一种管式换热器的防结冰方法与流程

本发明涉及过冷水制冰领域，具体涉及一种管式换热器的防结冰方法。

背景技术：

制冰在冰蓄冷空调、蔬果海鲜保鲜、预冷、冷藏等领域得到广泛应用。目前制冰主要分为静态制冰和动态制冰两种方法。而过冷水动态制冰具有能效高、结构紧凑等优点，正逐步商业化过程中。但是在过冷水动态制冰的过程中，频繁发生冰堵塞严重影响制冰的正常运行和降低制冰效率，是目前行业的痛点问题。冰堵塞一般发生在过冷水换热器内，因此解决换热器内过冷水发生冰堵问题，对于过冷水动态制冰行业具有很重要的意义。

由于过冷水是一种不稳定状态，遇到扰动很容易产生冰晶并粘附在金属壁面，随着冰晶持续生长，很容易导致进一步的冰堵。目前的防冰技术主要应用在飞机、高空电缆等场合，其冷量和被冰冻的液态水都来自同一方向，与换热器不同，因此在防结冰的原理上有所差别。目前所采用防冰方法，较多地采用表面涂覆超疏水等材料或硅材料阵列等方法，其原理是在提升金属表面成核的能垒，从而达到抑制结冰的目的。但是通常涂层材料只是延缓结冰的时间，并不能彻底地防止表面结冰。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种管式换热器的防结冰方法，减小换热器中冰堵塞的发生，提高过冷水动态制冰过程的稳定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种管式换热器的防结冰方法，在管式换热器的金属管内侧制作非连续的厌冰涂层，利用厌冰涂层的厌冰特性控制金属基体的结冰面积。

作为本发明的一种改进，所述的厌冰涂层的形状为环形，沿金属管轴向间隔排列。环形涂层与基体表面结合更加紧密，不容易脱落。

作为本发明的另一种改进，所述的厌冰涂层的形状为块状，以点阵列的方式排列。

进一步地，所述的厌冰涂层的宽度在100微米至1000微米之间。

进一步地，所述的厌冰涂层相互间隔在100微米至1000微米之间。

进一步地，所述的厌冰涂层的厚度不超过100微米。

进一步地，所述的厌冰涂层的总面积超过金属管内侧总面积的一半。

进一步地，所述的厌冰涂层采用浸渍、喷涂或气相沉积的方法加工而成。

进一步地，所述的厌冰涂层采用不易结冰的低表面能材料。例如：高分子材料、超润滑材料、石墨烯等

进一步地，所述的厌冰涂层的热导率高于0.5w/m-k。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用非连续的厌冰涂层，并非防止壁面彻底不结冰，而是控制结冰的面积，一方面是控制冰在金属表面的成形形状，分隔的小面积冰层容易被水流冲刷带走，另一方面是冰与金属基体、厌冰涂层材料界面粘附力不同，结冰过程中会产生内应力，导致冰与界面的粘附力减小，更容易被水流冲刷离开壁面，从而达到防冰的目的。

附图说明

图1为本发明的管内侧不连续环形厌冰涂层示意图。

图2为本发明的管内侧不连续点阵列厌冰涂层示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明所应用的管式换热器，其内部由一根或多根间隔布置的金属管组成，管截面为圆形或其他闭合形状。金属管内侧介质为水，外侧为低于-3℃的低温液体介质，例如乙二醇不冻液、制冷剂等。

如图1所示，本发明的一种管式换热器的防结冰方法，在金属管3内侧制作非连续的厌冰涂层1，利用厌冰涂层1的厌冰特性控制金属基体2的结冰面积，使得冰层面积变小，容易被管内水流冲刷带走，进一步的，冰与金属基体2、厌冰涂层1的材料界面粘附力不同，结冰过程中会产生内应力，在内应力的作用下，冰与壁面的粘附力下降，更容易被水流冲刷带走。

优选的，厌冰涂层1的形状采用图1所示的环形，沿金属管3轴向间隔排列。如此，厌冰涂层1与金属基体2交替分布，在金属管3内形成的是很薄的环状冰，容易被水流冲刷带走。同时，环形涂层与基体表面结合更加紧密，不容易脱落。

作为另一种可行的方式，厌冰涂层3的形状为块状，以点阵列的方式排列在金属管3内侧，如图2所示。

优选的，厌冰涂层1的厚度不超过100微米，宽度在100微米至1000微米之间，相互之间的间隔在100微米至1000微米之间，总面积需超过金属管3内侧总面积的一半以上。

厌冰涂层1可采用浸渍、喷涂、气相沉积的方法加工。加工时，先在金属管3内侧的表面盖上特定环形状的隔膜材料，再采用浸渍、喷涂、气相沉积等方法进行表面处理，经过静置以及热处理工艺后将隔膜材料取走，获得管内侧不连续的厌冰涂层1。

厌冰涂层1采用不易结冰的低表面能材料，如高分子材料、超润滑材料、石墨烯等。厌冰涂层1应当有较高的热导率，不可以低于0.5w/m-k。

容易理解的是，该方法也可以在板式换热器中使用，板式换热器中，厌冰涂层1可以设计成不连续的条形阵列。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种管式换热器的防结冰方法，其特征在于：在管式换热器的金属管内侧制作非连续的厌冰涂层，利用厌冰涂层的厌冰特性控制金属基体的结冰面积。

2.根据权利要求1所述的一种管式换热器的防结冰方法，其特征在于：所述的厌冰涂层的形状为环形，沿金属管轴向间隔排列。

3.根据权利要求1所述的一种管式换热器的防结冰方法，其特征在于：所述的厌冰涂层的形状为块状，以点阵列的方式排列。

4.根据权利要求2所述的一种管式换热器的防结冰方法，其特征在于：所述的厌冰涂层的宽度在100微米至1000微米之间。

5.根据权利要求4所述的一种管式换热器的防结冰方法，其特征在于：所述的厌冰涂层相互间隔在100微米至1000微米之间。

6.根据权利要求1所述的一种管式换热器的防结冰方法，其特征在于：所述的厌冰涂层的厚度不超过100微米。

7.根据权利要求1所述的一种管式换热器的防结冰方法，其特征在于：所述的厌冰涂层的总面积超过金属管内侧总面积的一半。

8.根据权利要求1所述的一种管式换热器的防结冰方法，其特征在于：所述的厌冰涂层采用浸渍、喷涂或气相沉积的方法加工而成。

9.根据权利要求8所述的一种管式换热器的防结冰方法，其特征在于：所述的厌冰涂层采用不易结冰的低表面能材料。

10.根据权利要求1所述的一种管式换热器的防结冰方法，其特征在于：所述的厌冰涂层的热导率高于0.5w/m-k。

技术总结
本发明公开了一种管式换热器的防结冰方法，在管式换热器的金属管内侧制作非连续的厌冰涂层，利用厌冰涂层的厌冰特性控制金属基体的结冰面积。本发明通过非连续的厌冰涂层控制金属基体的结冰面积，一方面，因结冰面积小，冰层容易被管内水流冲刷带走，另一方面，冰与不同材料的界面粘附力不同，由于结冰过程中内应力的作用，冰与界面的粘附力减小，更容易被水流冲刷离开壁面，达到防冰的目的，从而减小换热器中冰堵塞的发生，提高了过冷水动态制冰过程的稳定性。

技术研发人员：陈明彪;宋文吉;冯自平
受保护的技术使用者：中国科学院广州能源研究所
技术研发日：2020.07.09
技术公布日：2020.11.13