[发明专利]一种防结霜的LNG空温式纳米流体换热管

说明书

技术领域

本发明属于低温工程和低温技术的技术领域，特别是一种采用新型传热介质纳米流体的双层套管式高效除霜的换热管，具体涉及一种防结霜的LNG空温式纳米流体换热管。

背景技术

空温式翅片管气化器是通过吸收外界环境中的热量并传递给低温介质使其气化的设备。由于其具备结构简单、运行成本低廉等优点被广泛应用于低温液体气化器、低温储运设备自增压器等。在LNG气化站内，气化器是气化系统的主要设备，但是，在实际应用中，低温工况下翅片管换热器普遍存在结霜现象。考虑地区、温度和季节变化在内，各种气化器的结霜面积大约占总面积的60%-80%，水蒸气在翅片管换热器壁面上结霜现象是制冷等各种领域普遍存在的现象。当换热器外表面温度降至冰点以下，湿空气流过换热器的外表面，就会在换热器的外表面结霜。水蒸气结霜并且凝结在换热器的外表面，霜不仅在外部湿空气和换热器表面之间形成热阻，还使空气流道变窄，导致压降增加。因此，一台空温式气化器中间部分的翅片管换热器由于受到四周整体结构的影响，在各种工况（干工况、结露工况、结霜工况）叠加状态下整体换热效率必然降低。

通过对气化器结霜机理的研究可知，如果保持气化器周围空气场的稳定，翅片管附近空气受冷后会沿管壁形成一股下降气流；在保持介质流量稳定的情况下，翅片管表面霜层就不会融化结冰，将一直保持松软状态。在气流的冲刷下，部分松软的霜层将很快脱落，而且介质流量越大，下降气流越明显，霜层脱落区域越大。这为采用双层套管式LNG空温式气化器纳米流体强化传热除霜提供了一种新的途径。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种防结霜的LNG空温式纳米流体换热管，在双层套管中间设有新型传热介质纳米流体，实现了高效传热传质，强化了空气对流，减少了霜层结冰，提高了霜层脱落面积。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种防结霜的LNG空温式纳米流体换热管，包括换热外管和换热内管，所述换热外管与换热内管的上部通过第一轮毂支撑固定连接，换热外管与换热内管的下部通过第二轮毂支撑固定连接；所述换热外管和换热内管之间设有毛细换热管，毛细换热管内通有纳米流体。

所述换热外管上均匀分布有通孔，通孔边缘设有凸起。

所述纳米流体为水基纳米金属氧化物。

所述纳米流体包括体积分数为0.5~5.0%的水基Al₂O₃纳米介质或水基Fe₃O₄纳米介质，纳米流体中水和乙二醇的比例为1:2。

所述毛细换热管为蛇形的毛细换热管，毛细换热管由一根管弯制而成。

所述换热内管外壁上设有螺旋翅片，螺旋翅片为右螺旋翅片结构。

所述第一轮毂支撑和第二轮毂支撑上设有沿周向均匀分布的八根辐条。

所述换热外管、毛细换热管、第一轮毂支撑、第二轮毂支撑和换热内管均是由易成型且有较好机械性能的铝合金材料的制成。

优选地，其工作方法是：LNG汽化器开始工作时，换热内管和换热外管之间形成巨大的温差，环境中的水蒸气遇换热管外壁会结霜，电加热的纳米流体使毛细换热管温度升高，使环境中的空气流经毛细换热管外壁被加热，升温后的空气通过换热外管管壁上的通孔进入换热内管和换热外管的夹层，与换热内管上的螺旋翅片形成强化对流传热，在换热内管和换热外管夹层的螺旋翅片之间形成温度较高的紊流层，镂空的换热外管和毛细换热管相当于一个保温层，保持气化器周围空气场的稳定；换热内管的螺旋翅片附近空气受冷后会沿管壁形成一股下降气流，在气流的冲刷下，部分松软的霜层将从换热内管上的脱落。