CN107177801A - 耐高压易导热气体冷却器及其制备方法 - Google Patents

耐高压易导热气体冷却器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种耐高压易导热气体冷却器及其制备方法，所述气体冷却器由冷却器本体，蒸镀在冷却器本体内壁的内涂层组成，所述冷却器本体由以下重量份的原料组成：碳0.12％‑0.18％，钴0.04％‑0.08％，锰0.03％‑0.06％，钛0.02％‑0.07％，硅0.04％‑0.06％，镍0.03％‑0.06％，镉0.03％‑0.07％，锌0.03％‑0.05％，钒0.06％‑0.08％，铬0.01％‑0.03％，余量为铁。本发明制得的气体冷却器使用寿命长，耐高压、导热性能好，适宜大规模产业化生产。

Description

耐高压易导热气体冷却器及其制备方法
技术领域
本发明涉及二氧化碳热泵技术领域，具体涉及一种耐高压易导热气体冷却器及其制备方法。
背景技术
上世纪90年代初，挪威NTH大学的Lorentzen教授根据CO2的特殊物性提出跨临界CO2循环，极大地推动了CO2系统在制冷领域的发展。在过去的十几年中，国内外许多研究机构对跨临界CO2循环投入了大量的研究，成为制冷界的一个研究热点。跨临界CO2系统在高压侧的较大温度变化(约80—100℃)的放热过程，非常适合用于热水加热，因此，对热泵领域的研究最先开始于热泵热水器。
热泵热水器一般由压缩机、气体冷却器、蒸发器、回热器、气液分离器、节流元件等组成。
运用逆卡诺循环原理，二氧化碳通过压缩机做工由气态转变为高温高压的超临界流体，气体冷却器内与外循环工质如水进行热量交换，超临界二氧化碳放热后变为近临界流体，外循环水吸收工质的热量逐步升温变成热水。
在跨临界二氧化碳热泵热水器中，二氧化碳循环中的气体冷却器处于压缩机排气侧的高压段，其放热过程处于超临界状态，此时的压力能达到100bar以上，而普通热泵热水器的最高压力一般不超过40bar。如果将普通的换热器用于气体冷却器，其换热管不能承受如此高的压力，管道的强度达不到要求，高压下存在极大的安全隐患。因此需要设计一种超临界条件下的二氧化碳换热器，以满足气体冷却器对换热和承压的要求。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供一种机械性能好，耐高压、易导热的气体冷却器及其制备方法。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种耐高压易导热气体冷却器，所述气体冷却器由冷却器本体，蒸镀在冷却器本体内壁的内涂层组成。
所述冷却器本体由以下重量份的原料组成：
碳0.12％-0.18％，钴0.04％-0.08％，锰0.03％-0.06％，钛0.02％-0.07％，硅0.04％-0.06％，镍0.03％-0.06％，镉0.03％-0.07％，锌0.03％-0.05％，钒0.06％-0.08％，铬0.01％-0.03％，余量为铁；
优选的，所述冷却器本体由以下重量份的原料组成：
碳0.15％，钴0.06％，锰0.04％，钛0.05％，硅0.05％，镍0.04％，镉0.05％，锌0.04％，钒0.07％，铬0.02％，余量为铁；
所述内涂层为石墨烯涂层。
所述石墨烯涂层还包括以下重量份的原料：
氢0.2％-0.6％，氟0.1％-0.5％，氧0.4％-0.8％，氮1.5％-2.0％。
优选的，所述石墨烯涂层还包括以下重量份的原料：
氢0.4％，氟0.3％，氧0.6％，氮1.8％。
所述内涂层通过化学气相沉积法蒸镀在所述冷却器本体内壁上。
所述冷却器本体、内涂层厚度比为(20～30):0.5。
优选的，所述冷却器本体、内涂层厚度分别为25mm、0.5mm。
一种耐高压易导热气体冷却器制备方法，包括以下步骤：a.按照冷却器本体各原料配比混合均匀，熔融成形制成平板状面板；b.在平板状面板一面上通过化学气相沉积法蒸镀蒸镀内涂层；c.蒸镀结束后将平板状面板成形并焊接得到所述气体冷却器。
本发明的有益效果为：本发明通过在冷却器本体中加入碳、钴、锰等微量元素并控制各元素含量，显著提高冷却器本体的耐高压、导热性能，使得二氧化碳由气态转变为高温高压的超临界流体时，抵抗住高压的冲击并将热量快速的传递出去，提高了气体冷却器的换热效率；蒸镀在冷却器本体内壁的内涂层选用石墨烯，创造出最大的有效散热表面积，在这个表面上将热量均匀的分布在二维平面上并被转移至冷却器本体，从而有效的将热量转移，保证换热效率；同时石墨烯内涂层能够抵抗住瞬间的温度聚变，具有很好的抗热膨胀性能，消除了普通冷却器难以承受温度突变的不足；将石墨烯内涂层通过化学气相沉积法蒸镀在所述冷却器本体内壁上，得到的气体冷却器结构稳定，厚度易于控制，杂质少；本发明制得的气体冷却器使用寿命长，耐高压、导热性能好，适宜大规模产业化生产。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
一种耐高压易导热气体冷却器，所述气体冷却器由冷却器本体，蒸镀在冷却器本体内壁的内涂层组成。
所述冷却器本体由以下重量份的原料组成：
碳0.12％，钴0.04％，锰0.03％，钛0.02％，硅0.04％，镍0.03％，镉0.03％，锌0.03％，钒0.06％，铬0.01％，余量为铁；
所述内涂层为石墨烯涂层。
所述石墨烯涂层还包括以下重量份的原料：
氢0.2％，氟0.1％，氧0.4％，氮1.5％。
所述内涂层通过化学气相沉积法蒸镀在所述冷却器本体内壁上。
所述冷却器本体、内涂层厚度比为(20～30):0.5。
一种耐高压易导热气体冷却器制备方法，包括以下步骤：a.按照冷却器本体各原料配比混合均匀，熔融成形制成平板状面板；b.在平板状面板一面上通过化学气相沉积法蒸镀蒸镀内涂层；c.蒸镀结束后将平板状面板成形并焊接得到所述气体冷却器。
实施例2
一种耐高压易导热气体冷却器，所述气体冷却器由冷却器本体，蒸镀在冷却器本体内壁的内涂层组成。
所述冷却器本体由以下重量份的原料组成：
碳0.15％，钴0.06％，锰0.04％，钛0.05％，硅0.05％，镍0.04％，镉0.05％，锌0.04％，钒0.07％，铬0.02％，余量为铁；
所述内涂层为石墨烯涂层。
所述石墨烯涂层还包括以下重量份的原料：
氢0.2％，氟0.1％，氧0.4％，氮1.5％。
所述内涂层通过化学气相沉积法蒸镀在所述冷却器本体内壁上。
所述冷却器本体、内涂层厚度比为(20～30):0.5。
一种耐高压易导热气体冷却器制备方法，包括以下步骤：a.按照冷却器本体各原料配比混合均匀，熔融成形制成平板状面板；b.在平板状面板一面上通过化学气相沉积法蒸镀蒸镀内涂层；c.蒸镀结束后将平板状面板成形并焊接得到所述气体冷却器。
实施例3
一种耐高压易导热气体冷却器，所述气体冷却器由冷却器本体，蒸镀在冷却器本体内壁的内涂层组成。
所述冷却器本体由以下重量份的原料组成：
碳0.18％，钴0.08％，锰0.06％，钛0.07％，硅0.06％，镍0.06％，镉0.07％，锌0.05％，钒0.08％，铬0.03％，余量为铁；
所述内涂层为石墨烯涂层。
所述石墨烯涂层还包括以下重量份的原料：
氢0.2％，氟0.1％，氧0.4％，氮1.5％。
所述内涂层通过化学气相沉积法蒸镀在所述冷却器本体内壁上。
所述冷却器本体、内涂层厚度比为(20～30):0.5。
一种耐高压易导热气体冷却器制备方法，包括以下步骤：a.按照冷却器本体各原料配比混合均匀，熔融成形制成平板状面板；b.在平板状面板一面上通过化学气相沉积法蒸镀蒸镀内涂层；c.蒸镀结束后将平板状面板成形并焊接得到所述气体冷却器。
实施例4
一种耐高压易导热气体冷却器，所述气体冷却器由冷却器本体，蒸镀在冷却器本体内壁的内涂层组成。
所述冷却器本体由以下重量份的原料组成：
碳0.15％，钴0.06％，锰0.04％，钛0.05％，硅0.05％，镍0.04％，镉0.05％，锌0.04％，钒0.07％，铬0.02％，余量为铁；
所述内涂层为石墨烯涂层。
所述石墨烯涂层还包括以下重量份的原料：
氢0.4％，氟0.3％，氧0.6％，氮1.8％。
所述内涂层通过化学气相沉积法蒸镀在所述冷却器本体内壁上。
所述冷却器本体、内涂层厚度比为(20～30):0.5。
一种耐高压易导热气体冷却器制备方法，包括以下步骤：a.按照冷却器本体各原料配比混合均匀，熔融成形制成平板状面板；b.在平板状面板一面上通过化学气相沉积法蒸镀蒸镀内涂层；c.蒸镀结束后将平板状面板成形并焊接得到所述气体冷却器。
实施例5
一种耐高压易导热气体冷却器，所述气体冷却器由冷却器本体，蒸镀在冷却器本体内壁的内涂层组成。
所述冷却器本体由以下重量份的原料组成：
碳0.15％，钴0.06％，锰0.04％，钛0.05％，硅0.05％，镍0.04％，镉0.05％，锌0.04％，钒0.07％，铬0.02％，余量为铁；
所述内涂层为石墨烯涂层。
所述石墨烯涂层还包括以下重量份的原料：
氢0.6％，氟0.5％，氧0.8％，氮2.0％。
所述内涂层通过化学气相沉积法蒸镀在所述冷却器本体内壁上。
所述冷却器本体、内涂层厚度比为(20～30):0.5。
一种耐高压易导热气体冷却器制备方法，包括以下步骤：a.按照冷却器本体各原料配比混合均匀，熔融成形制成平板状面板；b.在平板状面板一面上通过化学气相沉积法蒸镀蒸镀内涂层；c.蒸镀结束后将平板状面板成形并焊接得到所述气体冷却器。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种耐高压易导热气体冷却器，其特征在于，所述气体冷却器由冷却器本体，蒸镀在冷却器本体内壁的内涂层组成，所述冷却器本体由以下重量份的原料组成：
碳0.12％-0.18％，钴0.04％-0.08％，锰0.03％-0.06％，钛0.02％-0.07％，硅0.04％-0.06％，镍0.03％-0.06％，镉0.03％-0.07％，锌0.03％-0.05％，钒0.06％-0.08％，铬0.01％-0.03％，余量为铁。
2.如权利要求1所述的耐高压易导热气体冷却器，其特征在于，所述冷却器本体由以下重量份的原料组成：
碳0.15％，钴0.06％，锰0.04％，钛0.05％，硅0.05％，镍0.04％，镉0.05％，锌0.04％，钒0.07％，铬0.02％，余量为铁。
3.如权利要求1所述的耐高压易导热气体冷却器，其特征在于，所述内涂层为石墨烯涂层。
4.如权利要求3所述的耐高压易导热气体冷却器，其特征在于，所述石墨烯涂层还包括以下重量份的原料：
氢0.2％-0.6％，氟0.1％-0.5％，氧0.4％-0.8％，氮1.5％-2.0％。
5.如权利要求3所述的耐高压易导热气体冷却器，其特征在于，所述石墨烯涂层还包括以下重量份的原料：
氢0.4％，氟0.3％，氧0.6％，氮1.8％。
6.如权利要求1至5任一所述的耐高压易导热气体冷却器，其特征在于，所述内涂层通过化学气相沉积法蒸镀在所述冷却器本体内壁上。
7.如权利要求1至5任一所述的耐高压易导热气体冷却器，其特征在于，所述冷却器本体、内涂层厚度比为(20～30):0.5。
8.如权利要求1至5任一所述的耐高压易导热气体冷却器，其特征在于，所述冷却器本体、内涂层厚度分别为25mm、0.5mm。
9.一种耐高压易导热气体冷却器制备方法，包括以下步骤：a.按照冷却器本体各原料配比混合均匀，熔融成形制成平板状面板；b.在平板状面板一面上通过化学气相沉积法蒸镀蒸镀内涂层；c.蒸镀结束后将平板状面板成形并焊接得到所述气体冷却器。
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