CN102003829B - 利用重力作用实现液体蒸发制冷和热机过程的机构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种利用重力作用实现液体蒸发制冷和热机过程的机构及方法，属于机械领域，涉及一种实现液体蒸发制冷和热机过程的机构及方法。本发明利用液体自身的重力形成低压，使液体吸热蒸发产生制冷效应；利用液体自身的重力对蒸气进行压缩，使蒸气放热冷凝产生制热效应。将降压和升压过程通过轮系机构耦合，旋转轮系，通过其两侧的重力平衡，降低使液体管上升所需要的举升力，实现液体蒸发制冷过程。对轮系机构一侧进行加热，使其两侧形成重力差以驱动轮系转动，实现热机过程。本发明的特点是非压缩、非吸收和非吸附，是利用重力作用实现液体蒸发制冷和热机过程，结构简单。
Description
技术领域
本发明属于机械领域，涉及一种实现液体蒸发制冷和热机过程的机构及方法，具体地说，是利用重力作用实现液体蒸发制冷和热机过程的机构及方法。
背景技术
目前的液体蒸发制冷主要有蒸气压缩式制冷、吸收式制冷和吸附式制冷等。对于各种不同的液体蒸发制冷，其区别仅在于产生使液体在较低温度下蒸发的低压条件，或产生使蒸气在较高温度下冷凝的高压条件的方法的不同。蒸气压缩制冷以机械能作为动力，利用压缩机将低压蒸气转化为高压气体；吸收和吸附式制冷主要以热能作为动力，利用吸收剂或吸附剂对制冷工质蒸气的吸收或吸附作用，产生低压条件。
发明内容
本发明目的是利用重力作用实现液体蒸发制冷和热机的过程。
本发明的技术原理是：利用液体自身的重力形成低压，使液体吸热蒸发产生制冷效应；利用液体自身的重力对蒸气进行压缩，使蒸气放热冷凝产生制热效应。将降压和升压过程通过轮系机构耦合，旋转轮系，通过其两侧的重力平衡，降低使液体管上升所需要的举升力，实现液体蒸发制冷过程。对轮系机构一侧进行加热，使其两侧形成重力差以驱动轮系转动，实现热机过程。对于同一种介质或制冷工质，通过预先调节转轴中心处的压力，可满足系统在不同环境温度条件下吸热和放热的压力条件。利用重力的热力发动机可用来驱动制冷机，将热力发动机与制冷机同转轴串联，或通过变速机构连接，由热力发动机驱动制冷机工作。
一种利用重力作用实现液体蒸发制冷和热机过程的机构及方法，其特征是：机构包括液体1、储液槽2、液体管3、软管4、旋转中心5、蒸气6、转轴7、加热器8；其中，液体管3一端封闭，一端开口，软管4两端开口；液体管3的开口端通过软管4与盛有液体1的储液槽2相通；液体管3沿转轴7的周向分布，液体管3和转轴7组成轮系；轮系上方的液体管3未充满液体1；利用液体1的重力，在轮系作用下，通过旋转轮系及其两侧的重力平衡，实现液体1蒸发制冷过程；对轮系一侧进行加热，使其两侧形成重力差以驱动轮系转动，实现热机过程。
其中，液体管3可以是规则形状，也可以是不规则的其他形状，其一端封闭，一端开口；软管4两端开口。
连接方式如下：
利用液体重力产生制冷效应和制热效应的图1-5中，液体管3的开口端通过软管4与盛有液体1的储液槽2相通。液体管3的数量至少为2根。
利用重力作用实现液体蒸发制冷和热机过程的机构及方法见图6和图7，利用重力作用的热力发动机驱动制冷机见图8，图6-8中以8根液体管3为例，液体管3在转轴7处相通，并沿转轴7的周向分布。
利用重力作用实现液体蒸发制冷过程的机构及方法见图6：
液体管3内充有液体1，且轮系上方的液体管3未充满液体。在平衡状态时，轮系上方液体管3封闭端的蒸气6为饱和蒸气。此时如果输入扭矩将轮系沿顺逆时针方向绕旋转中心5旋转，左右上方区域的液体管3封闭端蒸气6容积逐渐增大，液面压力逐渐减小，当压力低于环境温度所对应的饱和压力时，液体1吸热蒸发。当轮系左右上方区域的液体管3沿顺逆时针方向转入轮系右左上方区域时，液体管3封闭端的蒸气6容积逐渐减小，蒸气6压力逐渐升高，当蒸气6压力高于环境温度所对应的饱和压力时，液体管3内蒸气6放热冷凝，直至随着转轮的旋转，全部的蒸气6冷凝成液体1。在轮系机构作用下，通过旋转轮系及其两侧的重力平衡，实现液体1蒸发制冷过程。
利用重力作用实现热机过程的机构及方法见图7：
液体管3内充有液体1，且轮系上方的液体管3未充满液体。在平衡状态时，轮系上方液体管3封闭端的蒸气6为饱和蒸气。此时如果通过加热器8对轮系左右上方区域的液体管3内的饱和液进行加热，轮系左右上方区域的液体管3内液体1蒸发，相应液体管3内液柱下降；同时对轮系右左上方区域的液体管3进行冷却如向环境散热，轮系右左上方区域的液体管3内蒸气6冷凝，相应液体管3内液柱升高。由于左右两侧区域液体管3内的液柱高度不同，形成重力差，从而产生一个顺逆时针方向的输出扭矩，可以使轮系沿顺逆时针方向旋转，实现热机过程。
本发明的有益效果是所提出的方法及机构不同于目前已有的实现液体蒸发制冷和热机过程的方法及机构，即非压缩、非吸收和非吸附，是利用重力作用实现液体蒸发制冷和热机过程，结构简单。
附图说明
图1是利用液体重力产生制冷效应的初始状态示意图。
图2是利用液体重力产生制冷效应的吸热蒸发状态过程示意图。
图3是利用液体重力产生制冷效应的结束状态或制热效应的初始状态示意图。
图4是利用液体重力产生制热效应的放热冷凝状态过程示意图。
图5是利用液体重力产生制热效应的结束状态示意图。
图6是利用重力作用实现液体蒸发制冷过程的机构及方法示意图。
图7是利用重力作用实现热机过程的机构及方法示意图。
图8是利用重力作用的热力发动机驱动制冷机示意图。
图中标记为：1. 液体，2. 储液槽，3. 液体管，4. 软管，5. 旋转中心，6. 蒸气，7. 转轴，8. 加热器。
具体实施方式
利用重力作用实现液体蒸发制冷和热机过程的机构，包括1. 液体，2. 储液槽，3. 液体管，4. 软管，5. 旋转中心，6. 蒸气，7. 转轴，8. 加热器。
其中，液体管3可以是规则形状，也可以是不规则的其他形状，其一端封闭，一端开口；软管4两端开口。液体管3的开口端通过软管4与盛有液体1的储液槽2相通。
利用液体重力产生制冷效应和制热效应的见图1-5。
利用重力作用实现液体蒸发制冷和热机过程的机构及方法见图6和图7。
利用重力作用的热力发动机驱动制冷机见图8。
多根液体管3图6-8中以8根液体管3为例在转轴7处相通，并沿转轴7的周向分布。
如果按照图1，将液体管3绕旋转中心5沿逆时针方向旋转，封闭端液面压力逐渐降低，当压力低于环境温度所对应的饱和压力时，液体管3封闭端液面就会有液体1蒸发，并通过液体管3壁面从环境吸热，形成制冷效应。这种制冷效应可以持续到液体管3内蒸气6压力等于环境温度所对应的饱和压力时，蒸气6与液体1处于平衡状态。
图中3中的蒸气6为环境温度对应下的饱和蒸气时，将液体管3从垂直方向沿顺时针方向绕旋转中心5旋转，旋转过程中，液体管3封闭端的蒸气6容积逐渐减小，压力逐渐增大，当蒸气6压力高于环境温度所对应的饱和压力时，蒸气6就会冷凝，并通过液体管3壁面向环境放热，形成制热效应。如果继续沿顺时针方向绕旋转中心5旋转液体管，蒸气6会全部冷凝成液体1。
图6中，液体管3内充有液体1，且轮系上方的液体管3未充满液体。在平衡状态时，轮系上方液体管3封闭端的蒸气6为饱和蒸气。此时如果输入扭矩将轮系沿顺逆时针方向绕旋转中心5旋转，左右上方区域的液体管3封闭端蒸气6容积逐渐增大，液面压力逐渐减小，当压力低于环境温度所对应的饱和压力时，液体1吸热蒸发。当轮系左右上方区域的液体管3沿顺逆时针方向转入轮系右左上方区域时，液体管3封闭端的蒸气6容积逐渐减小，蒸气6压力逐渐升高，当蒸气6压力高于环境温度所对应的饱和压力时，液体管3内蒸气6放热冷凝，直至随着转轮的旋转，全部的蒸气6冷凝成液体1。在轮系机构作用下，通过旋转轮系及其两侧的重力平衡，实现液体1蒸发制冷过程。
图7中，液体管3内充有液体1，且轮系上方的液体管3未充满液体。在平衡状态时，轮系上方液体管3封闭端的蒸气6为饱和蒸气。此时如果通过加热器8对轮系左右上方区域的液体管3内的饱和液进行加热，轮系左右上方区域的液体管3内液体1蒸发，相应液体管3内液柱下降；同时对轮系右左上方区域的液体管3进行冷却如向环境散热，轮系右左上方区域的液体管3内蒸气6冷凝，相应液体管3内液柱升高。由于左右两侧区域液体管3内的液柱高度不同，形成重力差，从而产生一个顺逆时针方向的输出扭矩，可以使轮系沿顺逆时针方向旋转，实现热机过程。
图8利用重力作用的热力发动机与制冷机同转轴7串联，或通过变速机构连接，由热力发动机驱动制冷机工作。
Claims (10)
1.一种利用重力作用实现液体蒸发制冷和制热过程的方法，其特征是：机构包括液体（1）、储液槽（2）、液体管（3）、软管（4）、旋转中心（5）、蒸气（6）；
其中，液体管（3）一端封闭，一端开口，软管（4）两端开口；液体管（3）的开口端通过软管（4）与盛有液体（1）的储液槽（2）相通；制冷初始状态时，液体管（3）封闭端向下，液体管（3）内充满液体，将液体管（3）绕旋转中心（5）沿逆时针方向旋转，封闭端液面压力逐渐降低，当压力低于环境温度所对应的饱和压力时，液体管（3）封闭端液面有液体（1）蒸发，并通过液体管（3）壁面从环境吸热，形成制冷效应；制热初始状态时，液体管（3）封闭端竖直向上，将液体管（3）从垂直方向沿顺时针方向绕旋转中心（5）旋转，封闭端的蒸气（6）容积逐渐减小，蒸气（6）压力逐渐增大，当蒸气（6）压力高于环境温度所对应的饱和压力时，蒸气（6）冷凝并通过液体管（3）壁面向环境放热，形成制热效应。
2.根据权利要求1所述的利用重力作用实现液体蒸发制冷和制热过程的方法，其特征是：液体管（3）的数量至少为2根。
3.一种利用重力作用实现液体蒸发制冷的机构，机构包括液体（1）、液体管（3）、旋转中心（5）、蒸气（6）、转轴（7）；多根液体管（3）沿转轴（7）的周向分布，多根液体管（3）和转轴（7）组成轮系，各液体管（3）内充有液体（1）并在转轴（7）处形成液体（1）相通，轮系上方的液体管（3）未充满液体（1）；在平衡状态时，轮系上方的液体管（3）未充满液体（1）且轮系上方液体管（3）封闭端的蒸气（6）为饱和蒸气；利用液体（1）的重力，在轮系作用下，通过旋转轮系及其两侧的重力平衡，实现液体（1）蒸发制冷。
4.根据权利要求3所述的利用重力作用实现液体蒸发制冷的机构，其特征在于：输入扭矩将轮系沿顺时针方向绕旋转中心（5）旋转，左上方的液体管（3）封闭端蒸气（6）容积逐渐增大，液面压力逐渐减小，当压力低于环境温度所对应的饱和压力时，液体（1）吸热蒸发；当轮系上方的液体管（3）沿顺时针方向转入轮系右上方区域时，液体管（3）封闭端的蒸气（6）容积逐渐减小，蒸气（6）压力逐渐升高，当蒸气（6）压力高于环境温度所对应的饱和压力时，液体管（3）内蒸气（6）放热冷凝，直至随着转轮的旋转，全部的蒸气（6）冷凝成液体（1）。
5.根据权利要求3所述的利用重力作用实现液体蒸发制冷的机构，其特征在于：输入扭矩将轮系沿逆时针方向绕旋转中心（5）旋转，右上方的液体管（3）封闭端蒸气（6）容积逐渐增大，液面压力逐渐减小，当压力低于环境温度所对应的饱和压力时，液体（1）吸热蒸发；当轮系上方的液体管（3）沿逆时针方向转入轮系左上方区域时，液体管（3）封闭端的蒸气（6）容积逐渐减小，蒸气（6）压力逐渐升高，当蒸气（6）压力高于环境温度所对应的饱和压力时，液体管（3）内蒸气（6）放热冷凝，直至随着转轮的旋转，全部的蒸气（6）冷凝成液体（1）。
6.根据权利要求3至5之一所述的利用重力作用实现液体蒸发制冷的机构，其特征是：液体管（3）的数量为8根。
7.一种利用重力和液体蒸发作用实现热机过程的机构，机构包括液体（1）、液体管（3）、旋转中心（5）、蒸气（6）、转轴（7）、加热器（8）；多根液体管（3）沿转轴（7）的周向分布，多根液体管（3）和转轴（7）组成轮系，各液体管（3）内充有液体（1）并在转轴（7）处形成液体（1）相通；轮系上方的液体管（3）未充满液体（1）；加热器（8）对轮系一侧进行加热，在平衡状态时，轮系上方的液体管（3）未充满液体（1）且轮系上方液体管（3）封闭端的蒸气（6）为饱和蒸气；利用轮系左右两侧形成重力差以驱动轮系转动，实现热机过程。
8.根据权利要求7所述的利用重力和液体蒸发作用实现热机过程的机构，其特征在于：加热器（8）对轮系左上方区域的液体管（3）内的饱和液进行加热，轮系左上方区域的液体管（3）内液体（1）蒸发，轮系左上方区域的液体管（3）内液柱下降；同时对轮系右上方区域的液体管（3）进行冷却，轮系右上方区域的液体管（3）内蒸气（6）冷凝，轮系右上方区域的液体管（3）内液柱升高；左右两侧区域液体管（3）内的液柱高度不同，形成的重力差产生顺时针方向的输出扭矩，使轮系沿顺时针方向旋转，实现热机过程。
9.根据权利要求7所述的利用重力和液体蒸发作用实现热机过程的机构，其特征在于：加热器（8）对轮系右上方区域的液体管（3）内的饱和液进行加热，轮系右上方区域的液体管（3）内液体（1）蒸发，轮系右上方区域的液体管（3）内液柱下降；同时对轮系左上方区域的液体管（3）进行冷却，轮系左上方区域的液体管（3）内蒸气（6）冷凝，轮系左上方区域的液体管（3）内液柱升高；左右两侧区域液体管（3）内的液柱高度不同，形成的重力差产生一个逆时针方向的输出扭矩，使轮系沿逆时针方向旋转，实现热机过程。
10.根据权利要求7至9之一所述的利用重力和液体蒸发作用实现热机过程的机构，其特征在于：液体管（3）的数量为8根。
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