[发明专利]一种基于超热导原理的换热系统

说明书

技术领域

本发明涉及换热系统，特别涉及一种基于超热导原理的换热系统。

背景技术

换热器在石油化学及化学、食品等工业生产中起着重要作用。工业生产用换热器常采用温度不同的换热介质与输入流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热来实现换热介质与输入流体之间的换热。换热器的换热效率(导热系数)由换热面积、换热介质与输入流体温差、输入流体组分和相态、流体流速范围等因素决定，因此，换热器通常具有预先给定的输入流体的组分、相态以及流量范围，以确保输出流体的温度在预设范围内。然而于实验研究中，常常需要在大范围内变化输入流体的组分、相态和流量以观察对实验结果的影响，常规的换热器根本无法适应输入流体的这类大范围变化，从而影响换热效果。

设计人员可以通过增大换热面积的方式来提高换热效率，然而，这样会使得换热器体积增大，重量增加，设计和加工复杂，严重时受空间、重量制约而无法于其它环境中应用，例如实验室环境。设计人员还可以通过增大换热介质与输入流体的温差来提高换热效率，然而，使用过热/过冷的换热介质往往会遇到很多问题：过热的换热介质易变质、有害物质分解挥发；过冷的换热介质粘度增大、循环介质流量减少反而降低换热效率；加热、冷却甚至是高温/低温冷冻又给辅助装置提出了更苛刻的要求。过热的换热介质也易导致输入流体不稳定，例如发生分解、聚合等等变化，而过冷的换热介质也可能导致输入流体的粘度增大甚至凝固。

超热导移热的工作原理是：处于密闭空间的热区的液态工质吸热蒸发,转变为汽态工质，汽态工质自动流向密闭空间的冷区(相对热区而言)，并在冷区放热冷凝，转变为液态工质，该液态工质由重力或毛细张力等机制驱动，流回热区，由此实现热区和冷区之间的热转移。由于工质的载热是基于工质的汽化潜热，因此载热能力强；而汽态工质的传输则由其自生压力驱动，因此工质的传输能力强。如果工质在传输过程中的流阻可忽略，那么基于这项工作原理的导热体的导热系数可以接近于无穷大，因此称之为超热导体。目前已有利用超热导原理为高端电子设备和计算机中央处理器等散热方面的应用。然而，在这些以散热为目的的应用中，并不特别地对热区和/或冷区温度进行控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于超热导原理的换热系统，其采用超热导原理，将所需转移的热量从处于空间限制和/或其它环境条件制约下的热区移出，载热的汽态工质在密闭空间的冷区冷凝，冷凝后的液态工质在重力作用下自动返回所述热区，通过调节与汽态工质换热的冷媒流量以维持密闭空间的压力为设定值，从而实现在大动态范围热交换时热区温度仍保持基本恒定。

类似地，采用超热导原理，将所需热量送至处于空间限制和/或其它环境条件制约下的冷区，汽态工质在所述冷区放热冷凝，冷凝后的液态工质在重力作用下自动流向密闭空间的热区，通过调节与液态工质换热的热媒流量或加热功率以维持密闭空间的压力为设定值，从而实现在大动态范围热交换时冷区温度仍保持基本恒定。

上述发明应用于，特别是实验室环境，以满足换热需求：当目标流体的组成、相态、流量于大范围内变化时，换热系统依然保持高效的换热效率并保持所涉各种物质的稳定性以及避免所涉各流道的畅通。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种基于超热导原理的换热系统，包含：热交换模块，包含第一罐体与至少一分隔件，所述分隔件将所述第一罐体内部分隔成相互独立的第一腔体与第二腔体，所述第一腔体与所述第二腔体分别用于容置换热介质与目标流体以进行热交换，于热交换过程中，所述换热介质由第一相态转变为第二相态；辅助循环模块，包含第二罐体与加热/制冷装置，所述第二罐体具有第三腔体，所述第二罐体连接于所述第一罐体使得所述第三腔体与所述第一腔体形成密闭空间，第二相态的所述换热介质由所述第一腔体进入所述第三腔体，所述加热/制冷装置固定于所述第二罐体以辅助所述换热介质由第二相态转变为第一相态，第一相态的所述换热介质由所述第三腔体回流入所述第一腔体；控制模块，包含加热器、压力检测器及控制器，所述加热器固定于所述第一罐体以加热所述第一腔体内的换热介质，所述压力检测器设置于所述密闭空间内以检测所述密闭空间内的当前压力值，所述控制器电性连接于所述加热器与所述压力检测器，所述控制器根据其内部的预设压力值与当前压力值控制所述加热器。

本发明实施方式相对于现有技术而言，提供了一种基于超热导原理的换热系统：当目标流体的组分、相态和流量于大范围内变化时，换热系统依然保持高效的换热效率。