CN1076519A

CN1076519A - 微分冷谷管及其应用

Info

Publication number: CN1076519A
Application number: CN 92108350
Authority: CN
Inventors: 吉阿明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-03-12
Filing date: 1992-03-12
Publication date: 1993-09-22

Abstract

一种可使传热温差无限趋近于零，由微分放热→ 微分吸热过程构成的高效换热器——微分冷谷管(J 管)。可充分利用空气能量的J管制冷空调机与现有制冷空调相比，在相同制冷深度、单位制冷量的前提下：耗电仅为其1/10，而输出冷气则是100％新鲜空气。从而根本上解决了空气调节中的能量及气调品质之难题。复合J管可将低品位空气能经反复储存、倍放而获得0℃以下或100℃以上的高品质能量。J管、复合J管均可应用于太阳能和其它低品位热能、冷能的回收利用。

Description

本发明提供了一种可使传热温差无限趋近于零，由微分放热→微分吸热过程构成的高效换热器-微分冷谷管（以下简称J管）。自然空气在J管中仅需一次单路往复开路循环即可获得露点冷谷温度，常压下这是自然空气制冷能量的极限值，与现有的直接、间接蒸发制冷相比：获得单位冷量所需驱动的风量及气流阻力最小，制冷温度、湿度最低。用空气能制冷的J管空调机可使空调环境降至露点温度以下3～5℃，实际COP＞30，所输入的制冷气体完全是室外新鲜空气，单位制冷量的耗电量和气调品质是现行空调无法与之相比较的。复合J管制冷机可利用空气能量进行0℃以下低温制冷也可制热。

J管

参见J管原理图（1）。1.绝热壳;2.导热片;3.微分绝热片;4.膜式蒸发面;5.J管入口;6.J管出口。膜式蒸发面和水溶液具有较好的润和性和极大的蒸发分布表面积，水中溶入表面活性催化物，使其表面张力降低而极易受热蒸发。微分绝热片将膜式蒸发面和导热片分割为足够小的不等温区间d_Xn、d_Xn-1，每相邻的微分区间温差趋近于零，每一微分区间内是等温的。工质（自然空气）在每个等温区d_Xn内能够进行完全湿、热交换的。工质以A态从入口经Ⅰ区→Ⅱ区→Ⅲ区演变为B态从出口排向大气，构成连续的开路循环，工质在Ⅰ区的左端放热量较大，在接近Ⅱ区时放热趋近于零。

Ⅰ区：微分放热，从右至左逐步降温。

Ⅲ区：微分吸热，从左至右逐步增温、增湿。

Ⅱ区：无湿、热交换的露点冷谷区。

J管吸热和放热是相邻温差趋近于零的无限分割的等温态，相当于无限次最高效率的蒸发制冷，而总体效果则是积分的。附图（2）是J管i-x工况图，x表示单位工质的含湿量，i表示相应的焓。J管是绝热的i_A＝i_B而t_A≠t_Bt_A＞t_B∴S_A＜S_B。工质在Ⅰ区是负熵过程，在Ⅲ区内是增熵过程，Ⅱ区是冷谷点C态。i_A-i_C＝i_B-i_C＝Cp（t_A-t_C）＝△i，Cp是定压比热，△i为一个J量。

J管制冷空调机

将需制冷的居室或容器作为J管冷谷区，J管就是可从低温热源提取热量的制冷机。附图（3）是J管空调机原理图。2.导热片;3.微分绝热片;4.膜式蒸发面;7.波纹导热片;8.导风叶片;9.排风口滤网;10.墙;11.J管;12.渗水管;13.吸风机;14.送风机;15.进风滤网;16.积水底盘。膜式蒸发面采用润水性好，结构纤细而蓬松、耐腐蚀、耐老化的纤维织物。如膨体晴纶，渗水管通过微型泵加压将积水底盘内含有表面活性剂的水溶液缓慢而均匀地渗入膜式蒸发面，使其均布。波纹导热片可强化传热效果，纵向分割温区充分降低传热温差，以完全实现微分放热。

室外空气a₁经送风机推入J管波纹导热片，沿a₂方向逐步降温、降湿释放热量，以a₃态经导风叶片定向送入室内，从室内提取热量、湿量后成为b₁态被吸风机抽入膜式蒸发面由微分绝热片构成的风道内逐步增湿、增温，演变为b₃态后排向大气。因吸风机可使吸热风道形成负压，从而增加了工质在各个微分区内的容湿量。因而可获得低于露点△t的冷谷温度。J管是一个传热温差无限小的换热管，只要室内的湿、热负荷不将△t抵消，△t即被a₃储存、记忆而反复倍数，直至n次倍放后和室内湿、热负荷形成平衡后，不再出现＞J+n△t的冷谷温度。a₂的冷凝水流入积水底盘。图（4）是J管空调机i-x图，i_b1-i_a3＝Cp△t，i_b3-i_B＝i_C-i_a3。

在已安装制冷空调的环境J管空调的作用：1.增大制冷量;2.高效率输送制冷新鲜空气，改善气调品质。

为了提高J管露点以下△t的n倍放效果，可以用透平膨胀制冷来增大△t，以增大C点以下的冷谷深度。附图（5）是透平膨胀空调机。11.J管;13.吸风机;17.压气机;18.膨胀蜗轮。压气机与膨胀蜗轮连轴，压气机的增压放热量被b₃吸收排放，a₂增压放热后推动透平膨胀作功而制冷。每次循环可使冷谷a₃降低△t₁，这种J管空调机的稳定冷谷为J+n₁（△t+△t₁），△t₁可据需要来设计，J管空调机可用于制冷要求较高的环境和输冷损失较大的集中空调系统。

复合J管冰点机、制热机

附图（6）是复合J管冰点制冷机原理图。11.J管;11′.解吸J管，11”.吸收J管;4′.膜式解吸面;4”.膜式吸收面;7.波纹导热分割片;12.渗水管;21.g₂渗液管;22.g₁渗液管;19.g₁积液盘;20.g₂积液盘;16.积水底盘;13.吸风机;14.送风机。

g₁是吸水后含水较多的稀LiCl或LiBr溶液，g₂是被解吸后浓度较高的LiCl或LiBr溶液。微型泵将g₂连续地输向g₂渗液管，使g₂连续、缓慢地均布于膜式吸收面，g₂吸收水分成为g₁流入g₁积液底盘，被另一微型泵连续地经g₁渗液管均布于膜式解吸面上，g₁在解吸面上微分吸热解吸而成为g₂后继续上述循环。J管和吸收J管的膜式蒸发面和J管微分吸热段一样，由水溶液蒸发而微分吸热。自然空气a₁被送风机分为二股进入解吸J管，一股在膜式解吸面上微分吸热、吸水使g₁失水成为g₂，由a′₂态排向大气;另一股沿虚线a₂方向在波纹导热片内微分放热后进入J管波纹导热片沿a₃方向继续微分放热，a₃进入吸收J管的膜式解吸面后进一步微分放热、析湿成为a₄而输出。a₄是冷谷，a₄从低温热源提取热量、湿量后成为b₁被吸入膜式蒸发面进行逐步增湿、增温的微分吸热由

后排放向大气。该复合系统总可使a₃趋近于a₄的温度，而a₃总可在吸收J管内继续放热而获得更低温、湿度的a₄。这样冷谷温度被反复降低至使J管、吸收J管的膜式蒸发面结冰，结冰后膜式蒸发面的微分吸热作用将显著降低，只能待a₂放热将冰溶解后才能继续上述循环，因此复合J管的制冷极限点是膜式蒸发面上水溶液的冰点。具体的冰点温度由该溶液的抗冻配方而确定，要使其冷谷温度降至-20℃以下溶液配方有一定难度。

复合J管可以反向制热，解吸J管的两股气体a₂和a′₂都排向大气，可连续将g₁解吸成g₂，以提供吸收J管的加热能量。吸收J管的制热工质（空气）进行自反馈闭路循环，吸热、吸湿后的b′₃改道输入膜式解吸面进行微分析湿放热，所释放的热量被膜式蒸发面上b′₃吸收，再进入膜式蒸发面，使得b¹ ₃和a₄的焓值反复被加热、加湿而升高，直至膜式蒸发面上的水溶液沸腾。

J管、复合J管对于利用空气能量及其它低品位热能开拓了广阔的前景。J管有效地解决了空气调节中的能量和气调品质之难题。复合J管通过反复储存、倍放将空气能及其它低品位热能、冷能转化为低温或高温的高品质能量。

Claims

1、由微分放热面(波纹导热片)和微分吸热面(膜式蒸发面)组合而成的可使传热温差趋近于零的微分冷谷管(J管)、由微分放热面(波纹导热片)和微分吸热解吸面(膜式解吸面)组成的解吸J管、由微分吸收放热面(膜式吸收面)和膜式蒸发面组成的吸收J管及其原理制成的J管制冷空调机、透平膨胀J管制冷空调机；由解吸J管、吸收J管复合而成的复合J管制冷(热)机。