液氮冷媒换热器及其使用方法与流程

本发明属于换热器技术领域，特别涉及一种液氮冷媒换热器及其使用方法。

技术背景

不凝气中含有的少量低沸点低熔点溶剂，如甲醇、二氯甲烷、低碳烃类等，回收时需要通过冷凝来进行回收。液氮即液态的氮气，常压下液氮温度为-196℃，汽化时大量吸热，用作冷却介质时，可以将温度降低到-100℃以下，为理想的冷却介质。

公布号为cn107940574a的中国专利申请公开了一种液氮冷却除湿装置，包括换热器，换热器包括液氮换热管，集液室、液氮进液管，其液氮换热管竖排设置。垂直管道在低温工况下自收缩能力较差，产生的应力容易造成换热管与其他部件脱开，造成设备故障，影响设备正常运行。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种液氮冷媒换热器，具有换热快、应力小的效果。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：液氮冷媒换热器，包括壳体、设置于所述壳体内的支撑隔板，所述支撑隔板将所述壳体内部分隔成内腔和进气通道，所述内腔下端和所述进气通道下端相连通；所述壳体内设置有位于所述内腔内的换热管，所述支撑隔板设置有供所述换热管穿过的通孔；液氮冷媒换热器还包括与所述进气通道相连通的尾气进口、与所述内腔上端相连通的尾气出口、设置于所述壳体上的排液口。

通过采用上述技术方案，液氮冷媒换热器的壳体内部被支撑隔板分隔成内腔和进气通道，被冷却介质从尾气进口进入到进气通道内，并沿进气通道向下流动，进入到内腔内，并接触到换热管，液氮从换热管的液氮进口流入，通过换热管后从氮气出口流出，被冷却介质与换热管接触并发生热交换，被冷却介质中的低沸点低熔点物质冷凝成液态后向下汇集，从排液口排出。

换热管水平设置可以采用单管，也可以采用多管并联，层叠巡回布置，方便管内的液氮分布；散热管穿过支撑隔板上的通孔，与支撑隔板之间并不做焊接固定，使换热管、支撑隔板之间没有内应力冲突，达到了换热快、应力小的效果

本发明的进一步设置为：所述换热管一端为液氮进口且另一端为氮气出口，所述液氮进口和所述氮气出口位于所述壳体同一侧。

通过采用上述技术方案，换热管与壳体接触点少，内部仅与支撑隔板相接触，减少换热管与其他部件之间的内应力冲突。

本发明的进一步设置为：所述壳体内壁设置有折流板一，所述支撑隔板设置有折流板二。

通过采用上述技术方案，壳体内壁设置折流板一，支撑隔板设置有折流板二，加强气体湍流，增加换热效果。

本发明的进一步设置为：所述支撑隔板上端沿水平方向滑动设置于所述壳体内壁。

通过采用上述技术方案，调整支撑隔板在壳体的滑动，能够调节内腔空间以及折流板二与壳体内壁的间隙，进而能根据需要调整被冷却介质在内腔内的滞留时间，提高换热效果。

本发明的进一步设置为：所述支撑隔板上设置有供所述折流板二穿过的安装口，所述支撑隔板上沿竖直方向上滑动设置有调节件、设置于所述调节件上的定位杆，所述折流板二上设置有多个供所述定位杆插入的定位孔。

通过采用上述技术方案，调整调节件上升带动定位杆脱离定位孔后，调整折流板二与壳体内壁的间隙，能根据需要调整被冷却介质在内腔内的滞留时间。

本发明的进一步设置为：所述壳体内设置有倾斜的底板，所述底板用于将冷凝的液体导流至排液口。

本发明的进一步设置为：所述壳体内设置有加热管，所述加热管一端为热水进口且另一端为热水出口。

通过采用上述技术方案，壳体内设置加热管，用于定期化霜。

本发明的进一步设置为：所述换热管为翅片管，所述壳体侧壁设置有视镜，所述壳体上端设置有备用口。

通过采用上述技术方案，翅片管换热面积大，换热系数高，适合气体换热，壳体上安装视镜，以便运行时查看壳体内部结霜状况。

本发明的进一步设置为：所述换热管和所述外壳材质均为304不锈钢，所述换热管外壁设置有涂层，所述涂层制备方法如下，步骤一，将换热管表面打磨处理；步骤二，化学腐蚀，将打磨后的换热管置于40wt％的hf溶液中腐蚀30min，hf溶液保持温度在30-35℃；步骤三，配制修饰液，以质量份数计，取40份乙醇、15-25份pvm/ma共聚物丁酯、5-15份鲸蜡硬脂醇棕榈酸酯、7-10份羧甲基纤维素混合均匀，得到修饰液；步骤四，清洗干燥，取化学腐蚀后的换热管，用去离子水、无水乙醇进行清洗，清洗后用干燥的空气吹干；步骤五，修饰，将换热管置于修饰液中，调整温度至35-40℃，恒温浸泡2h；步骤六，烘干，将修饰后的换热管置于烘箱中干燥，加热至120℃恒温烘干2h，使得换热管外壁形成涂层。

通过采用上述技术方案，在运行过程中，被冷却介质中的水分也会冷凝成水，当冷凝水在换热管外壁结冰后，会影响换热效果。为实现换热管表面防覆冰，在换热管外壁形成防覆冰的涂层，首先将换热管打磨后，用hf溶液腐蚀，去除换热管表面的氧化膜，再配制修饰液，用修饰液修饰后烘干，pvm/ma共聚物丁酯、鲸蜡硬脂醇棕榈酸酯、羧甲基纤维素的混合物在换热管表面形成的涂层，不仅能提高换热管表面的疏水性能，降低滚动角，提高接触角，还能起到抑制水的相变，并且冰粘附力小，极大提高了换热管的防覆冰能力，减少液氮冷媒换热器运行时换热管表面结冰。

本发明的目的还在于提供一种液氮冷媒换热器的使用方法，将液氮从液氮进口导入，直至液氮从氮气出口流出，将被冷却介质从尾气进口通入，直至被冷却介质中的低沸物冷凝成液态后汇集到底板上，并沿底板流入排液口。

本发明的有益效果是：

1、换热管使用翅片管，换热面积大，换热系数高，适合气体换热。

2、换热管可以为单管，也可以多管相连后层叠布置，根据需求灵活设计，且换热管采用水平放置，层叠巡回，方便管内液氮分布，便于换热。

3、壳体采用方形设计，方便换热管布置以及冷热应力释放。

4、设置折流板一和折流板二，加强气体湍流，增加换热效果。

5、换热管的液氮进口、氮气出口位于壳体同一侧，且换热管与支撑隔板并不做焊接固定，与壳体接触点少，换热管、支撑隔板之间没有内应力冲突。

6、壳体底部设置加热管，用于定期化霜；

7、被冷却介质在壳体内部流通，只有尾气进口、尾气出口，内部没有密封结构，不存在泄漏点。

8、壳体侧壁上安装视镜，以便运行时查看内部结霜情况。

9、壳体、换热管材质为304不锈钢。

10、液氮冷媒换热器具有通量大、换热快、应力小、布局灵活、不易堵塞等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例1的结构示意图。

图2是实施例1的支撑隔板结构示意图。

图3是实施例1的支撑隔板、折流板二的连接关系示意图。

图4是实施例1的加热管结构示意图。

图中，1、壳体；11、内腔；12、进气通道；13、尾气进口；14、尾气出口；15、排液口；16、备用口；17、折流板一；2、支撑隔板；21、通孔；22、折流板二；221、定位孔；23、安装口；24、调节件；25、定位杆；3、换热管；31、液氮进口；32、氮气出口；4、底板；5、加热管；51、热水进口；52、热水出口；53、u形抱箍；6、温度计口；7、视镜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：液氮冷媒换热器，如图1、图2所示，包括壳体1、位于壳体1内的支撑隔板2，壳体1包括下板、固定在下板四周的侧板、固定在侧板上的顶板，下板、侧板形状均为方形。支撑隔板2将壳体1内部分隔成内腔11和进气通道12，内腔11下端和进气通道12下端相连通。壳体1内设置有换热管3，换热管3为翅片管，换热管3水平设置并且位于内腔11内。换热管3的一端为液氮进口31，另一端为氮气出口32，支撑隔板2上设置有多个通孔21，换热管3设置有多层并且层叠布置，通孔21供换热管3穿过。

如图1所示，壳体1上还设置有与进气通道12相连通的尾气进口13、与内腔11上端相连通的尾气出口14，被冷却介质从尾气进口13进入到进气通道12，再从进气通道12进入到内腔11，通过内腔11时与换热管3热交换后再从尾气出口14排出，被冷却介质中的低沸点低熔点物质冷凝后向下汇集。在壳体1内的底部还设置有倾斜的底板4，壳体1下端侧壁设置有排液口15，冷凝的液体汇集到底板4上，沿底板4流到排液口15排出。壳体1上端还设置有与内腔11相连通的备用口16，壳体1侧壁设置有温度计口6，用于安装温度计。

如图1所示，壳体1内壁设置有折流板一17，支撑隔板2上设置有折流板二22，折流板一17和折流板二22均位于内腔11内且水平设置。折流板一17和折流板二22位于换热管3的各层之间，用于加强被冷却介质湍流，增加换热效果。

如图1、图3所示，壳体1上端内壁设置有水平的两条t型槽，支撑隔板2上端螺纹连接有两个t型槽用螺栓，t型槽用螺栓头部嵌入在t型槽内，使支撑隔板2能相对于壳体1滑动，支撑隔板2上设置有安装口23，折流板二22穿过安装口23。折流板二22上设置有多个定位孔221，多个定位孔221沿折流板长度方向分布。支撑隔板2上沿竖直方向滑动设置有调节件24，调节件24上固定有定位杆25，定位杆25插入定位孔221内。当调整支撑隔板2运动时，能调整内腔11的大小及折流板二22与壳体1内壁的间隙，能根据需要调整被冷却介质在内腔11内滞留的时间，当拉动调节件24带动定位杆25脱离定位孔221后，可调整折流板二22运动以调整折流板二22与壳体1内壁的间隙，也能调整被冷却介质在内腔11内滞留的时间，向下推动调节件24带动定位杆25插入定位孔221内，将折流板二22的位置固定。

如图3、图4所示，壳体1侧壁还安装有视镜7，用于观察壳体1内结霜状况。壳体1内还设置有位于换热管3下方的加热管5，加热管5中部位于换热管3下方，两端分别穿出壳体1，一端为热水进口51，另一端热水出口52，加热管5用于化霜。加热管5中部通过u形抱箍53吊在支撑隔板2上。

壳体1、换热管3材质为304不锈钢。换热管3外壁还设置有涂层，涂层用于放覆冰。涂层的制备方法如下，步骤一，将换热管3表面打磨处理；步骤二，化学腐蚀，将打磨后的换热管3置于40wt％的hf溶液中腐蚀30min，hf溶液保持温度在30℃；步骤三，配制修饰液，以质量份数计，取40份乙醇、15份pvm/ma共聚物丁酯、5份鲸蜡硬脂醇棕榈酸酯、7份羧甲基纤维素混合均匀，得到修饰液；步骤四，清洗干燥，取化学腐蚀后的换热管3，用去离子水、无水乙醇进行清洗，清洗后用干燥的空气吹干；步骤五，修饰，将换热管3置于修饰液中，调整温度至35℃，恒温浸泡2h；步骤六，烘干，将修饰后的换热管3置于烘箱中干燥，加热至120℃恒温烘干2h，使得换热管3外壁形成涂层。

液氮冷媒换热器的使用方法：将液氮从液氮进口31导入，直至液氮从氮气出口32流出，将被冷却介质从尾气进口13通入，直至被冷却介质中的低沸物冷凝成液态后汇集到底板4上，并沿底板4流入排液口15。

实施例2：液氮冷媒换热器，与实施例1的区别在于，涂层的制备方法如下，步骤一，将换热管表面打磨处理；步骤二，化学腐蚀，将打磨后的换热管置于40wt％的hf溶液中腐蚀30min，hf溶液保持温度在35℃；步骤三，配制修饰液，以质量份数计，取40份乙醇、25份pvm/ma共聚物丁酯、15份鲸蜡硬脂醇棕榈酸酯、10份羧甲基纤维素混合均匀，得到修饰液；步骤四，清洗干燥，取化学腐蚀后的换热管，用去离子水、无水乙醇进行清洗，清洗后用干燥的空气吹干；步骤五，修饰，将换热管置于修饰液中，调整温度至40℃，恒温浸泡2h；步骤六，烘干，将修饰后的换热管置于烘箱中干燥，加热至120℃恒温烘干2h，使得换热管外壁形成涂层。

涂层性能测试：取3块304不锈钢钢片，1块参考实施例1中的涂层制备方法制备出含有涂层的不锈钢钢片，1块参考实施例2周的涂层制备方法制备出含有涂层的不锈钢钢片，1块作为对照组。

抵触角测试，用抵触角测量仪，在每个不锈钢钢片表面取3个不同点进行测量并取其测量值的平均值，测量用液滴为5ml的去离子水，将3块测试结果在表1中列出。

动态结冰实验：取上述3块不锈钢钢片，置于-5℃冰箱中，不锈钢钢片倾斜角度为30度，取输液袋注入去离子水，并安装好输液管，调节水滴滴速为2滴/秒滴落到不锈钢钢片上，20min后观察3块不锈钢钢片上的结冰情况，并将结果在表1中列出

表1涂层性能测试结果

通过表1的数据可知，实施例1和实施例2中的涂层，均能极大提高304不锈钢的疏水性能和防覆冰性能。