溶解焓變製冷制熱機的製作方法

2023-10-10 17:07:54 1

專利名稱：溶解焓變製冷制熱機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種製冷制熱機，特別是一種利用化學物質的溶解焓變來實現制
冷與制熱的溶解焓變製冷制熱機，屬於冷庫、冰箱、空調製冷制熱技術領域。
背景技術：
現有的製冷制熱技術有壓縮式空調系統，吸收式及吸附式製冷系統，及利用化學 物質溶解吸熱的製冷系統，這些系統存在能耗大造價高，或者控制維護繁瑣，系統複雜，體 積龐大，或者缺乏連續循環性而使效率低等一系列問題。

發明內容為節約能源，解決製冷制熱機造價高，控制繁難，或不能連續循環而使效率低的問 題，本實用新型提供一種製冷制熱機，該機不僅結構簡單，核心系統採用自身工質在不同狀 態下的阻力作為系統自身的控制閥，有效的利用熱源來實現連續循環。 本實用新型主要採用溶解吸熱且溶解度隨溫度升高的化學物質的溶液做為一種 製冷制熱的工質，同時也考慮採用溶解放熱且溶解度隨溫度升高的化學物質的溶液做為制 熱工質。熱能通過發生器輸入系統來推動系統運轉，通過結構和形狀的設置和安排來實現 晶體在控制部位的結晶和溶解，從而使工質基本向一個方向運動而實現熱量的運輸和傳 遞，達到製冷和制熱的目的。如果溶質不能結晶，則要求粘度係數隨濃度升高而增加。注入 發生器的熱能可以取自太陽能，也可以取自工業廢熱，同時也可以來自其它形式，例如電能 的轉換和煤的燃燒等等。製冷制熱工質的溶質可以採用溶解熱大的化學品，例如硝酸鉀，硝 酸銨等，也可以採用溶解熱小而溫和的化學品，例如氯化鉀等。制熱工質的溶質可以採用氫 氧化鈉等。如果採用相對危險的化學品，例如硝酸銨，則可以依據具體的使用環境而適量的 採用，同時設置安全裝置，例如在發生器設置最高壓力安全閥，從而不對環境和人造成實質 性的危害，當然可以採用安全的化學品，例如水和氯化鉀等，依據具體的使用情況和要求而 定。系統排放自外界的熱量，即冷凝器放出的熱量可以用於加熱生活熱水，也可以轉移至工 農業生產需要的環節。發生器可以和太陽能集熱器做成一個整體，例如在發生器頂直接設 置平板集熱器，也可以採用管道連接。如果成本允許，可以採取降低製冷制熱機系統內的壓 力，抽真空的辦法使溶劑(例如水)的沸點降低，從而使循環加速，這樣也可以適應低溫熱 源，例如低溫的平板集熱器。具體方案和原理結合實施例來說明。 本實用新型可以採用太陽能和廢熱，因而是節能的，同時對環境和人也是安全的， 由於晶體的溶解和結晶是快速的過程，因而連續循環也是高效的，由於沒有太多的額外控 制閥和較難實現的控制條件，因而結構簡單，造價低廉。
以下結合附圖
和實施例對本實用新型進一步說明。 說明書附圖為示意圖，描述了本實用新型一種實施例的基本構成及各部件之間的連接與組織。 圖中1.發生器，2.儲液罐，3.熱交換器，4.吸熱器，5.冷凝器，6.熱能輸入管， 7.載冷管，8.連通管，9.半透膜組件，IO.濃溶液管，ll.稀溶液管，12.水蒸汽管。
具體實施方式在附圖中，發生器(1)通過連通管(8)與儲液罐(2)相連通，同時發生器(1)與濃 溶液管(10)及水蒸汽管(12)相連通，儲液罐(2)與稀溶液管(11)相連通，濃溶液管(10) 與稀溶液管(11)在熱交換器(3)處互相糾結纏繞，從而實現熱量的部分傳遞，水蒸汽管 (12)通過冷凝器(5)連接半透膜組件(9)後和濃溶液管(10)及稀溶液管(11) 一起連通於 吸熱器(4)，熱能輸入管(6)穿過發生器(1)輸入熱能，載冷管(7)穿過吸熱器(4)帶來熱 量。濃溶液管(10)與發生器(1)連接處的水平位置高於連通管(8)與發生器(1)連接處 的水平位置，發生器(1)與儲液罐(2)處於同一水平位置。整套系統外表面採用隔熱層覆 蓋，除熱量輸出和輸入的終端外。 首先從發生器(1)灌入一定溫度的溶解吸熱的化學品的飽和溶液，例如氯化鉀水 溶液，同時要求溶質溶解度隨溫度升高而增加和溶質能夠結晶，為防止過飽和現象出現，建 議不採用太純的化學品。灌入的溶液充滿連通的各管和容器，其中水蒸汽管(12)、發生器 (1)、稀溶液管(11)、儲液罐(2)除外。開始工作時，熱能通過熱能輸入管(6)加熱發生器
(1) 中的溶液，使得水分蒸發，水蒸汽通過水蒸汽管(12)從發生器(1)輸出，同時發生器中 的溶液濃縮而結晶，由於熱量在細長的連通管(8)中不能有效傳遞，而使儲液罐(2)與發 生器(1)之間有溫差，於是溶質在連通管(8)部和發生器(1)底部結晶，從而封閉了儲液罐
(2) 與發生器(1)之間的連接，或者不完全封閉，總之阻礙了儲液罐(2)與發生器(1)之間 的流通。濃溶液從濃溶液管(10)受壓進入吸熱器(4)，在吸熱器(4)中遇冷結晶，水蒸汽 流經冷凝器(5)冷凝成水而通過半透膜組件(9)進入吸熱器(4)溶解結晶而吸熱，從而使 稀溶液管(11)中的溫度低於濃溶液管(IO)，這兩個管中的溶液在熱交換器(3)處傳遞部 分熱量，而使濃溶液在熱交換器(3)處結晶，從而封閉或部分封閉濃溶液管(10)中液體的 流通，這樣水蒸發產生的壓力推動吸熱器(4)中溶解的稀溶液從稀溶液管(11)流向儲液罐
(2) ，當儲液罐(2)中的溶液稀釋到一定程度時溶解連通管(8)和發生器(1)底部中的部分 結晶，隨之稀溶液流入發生器(1)中，升溫溶解部分晶體後流入濃溶液管(io)，在熱交換器
(3) 處溶解部分結晶而使濃溶液流入吸熱器(4)，這樣完成了一次循環。即使連通管(8)處 沒有結晶，儲液罐(2)與發生器(1)連通，由於稀溶液管(11)中沒有自儲液罐(2)中液體 的回流，溶液仍然會流向儲液罐(2)。循環達到平衡時，連通管(8)及吸熱器(4)和濃溶液 在熱交換器(3)處的結晶不斷溶解和重新結晶。這樣熱量不斷從吸熱器(4)帶走，而在冷 凝器(5)中放出。停止工作時，各管中的流體不再流動，系統內部溶液傳熱，溶質隨之運動， 各處溶液成了均勻的溶液，回到了起始狀態。由於半透膜的存在，水蒸汽管(12)中始終是 溶劑水或包含少量溶質，因而使用冷凝器(5)排放的熱量是相對安全的。 將載冷管(7)中的流體引向需要製冷的地方，例如夏天的房間，通過散熱器後吸 收房間的熱量，系統將熱量帶到冷凝器(5)處發散出去，於是實現了製冷，同時冷凝器(5) 散出的熱量也可加熱生活用水，從而實現多用。將冷凝器(5)的熱量通過管道裝載的流體 引向需要供熱的地方，例如冬天的房間，通過散熱器發散出去，同時將載冷管(7)中的流體
4引向戶外的集熱裝置，從戶外吸收熱量，這樣熱量就從戶外轉移到室內了，於是實現了供 熱。這些都是可以通過閥和管道輕鬆實現的。 同時也可考慮使用溶解放熱的化學品來制熱。抽出系統內溶液，換上溶解放熱的 化學品的飽和溶液，同時要求溶質溶解度隨溫度升高而增加和溶質能夠結晶。例如氫氧化 鈉溶液，這時要求半透膜有耐酸鹼的能力。同樣的原理和過程，系統產生了制熱效果。當然 從能量守恆的原理來看，這樣做僅僅實現了熱的傳遞，即熱量來自發生器(l)，制熱效果明 顯不如前述的制熱方案。僅僅作為考慮項。 如果採用不能結晶的物質，則要求是粘度隨濃度而升高的物質且溶質溶劑不能以
任意比互溶，及密度比溶劑大和不容易揮發，從而產生同樣的單向流動的效果。 如果物質升溫溶解，則在溫度不變的情況下，晶體是沒有理由向稀溶液流動的，只
要管內傳熱的速度足夠慢上述的封閉和半封閉情況是存在的。不結晶的溶質與此相同。 焓是狀態函數，沒有固定的量值，定量的溶質溶解於定量的溶劑，溶劑溶質系統如
果沒有能量變化和相變化，焓是不變的，如果環境向系統吸熱或放熱，於是焓改變了 。該制
冷制熱機運行至平衡狀態時，各部分焓基本可視為不變或變化不大。
權利要求一種溶解焓變製冷制熱機，基本構成包括發生器(1)，儲液罐(2)，熱交換器(3)，吸熱器(4)，冷凝器(5)，連通管(8)，半透膜組件(9)，濃溶液管(10)，稀溶液管(11)，水蒸汽管(12)，發生器(1)通過連通管(8)與儲液罐(2)相連通，同時發生器(1)與濃溶液管(10)及水蒸汽管(12)相連通，儲液罐(2)與稀溶液管(11)相連通，濃溶液管(10)與稀溶液管(11)在熱交換器(3)處互相糾結纏繞，實現熱量的部分傳遞，水蒸汽管(12)通過冷凝器(5)連接半透膜組件(9)後和濃溶液管(10)及稀溶液管(11)一起連通於吸熱器(4)，濃溶液管(10)與發生器(1)連接處的水平位置高於連通管(8)與發生器(1)連接處的水平位置，發生器(1)與儲液罐(2)處於同一水平位置，整套系統外表面採用隔熱層覆蓋，除熱量輸出和輸入的終端外。
2. 根據權利要求1所述的溶解焓變製冷制熱機，其特徵是採用溶解吸熱的化學品的溶液作為工質。
專利摘要溶解焓變製冷制熱機屬於製冷與制熱技術領域，是針對目前製冷制熱機能耗大，造價高，結構複雜，運行維護及控制繁難，其中一些不能連續循環運行等缺陷而設計。該製冷制熱機是運用運行工質在不同狀態下的阻力不同來實現工質的單向流動，主要採用溶解吸熱的化學品的溶液作為製冷制熱工質，以熱能產生的蒸汽壓力為整個系統的驅動力來實現熱量的傳遞和運輸，從而達到製冷和制熱的目的。整套系統構造簡單，易於操控，安全環保。
文檔編號F25B23/00GK201497249SQ20092022831
公開日2010年6月2日 申請日期2009年9月23日 優先權日2009年9月23日
發明者劉永強 申請人:劉永強