[发明专利]一种以二氧化碳为工质的低温热管换热器

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明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，本发明的技术方案为：

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。

本发明的有益效果：

第一，本发明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，本发明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是本发明的结构示意图。

图2是本发明隔断装置10的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明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；