[发明专利]二氧化碳固体升华器

权利要求书

1.一种二氧化碳固体升华器，具有高压二氧化碳液体跨三相点膨胀、二氧化碳固体升华、剩余二氧化碳冷量回收功能于一体，其特征是，

所述二氧化碳固体升华器包括低温高压二氧化碳液体流入管（1）、与热源进行热交换的升华器外管（2）、高压二氧化碳液体喷管（3）、升华后的二氧化碳气体流出管（5）、升华器内管（6）；

所处升华器低温高压二氧化碳液体流入管（1）与升华器内管（6）相连接，升华器内管（6）位于升华器外管（2）的底部，两者底部之间无缝隙，其长度小于升华器外管的长度，宽度与升华器外管宽度相同；在升华器内管（6）壁上设有若干个喷管（3）；二氧化碳流出管（5）与升华器外管（2）相连。

2.如权利要求1所述的二氧化碳固体升华器，其特征是，所述升华器内管长度比升华器外管长度小，在升华器内管结束后升华器外管仍有一定的长度，保证了在升华器内外管共存段中仍未升华的二氧化碳在此段升华，升华器外管应比升华器内管长0.2倍以上。

3.如权利要求1所述的二氧化碳固体升华器，其特征是，升华器内管（6）壁上设有多个喷管（3），增大了单位时间内的流量，从而增大了换热能力，其喷管数目n由设计换热量Q_d与单个喷管的换热能力Q₀所决定：n=Q_d/Q₀；

其中，Q_d为设计换热量，Q₀=uAρΔh，A为喷管截面积，u为喷出速度，ρ为固气两相流的平均密度，Δh为膨胀前后比焓变。

4.如权利要求1所述的二氧化碳固体升华器，其特征是，在喷管（3）上设有节流膨胀阀（4），用于调节喷管节流能力。

5.如权利要求1所述的二氧化碳固体升华器，其特征是，所述喷管（3）顶部与升华器换热面升华器外管内壁之间的距离s足够小，在固气两相流喷出速度为u时，应保证s<αu²/2g，其中，u为喷出速度，g为重力加速度，α为表征气体对固体颗粒阻力带来的影响的系数，0<α<1），以保证固体在到达升华器外管换热面时具有一定的速度，最终达到加大固体二氧化碳与升华器外管换热面之间的接触时间的目的。

6.如权利要求1所述的二氧化碳固体升华器，其特征是，所述喷管（3）的间隔d由喷管（3）喷出固体在升华器外管（2）换热面上的作用范围决定，喷管间隔d与喷管喷出固体在升华器外管换热面上作用范围的直径相等，以最大利用升华器外管换热面积。

7.如权利要求1所述的二氧化碳固体升华器，其特征是，所述升华器内管的换热表面处于升华器外管换热表面的正下方，升华器外管换热表面升华所剩余的固体可在重力作用下沉降在升华器内管的换热表面上。

8.如权利要求1所述的二氧化碳固体升华器，其特征是，所述二氧化碳固体升华器的运行过程为：

（a）低温高压二氧化碳液体经二氧化碳液体流入管（1）流入升华器内管（6）；

（b）升华器内管中的高压低温二氧化碳液体通过喷管节流膨胀产生二氧化碳固体微粒；

（c）绝大部分二氧化碳固体微粒在升华器外管换热面上进行升华；

（d）剩余的二氧化碳固体微粒在重力的作用下沉入升华器外管（2）底部的升华器内管（6）的换热面上，与节流膨胀前的高压低温二氧化碳液体进行热交换并升华；

（e）升华后的气体与尚未升华的二氧化碳固体微粒在升华器外管的最后一段全部升华，并最终通过二氧化碳气体流出管（5）流出。

9.如权利要求8所述的二氧化碳固体升华器，其特征是，步骤（b）低温高压二氧化碳液体节流膨胀产生二氧化碳固体微粒中，膨胀前的高压二氧化碳液体的压力，即升华器内管（6）中的压力，高于二氧化碳三相点压力，而膨胀后的二氧化碳固气两相流的压力，即升华器外管（2）中的压力，低于二氧化碳三相点压力，从而保证膨胀前后二氧化碳液体变为二氧化碳固气两相流。