、煤。
[0014]作為傳熱管的腐蝕應對措施，樹脂管以覆蓋傳熱管的方式來使用，因此不能夠適用于傳熱效率良好的翅片型的傳熱管。另外，若對傳熱管的傳熱表面實施涂裝，則涂裝的膜厚變厚，因此傳熱效率降低。
[0015]本發明是鑒于上述問題而完成的，其課題在于提供能夠抑制排氣中包含的灰、煤等附著于傳熱管的傳熱表面的鋼材被覆層及傳熱管的表面處理方法。
[0016]用于解決課題的方法
[0017]用于解決上述課題的本發明的第I發明:一種鋼材被覆層，其特征在于，所述鋼材被覆層形成于傳熱管的表面、且具有由低表面能材料形成的表面層。
[0018]第2發明:根據第I發明所述的鋼材被覆層，其特征在于，具有形成于所述傳熱管和所述表面層之間且由無機玻璃類材料形成的粘結劑層。
[0019]第3發明:根據第2發明所述的鋼材被覆層，其特征在于，所述粘結劑層的膜厚為1ym以下。
[0020]第4發明:根據第I發明~第3發明中任意一項所述的鋼材被覆層，其特征在于，所述低表面能材料具有(CH4)3-S1-結構、F3C-結構或硅烷偶聯反應基中的至少任意一種。
[0021]第5發明:根據第I發明~第4發明中任意一項所述的鋼材被覆層，其特征在于，所述表面層的膜厚為I μ m以下。
[0022]第6發明:一種傳熱管的表面處理方法,其特征在于,通過在傳熱管的表面涂布包含低表面能材料的溶液并進行熱處理、固化而形成表面層。
[0023]第7發明:根據第6發明所述的傳熱管的表面處理方法，其特征在于，在所述傳熱管和所述表面層之間形成由無機玻璃類材料形成的粘結劑層。
[0024]第8發明:根據第7發明所述的傳熱管的表面處理方法，其特征在于，所述粘結劑層的膜厚為ΙΟμπι以下。
[0025]第9發明:根據第6發明~第8發明中任意一項所述的傳熱管的表面處理方法，其特征在于，所述低表面能材料具有(CH4)3-S1-結構、F3C-結構或硅烷偶聯反應基中的至少任意一種。
[0026]第10發明:根據第6發明~第9發明中任意一項所述的傳熱管的表面處理方法，其特征在于，所述表面層的膜厚為Iym以下。
[0027]發明效果
[0028]根據本發明，能夠抑制排氣中包含的灰、煤等附著于傳熱管的傳熱表面。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是表示本發明實施例1的鋼材被覆層的示意圖。
[0030]圖2是表示硅烷偶聯反應基和傳熱管的傳熱表面的結合狀態的說明圖。
[0031]圖3是表示鋼材被覆層的另一構成的示意圖。
[0032]圖4是表示排氣中的灰、煤附著于傳熱管的狀態的一例的說明圖。
[0033]圖5是表示本發明實施例2的鋼材被覆層的示意圖。
[0034]圖6是表示粘結劑層與傳熱管的傳熱表面的結合狀態的說明圖。

【具體實施方式】
[0035]下面參照附圖對本發明進行詳細說明。需要說明的是，本發明并不限定于下述的實施例。另外，在下述實施例的構成要素中包含本領域技術人員能夠易于想到的構成要素、實質上相同的構成要素以及所謂等效范圍的構成要素。進而，可以將下述實施例中公開的構成要素進行適當組合。
[0036]實施例1
[0037]參照附圖對將本發明實施例1的鋼材被覆層適用于設置在熱交換器的外殼(機身)的大量熱交換用管(傳熱管)的情況進行說明。圖1是表示本發明實施例1的鋼材被覆層的示意圖。如圖1所示，本實施例的鋼材被覆層1A是由表面層12在傳熱管11的表面Ila形成的。
[0038]表面層12由低表面能材料形成。作為低表面能材料，可以列舉例如硅酮類樹脂組合物、氟類樹脂組合物等。作為硅酮類樹脂組合物，優選具有顯示拒水性或拒水拒油性(以下記為“拒水/拒油性”。)的(CH4)3-S1-結構。另外，作為氟類樹脂組合物，優選具有F3C-結構作為末端取代基。具體可以列舉例如娃樹脂(Shin-Etsu Silicone公司制造)、Unidyne (大金工業公司制造)、Fluoro Surf (Fluoro Technology 公司制造)、Lumiflon (旭硝子公司制造)等。表面層12可以由一種上述材料單獨形成或由多種上述材料形成。
[0039]通過使用上述硅酮類樹脂組合物、氟類樹脂組合物來形成表面層12，由此能夠使界面的表面能降低，因此能夠降低灰、煤等的附著，能夠抑制表面層12的表面受到污染。另外，即使在表面層12的表面附著灰、煤等，也能夠提高從表面層12剝離灰、煤等的效果。
[0040]表面層12優選在分子內具有用于以共價鍵與基材結合的硅烷偶聯反應基{(R0)nS1-}。圖2是表不在表面層12具備硅烷偶聯反應基時表面層12與傳熱管11表面的結合狀態的說明圖。如圖2所示，通過在分子內具有硅烷偶聯反應基{(RO)nS1-}，由此利用其與傳熱管11表面的OH基的脫水反應而形成共價鍵(-O-S1-O-)。由此，表面層12和傳熱管11表面形成交聯層，傳熱管11表面和表面層12能夠牢固地結合。
[0041]低表面能材料優選為能夠利用噴涂、刷涂、浸涂等進行涂布施工的液體狀。對于低表面能材料而言，涂布包含低表面能材料的溶液并對其進行熱處理使其干燥，由此可以得到表面層12。
[0042]對于表面層12而言，由于使用如上所述的硅酮類樹脂組合物、氟類樹脂組合物等有機材料作為原料，因此能夠容易地涂布于傳熱管11等被粘物而形成薄膜。另外，即使當在傳熱管11的傳熱表面再次形成表面層12的情況下，也是僅涂布如硅酮類樹脂組合物、氟類樹脂組合物等之類的有機材料即可，因此，即使在表面層12劣化的情況下，也可以將用于形成表面層12的原料涂布于傳熱管11而容易地再次形成表面層12。
[0043]表面層12優選為膜厚1nm以上且I μ m以下的單分子膜。作為單分子膜，具體可以列舉例如Fluoro Technology公司制造的Fluoro Surf等。需要說明的是,所謂單分子膜是指分子內的一端具有反應基且另一端具有拒水/拒油基的分子結構，在傳熱管的傳熱表面能夠形成單分子膜。通過使表面層12成為單分子膜，能夠進行不損害傳熱管11的導熱系數的涂布。
[0044]另外，本實施例的鋼材被覆層1A僅為表面層12并在傳熱管11的表面形成了表面層12，但并不限定于此，如圖3所示，本實施例的鋼材被覆層1A也可以在表面層12的傳熱管11側設置底涂層13。通過在表面層12的傳熱管11側設置底涂層13，能夠使傳熱管11和表面層12的密合性提高，能夠使表面層12與傳熱管11的粘接性提高。
[0045]因此，本實施例的鋼材被覆層1A由表面層12形成，因此能夠抑制在本實施例的鋼材被覆層1A的表面附著灰、煤等。另外，通過在表面層12的傳熱管11側設置底涂層13，能夠進一步提高表面層12與傳熱管11表面的粘接性。
[0046]由于灰、煤等附著于傳熱管11表面的情況受到抑制，因此傳熱管11能夠穩定地維持傳熱效率。在像以往那樣直接使用設置于熱交換器外殼的大量傳熱管時，如圖4所示那樣，包含灰、煤的排氣15通過第I段的傳熱管11時，排氣15中的灰、煤附著并粘著于第I段的傳熱管11，形成附著物16，使第I段的傳熱管11彼此之間的流路變窄，包含灰、煤的排氣15的流路容易集中在第2段的傳熱管11的氣流方向的正面側。這樣一來，在前段側的傳熱管11的氣流方向的正面側大量附著排氣15中的灰、煤，由此使包含灰、煤的排氣15的流路容易集中在設置于其后段側以后的傳熱管11的氣流方向的正面側，因此對于設置于后段側的傳熱管11而言也同樣地在其上附著排氣15中的灰、煤，設置于后段側的傳熱管11的傳熱效率也降低，因此使熱交換器整體的熱交換效率降低。
[0047]與此相對，由于將本實施例的鋼材被覆層1A設置于傳熱管11的表面，因此本實施例的鋼材被覆層1A能夠抑制灰、煤等附著于其表面，能夠抑制傳熱管11的傳熱效率降低。由此，能夠抑制熱交換器整體的熱交換效率降低，能夠使熱交換器穩定地進行運轉。
[0048]實施例2
[0049]參照附圖對本發明實施例2的鋼材被覆層進行說明。圖5是表示本發明實施例2的鋼材被覆層的示意圖。如圖5所示，本實施例的鋼材被覆層1B具有表面層12和粘結劑層21，粘結劑層21和表面層12依次形成于傳熱管11的表面11a。
[0050]粘結劑層21是形成于傳熱管11和表面層12之間、并且由用于形成致密的膜且與表面層12的反應性高的無機系材料形成的層。作為無機系材料，可以列舉硅烷偶聯劑、包含S1-O結構的玻璃涂布劑等。作為硅烷偶聯劑，具體可以列舉Shin-Etsu Silicone公司制造的硅烷偶聯劑等。玻璃涂布劑具有S1-O結構，因此，如圖6所示，利用其與作為基材的傳熱管11的表面的OH基的脫水反應而形成共價鍵(-O-S1-O-)。另外，作為玻璃涂布劑，具體可以列舉日興公司制造的晶膜(crystal coating)、S-MACH公司制造的晶體X、AZElectronic Materials公司制造的以全羥基聚娃氮燒為主要成分的AQUAMICA、AP0LL0RINK公司制造的TGA等。
[0051]粘結劑層21是由致密且以與表面層12的反應性高的無機系材料形成的膜所形成的，因此能夠抑制水分與傳熱管11接觸，從而能夠抑制腐蝕。
[0052]粘結劑層21的膜厚優選為5 μ m以上且100 μ m以下，更優選為7 μ m以上且50 μ m以下，進一步優選為1ym以上且30 μ m以下。
[0053]無機系材料與表面層12同樣地優選為能夠利用噴涂、刷涂、浸涂等進行涂布施工的液體狀。通過加熱、吸濕、催化的作用使無機系材料固化，從而得到粘結劑層21。
[0054]粘結劑層21將包含如上所述的無機類材料的有機材料作為原料使用，因此，能夠與表面層12同樣地容易涂布于傳熱管11等被粘物而形成薄膜。另外，即使當在傳熱管11表面再次形成粘結劑層21的情況下，也是僅涂布如上所述的有機材料即可，因此，即使在粘結劑層21劣化的情況下，也可以將用于形成粘結劑層21的原料涂布于傳熱管11而容易地再次形成粘結劑層21。
[0055]本實施例的鋼材被覆層1B采用表面層12和粘結劑層21的兩層結構，作為表面層12和粘結劑層21的組合，例如優選使用TGA作為形成表面層12的材料且使用FIuotoSurf作為形成粘結劑層21的材料。通過使用TGA作為形成表面層12的材料且使用FIuotoSurf作為形成粘結劑層21的材料，從而使任一層均能以薄膜形成，因此在表面層12和粘結劑層21的膜厚可以為1ym以下。
[0056](試驗例)
[0057]接著，示出對于本實施例的鋼材被覆層1B的灰、煤等的附著降低效果、耐腐蝕性進行研究的結果。試驗例I中示出如下試驗結果:在對于基體(金屬板)使用氟類樹脂組合物(Fluoro Surf, Fluoro Technology公司制造)作為本實施例的鋼材被覆層10B的表面層12、且使用氟類樹脂組合物(TGA，AP0LL0RINK公司制造)作為粘結劑層21的試驗片的情況下，求出的灰、煤的附著性、基體的腐蝕性的試驗結果。比較例I中示出如下試驗結果:在僅使用基體作為試驗片時，求出的灰、煤的附著性、基體的腐蝕性的試驗結果。
[0058]以附著于試驗片的飛灰(fly ash)塊的剝離力的形式求出灰、煤等的附著性。另外，以浸潰于PH值為2的硫酸水溶液中直至發生腐蝕的時間的形式求出基體的腐蝕性。
[0059]試驗例1、比較例I的試驗結果示于表1中。需要說明的是，在本試驗例中，灰、煤的附著性以將比較例I中附著于基體的灰、煤的附著量設為I時的相對比來表示，耐腐蝕性以將比較例I的基體的腐蝕情況設為I時的相對比來表示。
[0060]【表1】
[0061]

【權利要求】
1.一種鋼材被覆層，其特征在于，所述鋼材被覆層形成于傳熱管的表面、且具有由低表面能材料形成的表面層。
2.根據權利要求1所述的鋼材被覆層，其特征在于，具有形成于所述傳熱管和所述表面層之間且由無機玻璃類材料形成的粘結劑層。
3.根據權利要求2所述的鋼材被覆層，其特征在于，所述粘結劑層的膜厚為ΙΟμπι以下。
4.根據權利要求1~3中任意一項所述的鋼材被覆層，其特征在于，所述低表面能材料具有(CH4)3-S1-結構、F3C-結構或硅烷偶聯反應基中的至少任意一種。
5.根據權利要求1~4中任意一項所述的鋼材被覆層，其特征在于，所述表面層的膜厚為I μ m以下。
6.一種傳熱管的表面處理方法，其特征在于，通過在傳熱管的表面涂布包含低表面能材料的溶液并進行熱處理、固化而形成表面層。
7.根據權利要求6所述的傳熱管的表面處理方法，其特征在于，在所述傳熱管和所述表面層之間形成由無機玻璃類材料形成的粘結劑層。
8.根據權利要求7所述的傳熱管的表面處理方法，其特征在于，所述粘結劑層的膜厚為10 μ m以下。
9.根據權利要求6~8 中任意一項所述的傳熱管的表面處理方法,其特征在于,所述低表面能材料具有(CH4)3-S1-結構、F3C-結構或硅烷偶聯反應基中的至少任意一種。
10.根據權利要求6~9中任意一項所述的傳熱管的表面處理方法，其特征在于，所述表面層的膜厚為Iym以下。
【文檔編號】B32B1/08GK104136659SQ201380010660
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年2月7日 優先權日:2012年2月27日
【發明者】櫻井秀明, 香川晴治, 宮地剛之, 岡本卓也 申請人:三菱重工業株式會社