對(duì)冷表面的抑霜方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對(duì)冷表面的抑霜方法，將涂設(shè)有磁性納米材料涂層的冷表面置于磁場(chǎng)中。本發(fā)明是一種在磁場(chǎng)作用下的磁性納米材料涂層對(duì)冷表面抑霜的方法，所述抑霜方法具有成本價(jià)低、操作簡(jiǎn)單、效果明顯的特點(diǎn)，可應(yīng)用在低溫?fù)Q熱器等領(lǐng)域中。
【專利說(shuō)明】對(duì)冷表面的抑霜方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種抑霜方法，尤其是一種磁場(chǎng)作用下的磁性納米涂層對(duì)冷表面的抑 霜方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 低溫?fù)Q熱設(shè)備（W下簡(jiǎn)稱低溫表面）涉及到航空航天、煤礦、制冷、電力輸送、化工 等重要行業(yè)。而低溫表面的結(jié)霜，會(huì)增大表面熱阻、降低介質(zhì)流通的截面積，導(dǎo)致各類高效 換熱器技術(shù)W及強(qiáng)化換熱方法失效，從而降低設(shè)備運(yùn)行效率甚至嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)行安全及 運(yùn)行效率，而融霜過(guò)程會(huì)增加額外的能源消耗。例如；結(jié)霜會(huì)使飛機(jī)在起飛或航行的過(guò)程 中，增加飛行的阻力，增加飛行的不安全性；火箭發(fā)射過(guò)程中的結(jié)霜會(huì)致使通訊衛(wèi)星不能進(jìn) 入正常的同步軌道；煤礦回風(fēng)口的冬季結(jié)霜會(huì)增大回風(fēng)阻力，影響礦井安全通風(fēng)；冷庫(kù)、速 凍隧道W及冰箱等食品冷凍冷藏裝置由于霜層的存在使系統(tǒng)的制冷性能大大降低，且降低 裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性，而融霜過(guò)程中會(huì)使裝置溫度回升，使整個(gè)裝置的溫度波動(dòng)變大，該不利 于食物的高質(zhì)量保存且增大裝置能耗；輸電線電纜結(jié)霜，會(huì)增大線路承重，甚至直接導(dǎo)致電 纜斷損；化工換熱器結(jié)霜，會(huì)影響反應(yīng)過(guò)程溫度，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量嚴(yán)重下降。
[0003] 一般認(rèn)為結(jié)霜現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理為，當(dāng)物體表面溫度低于空氣中水蒸氣的露點(diǎn)溫度 時(shí)，水蒸氣就會(huì)發(fā)生相變并在該表面凝結(jié)，溫度進(jìn)一步降低，凝結(jié)的液滴會(huì)發(fā)生凍結(jié)。隨后， 在凍結(jié)的液滴表面上就會(huì)出現(xiàn)霜晶，進(jìn)而"霜上長(zhǎng)霜"形成霜層。當(dāng)然，如果壁面溫度非常 低，空氣中的水蒸氣會(huì)在壁面直接凝華形成霜晶。結(jié)霜是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)過(guò)程，涉 及水珠的生成、長(zhǎng)大（包括水珠的合并）、凍結(jié)、初始霜晶的形成、霜晶成長(zhǎng)（包括霜晶的倒 伏）等過(guò)程影響結(jié)霜過(guò)程的因素非常多，包括冷壁面的溫度，周圍空氣的溫度和濕度，周圍 氣體的流動(dòng)情況，W及低溫表面的形狀等。
[0004] 上述關(guān)于結(jié)霜機(jī)理的研究結(jié)果表明，結(jié)霜有兩種方式；液滴凝結(jié)凍結(jié)和霜晶直接 凝華。兩種結(jié)霜方式涉及的問(wèn)題實(shí)質(zhì)為液滴或霜晶顆粒在低溫表面的附著力問(wèn)題。在結(jié)霜 過(guò)程中，若液滴或霜晶顆粒在低溫表面的附著力小于液滴或霜晶顆粒本身的重力，則容易 脫落，結(jié)霜不易形成。液滴在低溫表面形成的附著力表現(xiàn)為表面張力，霜晶顆粒在低溫表面 形成的附著力表現(xiàn)為吸附力。因此，結(jié)霜的實(shí)質(zhì)為過(guò)程中形成的液滴或霜晶顆粒在低溫表 面上形成的表面張力或吸附力大于其自身的重力，從而在低溫表面上附著并逐漸凍結(jié)、長(zhǎng) 大。
[0005] 現(xiàn)有融霜方法主要依靠機(jī)械和加熱兩種。由于融霜過(guò)程會(huì)增加能源消耗和額外的 投資費(fèi)用，需要找到一種有效的抑霜手段，使結(jié)霜現(xiàn)象在最初發(fā)生起就能得到有效的抑制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種有效的抑霜手段，使結(jié)霜現(xiàn)象在最初發(fā)生起就能得到有 效的抑制。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案；對(duì)冷表面的抑霜方法，將涂設(shè)有磁性 納米材料涂層的冷表面置于外場(chǎng)中，所述外場(chǎng)為磁場(chǎng)。
[0008] 所述冷表面為制冷設(shè)備中換熱器的外表面。
[0009] 本發(fā)明所述的對(duì)冷表面的抑霜方法，通過(guò)加入外場(chǎng)的控制及在冷表面上涂磁性納 米材料，將磁性納米材料均勻涂于冷表面上。在磁場(chǎng)作用下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)霜層增長(zhǎng)的抑制，磁 性納米材料涂層在外場(chǎng)的作用下可W延緩霜層的生長(zhǎng)并改變冰晶體的形態(tài)，使得霜層可 W較為容易地在外力作用下去除，霜層去除后增大了冷表面的熱交換效率，提高了企業(yè)的 效益。本發(fā)明所述的對(duì)冷表面的抑霜方法成本價(jià)低，操作簡(jiǎn)單，效果明顯，能應(yīng)用各類換熱 器中，應(yīng)用前景非常廣闊。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是實(shí)驗(yàn)所得的分別在未加磁場(chǎng)狀態(tài)下、在磁場(chǎng)強(qiáng)度0. 035T時(shí)W及磁場(chǎng)強(qiáng)度0. 07T 時(shí)的濕度-時(shí)間變化曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011] 由圖1所示的對(duì)冷表面的抑霜方法，將均勻涂設(shè)有磁性納米材料涂層2的冷表面1 置于外場(chǎng)3中，外場(chǎng)3為磁場(chǎng)，在外場(chǎng)3的作用下，可實(shí)現(xiàn)對(duì)冷表面1霜層增長(zhǎng)的抑制。所述 冷表面1為制冷設(shè)備中的換熱器的外表面(制冷設(shè)備圖中未示出），所述制冷設(shè)備為制冷實(shí) 驗(yàn)測(cè)試臺(tái)，所述換熱器100為翅片式換熱器。（當(dāng)然，本發(fā)明不拘泥于上述形式，制冷設(shè)備也 可為冰箱、冷柜等其他制冷機(jī)；此外換熱器100也可為光管式換熱器或其他種類換熱器)。 在冷表面的側(cè)邊設(shè)置磁場(chǎng)發(fā)生器10,磁場(chǎng)發(fā)生器10放置在制冷設(shè)備一側(cè)，（當(dāng)然，本發(fā)明不 拘泥于上述形式，磁場(chǎng)發(fā)生器也可放置在制冷設(shè)備內(nèi)或者固設(shè)在制冷設(shè)備上)，磁場(chǎng)由磁場(chǎng) 發(fā)生器10提供，磁場(chǎng)強(qiáng)度可調(diào)節(jié)，通過(guò)調(diào)節(jié)外場(chǎng)3的強(qiáng)度達(dá)到最佳抑霜效果，磁場(chǎng)發(fā)生器10 可控制磁場(chǎng)的強(qiáng)度。磁場(chǎng)的南極位于冷表面1的上側(cè)，磁場(chǎng)的北極位于冷表面1的下側(cè)，磁 感線穿過(guò)所述帶有磁性納米材料涂層2的冷表面1。將磁性納米材料涂層2涂于冷表面1 的方法可W采用噴涂、刷涂或者流動(dòng)涂覆等。本發(fā)明不拘泥于上述形式，也可W使磁場(chǎng)的北 極位于冷表面上側(cè)、南極位于冷表面的下側(cè)。
[0012] 本發(fā)明所述的對(duì)冷表面的抑霜方法通過(guò)W下實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行驗(yàn)證： 由圖2所示，將換熱器及其涂有磁性納米涂層的冷表面1由制冷主機(jī)對(duì)其進(jìn)行降溫，并 換熱器100及其將涂有磁性納米涂層的冷表面1和磁場(chǎng)發(fā)生器10均設(shè)于環(huán)境室6內(nèi)，并且 環(huán)境室6內(nèi)設(shè)有溫度傳感器5和濕度傳感器4,溫度傳感器5和濕度傳感器4均為高精度探 針型傳感器，溫度傳感器5用于測(cè)量環(huán)境室內(nèi)的溫度，濕度傳感器4貼設(shè)在冷表面1上并用 于測(cè)量冷表面1周圍的空氣濕度，溫度傳感器5和濕度傳感器4均分別通過(guò)導(dǎo)線與數(shù)據(jù)采 集儀7信號(hào)連接，數(shù)據(jù)采集儀7再通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)8信號(hào)連接。磁場(chǎng)的南極位于冷表面 1的上側(cè)，磁場(chǎng)的北極位于冷表面1的下側(cè)，使均勻涂設(shè)有磁性納米材料涂層2的冷表面1 置于磁場(chǎng)中。
[0013] 所述環(huán)境室6為恒溫室，所述環(huán)境室6內(nèi)壁設(shè)置保溫層9, W防止外界環(huán)境溫度對(duì) 結(jié)霜的影響。環(huán)境室6設(shè)置用于人眼觀察的觀察窗11、用于顯微鏡拍攝的拍攝玻璃窗W及 取樣口（拍攝玻璃窗W及取樣口圖中未示出）。環(huán)境室6為封閉結(jié)構(gòu)。操作前應(yīng)對(duì)環(huán)境室6 加濕到飽和狀態(tài)。
[0014] 幾何和實(shí)驗(yàn)條件

【權(quán)利要求】
1. 對(duì)冷表面的抑霜方法，其特征在于：將涂設(shè)有磁性納米材料涂層的冷表面置于外場(chǎng) 中，所述外場(chǎng)為磁場(chǎng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的對(duì)冷表面的抑霜方法，其特征在于：所述冷表面為制冷設(shè)備中 換熱器的外表面。
【文檔編號(hào)】F28F19/02GK104482797SQ201410457414
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】盛偉, 劉桂信, 李飛, 李偉釗, 鄭海坤 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)