[发明专利]抗积垢的材料和鉴定其的方法

说明书

总的来说，本发明涉及使用时抵抗其表面上积垢的材料。此类材料可用于各种工艺设备的构造，这些设备具有暴露于给定流体的表面，该流体包含可沉积或粘附在该表面上并此后在该表面上继续生长从而导致所述设备和工艺的性能下降的污垢物或化学物质。使用考虑到所述表面暴露于其中的所述流体以及所述表面本身的介电谱的方法来按特性选择所述材料。未料到地发现，如果所述表面和所述流体的介电谱匹配至相对一致性内，则污垢物不应粘附在表面上。在一些实施方式中，待匹配的介电谱包括固有折射率。

发明背景.

发明领域.

本发明涉及用于减少或消除材料或部件表面上的积垢的方法。更具体地，本发明涉及用于鉴定用于这种表面的构造材料（或者作为涂层或者作为材料本身）的方法，所述材料的介电谱与表面暴露于其中的流体的介电谱匹配或相似。

相关技术描述

表面的积垢或在给定表面上的材料的不期望的沉积是影响范围从能源到运输到医学领域的问题。能源生产和分配系统特别容易受到与积垢相关的损害，因为它们依赖于其功能性表面的持续清洁，来例如传递热、催化化学反应和抗腐蚀。几乎所有地热发电厂、炼油厂、核电站、化学加工和海洋系统中都存在一定程度的颗粒积垢或颗粒粘附到表面。内部管道表面的积垢会增加跨部件的压降，降低传热效率，并可能会完全阻塞冷却液通道，从而导致工艺效率下降，并可能需要更换部件。考虑到增加的能源消耗成本，降低的产量以及与积垢相关的维护，估计会产生数十亿美元的经济影响，仅在2013年，估计就要花费150亿美元。

特氟龙或其他光滑聚合物可在某些情况下用于减少或最小化积垢，因为它们可抵抗几乎所有潜在的污垢物的积聚。但是，许多发生积垢的能源系统的运行条件都太苛刻，以致特氟龙或任何有机材料都无法保持稳定。因此，需要解决积垢问题的更通用的方案。具体而言，需要一种方案，以应对苛刻环境（例如各种能源系统中的那些）中的积垢。

发明简要概述

在表面上的初始积垢或污垢物的初始沉积可能是由范德华力引起的，范德华力通常是决定污垢物在能源系统中粘附的主要的力。因此，防止这种力应减少或消除由范德华力引起的污垢物的任何初始沉积，这反过来将导致积垢减少或消除积垢。范德华力的理论表明，通过获得或设计被积垢表面或污垢物的介电谱与流体的介电谱之间的紧密匹配，将导致范德华力的显著减小或消除。当然，对于给定的系统，潜在的污垢物和流体基本上是由系统决定或确定的，并且可能无法变化。换言之，在不首先牺牲系统的主要目的的情况下，不能简单地改变污垢物和流体的成分来防止积垢。因此，通过选择用于暴露于潜在积垢的表面的构造材料（或者作为涂层或者作为材料本身），其介电谱与其暴露于其中的流体的介电谱相匹配或近似，从而应能减小或消除范德华力，以致防止污垢物沉积。

在一实施方式中，本发明提供了一种用于选择暴露于具有污垢物的流体的表面的构造材料的方法，包括选择用于在使用期间暴露于包含污垢物的流体的表面的构造材料，其中构造材料（或者材料上的涂层或者材料本身，无论暴露于流体中的哪一个）具有在全折射率谱内的折射率，该折射率与在流体的全折射率谱内的折射率相匹配或近似。

在一实施方式中，本发明提供了一种用于选择暴露于具有污垢物的流体的表面的构造材料的方法，包括选择用于在使用期间暴露于包含污垢物的流体的表面的构造材料，其中构造材料在全折射率谱内的折射率在流体的全折射率谱内的折射率的20％以内。应当理解，在一实施方式中，在整个谱内的至少一个值需要匹配至20％以内。

在另一实施方式中，本发明提供一种用于选择暴露于具有污垢物的流体的表面的构造材料的方法，包括选择用于在使用期间暴露于包含污垢物的流体的表面的涂层，其中涂层的在全折射率谱内的折射率在流体的全折射率谱内的折射率的20％以内。

在另一实施方式中，本发明提供一种构造材料，其包括主体，该主体具有在使用期间暴露于包含污垢物的流体的表面；和在所述全折射率谱内的折射率，其在所述流体的全折射率谱内的折射率的20％以内。