[发明专利]一种高效液氮换热器的换热管及换热器

说明书

本发明涉及一种高效液氮换热器的换热管及换热器，所述换热管本体的外表面设置疏水层，所述换热管本体的内表面设置薄热阻层，本发明将换热管的内外表面进行了特殊加工，提供了具有疏水外表面和薄热阻层的内表面的换热管，疏水外表面能够有效减缓表面结霜，内表面的薄热阻层可以显著提升内部的沸腾传热效率。本发明具有以下优点和效果：换热效果好，可实现快速冷却，液氮的使用效率高，液氮汽化后冷氮气的大量冷量也可进行回收利用。

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，具体涉及一种高效液氮换热器的换热管及换热器。

背景技术

工程应用中低温气体及低温液体的应用越来越广泛。在高温地区或季节，空气的密度降低，给燃气轮机的运行性能带来很多不利影响，因此，常需要对机组的进气进行冷却。此外，在空气含有少量低沸点溶剂，如甲醇等，回收时需要通过冷凝进行回收。常见的冷却机组可实现的降温区间较小并且启动时间较长，机组也较为庞大，难以实现快速预冷以及更低温的冷却。

随着液氮的制备技术越来越成熟，来源广泛及成本较低，在工程中的应用越来越多。在常压下液氮的饱和温度为-196℃，汽化时可以吸收大量的热量，采用液氮相变过程可以实现低温快速冷却。然而用液氮作为冷却工质存在两个问题，由于换热管温度低于水等常见液体的凝固点，容易在换热管表面结霜及结冰，产生的附加热阻削弱了传热性能。而在管道内部，由于液氮在不锈钢上的莱登佛罗斯特点温度大约在-148.15℃，因此管道中液氮在刚通入的较长一段时间内均发生膜态沸腾，从而使得管壁温度下降较慢，难以实现快速冷却，同时也造成了液氮的浪费。

发明内容

本发明的目的就是为了减缓换热管表面结霜问题以及解决换热管内部沸腾换热效率低的问题，而提供一种高效液氮换热器的换热管、其制作方法及带有该换热管的换热器，以进一步提高换热能力。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高效液氮换热器的换热管，包括换热管本体，所述换热管本体的外表面设置疏水层，所述换热管本体的内表面设置薄热阻层。本发明将换热管的内外表面进行了特殊加工，提供了具有疏水外表面和薄热阻层的内表面的换热管，疏水外表面能够有效减缓表面结霜，内表面的薄热阻层可以显著提升内部的沸腾传热效率。

进一步地，所述的薄热阻层为Teflon涂层，所述的薄热阻层的厚度在微米级别。

进一步地，所述的薄热阻层通过以下方法涂覆在所述换热管本体的内表面：

(1)将换热管内表面打磨处理，再依次用丙酮、无水乙醇和蒸馏水超声清洗去除油污，氮气吹干待用；

(2)向换热管内灌入Teflon并旋转，待涂层均匀；

(3)进行烘烤，之后自然冷却到室温，则内部涂层制备完成。

进一步地，步骤(3)中所述烘烤流程具体为：以10℃/min的升温速率先升温至150℃后保持温度恒定10min，再升温至200℃后保持15min，最后到340℃后保持15min后停止。

进一步地，所述的疏水层为阳极氧化膜。

进一步地，所述的疏水层通过以下方法涂覆在所述换热管本体的外表面：

(1)配置硫酸和磷酸混合酸性溶液以待电抛光使用，将氟化铵、水和乙二醇组成的电解液体系待阳极氧化使用；

(2)将换热管的外表面先进行机械抛光再依次用丙酮、无水乙醇和蒸馏水超声清洗去除油污，氮气吹干待用；

(3)将换热管竖直浸入步骤(1)配置的酸性溶液中，换热管作为阳极，碳筒为阴极，将碳筒套在换热管外，进行电抛光处理，之后用蒸馏水冲洗，氮气吹干；