[發明專利]一種超超臨界強化流體傳熱方法及傳熱介質

無效

• 申請號: 200710048828.4
• 申請日: 2007-04-09
• 公開（公告）號: CN101284984A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發明（設計）人: 李建民
• 申請（專利權）人: 李建民
• 主分類號: C09K5/02
• 分類號: C09K5/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及利用超臨界流體進行傳熱的方法，以及一種超超臨界強傳熱介質，通過在基礎超臨界傳熱介質中加入輔助超臨界傳熱介質以實現高效的傳熱。

背景技術

利用傳熱介質傳熱是最常見的一種傳熱方式，即利用傳熱介質在熱源處吸收熱量，并使吸收熱量后的傳熱介質在放熱設備或放熱端內放出熱量，到達傳熱的目的。傳熱介質作為一種流體，在密閉、封閉或半封閉的系統內流動。這種傳熱方式被廣泛應用于工業領域以及民用、工業設備中。

傳熱過程包括換熱、集熱、散熱、蓄熱的熱量的傳遞、交換、收集、儲存、應用、控制、管理的所有過程，在本發明中，傳熱的概念包括以上所述的所有的過程。

根據傳熱介質在傳熱過程中是否有相變發生，可以分為有相變的傳熱，例如在空調、熱泵中，采用氟里昂或氨、烷烴、水等作為傳熱介質，傳熱介質在蒸發器內從外界吸收熱量，由液態變化為氣態，然后經過壓縮機、節流閥或泵等設備調節壓力后，在冷凝器內由氣態變成液態放出熱量，來實現熱控制或熱管理。這種過程中傳熱介質在吸熱及放熱過程中有相變發生，屬于相變傳熱。同樣，在熱管傳熱過程中，熱管內的傳熱介質在吸熱端由液態變為氣態吸收熱量，在放熱端則由氣態變成液態放出熱量，也屬于相變傳熱。還有，在工業換熱(升溫、冷卻)過程中或民用采暖過程中，如果用蒸汽采暖，則在換熱設備存在相變；如果用水或其它流體作為傳熱介質，通常在傳換過程中不存在相變過程，屬于非相變傳熱，如在民用采暖過程中通入到樓宇及家庭的散熱器中的高溫水，或在發動機冷卻系統中，電子器件冷卻系統中，以及機械設備中用于冷卻設備的機油等，常用流體循環來將熱量傳遞到外部環境達到熱控制或熱管理的目的，所用的傳熱介質即流體可以為液體、氣體或氣液以及沸騰狀態的混合物。

在航天和軍事產品中，有比普通工業產品更高的傳熱性能要求，特別是對熱控制的精度有更高的要求，所涉及的產品的應用的領域雖然不同，但其整體的熱控制熱管理的要求更高。

換熱的目的一般來說是對熱量進行交換或對溫度進行熱控制或熱管理，通常，換熱的熱流量大小受換熱設備的換熱面積、傳熱介質的導熱系數、熱容量及流量、傳熱的熱阻、傳熱溫差的影響。通常，在一般傳熱系統中，換熱設備的面積是一個固定的參數，傳熱介質的導熱系數、熱容量也是一定的，熱控制或熱管理往往是通過改變傳熱介質的循環量來實現的，在熱泵或空調等系統中還通過控制蒸發設備及冷凝設備的操作壓力來進行熱控制或熱管理調節。

超臨界流體(SCF)指熱力學狀態處于“臨界點”以上的流體；即在臨界溫度和臨界壓力以上的流體，超臨界流體兼有液體和氣體的雙重特性，密度大、擴散系數大、粘度小、滲透性好；在臨界點附近流體的物理化學性質隨溫度在臨界點附近流體的物理化學性質隨溫度和壓力的變化極其敏感，在不改變化學組和壓力的變化極其敏感，在不改變化學組成的條件下，即可通過壓力調節流體性質。超臨界流體技術自上世紀超臨界流體技術自上世紀70年代開始嶄露年代開始嶄露頭角，以其環保、高效等顯著優勢輕松超頭角，以其環保、高效等顯著優勢輕松超越傳統技術，迅速滲透到傳統技術，滲透到萃取分離、石油萃取分離、石油化工、化學工程、材料科學、生物技術化工、化學工程、材料科學、生物技術與醫藥、環境工程、納米技術等諸多領域，并成為這些領域發展的主導之一。然而，超臨界流體的傳熱性能的研究，僅限于將其作為一種流體進行研究，如作為一種流體，采用外界的特殊泵提供動力，來實現的流體傳熱；

1985年10月，Nitsche和Straub在航天飛機內一次實驗中意外發現，流體的主流溫度隨壁溫改變很快，系統趨于熱平衡所用時間遠低于原先估計所需的時間，注意此時的傳熱過程，導熱非常微弱，對流受到抑制，輻射可以忽略，但熱能仍較快地從壁面傳給主流，所以這里面蘊涵著一種新的傳熱機理，此后，一些實驗先后證實了這一奇異的傳熱現象，該傳熱現象被稱為活塞效應，Zappoli指出“活塞效應實質上是一種熱聲效應”，是導熱、對流和輻射以外的第四種傳熱機理。

超臨界流體有很多特殊的性質，特別是在其臨界點及其附近，具備很高的傳熱能力，因而利用超臨界流體的傳熱能力來實現高效的傳熱，是一種廣泛被研究的課題。

發明內容