一种非接触式辐射冷却高温石墨的系统及方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114923304A(43)申请公布日2022.08.19(21)申请号202210691803.0(22)申请日2022.06.17(71)申请人中南大学地址410083湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号(72)发明人李旻刘志莫东方(74)专利代理机构四川省方圆智云知识产权代理事务所(普通合伙)51368专利代理师严晓玲(51)Int.Cl.F25D17/04(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种非接触式辐射冷却高温石墨的系统及方法(57)摘要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。CN114923304ACN114923304A权利要求书1/1页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。2CN114923304A说明书1/3页一种非接触式辐射冷却高温石墨的系统及方法技术领域[0001]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[0002]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。[0003]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[0004]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。[0005]为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：[0006]一种非接触式辐射冷却高温石墨的系统，包括：[0007]存放高温石墨的冷却仓或炉膛；[0008]布置在冷却仓或炉膛内的冷辐射板；[0009]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。[0010]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。[0011]冷却系统与冷却仓