[發明專利]一種基于外電場/等離子體調控碳納米管陣列表面親疏水的強化相變換熱方法及裝置

在審

• 申請號: 202110023987.9
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112857118A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 侯旭;周磊;王苗;何文;劉威
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: F28D20/02
• 分類號: F28D20/02
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;游學明

本發明公開了一種基于外電場/等離子體調控碳納米管陣列表面親疏水原位轉換的相變換熱的強化方法和裝置。包括如下步驟：1)制備碳納米管陣列；2)將碳納米管陣列的上下表面連接電極或者對碳納米管陣列表面等離子體處理；3)通過對外電場/等離子體調控，實現對碳納米管陣列表面親疏水原位轉換；4)利用親疏水的相變換熱表面分別進行冷凝換熱和沸騰傳熱。

技術領域

本發明涉及一種在外電場/等離子體調控碳納米管陣列表面親疏水以強化相變換熱的方法及裝置。

背景技術

隨著人口增長和傳統化石能源的枯竭，能源短缺已成為人類社會面臨的最嚴峻的全球性挑戰之一，通過強化物體的相變換熱特性，可以實現能源的有效利用。目前表面微納結構強化相變換熱技術可以使換熱表面的相變換熱系數比一般表面提高約一個數量級，是一種很有前途的技術。但是由于其固定的親疏水程度，換熱表面只能實現單一的冷凝換熱或沸騰換熱，而在換熱器件智能化的趨勢下，要求對相變表面親疏水程度具有實時動態地調控以適應復雜變化的環境要求。目前，相變換熱強化方法包括被動式和主動式。被動式的強化相變技術包括增加過冷度，表面改性等，主動式的強化相變換熱技術包括電場、聲頻或超生振蕩等外場作用。而碳納米管陣列具有在電場/等離子作用下可實現納米結構表面上接觸角的轉變，從超疏水到親水的特性。在外電場/等離子體調控下，碳納米管陣列相變換熱表面可通過表面張力的變化從而對不同的相變環境進行強化。

發明內容

本發明的目的之一，在于提供一種基于外電場/等離子體調控碳納米管陣列實現表面親疏水原位轉換的方法。包括如下步驟：

1)制備碳納米管陣列；

2)將碳納米管陣列的上下表面連接電極或者對碳納米管陣列表面等離子體處理；

3)通過對外電場/等離子體調控，實現對碳納米管陣列表面親疏水原位轉換。

本發明的另一目的，在于提供所述的一種基于外電場/等離子體調控碳納米管陣列實現表面親疏水原位轉換的方法在制備相變換熱裝置上的應用。

本發明的再一目的，在于提供基于外電場/等離子體調控碳納米管陣列表面親疏水的相變換熱的系統，所述的系統包括電極和碳納米管陣列，所述的碳納米管陣列貼敷于強化相變的換熱器與設備表面，可以根據不同環境要求，通過外電場/等離子體調節表面親疏水性，控制系統與設備和外界環境之間的相變能量交換，實現對系統與設備溫度的自主控制與管理。

本發明的再一目的，在于提供基于外電場/等離子體調控碳納米管陣列表面親疏水的相變換熱的強化裝置，所述的強化裝置包括兩腔室、用于隔離這兩腔室的隔熱層，以及貫穿所述隔熱層的換熱工件，所述的換熱工件一端位于其中一腔室內，且該端設有碳納米管陣列。另一端設于另一腔室；所述的碳納米管陣列連接電極或設有能夠對碳納米管陣列進行等離子體處理的裝置，通過對外電場/等離子體調控，實現對碳納米管陣列表面親疏水原位轉換。

在優選的實施例中，所述的換熱工件連接有熱電偶。

在優選的實施例中，所述的換熱工件包括正叉指結構和負叉指結構，所述的負叉指結構可插接于正叉指結構內或脫離。

在優選的實施例中，還包括冷卻液體或冷凝蒸汽。

在優選的實施例中，還包括蒸汽發生裝置，其連接碳納米管陣列所在的腔室。

在優選的實施例中，所述的熱電偶數量為四個，還包括采集四個等距離點溫度的信號數據采集器和電腦。

本發明基于外電場/等離子體調控碳納米管陣列實現表面親疏水原位轉換的方法，是基于外電場/等離子體調控下，碳納米管陣列表面與液體之間表面張力發生了變化。結合碳納米管相變換熱過程，其有區別傳統的相變換熱過程。是一種新型的基于外電場/等離子體調控碳納米管陣列表面親疏水的強化相變換熱方法。