[發明專利]一種用于超臨界水熱合成納米粉體的螺旋纏繞式急冷器

在審

• 申請號: 202010332080.6
• 申請日: 2020-04-24
• 公開（公告）號: CN111521038A
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 王樹眾;張熠姝;王棟;張寶權
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F28D3/02
• 分類號: F28D3/02;F28D3/04;F28F1/36;F28F9/22
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

本發明一種用于超臨界水熱合成納米粉體的螺旋纏繞式急冷器，包括筒體，在筒體中設置有若干層螺旋纏繞的換熱管，在筒體內的上部設置帶有向下噴淋孔的噴淋管，各換熱管底端與熱流體入口連通，頂端與熱流體出口連通，噴淋管連接冷卻水入口，筒體下部設置冷卻水出口。每層換熱管由傾斜向上或向下纏繞的若干根管道組成，相鄰兩層換熱管傾斜方向相反，且纏繞形成的螺旋均與筒體保持同軸。換熱管上可設置螺旋結構翅片，筒體底端可設置分流集箱，頂端可設置匯集集箱，本發明采用螺旋纏繞式排列的換熱器結構，并增設噴淋結構，從而強化換熱，提高急冷器冷卻效率；并充分利用換熱面積，大大減小急冷器占地面積，實現超臨界水熱合成納米粉體工藝的急冷需求。

技術領域

本發明涉及在能源、化工、材料技術領域使用的急冷器，特別涉及一種用于超臨界水熱合成納米粉體的螺旋纏繞式急冷器。

背景技術

超臨界水熱合成法是制備納米粉體材料的一種新興技術，有著廣闊的發展前景。納米粉體材料因其在光、電、磁等方面呈現出常規材料所不具備的特性，故在磁性材料、電子材料、光學材料、高致密度材料等方面有廣闊的應用前景，納米微粒粉體的制備已成為化學工程和能源領域研究的一個新興領域。現有的納米粉體的制備方法分為物理方法和化學方法兩大類，其中，化學方法又分為氣相法、液相法和固相法。近年來，超臨界流體技術與液相法中的水熱合成法相結合，產生了一種新興的納米粉體制備方法——超臨界水熱合成。

與其他納米粉體制備方法相比，超臨界水熱合成技術具有許多特殊的優勢：(1)在超臨界條件下，水熱合成反應速率比常規方法提高幾個數量級；(2)可獲得極高的成核率，有利于超細微粒的形成；(3)可直接得到結晶良好的粉體，不需作高溫灼熱處理，避免了在此過程中可能形成的粉體硬團聚，以及在燒結過程中晶粒長大及引入雜質等；(4)可以通過控制過程的參數如為奴的、壓力、停留時間等來控制粉體晶粒物相和形貌。

另外，超臨界水熱合成過程中制備出來的顆粒具有粒度分布較為均勻，晶粒發育完整，純度高，顆粒團聚較輕，可適用較為便宜的原料等特點。而且超臨界水熱合成以水為介質，在密閉的環境中進行，因而在反應過程中不會引入其它污染物，被認為是一種綠色環保的納米粉體制備技術。

但由于超臨界水熱合成技術極高的反應速率，導致納米粉體在極短的時間內形成，若在高溫條件下的時間增大，納米粉體會迅速聚集成大顆粒，影響納米粉體的產品質量，因此超臨界水熱合成技術工藝常常要求極短的反應時間及迅速的冷卻降溫，這便對工藝系統中的急冷裝置提出了嚴格的要求，使反應物流體的溫度迅速在一段時間以內降至晶體生長臨界溫度以下。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種用于超臨界水熱合成納米粉體的螺旋纏繞式急冷器，突破傳統換熱器和急冷器結構的局限，設計了螺旋纏繞式排列的換熱器結構，并設計了換熱器內的噴淋結構，從而強化換熱，使冷卻水和熱流體充分接觸，大大提高了急冷器的冷卻效率；并能夠充分利用換熱面積，使急冷器的占地面積大大減小，最終實現超臨界水熱合成納米粉體工藝的急冷需求。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種用于超臨界水熱合成納米粉體的螺旋纏繞式急冷器，包括筒體1，在筒體1中設置有若干層螺旋纏繞的換熱管2，在筒體1內的上部設置帶有向下噴淋孔6的噴淋管5，各換熱管2的底端與熱流體入口20連通，頂端與熱流體出口19連通，噴淋管5連接冷卻水入口21，筒體1的下部設置冷卻水出口22。

進一步地，每一層所述換熱管2由傾斜向上纏繞或傾斜向下纏繞的若干根管道組成，相鄰兩層換熱管2的傾斜方向相反，且纏繞形成的螺旋均與筒體1保持同軸。

進一步地，每根所述換熱管2上設置有翅片3，翅片3與換熱管2外壁面相連，等距分布在換熱管2的外圍。

進一步地，所述翅片3高度為2～5mm，換熱管2的內徑為1～3mm。