一种以二氧化碳为工质的低温热管换热器，上段换热外壳和中断绝热外壳之间设置有圆形隔断装置，上段换热外壳与下段换热外壳经过通道相连接，上段换热外壳中设置有可以运动的活塞和活塞环，上段换热外壳内壁周向分布有耐磨涂层和多孔结构介质层；活塞的下部设置有将活塞和上段换热外壳的腔体的高弹性薄膜层，上段换热外壳的内壁设置有能够开启圆形隔断装置的顶针机构；工作时，外界的冷流体流过上段换热外壳，使其内部的二氧化碳气体温度降低，由气态直接变为固态，随后固态二氧化碳在下段换热外壳中吸热变为气态；本发明专利技术采用气－固两相换热原理，工作介质为二氧化碳，对臭氧层破坏潜能(ODP)为零，温室效应潜能极小(GWP＝1)，并且无毒无腐蚀性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种热交换装置，具体涉及一种以二氧化碳为工质的低温热管换热器。
技术介绍
热管是一种密闭容器，其基本组成部件为壳体、吸液芯和工作液，待壳体抽真空后充入适量工作液，密闭壳体便构成热管。当热源对其一端供热时，工作液自热源吸收热量而蒸发汽化，携带潜热的蒸汽在压差作用下，高速传输至壳体的另一端，向冷源放出潜热而凝结，凝结液在吸液芯毛细抽吸力作用下从冷源端回流至热源端，以保持连续的物性循环。因为利用了工质的相变换热，使热管具备很多优点，如它的导热性、等温性比一般传热元件要好，而且冷热两侧面积可以任意改变，也可以进行较远距离的传热，对温度的控制度更好。另一种常见热管为重力热管。与普通热管一样，利用工质的蒸发和冷凝且工质不需要外动力而自动循环来传递热量。但与普通热管不同之处是管内没有吸液芯，凝结液从冷凝段返回到蒸发段不是靠吸液芯所产生的毛细力，而是靠凝结液自身的重力，因此重力热管的工作具有一定的方向性，蒸发段必须置于冷凝段的下方，才能使冷凝液靠自身重力返回到蒸发段。近年来，随着热管技术的发展，以及各领域对不同温区热能利用要求的不断提高，通常所用的热管换热器越来越受到限制，而低温热管换热器的需求越来越多。并且，现有低温热管换热器中多以氨或氟利昂作为工作工质，氨虽然不破坏臭氧层、也不产生温室效应，但其具有毒性和腐蚀性，氨一旦泄露，对人和环境会造成相当大的危害。而氟利昂不仅会造成温室效应，部分氟利昂还会破坏臭氧层。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种以二氧化碳为工质的低温热管换热器，此热管换热器不仅有着以往换热器导热性好、等温性好等优点，并且其工作介质二氧化碳属于自然工质，环境性能优良，二氧化碳是自然界天然存在的物质，它对臭氧层破坏潜能(ODP)为零，其温室效应潜能极小(GWP＝1)。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种以二氧化碳为工质的低温热管换热器，包括上段换热外壳1，中段绝热外壳2和下段换热外壳3，所述上段换热外壳1和中断绝热外壳2之间设置有圆形隔断装置10，上段换热外壳1与下段换热外壳3经过外部的通道12相连接，通道12上设置有单向阀11，单向阀11允许的流动方向为自下而上；所述上段换热外壳1中设置有可以运动的活塞4，活塞4的圆周设置有活塞环5，上段换热外壳1内壁周向分布有耐磨涂层6和多孔结构介质层7；所述的耐磨涂层6覆盖在上段换热外壳1的内壁靠上位置，其表面分布有可促进气态二氧化碳形成固态晶核的成核剂，所述的多孔结构介质层7分布在上段换热外壳1内壁靠下的位置，活塞4的下部设置有高弹性薄膜层9，薄膜层9将活塞4和上段换热外壳的腔体完全隔开，上段换热外壳1的内壁上且活塞环5的行程末端位置处设置有能够开启隔断装置10的顶针机构8。所述上段外壳1采用导热性好的金属材料制作，包括铝、不锈钢。所述中断绝热外壳2由绝热材料制作。所述下段换热外壳3由导热性好的金属材料制作，包括铝、不锈钢。所述的隔断装置10由两片可以开闭的圆形机构13和密封条14组成，且隔断装置10的上表面也覆盖有多孔结构介质层7。所述的上段换热外壳1的工作温度范围为170K～216K，下段换热外壳3的工作温度高于上段换热外壳1的工作温度。所述的多孔结构介质层7的多孔结构内部吸附有N2、O2、或Ar。本专利技术的有益效果：第一，本专利技术所述热管换热器采用气－固两相换热原理，比起以往的某些以气－液两相换热为基础的换热器，其换热量更大。第二，本专利技术所述热管换热器的工作介质为二氧化碳，比起以往的热管换热器，二氧化碳属于自然工质，环境性能优良，对臭氧层破坏潜能(ODP)为零，温室效应潜能极小(GWP＝1)，并且无毒无腐蚀性。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术隔断装置10的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的结构原理和工作原理做详细叙述。参照图1，一种以二氧化碳为工质的低温热管换热器，包括上段换热外壳1，中段绝热外壳2和下段换热外壳3，所述上段换热外壳1和中断绝热外壳2之间设置有圆形隔断装置10，上段换热外壳1与下段换热外壳3经过外部的通道12相连接，通道12上设置有单向阀11，单向阀11允许的流动方向为自下而上；所述上段换热外壳1中设置有可以运动的活塞4，活塞4的圆周设置有活塞环5，上段换热外壳1内壁周向分布有耐磨涂层6和多孔结构介质层7；所述的耐磨涂层6覆盖在上段换热外壳1的内壁靠上位置，其表面分布有可促进气态二氧化碳形成固态晶核的成核剂，所述的多孔结构介质层7分布在上段换热外壳1内壁靠下的位置，其多孔结构介质层7的多孔结构内部吸附有极少量N2、O2、或Ar，这些气体的存在可导致二氧化碳的相变温度显著降低，抑制成核。活塞4的下部设置有高弹性薄膜层9，薄膜层9将活塞4和上段换热外壳的腔体完全隔开。上段换热外壳1的内壁上且活塞环5的行程末端位置处设置有能够开启圆形隔断装置10的顶针机构8。所述上段外壳1采用导热性好的金属材料制作，包括铝、不锈钢。所述中断绝热外壳2由绝热材料制作。所述下段换热外壳3由导热性好的金属材料制作，包括铝、不锈钢。参照图2，所述的隔断装置10由两片可以开闭的圆形机构13和密封条14组成，且隔断装置10的上表面也覆盖有多孔结构介质层7。所述的上段换热外壳1的工作温度范围为170K～216K，下段换热外壳3的工作温度高于上段换热外壳1的工作温度。本专利技术的工作原理为：参照图1，在工作之前，热管换热器内会密封有一定质量的二氧化碳，并且此时二氧化碳都位于上段换热外壳1内部薄膜层9和隔断装置10形成的密闭空间内，隔断装置10此时为关闭状态。工作时，外界的冷流体流过热管换热器的上段换热外壳1的外部，使上段换热外壳1内部的二氧化碳气体的温度降低。由实际气体的状态方程可知，二氧化碳气体的温度降低的同时，密闭空间内压力也会随之降低。因此，在二氧化碳气体降温的同时，活塞4缓慢向下运动，保证密闭空间内二氧化碳的压力不变。当二氧化碳气体进一步受冷温度降低时，从二氧化碳的三相图可以知道，二氧化碳会由气体状态直接变为固态。随后，由于成核剂的促进作用，二氧化碳气体会首先附着于耐磨涂层6上，随后形成晶体并长大。同时，由于多孔结构介质层7内部分布有极少量N2、O2、或Ar，这些气体的存在可导致二氧化碳的相变温度显著降低，抑制成核。所以，固态二氧化碳几乎会全部附着于耐磨涂层6上。随着活塞4继续向下运动，固体二氧化碳会附着的越来越多。活塞4向下运动的过程中，活塞下端推动薄膜层9随之向下运动，薄膜层9的作用是防止二氧化碳气体的泄漏。当活塞4达到行程末端时，其顶端会碰到固态二氧化碳，将其从耐磨涂层6上推下。此时，上段换热外壳1的换热过程完成。当活塞4达到行程末端时，同时，活塞环5会触发顶针机构8，使隔断装置10打开。固态二氧化碳经过中段绝热外壳2掉入下段换热外壳3的底部。掉下后顶针机构8弹出，控制隔断装置10关闭。此时，热流体流经下段换热外壳3的外部，将热量传递给固态的二氧化碳。固态二氧化碳受热后最终变为二氧化碳气体。由于下段换热外壳3内部的压力高于上段换热外壳1内部的压力，因此二氧化碳气体会通过通道12流经单向阀11回到上段换热外壳1内部。这样，装置就完成一个循环。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种以二氧化碳为工质的低温热管换热器，包括上段换热外壳(1)，中段绝热外壳(2)和下段换热外壳(3)，其特征在于，所述上段换热外壳(1)和中断绝热外壳(2)之间设置有圆形隔断装置(10)，上段换热外壳(1)与下段换热外壳(3)经过外部的通道(12)相连接，通道(12)上设置有单向阀(11)，单向阀(11)允许的流动方向为自下而上；所述上段换热外壳(1)中设置有可以运动的活塞(4)，活塞(4)的圆周设置有活塞环(5)，上段换热外壳(1)内壁周向分布有耐磨涂层(6)和多孔结构介质层(7)；所述的耐磨涂层(6)覆盖在上段换热外壳(1)的内壁靠上位置，其表面分布有可促进气态二氧化碳形成固态晶核的成核剂，所述的多孔结构介质层(7)分布在上段换热外壳(1)内壁靠下的位置，活塞(4)的下部设置有高弹性薄膜层(9)，薄膜层(9)将活塞(4)和上段换热外壳(1)的腔体完全隔开，上段换热外壳(1)的内壁上且活塞环(5)的行程末端位置处设置有能够开启隔断装置(10)的顶针机构(8)。
【技术特征摘要】
1.一种以二氧化碳为工质的低温热管换热器，包括上段换热外壳(1)，中段绝热外壳(2)和下段换热外壳(3)，其特征在于，所述上段换热外壳(1)和中断绝热外壳(2)之间设置有圆形隔断装置(10)，上段换热外壳(1)与下段换热外壳(3)经过外部的通道(12)相连接，通道(12)上设置有单向阀(11)，单向阀(11)允许的流动方向为自下而上；所述上段换热外壳(1)中设置有可以运动的活塞(4)，活塞(4)的圆周设置有活塞环(5)，上段换热外壳(1)内壁周向分布有耐磨涂层(6)和多孔结构介质层(7)；所述的耐磨涂层(6)覆盖在上段换热外壳(1)的内壁靠上位置，其表面分布有可促进气态二氧化碳形成固态晶核的成核剂，所述的多孔结构介质层(7)分布在上段换热外壳(1)内壁靠下的位置，活塞(4)的下部设置有高弹性薄膜层(9)，薄膜层(9)将活塞(4)和上段换热外壳(1)的腔体完全隔开，上段换热外壳(1)的内壁上且活塞环(5)的行程末端位置处设置有能够开启隔断装置(10)的顶针机构(8)。2.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯予，张泽，郭雨，陈双涛，刘秀芳，张兴群，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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