[發明專利]一種高效液氮換熱器的換熱管及換熱器

在審

• 申請號: 202010736775.0
• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN111811315A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 徐維泰;張鵬;程誠
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: F28F13/00
• 分類號: F28F13/00;F28F13/04;F28F13/18;F28F21/08;B24B1/00;C25D11/34;C25F3/24
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 顧艷哲

本發明涉及一種高效液氮換熱器的換熱管及換熱器，所述換熱管本體的外表面設置疏水層，所述換熱管本體的內表面設置薄熱阻層，本發明將換熱管的內外表面進行了特殊加工，提供了具有疏水外表面和薄熱阻層的內表面的換熱管，疏水外表面能夠有效減緩表面結霜，內表面的薄熱阻層可以顯著提升內部的沸騰傳熱效率。本發明具有以下優點和效果：換熱效果好，可實現快速冷卻，液氮的使用效率高，液氮汽化后冷氮氣的大量冷量也可進行回收利用。

技術領域

本發明涉及換熱器技術領域，具體涉及一種高效液氮換熱器的換熱管及換熱器。

背景技術

工程應用中低溫氣體及低溫液體的應用越來越廣泛。在高溫地區或季節，空氣的密度降低，給燃氣輪機的運行性能帶來很多不利影響，因此，常需要對機組的進氣進行冷卻。此外，在空氣含有少量低沸點溶劑，如甲醇等，回收時需要通過冷凝進行回收。常見的冷卻機組可實現的降溫區間較小并且啟動時間較長，機組也較為龐大，難以實現快速預冷以及更低溫的冷卻。

隨著液氮的制備技術越來越成熟，來源廣泛及成本較低，在工程中的應用越來越多。在常壓下液氮的飽和溫度為-196℃，汽化時可以吸收大量的熱量，采用液氮相變過程可以實現低溫快速冷卻。然而用液氮作為冷卻工質存在兩個問題，由于換熱管溫度低于水等常見液體的凝固點，容易在換熱管表面結霜及結冰，產生的附加熱阻削弱了傳熱性能。而在管道內部，由于液氮在不銹鋼上的萊登佛羅斯特點溫度大約在-148.15℃，因此管道中液氮在剛通入的較長一段時間內均發生膜態沸騰，從而使得管壁溫度下降較慢，難以實現快速冷卻，同時也造成了液氮的浪費。

發明內容

本發明的目的就是為了減緩換熱管表面結霜問題以及解決換熱管內部沸騰換熱效率低的問題，而提供一種高效液氮換熱器的換熱管、其制作方法及帶有該換熱管的換熱器，以進一步提高換熱能力。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種高效液氮換熱器的換熱管，包括換熱管本體，所述換熱管本體的外表面設置疏水層，所述換熱管本體的內表面設置薄熱阻層。本發明將換熱管的內外表面進行了特殊加工，提供了具有疏水外表面和薄熱阻層的內表面的換熱管，疏水外表面能夠有效減緩表面結霜，內表面的薄熱阻層可以顯著提升內部的沸騰傳熱效率。

進一步地，所述的薄熱阻層為Teflon涂層，所述的薄熱阻層的厚度在微米級別。

進一步地，所述的薄熱阻層通過以下方法涂覆在所述換熱管本體的內表面：

(1)將換熱管內表面打磨處理，再依次用丙酮、無水乙醇和蒸餾水超聲清洗去除油污，氮氣吹干待用；

(2)向換熱管內灌入Teflon并旋轉，待涂層均勻；

(3)進行烘烤，之后自然冷卻到室溫，則內部涂層制備完成。

進一步地，步驟(3)中所述烘烤流程具體為：以10℃/min的升溫速率先升溫至150℃后保持溫度恒定10min，再升溫至200℃后保持15min，最后到340℃后保持15min后停止。

進一步地，所述的疏水層為陽極氧化膜。

進一步地，所述的疏水層通過以下方法涂覆在所述換熱管本體的外表面：

(1)配置硫酸和磷酸混合酸性溶液以待電拋光使用，將氟化銨、水和乙二醇組成的電解液體系待陽極氧化使用；

(2)將換熱管的外表面先進行機械拋光再依次用丙酮、無水乙醇和蒸餾水超聲清洗去除油污，氮氣吹干待用；

(3)將換熱管豎直浸入步驟(1)配置的酸性溶液中，換熱管作為陽極，碳筒為陰極，將碳筒套在換熱管外，進行電拋光處理，之后用蒸餾水沖洗，氮氣吹干；