[发明专利]二氧化碳固体升华器

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳固体升华器，特别是涉及一种集高压二氧化碳液体跨三相点膨胀、二氧化碳固体微粒升华、剩余二氧化碳冷量回收于一体的二氧化碳固体升华器。

背景技术

随着科学技术的发展与生活水平的提高，制冷技术在工业、农业、国防、建设、科学研究等各个部门的作用和地位日益重要。常用的二氧化碳气液相变制冷逐渐难以满足日益增长的制冷需求。而通过二氧化碳固体升华制冷的制冷系统可实现低于二氧化碳三相点温度-56.6℃的低温环境，在生物制冷、食品工行业中有着广阔前景。因此，设计新型二氧化碳固体升华器，提高其换热能力、增强其能量利用效率、增加其系统运行稳定性，能够促进制冷系统的节能减排、减少制冷系统运行费用、增强系统对环境的适应性，发展前景广阔。

目前在现有的升华器中，鲜见固体升华器。在现有的思路中，常常将节流膨胀、固体升华、能量回收三个部分分开考虑，系统与外界的换热过程是通过固气两相流与换热面间的对流换热实现的，换热系数较低，限制了制冷系统的制冷量；为保证固体在流出升华器时完全升华，常常会导致超出制冷要求的剩余固体必须升华，造成了一定程度的制冷量的浪费；同时，为保证固体全部升华，系统运行过程中，要求外界相对稳定的提供热量，系统的稳定性较差。

固体微粒循环低温制冷有着巨大的发展前景，但对于固体升华设备，相关的设计还很不完善。如何有效地结合固体生成、固体升华的特点，从而提高冷能的利用效率、设备的制冷能力、增加系统的稳定性，成为我们迫切需要研究的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上面提到的问题，提供一种集二氧化碳固体微粒生成、二氧化碳固体升华、剩余能量回收于一体的二氧化碳固体升华器，通过对各个过程的耦合，增加换热系数与制冷能力、提高系统效率、增加系统稳定性。

本发明的技术方案如下：

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、节流膨胀阀4（可选，当喷管节流膨胀能力不足时使用）、升华后的二氧化碳气体流出管5、升华器内管6；

其中，升华器外管2的大小与制冷范围的大小相适应，其形状根据施工及成本因素选择，推荐为方管，其换热面应为高导热率材料以保证良好的换热效果，除换热面以外的其他部分可使用或包裹隔热材料；升华器内管6的大小与升华器外管2的大小相适应，其材料应保证为高导热率材料以保证良好的换热效果；低温高压二氧化碳液体流入管1与二氧化碳气体流出管5应使用或包裹隔热材料以降低热损失，其型号应在保证二氧化碳流量的前提下考虑施工及成本因素决定；高压二氧化碳液体喷管3、节流膨胀阀4以保证节流能力为标准；

如说明书附图1，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。

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。

本发明采用二氧化碳的固体的产生与升华相结合的节流膨胀-升华设备，集二氧化碳低温高压液体节流膨胀、二氧化碳固体升华、能量回收于一体。一方面，增加了固体二氧化碳颗粒与换热表面间的表面换热系数，提高换热效率，从而提高了设备制冷能力；另一方面，回收剩余二氧化碳固体颗粒中的冷能，提高能量利用效率，有效解决环境发生变化时二氧化碳固体剩余的问题和剩余固体颗粒可能对制冷系统带来的破坏作用，提高了系统的稳定性。

附图说明

图1为本发明实施实例的系统图；