CN114923304A - 一种非接触式辐射冷却高温石墨的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用辐射原理冷却高温石墨的系统及方法,包括冷却仓或炉膛、冷辐射板和制冷机。制冷机主要包括压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器。其中,蒸发器和冷辐射板通过冷媒介质管路相连,冷凝器既可以采用翅片管式换热器,构成空气冷却系统,也可以采用螺旋管或管壳式换热器,与冷却塔相连,形成水冷系统。本发明采用冷辐射的方式,实现高温石墨的非接触式冷却。为防止辐射末端在石墨加热阶段过热,可以将辐射末端嵌入炉墙,末端的位置通过优化传热过程确定。该方法简单可靠,既解决了高温石墨自然冷却耗时长、效率低的问题,又避免了常规接触式冷却(对流和导热)可能导致的氧化、污染等副作用。
Description
技术领域
本发明属于石墨高温提纯领域,具体涉及一种非接触式辐射冷却高温石墨的系统及方法。
背景技术
目前,高温提纯法是获得(超)高纯度石墨的主要工艺。高温成品石墨在冷却时必须与空气隔绝以避免氧化;此外,石墨的导热系数随温度升高而降低,在极高的温度下,石墨近似为绝热体。因此,常规的对流和导热冷却方式不适用于高温石墨冷却。现在普遍采用自然冷却的方式冷却效率低、耗时长,成为制约高纯度石墨产量提高的瓶颈。
为缩短高温石墨冷却的时间、提高冷却速率,本发明创新性地将冷辐射系统与制冷机相结合,形成一个非接触式冷却高温石墨的方法和系统,从而解决自然冷却耗时长、产量低的问题。
发明内容
本发明为了解决背景技术中存在的技术问题,目的在于提供了一种非接触式辐射冷却高温石墨的系统及方法,用于石墨高温提纯工艺,强化石墨冷却速率,提高(超)高纯度石墨的产量。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种非接触式辐射冷却高温石墨的系统,包括:
存放高温石墨的冷却仓或炉膛;
布置在冷却仓或炉膛内的冷辐射板;
制冷机;制冷机包括实现制冷效应的蒸发器;吸入蒸发器出口的制冷剂蒸汽的压缩机;向周围环境排放热量的冷凝器及其附属设备;连接蒸发器与冷凝器的节流阀;连接冷辐射板与蒸发器的冷媒介质管路及动力设备。
一种非接触式辐射冷却高温石墨的方法,包括以下过程:冷却仓或炉膛内可以是真空或非真空状态;冷辐射板通过热辐射的方式冷却仓或炉膛内石墨,实现无接触式冷却;冷辐射板与制冷机的蒸发器通过冷媒管路相连,与制冷机构成一个封闭的循环系统。
冷却系统与冷却仓或炉膛及仓内高温物料独立,冷却系统的应用不限于某个特定应用场合。
本发明是利用高温石墨表面与冷辐射板表面之间的巨大温差,实现石墨向冷辐射板的传热。冷辐射板内的循环冷媒介质吸收来自石墨的辐射热量,并通过循环泵,以对流的方式将热量带离冷辐射板,维持冷辐射板表面的低温状态。
冷媒管路与蒸发器相连,蒸发器吸收冷媒中的热量,维持冷媒的低温。
压缩机吸入来自蒸发器内的低压制冷剂蒸汽,带走蒸发潜热的同时维持蒸发器内的低压状态。压缩机出口的高温高压制冷剂蒸汽进入冷凝器,将热量传递至空气或冷却水。
冷凝器可以采用空冷和水冷两种方案:空冷采用翅片管式换热器,管内为制冷剂侧,管外为空气冷却侧;水冷可以采用壳管、螺旋管或板式换热器,通过冷却水循环管路与冷却塔相连,构成完整的冷却系统。
辐射末端可布置在加热炉的墙体内。其最优位置为避免末端过热的最近炉膛内表面处,通过求解炉墙非线性传热过程确定。
本发明通过上述传热步骤实现了热量从高温石墨向周围环境的散热。蒸汽压缩式制冷系统具有效率高、能耗低、技术成熟等有点。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
(1)本发明采用热辐射的原理冷却高温石墨,冷却仓或炉膛内不需要通入冷却介质,实现无接触冷却;
(2)本发明利用了高温石墨表面温度高的特点,保证了辐射冷却的有效性;
(3)本发明采用蒸汽压缩式制冷机,保证了冷量的供给同事还可以实现冷却速率的精确调控。
附图说明
图1为本发明非接触辐射冷却高温石墨的原理示意图。
图2为辐射板布置在炉墙内的示意图。
具体实施方式
下面结合实附图1和图2描述本发明具体实施方式:
需要说明的是,本说明书所示意的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,
请参阅图1,本发明提供了一种技术方案:
一种非接触式辐射冷却高温石墨的系统,包括:
存放高温石墨的冷却仓或炉膛1;
布置在冷却仓或炉膛1内的冷辐射板2;
制冷机3;制冷机3包括实现制冷效应的蒸发器31;吸入蒸发器31出口的制冷剂蒸汽的压缩机32;向周围环境排放热量的冷凝器33及其附属设备;连接蒸发器31与冷凝器33的节流阀34;连接冷辐射板2与蒸发器31的冷媒介质管路及动力设备35。
本方案中,冷却仓或炉膛1内为真空或充满惰性气体。冷辐射板2布置在冷却仓或炉膛1的顶部和四周,与高温石墨相隔一定距离的同时,使得冷辐射板2和石墨物料之间的角系数尽可能大。冷辐射板2与制冷机3的蒸发器31通过冷媒管路相连,与制冷机3构成一个封闭的循环系统。
本方案利用高温石墨表面与冷辐射板2表面之间的巨大温差,实现石墨向冷辐射板2的辐射传热。冷辐射板2内的循环冷媒介质吸收来自石墨的辐射热量,并通过循环泵和冷媒管道,以对流的方式将热量带离冷辐射板2,维持冷辐射板2表面的低温状态。冷媒管路与制冷机3的蒸发器31相连,蒸发器31吸收冷媒中的热量。被冷却的冷媒又通过循环泵,送回布置在冷却仓或炉膛1内的冷辐射板2内,再次吸收来自石墨的辐射热。
在本方案中,压缩机32吸入来自蒸发器31内的低压制冷剂蒸汽,带走蒸发潜热的同时维持蒸发器31内的低压状态。压缩机32出口的高温高压制冷剂蒸汽进入冷凝器33,冷凝器33为翅片管式冷凝器,管内为制冷剂侧,管外翅片强化空气侧换热,将热量传递至空气。
当没有独立的冷却仓,高温石墨置于加热炉内冷却时,如图2所示,将辐射板装于炉膛墙体内。本方案中104为高密度石墨纸,103为石墨隔热层,102为辐射板,101为高性能保温层。高密度石墨纸104和石墨隔热层103的厚度根据求解炉墙-辐射板体系的非线性复合介质导热过程确定。
上面对本发明优选实施方式作了详细说明,但是本发明不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解,本发明不限于特定的实施方式,本发明的范围由所附权利要求限定。
Claims (4)
1.一种非接触式辐射冷却高温石墨的系统,其特征在于,包括:
存放高温石墨的冷却仓或炉膛;
布置在冷却仓或炉膛内的冷辐射板;
制冷机;包括实现制冷效应的蒸发器;吸入蒸发器出口的制冷剂蒸汽的压缩机;向周围环境排放热量的冷凝器及其附属设备;连接蒸发器与冷凝器的节流阀;连接冷辐射板与蒸发器的冷媒介质管路及动力设备。
2.一种非接触式辐射冷却高温石墨的方法,其特征在于,采用权利要求1所述的一种非接触式辐射冷却高温石墨的系统;冷却仓或炉膛内是真空或非真空状态;冷辐射板通过热辐射的方式冷却仓或炉膛内石墨,利用高温石墨表面与冷辐射板2表面之间的巨大温差,实现石墨向冷辐射板的传热,实现无接触式冷却;
冷辐射板内的循环冷媒介质吸收来自石墨的辐射热量,并通过循环泵,以对流的方式将热量带离冷辐射板,维持冷辐射板表面的低温状态;
蒸发器吸收冷媒中的热量,维持冷媒的低温;
压缩机吸入来自蒸发器内的低压制冷剂蒸汽,带走蒸发潜热的同时维持蒸发器内的低压状态;压缩机出口的高温高压制冷剂蒸汽进入冷凝器,将热量传递至空气或冷却水。
3.根据权利要求2所述的一种非接触式辐射冷却高温石墨的方法,其特征在于,所述冷凝器采用空冷和水冷两种方案:空冷采用翅片管式换热器,管内为制冷剂侧,管外为空气冷却侧;水冷采用壳管、螺旋管或板式换热器,通过冷却水循环管路与冷却塔相连,构成完整的冷却系统。
4.根据权利要求2所述的一种非接触式辐射冷却高温石墨的方法,其特征在于,辐射末端布置在加热炉的墙体内;位置为避免末端过热的最近炉膛内表面处,通过求解炉墙非线性传热过程确定。
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