CN1406330A - 加热升温系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种方法和设备，该方法和设备在热传递流体的相变中，用于将热量从在第一温度下的热源(16)传递至在温度较高的第二温度下的散热装置(17)。热传递流体受到压力变化的作用，所述压力变化会改变发生相变的温度。

Description

加热升温系统
技术领域
本发明涉及一种用于提高加热温度，即用于将热量从低温热源传递至高温散热装置的方法和设备。在一种方案中，本发明特别涉及这样一种方法和设备，该方法和设备能够在第一压力P1下输送一种载热物质并在第二压力P2下产生第二种载热物质的蒸汽。
发明背景
本发明的方法是根据在所施加的压力变化时，一种物质的熔点也会变化的原理作出的。使一组多导热性和额定压力(即，可加压)导管与加压设备相连。在这些导管内部具有能够根据所施加的压力进行相变的大量加热升温介质(HTR介质)。当HTR介质受到压力变化的作用时，允许所述介质在低温下吸收并存储热量。在HTR介质已在低温下吸收并存储了热量后，对HTR介质施加高压。压力在HTR介质上的增加会提高介质的熔点并允许介质对较高的环境温度释放出已存储的热量。因此，HTR介质能够连续地使温度从低温升高至高温。在本发明中使用了另一种介质，即载热介质(HCM介质)，以协助并完成从低温热源至高温散热装置提升加热温度的周期。
在美国专利NO.3,354,083中披露了利用熔点转变进行咸水净化。该方法要求大量咸水和介质受到高压和低压的作用。由于这种操作的难度，该方法并不是成功的。因此，在技术上要求这样一种方法和设备，该方法和设备能够利用热传递材料熔化的潜热和/或其蒸发的潜热来传递热量而无需使大量处理流体受到高压作用。
发明概述
因此，本发明的一个方面在于提供这样一种方法和设备，其用于将热量从在某一温度下的热源传递至高温下的散热装置。
本发明的另一个方面在于提供一种上述的方法和设备，该方法和设备通过利用可变化的压力以改变发生相变的温度来实现热传递介质的相变，以此完成热传递。
本发明的另一个方面在于提供一种上述的方法和设备，该方法和设备能够使受到可变化压力作用的流体的量达到最小。
与以上现有技术的方法不同，本发明使加热升温介质(HTR介质)保存在导管内部。通过使HTR介质受到低压和高压之间的压力波动的影响，本发明允许HTR介质在低温下吸收热量并在高温下释放热量。因此，HTR介质能够连续提升加热温度，即，将热量从第一温度传递至较高的第二温度，而无需使大量材料受到低压和高压操作的作用。
在本发明中，高压区域最好是固定的且被固定在一加热升温器(HTR装置)的内部，同时热量在低温热源和高温散热装置之间的热量传递是通过以低压工作的载热介质(HCM介质)完成的。因此，无需在低压和高压操作之间运动的大量材料。
本发明提供了一种加热升温系统，即HTR系统，其用于从一低温(TL)热源吸收热量并将热量供给至一高温(TH)散热装置。HTR系统包括一加热升温装置，即HTR装置；大量加热升温介质，即HTR介质；大量第一载热介质，即HCM-1介质；以及大量第二载热介质，即HCM-2介质。该系统被分为三个区：一个被成为HTR区域的中央区，其含有HTR装置；一个热源区以及一个散热装置区。设置一个使热源区和HTR区分离的第一阀装置以及一个使散热装置区与HTR区分离的第二阀装置。
HTR装置最好为一种固定式装置，即，HTR介质本身在热源和散热装置之间不被输送。HTR装置包括一组导热性压力保持导管，在HTR装置中所含的大量HTR介质以及一个加压装置，该加压装置能够对在HTR装置中所含的HTR介质进行加压和减压。
所述加压装置例如可以是一种如活塞式机构这样的机械压缩机，一蒸汽源，或其它加压流体源，或能够对HTR介质充分施加流体静压力的任意其它装置。使HTR介质经受一系列周期性操作的处理，这些操作包括：在分别被称为第一HTR压力和第一HTR温度的第一压力和第一温度下熔化，并在分别被称为第二HTR压力和第二HTR温度的第二压力和第二温度下固化。通过从热源接收热量使大量第一载热介质HCM-1蒸发以形成HCM-1蒸汽，且蒸汽通过第一阀装置以与HTR装置接触并熔化HTR介质。从而冷凝HCM-1蒸汽以形成大量HCM-1冷凝物。随后，使大量第二载热介质HCM-2与HTR介质接触，从而在第二HTR压力和温度下固化HTR介质并形成第二载热介质的蒸汽流，其被称为HCM-2蒸汽。HCM-2蒸汽通过第二阀装置并将热量释放至散热装置，从而冷凝以形成HCM-2介质的冷凝物。将所述冷凝物回收至所述的蒸发操作。应强调的是，由于最好使HTR介质容纳在一固定式HTR装置内，因此应使第一和第二HCM介质与热源和散热装置进行热交换。
HCM-1和HCM-2使用相同的介质也应落入本发明的范围内。在这种选择方案中，在高温蒸发操作中可使用在低温冷凝操作中形成的HCM-1冷凝物，而在低温蒸发操作中可使用在高温冷凝操作中形成的HCM-2冷凝物。
HTR系统可用于提供冷水和空调并用于真空冷冻工艺，冰的制造工艺，冰的保存工艺，蒸馏冷冻工艺和多效应蒸发工艺。
附图简述
为了全面地理解本发明，结合附图进行下面的详细描述，附图中：
图1为对本发明HTR系统的一个实施例的示意性说明；
图2说明了本发明HTR装置的一个实施例；
图2A说明了本发明HTR装置的另一个实施例；
图2B说明了本发明中一种纵向肋片附件的一个实施例的结构；
图2C为含有图2B中肋片附件的HTR装置的局部剖面图；
图3A为本发明中一种多根连接在一起的导管组件的一个实施例的剖面图；
图3B为3A中多导管组件的剖面图，所述多导管组件装配有纵向肋片附件；
图4A为本发明中一种多导管组件的另一实施例的剖面图；
图4B为图4A的导管组件的剖面图，所述导管组件装配有纵向肋片附件；
图5A为本发明中多孔金属块装置的一个实施例的剖面图；
图5B为图5A中多孔金属块装置的剖面图，所述金属块装配有纵向肋片附件；
图6A说明了本发明中一种HTR系统的一个实施例，其能够从第一载热介质进行热传递；
图6B说明了图6A的HTR系统，其对第二载热介质进行热传递；
图7A说明了本发明中一种HTR系统的另一个实施例，其能够从第一载热介质进行热传递；
图7B说明了图7A的HTR系统，其对第二载热介质进行热传递；
图8A说明了本发明中一种HTR系统的一个实施例，其适用于通过从第一载热介质进行热传递而进行真空冷冻；
图8B说明了在对第二载热介质进行热传递状态下的图8A的HTR系统；
图9A说明了本发明中一种HTR系统的另一个实施例，其适用于通过从第一载热介质进行热传递而进行真空冷冻；
图9B说明了在对第二载热介质进行热传递状态下的图9A的HTR系统；
图10A说明了本发明中HTR系统的另一个实施例，其适用于通过从第一载热介质进行热传递而进行水溶液和非水溶液混合物的真空结晶；
图10B说明了在对第二载热介质进行热传递状态下的图10A的HTR系统；
图11A说明了本发明的装有HTR装置并在第一周期中工作的多效应蒸发系统的一个实施例；
图11B说明了在第二周期中工作的图11A的多效应蒸发系统；
图12A说明了一种与图11A中系统相似的多效应蒸发系统，且其使用了用以形成降膜式蒸发器的波纹金属壁且在第一周期中工作；
图12B说明了在第二周期中工作的图12A的多效应蒸发系统；
图13说明了本发明的一种自动阀系统；及
图13A说明了本发明的单阀。
优选实施例详述
本发明的加热升温系统(HTR系统)利用了一种能够进行周期性固化和熔化操作的加热升温介质(HTR介质)和一种或多种能够进行蒸发和冷凝操作的载热介质(HCM介质)。利用一HTR系统在低温热源吸收热量并将热量排放至一个高温散热装置。
图1说明了HTR系统的工艺步骤。在这一附图和其它附图中，相同的标号表示相同的构件。在该系统中，在多根导热性压力保持导管中所含的大量HTR介质需进行以下周期性操作：(a)第一步，在压力PHTR1和温度THTR1下熔化大部分HTR介质，[状态1-状态2]；(b)第二步，使介质压力从PHTR1改变至PHTR2，[状态2-状态3]；(c)第三步，在压力PHTR2和温度THTR2下固化大部分HTR介质，[状态3-状态4]；以及(d)第四步，使介质压力从PHTR2改变至PHTR1，[状态4-状态1]。
第一载热介质[HCM-1介质]从一低温热源接收热量，从而产生第一HCM介质蒸汽，即HCM-1介质蒸汽，该蒸汽通过在步骤1中使热量QL释放至HTR介质而被冷凝。第二载热介质[HCM-2介质]在步骤3中从HTR介质接收热量以形成HCM-2介质蒸汽，该蒸汽通过使热量QH排至高温下的散热装置而被冷凝。
图2说明了一种加热升温装置(HTR装置)的结构。其包括多根导热性压力保持导管2，大量的加热升温介质(HTR介质)3，一个集管4，以及一个用于对HTR介质进行加压和减压的缸体和活塞组件5。缸体和活塞组件的使用当然仅是用于对HTR介质进行加压的方法的一个例子。其它已知的方法对于本领域技术人员也是显而易见的。
图2A说明了与图2中加热升温装置相似的另一种加热升温装置，其不同之处在于：在每一根导管内设有一个用于增强热传导的肋片附件6。图2B说明了纵向肋片附件6的结构，图2C说明了含有肋片附件6的导管2的剖面图。
图3A说明了通过结合两个波纹材料片8而形成的多根连在一起的导管7组件的剖面图。相邻的导管由翼板9连接。图3B说明了与图3A相似的多导管7组件的剖面图，该多导管组件具有安装在每一根导管7内的肋片附件10，以增强热传导。
图4A说明了多导管组件或多管组件的剖面图，其中每一根导管7均与相邻的导管分离。图4B说明了与图4A相似的多导管组件的剖面图，该多导管组件具有安装在每一根导管内的肋片附件10，以增强热传导。
图5A显示了多孔金属块的一种剖面，所述多孔金属块具有多根导管12。图5B显示了与图5A相似的装置的剖面，该装置在每根导管内带有一肋片附件13。
应注意，HTR装置的壁，例如导管和集管(参见图2)以及块(参见图5A，5B)的壁的质量(MW)是影响HTR作业效率的主要因素。重要的是应使HTR装置的壁的质量(MW)与HTR介质质量的比值保持为较小值。仍参见图1，当在步骤2中加热HTR装置时，所述壁(未示出)从T1被加热至T2，从而吸收显热。因此，使一部分HTR介质固化以满足能量平衡关系。所以，剩余的要被固化的HTR介质的量较少，且在步骤3中释放的热量也较少。再参见图1，当在步骤4中冷却HTR装置时，所述壁从T2被冷却至T1，从而释放显热。因此，使一部分HTR介质熔化以满足能量平衡关系。所以，剩余的要被熔化的HTR介质的量较少，且在步骤1被吸收的热量也较少。所述的问题被称为“热惯性问题”。重要的是应注意：HTR装置的壁的质量与HTR介质质量的比值越大，“热惯性问题”就越严重，HTR装置的生产率就越低，从而HTR装置的效率就越低。
HTR装置结构所适用的材料包括铝，钢，铜，黄铜以及其它的金属材料和非金属材料，这些材料具有足够的热传导特性以允许从第一载热介质和从HTR装置至第二载热介质进行可接受的热传递，其包括经所述壁的热传递。
对于具有图4A和4B所示的多管组件的HTR装置来说，所述壁与HTR介质的质量比是最小的。在具有图3A和3B所示的连接壁的HTR装置中，所述壁与HTR介质的质量比是较大的。在由图5A和5B所示的多孔块制成的HTR装置中，所述壁与HTR介质的质量比最大。
因此，由于壁与HTR介质的质量比过大以致HTR作业效率较低，且由于其效率较低以致当被称为温度升高量的T2-T1较高时，其并不是非常有用的，因此，多孔块的使用通常是不太理想的。
图6A和6B显示了一种HTR系统，其包括一个加热升温区15，HTR区(Zone-1)，一个快速冷却区16(Zone-2)，以及一个直接接触冷凝区17(Zone-3)。图6A显示了使一种料液21快速蒸发以使其冷却且产生一种载热介质蒸汽V1(HCM-1蒸汽)。随后，使HCM-1介质蒸汽通过一个自动阀18(例如通过格栅和由薄膜制成的阀片制成)，使HCM-1介质蒸汽与HTR导管的外表面22接触以便在HTR装置中与HTR介质交换热量，从而在THTR1和PHTR1下熔化HTR介质。图6B显示了在压力PHTR2和温度THTR2下使大量载热介质与HTR装置接触，从而产生载热介质蒸汽V2(HCM-2蒸汽)并固化HTR介质。随后，使HCM-2介质蒸汽通过一个自动阀19(自动阀例如仍通过格栅和由薄膜制成的阀片制成)，并使其与在Zone-3中导引的流体24直接接触以接触HCM-2蒸汽并加热所述流体。这一系统适用于为空调以及其它工业冷却作业制造冷却水。
图7A和7B显示了另一种HTR系统，其包括一个HTR区15(Zone-1)，HCM-1蒸汽发生区16(Zone-2A)和热源区26(Zone-2B)，一个HCM-2蒸汽冷凝区17(Zone-3A)，以及一个散热区17(Zone-3B)。图7A说明：以可进行热量交换的关系使一种HCM介质与Zone-2B中的一个热源接触以在Zone-2A中产生HCM-1蒸汽V1。冷凝HCM-1蒸汽并在Zone-1中、在THTR1和PHTR1下熔化HTR介质。图7B显示了使大量HCM-2作用于HTR装置的导管的外表面23上，且使其蒸发以形成HCM-2蒸汽V2并在THTR2和PHTR2下固化HTR介质。随后，使HCM-2蒸汽通过第二阀19并通过将热量释放至Zone-3B中的一个散热装置27而使HCM-2蒸汽在Zone-3A中冷凝。
图8A和8B说明了一种用于真空冷冻作业的HTR系统。该系统适用于海水淡化，工业溶液浓缩，废水浓缩以及水溶液和非水溶液混合物的结晶。该系统包括一个HTR区29(Zone-1)，一个真空冷冻区30(Zone-2)，一个晶体熔化区34(Zone-3)以及一个晶体清洗区23(Zone-4)。
以海水淡化为例说明在该系统中进行的工艺步骤。参见图8A，使海水进料经过脱气和热交换作业且使其在Zone-2中被快速蒸发以形成被表示为HCM-1蒸汽V1的第一低压水蒸汽以及大量的冰晶体35。HCM-1蒸汽的压力为3.5乇左右，其低于水的三相点压力(4.58乇)。大部分冰晶体和浓缩的母液形成了须经晶体清洗区23(Zone-4)处理的浆状液流且将净化的冰导引至Zone-3。使低压水蒸汽V1(HCM-1蒸汽)与在压力PHTR1和温度THTR1下的HTR装置接触。使水蒸汽凝结以在HTR装置的外表面形成大量的凝结物(冰)36，且使HTR介质熔化。参见图8B，随后，使HTR装置处于压力PHTR2和温度THTR2之下，从而以高于水的三相点压力的5乇左右的压力产生第二水蒸汽V2(HCM-2蒸汽)。使第二水蒸汽V2与Zone-3中的冰接触，从而同时熔化冰并将第二水蒸汽V2冷凝为输出液流39。第二水蒸汽V2的冷凝物和冰的熔化物39构成净化的成品水。
在图9A和9B中所示的系统与图8A和8B中所示的系统相似且在该系统中进行的操作也相似。在这一系统中，使HCM-2蒸汽与区域3中的净化晶体进行间接接触热交换。熔化的流体以液流47排出。
由图10A和10B所示的系统适用于水溶液和非水溶液混合物的真空结晶。在这一系统中，所形成的HCM-2蒸汽通过区域3中的冷却介质被冷凝，且所形成的晶体不会由HCM-2蒸汽熔化。这一系统特别适用于冰块的制造，从而能够压缩在区域2中制造的较小的冰而形成冰块。这一系统还非常适用于进行美国专利Nos.4218893，4433558，4451273以及4578093中披露的蒸馏冷冻工艺，其中，这些美国专利全部可在本申请中参考使用。
图11A和11B说明了一种多效应蒸发系统，该系统包括在主处理区域Z-1中的第一多效应蒸发器，Z-1A，第二多效应蒸发器，Z-1B，在该系统第一端处的Z-2A中的第一HTR装置61以及Z-2B中的第二HTR装置62，在该系统第二端处的Z-3A中的第三HTR装置63以及Z-3B中的第四HTR装置64。周期性地操作HTR装置，并近似连续地操作多效应蒸发器。
作为一个例子，第一多效应蒸发器Z-1A包括被串联连接在一起的九个蒸发器69-77(区域ZE-1至ZE-9)，它们的工作压力沿从左端ZE-1朝右端ZE-9的方向逐次降低。第二多效应蒸发器Z-1B包括被串联连接在一起的九个蒸发器78-86(区域ZE`-1至ZE`-9)，它们的工作压力沿从右端ZE`-1朝左端ZE`-9的方向逐次降低。应容易理解：可使用的效应区的数目可多于或少于9，实际的数量可根据如工作条件和经济性这样的参数来选择。
四个HTR装置中的每一HTR装置均被周期性地操作且交替地起到蒸发器和冷凝器的作用。以协调的方式操作四个HTR装置。当在每一端处的两个HTR装置中的一个HTR装置起到蒸发器的作用时，另一个HTR装置便起到冷凝器的作用。如图11A所示，在Z-2A和Z-3B中的HTR装置起到两个蒸汽发生器的作用，而在Z-2B和Z-3A中的HTR装置则起到两个冷凝器的作用。
将所产生的蒸汽液流用作对两个ZE-1区域和ZE`-1区域的液流供给，从而起动多效应蒸发器的操作。离开最后效应区ZE-9区域和ZE｀-9的蒸汽流在作为冷凝器的两个HTR装置中被冷凝，图11B说明了在另半个循环中的相同系统，其中，在Z-2B和Z-3A中的HTR装置为蒸汽发生器，而在Z-2A和Z-3B中的HTR装置为冷凝器。
图12A和12B说明了与通过图11A和11B所示系统相同的多效应蒸发器系统。在这一系统中，使用了波形金属壁96，97以形成降膜式蒸发器89-95和98-104。
图13说明了一种自动阀系统，该系统在无需任何机械启动装置或任何电开关的情况下提供了从一个腔室至另一个腔室的蒸汽通道。所述自动阀系统由一个用作结构支承的网105以及一个用于两个腔室的格栅107构成，所述格栅带有被固定在所述格栅107上的阀片106(由薄膜构成)。具有固定薄膜的格栅在两个腔室之间起到了分隔件的作用。在一个腔室的压力高于另一个腔室的压力时，薄膜阀片106对于压力是敏感的，所述阀片将会自动开启，从而允许蒸汽从高压第一腔室流至低压第二腔室。当第二腔室的压力开始高于第一腔室的压力时，所述阀片自动关闭。
图13A说明了一个由薄膜阀片构成的单阀，所述薄膜阀片被固定至位于其顶部上的一个固定器上。
热量很自然会从高温热源流至低温散热装置。本发明披露了一种方法和设备，其具有适当的能量输入以实现与自然情况正好相反的效果。理论上，对于单位温度的升高所提高的规定热量(HTR介质的潜热)来说，对HTR的输入功(所施加的压力乘以HTR介质的体积变量)与绝对温度成反比。这一关系可由克劳修斯-克拉珀龙公式(Journal ofChemical Physics，第25卷，NO.3)导出，且可采用这样的公式：{PΔV/ΔHΔT}＝1/T，其表示了升温器的法则。本发明就是根据所施加压力改变时熔点改变的原理作出的。
适用于HTR介质的化合物通常有两种：种类A物质最为常用，对于这种物质而言，当施加在介质上的压力升高时，其熔点也升高。因此，所述介质将在低温和低压下吸收热量；而当所施加的压力升高时，介质的熔点也升高，从而允许其释放出热量并在高温下固化。对于如水这样的种类B物质而言，当所施加的压力升高时，其熔化温度则会降低。当施加在冰上的压力升高时，其熔点会降低，从而允许冰在低于0℃的温度下吸收热量而熔化并在释放压力时，在0℃再次固化。尽管如此，通过使介质受到压力变化的影响能够使这两种物质用于在低温下吸收热量并在高温下释放热量。因此，在熔点上具有适当变化的任意介质均可被用作加热升温介质。适当的加热升温介质包括这样的化合物，这些化合物具有例如在化学和物理手册中所述的在-30℃和100℃之间变化的熔点，该手册可在本申请中参考使用。任何合成的混合物必须具有范围在30℃和100℃之间的低共熔点，也可以将一种混合物用作HTR介质。下面对附图作更详细地说明。
在图1的系统中，使在多根导热性压力保持导管中所含的大量HTR介质接受周期性处理：(a)第一步，在压力PHTR1和温度THTR1下熔化大部分HTR介质，[状态1-状态2]；(b)第二步，使介质压力从PHTR1改变至PHTR2，[状态2-状态3]；(c)第三步，在压力PHTR2和温度THTR2下固化大部分HTR介质，[状态3-状态4]；以及(d)第四步，使介质压力从PHTR2改变至PHTR1，[状态4-状态1]。第一载热介质[HCM-1介质]从一低温热源接收热量，从而产生第一HCM介质蒸汽，即HCM-1介质蒸汽，该蒸汽通过在步骤1中使热量QL释放至HTR介质而被冷凝。第二载热介质[HCM-2介质]在步骤3中从HTR介质接收热量以形成HCM-2介质蒸汽，该蒸汽通过使热量QH排至较高温度下的散热装置而被冷凝。
仍参见图1，在状态1的固态和液态中HTR介质的质量分别也由(ms)HTR，1和(mL)HTR，1表示；在状态2的固态和液态中HTR介质的质量分别也由(ms)HTR，2和(mL)HTR，2表示；在状态3的固态和液态中HTR介质的质量分别也由(ms)HTR，3和(mL)HTR，3表示；在状态4的固态和液态中HTR介质的质量分别也由(mS)HTR，4和(mL)HTR，4表示。随后，在低温热源QL吸收的热量由以下公式给出：QL＝{(mL)HTR，2-(mL)HTR，1}xλm，其中，λm为HTR介质熔化的潜热。还可得知：提供给高温散热装置热量QH负值由以下公式给出：-QH＝{(ms)HTR，4-(ms)HTR，3}xλm。当HTR装置的温度从THTR，4变化至THTR，1时，HTR装置释放出显热。因此，一部分HTR介质熔化以满足能量平衡关系。所以，(mL)HTR，1大于(mL)HTR，4。这样使可以从低温热源提取的热量较小。同样，当HTR装置的温度从THTR，2变化至THTR，3时，HTR装置吸收显热。因此，一部分HTR介质固化以满足能量平衡关系。所以，(ms)HTR，3大于(ms)HTR，2。这样使可供应至高温散热装置的热量较小。在热量传输量中的损失被称为“热惯性问题”。其表明在HTR导管的质量增大时，热惯性问题就越发严重，而温度升高越大，{THTR，2-THTR，1}就越大，热惯性问题就越严重。
附图还表明，HCM-1和HCM-2介质可采用相同的物质。在这种情况下，可以将在低温冷凝操作中获得的HCM-1冷凝物作为HCM-2介质并使其经受高温蒸发操作，也可以将在高温冷凝操作中形成的HCM-2冷凝物作为HCM-1介质并使其经受低温蒸发操作。
图2说明了加热升温装置(HTR装置)1的结构。其包括多根具有导热性且能保持压力的管2，大量的加热升温介质3，一个集管4，以及一个用于对HTR介质进行加压和减压的缸体和活塞组件5。该加压装置可以仅是一活塞，或可以是任意其它类型的加压装置。
通过改变施加于加热升温装置上的压力，加热升温介质(HTR介质)3能够在低温下吸收热量并在高温下释放热量。通过使用类型A的物质作为加热升温介质对本发明进行了说明。HTR在低压下熔化并以HTR介质的潜热形式存储热量。当增大所施加的压力时，HTR介质的熔点升高。在高压下，在高温下释放HTR介质的潜热，且HTR介质将再次固化。因此，通过改变所施加的压力，HTR将允许HTR介质进行从低温至高温的升温的分批处理。通过升温器的导管的热传递速度越快，HTR介质吸收并释放其潜热也就越快。因此，压力变化必须更快地发生。所以，在单位时间内，HTR导管的单位长度上产生的加热温度量将较大。可以在导管内侧安装一系列肋片以提高HTR介质内的热传递速度。图2A描述了一种与图2相似的HTR装置，其不同之处在于在导管中安装了一系列的纵向肋片6。图2B描述了一种纵向肋片的结构。图2C描述了具有安装在其内的纵向肋片的导管的局部剖面图。
加热升温器的导管由一种具有导热性且能保持压力的材料制成。可以通过不同方式制造用于构成HTR装置的导管。
图3A说明了通过使波纹板8结合在一起所形成的一系列导管7。相邻的导管由翼板9连接。图3B说明了与图3A中导管相似的具有连接翼板的一系列导管，其不同之处在于在导管内安装有纵向肋片。
图4A说明了一系列导管7，这些导管具有大致均匀的壁厚8，且在两根相邻的导管之间不具有任何连接壁的情况下，所述导管是各自分离的。
图5A说明了一种具有导管的多孔金属块，这些导管不具有大致均匀的厚度。图5B显示了一种相似的结构，其在导管中具有肋片。
在HTR的高压操作期间，当压力增大时，HTR介质的熔点将会升高，从而允许HTR介质在高温下释放热量。同时，HTR中导管的外壁也会通过吸收由HTR介质释放的热量而提高其温度。在从HTR释放压力之后，HTR的压力将会降低且HTR介质的熔点将会降低，从而允许HTR介质在低温下吸收热量，同时HTR中导管的外壁将会通过释放热量而降低温度。HTR在从低温热源至高温散热装置的提高HCM介质加热温度中的效率取决于HTR分批处理所升高的HTR介质的潜热量减去由导管外壁所使用的显热量。因此，由导管外壁使用的显热越小，HTR在升高温度中将会越有效。所以，将具有较少显热滞留量的材料用于构成HTR，将会损失较少的显热，从而提高HTR的效率。
因此，在以上提到类型的导管中，由于一系列具有较均匀壁厚的导管会使单位导管容积的显热损失达到最小，所以，一系列具有较均匀壁厚的导管最好在多孔块导管的上方以便构成HTR。多孔块导管所使用的材料量过大，则会造成导管单位容积上过大的显热损失；因此，其是不理想的且可适用于HTR以提高HTR中的加热温度。另一方面，一系列具有较均匀壁厚的导管在导管壁中所用的材料量相对较小，其能够减小由于导管单位容积的显热量所造成的效率损失。
通过HTR中高压和低压之间的交换，HCM介质蒸汽的温度将会升高；从而HCM介质蒸汽将会在允许其潜热经导管壁输送至HTR介质中的HTR上冷凝并允许潜热使HTR介质液化。HTR的压力升高时，HTR介质的熔点将会升高且HTR介质将其潜热在高温下排出HTR并返回HCM介质。HTR的热提高能力取决于在高压和低压之间HTR压力交换的速度。HTR在高压和低压间的交换取决于HCM介质的热量传入HTR介质内的速度或HTR介质的热量排出返回到HCM介质中的速度。
在冷凝HCM-1蒸汽中的热传递阻力较低且通过导管壁的热传递阻力较低。主要的热传递阻力存在于通过其自身的HTR介质的热传递中。
HCM介质的冷凝速度非常快，且通过导管壁的热传递速度也非常快，但是在金属管内部的HTR介质的热传递速度却非常慢。因此，HTR在高压和低压之间的交换速度取决于HTR内部介质的热传递速度。所以，为了增大导管中HTR介质的热传递阻力的速度，必须在HTR导管内安装一系列肋片。可采用多种肋片，如纵向径向肋片以及在肋片上具有孔的纵向径向肋片。可采用多种方法和材料来形成这些导热肋片。例如，如图2B所示，可以以锯齿形状折叠一个薄金属片并随后使其形成圆形以构成一个纵向径向肋片。本领域技术人员能够容易地从多种已知的结构中选择出一种肋片结构。由于径向肋片是沿管的径向传递热量的，因此，所述肋片将会大大提高HTR内部介质的热传递速度。肋片的安装将会大大减小HTR的热传递阻力并允许增大HTR的压力变换速度，从而提高HTR的热升高能力。
加热升温器(HTR)最好一种固定式装置，其仅作为一种用以提高HTR介质的潜热温度的提升装置。其自身不具有从低温热源向高温散热装置的热传递能力。因此，需要一种或两种载热介质(HCM介质)来协助从低温热源向高温散热装置传递热量。可以使用任意在理想操作温度下具有适当蒸汽压力的化合物作为载热介质。
在具有热源的区域中的HCM-1介质或直接接触或通过一个热交换器从热源吸收热量并使其自身蒸发以成为HCM-1蒸汽。HCM-1介质蒸汽流至设有HTR的区域并在HTR的表面上冷凝。当HCM-1介质蒸汽在HTR的表面上冷凝时，HTR介质固体熔化且由HTR介质吸收的热量被存储作为HTR介质的潜热。在熔化HTR介质后，在HTR介质上施加高压以使HTR介质的熔点提升至一个较高温度。同时，所施加的高压将会同样使熔化的潜热提升至高温。随后，HTR介质将热量释放至HCM-2介质，并且HCM-2介质在高温下蒸发。HCM-2介质蒸汽进入高温散热装置区域，在该区域中，HCM-2蒸汽通过直接或间接热交换将热量释放至高温散热装置。本发明的整个工艺包括使HTR装置内的HTR介质接受提升加热温度的分批处理；且使HCM介质蒸发，冷凝，进行热量的吸收和释放。HCM介质能够实现将热量从低温热源传递至高温散热装置的功能。因此，加热升温系统包括一个加热升温器，一种加热升温介质以及一种或两种载热介质。
由于通过HTR提高加热温度的处理为分批处理，因此，限制了由每一批所升高的HTR介质的潜热量。所以，当由一个工序产生的潜热量不足以弥补导管外壁的显热损失时，可以使用多组HTR系统以使所述工序逐步提升至理想的温度。
根据不同的类型的热源，存在不同的操作方法。这些方法包括：
当不允许热源和HCM介质直接接触时，可使用一个热交换器进行热传递。例如，在一种空调操作中，将水用作HCM-1，将室内空气作为热源，从而产生间接热交换。
当热源和HCM介质可产生直接接触时，HCM介质直接从低温热源吸收热量，且HCM-2介质冷凝并将热量释放至高温散热装置。例如，可使用非溶水性物质作为HCM介质以从一种水溶液中提取热量。
被处理的材料可提供一种HCM介质并可起到热源的作用。例如，在快速蒸发一种水溶液时，一部分水成为HCM-1而剩余的部分则起到热源的作用。
放热化学反应会产生用于蒸发载热介质以形成HCM介质蒸汽的热量。
一种HTR装置如图2所示，其中，加热升温装置1设有多根具有导热性且能保持压力的导管2，一种填充在导管2内部的加热升温介质3，一个集管4以及一个加压装置5。
为了提高热传递速度，如图2A所示，可以在每一根具有导热性且能保持压力的导管2内部均安装一个纵向径向肋片6。
由图3A，4A和5A所示的系统说明了在图2的剖面AA处所示的剖面图，而图3B，4B和5B说明了在图2A的剖面AA处所示的剖面图。
图3A说明了多根连接在一起的导管的剖面图，这些导管含有HTR介质7并具有带有压力保持壁8的导热性导管以及在相邻导管之间的连接壁9。图3B说明了多根连接在一起的导管的剖面图，这些导管含有HTR介质7并具有带有压力保持壁8的导热性导管和相邻导管之间的连接壁9，以及安装在导管内部的导热肋片10。图4A说明了含有HTR介质7和封闭每一根导管的导热性压力保持壁8的多管组件的剖面图。其表明在两根相邻的导管之间没有连接壁。图4B说明了含有HTR介质7和封闭每一根管的导热性压力保持壁8的多管组件的剖面图，其显示了在两根相邻的管之间没有连接壁以及安装在管内部的导热肋片10。图5A说明了含有多根导管11的多孔导热块的剖面图，其中，所述导管含有HTR介质12。图5B说明了含有多根导管11的多孔导热块的剖面图，其中，所述导管含有HTR介质12和一个安装在导管内部的导热肋片13。
由图6A和6B所示的系统为一种蒸汽压力升高系统。其包括一个蒸汽压力升高区域Z-1 15，一个低压第一蒸汽发生区域Z-2 16，高压蒸汽冷凝区域Z-3 17，以及一个从区域Z-2连接至Z-1的阀18和一个从区域Z-1连接至Z-3的阀19。图6A说明了在区域2中产生第一蒸汽，即HCM-1蒸汽的第一步。在第一压力下调节HTR介质的压力，其中HTR介质的熔化温度低于第一蒸汽，即HCM-1蒸汽的的冷凝温度，从而会冷凝第一蒸汽，即HCM-1蒸汽并熔化HTR导管内部的HTR介质。一旦启动压力改变装置，便能够控制变换温度，以便在区域2中产生的第一蒸汽，即HCM蒸汽通过一自动阀18(其由一个格栅和被固定至格栅上的薄膜制成的阀片构成)进入，将热量从第一蒸汽，HCM蒸汽传递至HTR介质，从而使HCM-1蒸汽冷凝为固态或液态形式并熔化HTR介质。
图6B说明了一旦通过启动HTR加压装置而对介质施加压力，并在HTR导管外侧施加HCM-2液体，热量便会从HTR介质传递至HCM-2液体，从而固化HTR介质并蒸发HCM-2液体，由此形成高压蒸汽，即HCM-2蒸汽。HCM-2蒸汽通过另一个自动阀19从区域1流至区域3，从而在区域3内部冷凝。
由图7A和7B所示的系统与图6A和6B所示的系统相似，且具有两个附加区域；一个低温热源区域和一个高温散热装置区域。图7A和7B说明了一种用于空调或制造冷却水的系统。其包括蒸汽压力升高区域Z-1，第一蒸汽发生区域Z-2A，第二蒸汽冷凝区域Z-3A，含有低温热交换线圈26的低温热源区域Z-2B以及含有高温热交换线圈27的高温散热装置区域Z-3B。将空气或水导入区域Z-2B内以与所述处理液体HCM介质进行热交换，从而形成第一HCM1蒸汽。第一HCM1蒸汽进入区域Z-1，在其中与HTR介质进行热交换而冷凝并熔化HTR介质。参见图7B，调节压力以提高HTR介质的固化温度并在热传递导管外侧施加处理液体。因此，热量从HTR介质被传递至处理液体，从而固化HTR介质并产生第二HCM-2蒸汽。第二HCM-2蒸汽进入区域Z-3A并使空气在区域Z-3B循环。使第二HCM-2蒸汽在区域Z-3B中与空气或水进行热交换以冷凝并由外侧空气或冷水除去热量。
由图8A和8B所示的系统与图6A和6B所示的系统相似。在这一系统中，进行同步蒸发和冷冻操作以产生HCM-1蒸汽和大量固态处理物质。图8A和8B说明了一种用于提供纯水的系统。该系统包括蒸汽压力升高区域Z-1，第一蒸汽发生区域Z-2，第二蒸汽冷凝区域Z-3以及一晶体清洗区域Z-4。将处理物质32送入区域Z-2内以产生第一HCM1蒸汽并同时固化。与母液一起在区域Z-2中产生的固体被送至区域Z-4以便进行晶体清洗。在区域Z-2中产生的第一HCM1蒸汽进入区域Z-1，与其中冷凝的HTR介质进行热交换并熔化HTR介质。图8B说明了调节压力以提高HTR介质的固化温度并在热传递导管外侧施加处理液体。因此，热量从HTR介质被传递至处理液体，并固化HTR介质，从而产生第二HCM-2蒸汽。随后，被清洗的晶体33从区域Z-4被送至区域Z-3以允许第二HCM-2蒸汽冷凝，从而熔化并产生纯水39。
在图9A和9B所示的系统与图8A和8B所示的系统相似，在这一系统中进行的操作也是相似的。在该系统中，使HCM-2蒸汽在区域3中与被净化的晶体进行间接接触热交换。
由图10A和10B所示的系统适用于水溶液和非水溶液混合物的真空结晶。在这一系统中，所形成的HCM-2蒸汽在区域3中由冷却介质冷凝，且所形成的晶体不会由HCM-2蒸汽熔化。这一系统特别适用于制造冰块，从而在区域2中制成的较小冰块能够被压制成一个冰块。该系统还非常适用于进行蒸馏冷冻工艺，该工艺由Chen-Yen Cheng和Sing-Wang Cheng发明且在美国专利Nos.4218893，4433558，4451273和4578093中被披露。
图11A和11B说明了一种多效应蒸发系统，该系统包括在主处理区域Z-1中的第一多效应蒸发器，Z-1A，第二多效应蒸发器，Z-1B，在该系统第一端的Z-2A中的第一HTR装置61和在Z-2B中的第二HTR装置62，以及在该系统第二端的Z-3A中的第三HTR装置63和在Z-3B中的第四HTR装置64。周期性操作HTR装置并几乎同步操作所述多效应蒸发器。
第一多效应蒸发器Z-1A包括例如串联连接的九个蒸发器ZE-1至ZE-9，69至77，它们具有沿从左端ZE-1朝右端ZE-9的方向连续降低的操作压力。第二多效应蒸发器Z-1B包括串联连接的九个蒸发器ZE`-1至ZE`-9，78至86，它们具有沿从左端ZE｀-1朝右端ZE｀-9的方向连续降低的操作压力。
四个HTR装置各被周期性地操作并交替起到蒸发器和冷凝器的作用。以协调方式操作这四个HTR装置。当在每一端的一个或两个HTR装置起到一个蒸发器的作用时，另一个装置起到一个冷凝器的作用。如图11A和11B所示，在Z-2A 61和Z-3B 64中的HTR装置起到了两个蒸汽发生器的作用而在Z-2B 62和Z-3A 63中的HTR装置起到两个冷凝器的作用。
所产生的蒸汽流作为对ZE-1区域和ZE`-1区域的流体供料，从而启动多效应蒸发器操作。离开最后效应ZE-9至ZE`-9的蒸汽在起到冷凝器作用的两个HTR装置中被冷凝。图11B说明了在另半个周期中的同一系统，其中，在Z-2B和Z-3A中的HTR装置成为蒸汽发生器且在Z-2A和Z-3B中的HTR装置成为冷凝器。
图12A和12B说明了一种与由图11A和11B所示系统相似的多效应蒸发器系统。在该系统中，利用波纹状金属壁形成降膜式蒸发器。该系统的操作与结合图11A和11B所述的操作相似。
图13说明了一种自动阀系统，该系统在无需任何机械装置或任何电动开关的情况下，能够提供从一个腔室至另一个腔室的蒸汽通道。所述阀系统由一个用作结构支承的网105以及一个用于两个腔室的分隔装置构成，所述分隔装置带有被固定在其上的阀片106(由薄膜构成)。具有被固定的薄膜106的这些分隔装置成为在两个腔室之间的分隔装置。薄膜式阀片106对于压力是敏感的，其中，当一个腔室的压力高于另一个腔室时，所述阀片将自动开启，从而允许蒸汽从高压第一腔室流至低压第二腔室。当第二腔室的压力开始高于第一腔室的压力时，其会自动关闭。
图13A说明了一种由薄膜106制成的一个孔口，所述薄膜在孔口的顶部被固定在一个夹持器107上。
本发明的原理具有广范围的用途，如空调，水净化，蒸馏冷冻，冰的制造，废水处理，淡化，在室温或高温下的蒸馏操作，或有机化学制品的净化和分离，以及要求利用从低温热源至高温散热装置提高加热温度的其它领域。
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权利要求书
(按照条约第19条的修改)第1页
1.一种使热量从热源传递至散热装置的方法，其中散热装置的温度高于所述热源温度，该方法包括以下步骤：
(a)在载热介质和热源之间、通过直接或间接接触法形成载热介质的蒸汽；
(b)将热量从载热介质蒸汽传递至在所述导管内所含的加热升温介质；由此所述导管应由一种以下类型的组件制成：(1)一根管，(2)一多管组件，或(3)多个连接在一起的导管；或具有导热肋片的导管，所述导热肋片设置在一个以下类型的组件内：(1)一根管，(2)一多管组件，(3)多个连接在一起的导管，或(4)一个多孔块；
(c)将施加至所述加热升温介质的压力从所述第一压力改变为第二压力；
(d)通过熔化的潜热将热量从所述加热升温介质传递至第二载热介质以形成第二载热介质蒸汽；由此，第二载热介质的温度高于第一载热介质的温度；
(e)将第二载热介质蒸汽的潜热传送至一散热装置，由此散热装置的温度高于所述热源的温度。
2.一种使热量从热源传递至散热装置的方法，其中散热装置的温度高于所述热源温度，该方法包括以下步骤：
(a)在载热介质和热源之间、通过直接或间接接触法形成载热介质的蒸汽，由此热交换的温度高于热源材料的熔点；
(b)将热量从载热介质蒸汽传递至在导管组件内所含的加热升温介质，由此所述导管应由一种以下类型的组件制成：(1)一根管，(2)一多管组件，(3)多个连接在一起的导管或(4)一个多孔块；或具有导热肋片的导管，所述导热肋片设置在一个以下类型的组件内：(1)一根管，(2)一多管组件，(3)多个连接在一起的导管，或(4)一个多孔块；
(c)将施加至所述加热升温介质的压力从所述第一压力改变为第二压力；
(d)通过熔化的潜热将热量从所述加热升温介质传递至第二载热介质以形成第二载热介质蒸汽；由此，第二载热介质的温度高于第一载热介质的温度；
(e)将第二载热介质蒸汽的潜热传送至散热装置，由此，散热装置的温度高于所述热源的温度。
3.一种使热量从热源传递至散热装置的方法，其中散热装置的温度高于所述热源温度，该方法包括以下步骤：
(a)在载热介质和热源之间、通过直接或间接接触法形成载热介质的蒸汽；
(b)将热量从载热介质蒸汽传递至在导管组件内所含的加热升温介质，由此所述导管应由一种以下类型的组件制成：(1)一根管，(2)一多管组件，(3)多个连接在一起的导管或(4)一个多孔块；或具有导热肋片的导管，所述导热肋片设置在一个以下类型的组件内：(1)一根管，(2)一个多管组件，(3)多个连接在一起的导管，或(4)一个多孔块；
(c)将施加至所述加热升温介质的压力从所述第一压力改变为第二压力；
(d)通过熔化的潜热将热量从所述加热升温介质传递至第二载热介质以形成第二载热介质蒸汽；由此，第二载热介质的温度高于第一载热介质的温度；
(e)将第二载热介质蒸汽的潜热传送至散热装置，散热装置的温度高于所述热源的温度；由此，散热装置的温度高于散热装置材料的熔点。
4.一种用于净化处理物质的方法，其包括以下步骤：
(a)在载热介质和热源之间、通过直接或间接接触法形成载热介质蒸汽和处理供料的固态物质；
(b)将从水或化学供料固化产生的部分固态处理物质送至清洗或分离工序，以便分离母液和固态物质；由此所述工序或通过清洗或通过排水法进行；
(c)借助于通过一个阀装置的第一载热介质的蒸汽、将热量从一热源递至导管，由此所述导管应由一种以下类型的组件制成：(1)一根管，(2)一多管组件，(3)多根连接在一起的导管，或(4)多孔块或具有导热肋片的导管，所述导热肋片设置在一个以下类型的组件内：(1)一根管，(2)一多管组件，(3)多根连接在一起的导管组件，或(4)多孔块；
(d)将热量进一步输送至导管内部的加热升温介质，由此使加热升温介质进行从固体至液体的相变；
(e)将施加至所述加热升温介质的压力从所述第一压力改变为第二压力；
(f)通过熔化的潜热，将热量从导管外的所述加热升温介质传递至第二载热介质，由此第二载热介质至少部分蒸发，同时加热升温介质至少局部固化；
(g)第二载热介质蒸汽通过另一阀装置以将第二载热介质蒸汽的潜热传递至散热装置，由此，散热装置的温度高于所述热源的温度；
(h)使从清洗区域得到的被清洗的固体与第二载热介质形成直接或间接接触，从而同步冷凝第二载热介质并熔化固态处理物质。
5.根据权利要求1，2，3或4所述的方法，其中，所述通过第一载热介质将热量从一热源传递至在一组件内所含的加热升温介质的步骤包括使流至加热升温介质的第一载热介质进行从蒸汽至液体或固体的部分或全部相变，且所述加热升温介质进行从固体至液体的部分或全部相变；以及
通过熔化的潜热、将热量从所述加热升温介质传递至一散热装置的步骤包括将足够的热量从所述加热升温介质传递至所述第二载热介质，以便所述第二载热介质至少部分蒸发且所述加热升温介质至少部分固化。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，通过以下一种方法至少部分蒸发第一载热介质：(a)在载热介质和一热源之间的间接接触热交换，(b)载热介质的快速蒸发从而产生载热介质的冷却液体，或(c)通过利用由多效应蒸发器的最后效应产生的蒸汽作为第一载热介质蒸汽。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，通过以下一种方法至少部分蒸发第一载热介质：(a)在载热介质和一热源之间的间接接触热交换，(b)载热介质的快速蒸发从而产生载热介质的冷却液体，(c)进行同步蒸发和冷冻操作，从而由化学供料制出大量固态处理物质或(d)通过利用由多效应蒸发器的最后效应产生的蒸汽作为第一载热介质蒸汽。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，将由水或化学供料固化产生的部分固态处理物质送至清洗并与第二载热介质形成热交换的关系，从而同步熔化固态处理物质并冷凝第二载热介质。
9.根据权利要求1，2，3或4所述的方法，其中，从有机或无机化学材料及其混合物组成的组中、或以纯净形式或以化合物形式选择出加热升温介质，其熔点范围在-30℃至100℃之间，且当从化合物的混合物中选择加热升温介质时，所述混合物具有范围在-30℃至100℃之间的低共熔点。
10.根据权利要求1，2，3或4所述的方法，其中，通过第一载热介质、将热量从一个热源传递至一散热装置的步骤包括用多组加热升温器以多个步骤提高载热介质的温度。
11.根据权利要求1，2或3所述的方法，其中，所述方法用于空调蒸馏冷冻，冰的制造，电缆水净化(cable water purification)，废水处理，淡化，在室温或高温下的蒸馏操作，有机化学制品的净化和分离，或用于要求利用从低温热源至高温散热装置提高加热温度的任何其它领域。
12.根据权利要求2所述的方法，其中，所述方法用于空调，电缆水净化(cable water purification)，废水处理，淡化，在室温或高温下的蒸馏操作，有机化学制品的净化和分离，或用于在热源温度高于热源材料熔点的情况下，要求从低温热源至高温散热装置提高温度的任何其它工艺。
13.根据权利要求2或3所述的方法，其中，为了将热量从热源传递至散热装置，其中散热装置的温度高于热源温度，该方法应包括以下步骤：
(a)在载热介质和热源之间、通过直接或间接接触法形成载热介质的蒸汽；
(b)借助通过一个阀装置的第一载热介质的蒸汽将热量从一热源传递至导管，由此导管应由一种以下类型的组件制成：(1)一根管，(2)一多管组件，或(3)多个连接在一起的导管组件；或(4)多孔块或具有导热肋片的导管，所述导热肋片设置在一个以下类型的组件内：(1)一根管，(2)一多管组件，(3)多个连接在一起的导管组件，或(4)一个多孔块；
(c)将热量进一步传递至导管内部的加热升温介质，由此，加热升温介质应进行从固体至液体的相变；
(e)将施加于所述加热升温介质的压力从所述第一压力改变为第二压力；
(f)通过熔化的潜热，将热量从导管之外的所述加热升温介质传递至第二载热介质，由此第二载热介质将至少部分蒸发同时加热升温介质将至少部分固化；
(g)第二载热介质蒸汽通过另一阀装置以将第二载热介质蒸汽的潜热传递至散热装置，散热装置的温度高于所述热源的温度。
14.根据权利要求4或13所述的方法，其中，所述阀装置为由作为结构支承的隔离屏或网和用于单向蒸汽通道的阀片制成的阀门。
15.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二蒸汽的热量至少部分释放至散热装置，由此，散热装置的材料为以下材料中的一种：(a)空气，(b)冷水，(c)盐水，(d)水蒸汽。
16.根据权利要求5所述的方法，其中，第一载热介质是从水，有机化学制品，或无机化学制品中选择的。
17.一种加热升温设备，其包括：
(a)使加热升温介质容纳在导管内；由此导管由以下一种组件制成：(1)一根管，(2)一多管组件，或(3)多个连接在一起的导管；具有导热肋片的导管，所述导热肋片设置在一个以下类型的组件内：(1)一根管，(2)一多管组件，(3)多个连接在一起的导管，或(4)一个多孔块；
(b)将一加压装置连接在导管上以形成加热升温器；
(c)加热升温器内部的压力在低压和高压之间波动；及
(d)加热升温介质在低温下吸收热量并在高温下释放热量。
18.一种用于将热量从热源传递至散热装置的设备，其中散热装置温度高于热源温度，其包括以下步骤：
(a)在载热介质和热源之间、通过直接或间接接触法形成载热介质的蒸汽，由此热交换的温度高于热源材料的熔点；
(b)将热量从载热介质蒸汽传递至在所述导管组件内所含的加热升温介质，由此所述导管应由一种以下类型的组件制成：(1)一根管，(2)一多管组件，(3)多个连接在一起的导管或(4)一个多孔块；或具有导热肋片的导管，所述导热肋片设置在一个以下类型的组件内：(1)一根管，(2)一多管组件，(3)多个连接在一起的导管，或(4)一个多孔块；
(c)将施加至所述加热升温介质的压力从所述第一压力改变为第二压力；
(d)通过熔化的潜热将热量从所述加热升温介质传递至第二载热介质以形成第二载热介质的蒸汽；由此，第二载热介质的温度高于第一载热介质的温度；
(e)将第二载热介质蒸汽的潜热传送至一散热装置，散热装置的温度高于所述热源温度。
19.一种用于将热量从热源传递至散热装置的设备，其中散热装置温度高于热源温度，其包括以下步骤：
(a)在载热介质和热源之间、通过直接或间接接触法形成载热介质的蒸汽；
(b)将热量从载热介质蒸汽传递至在导管组件内所含的加热升温介质，由此所述导管应由一种以下类型的组件制成：(1)一根管，(2)一多管组件，(3)多个连接在一起的导管或(4)一个多孔块；或具有导热肋片的导管，所述导热肋片设置在一个以下类型的组件内：(1)一根管，(2)一多管组件，(3)多个连接在一起的导管，或(4)一多孔块；
(c)将施加至所述加热升温介质的压力从所述第一压力改变为第二压力；
(d)通过熔化的潜热将热量从所述加热升温介质传递至第二载热介质以形成第二载热介质蒸汽；由此，第二载热介质的温度高于第一载热介质的温度；
(e)将第二载热介质蒸汽的潜热传送至一散热装置，散热装置的温度高于所述热源的温度；由此，散热装置的温度高于散热装置的材料的熔点。
20.一种用于净化处理物质的设备，其包括以下步骤：
(a)在载热介质和热源之间、通过直接或间接接触法形成载热介质蒸汽和处理供料的固态物质；
(b)将由水或化学供料固化产生的部分固态处理物质送至清洗或分离工序，以便分离母液和固态物质；由此所述工序或通过清洗或通过排水方法进行；
(c)借助于通过一个阀装置的载热介质蒸汽，将热量从一热源传递至导管，由此所述导管应由一种以下类型的组件制成：(1)一根管，(2)一多管组件，(3)多个连接在一起的导管组件，或(4)多孔块或或具有导热肋片的导管，所述导热肋片设置在一个以下类型的组件内：(1)一根管，(2)一多管组件，(3)多个连接在一起的导管组件，或(4)多孔块；
(d)将热量进一步输送至导管内部的加热升温介质，由此使加热升温介质进行从固体至液体的相变；
(e)将施加至所述加热升温介质的压力从所述第一压力改变为第二压力；
(f)通过熔化的潜热将热量从导管外的所述加热升温介质传递至第二载热介质，由此，第二载热介质至少部分蒸发，同时加热升温介质至少部分固化；
(g)第二载热介质蒸汽通过另一阀以将第二载热介质蒸汽的潜热传递至散热装置，散热装置的温度高于热源的温度；
(h)使由清洗区得到的被清洗的固体与第二载热介质直接或间接接触，从而同步冷凝第二载热介质并熔化固态处理物质。
21.用于蒸汽通道的阀装置，其包括多个用于单向蒸汽通道的阀门，其中，所述阀门还包括至少一个由用作结构支承的隔离屏或网制成的分隔装置和蒸汽通道，所述蒸汽通道具有固定至所述分隔装置上的薄膜阀片。
22.根据权利要求17，18，19或20所述的设备，其中，所述设备包括阀，这些阀用于提供在所述热源和所述加热升温器之间的第一载热介质的通道以及在所述加热升温器和所述散热装置之间的第二载热介质的通道。
23.根据权利要求21所述的设备，其中，所述阀由多个阀门构成，所述阀门包括至少一个由用于结构支承的隔离屏或网制成的分隔装置和蒸汽通道，所述蒸汽通道具有固定至所述分隔装置上的薄膜阀片。
24.根据权利要求22所述的设备，其中，由多个阀门构成的所述阀包括至少一个由用于结构支承的隔离屏或网构成的分隔装置和蒸汽通道，所述蒸汽通道具有被固定至所述分隔装置上的薄膜阀片。
25.根据权利要求17，18，19或20所述的设备，其中，所述导管与一可移动的活塞或其它加压装置形成流体连通，以便改变在所述加热升温介质上的流体静压。

Claims (23)

1.一种用于使热量从第一温度下的一个热源传递至高于第一温度的第二温度下的散热装置的方法，其包括以下步骤：
(a)在第一温度下、经第一载热介质将热量从一热源传送至一种加热升温介质，所述加热升温介质包括一种能够根据所作用的压力进行从液体至固体的可逆式相变的流体，所述热传递是在第一温度和压力下发生的；
(b)将被施加至所述加热温度升高介质的压力从所述第一压力改变至第二压力；
(c)借助一种第二载热介质，将热量通过熔化的潜热从所述加热升温介质传递至在高于所述热源中所述第一温度的第二温度下的一散热装置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将热量从一热源输送至一种加热升温介质的步骤包括将热量输送至一含有所述加热升温介质的组件，所述组件包括一多管组件，一多连接导管组件。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述组件包括位于导管或管内的导热性肋片。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述组件包括一多管组件，且所述改变被施加至所述加热升温介质上的压力的方法包括通过一个加压装置改变压力。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述通过第一载热介质从一热源传递热量的步骤包括传递足够的热量，以便第一载热介质能够进行从蒸汽至液体或从液体至固体的部分或全部相变，所述加热升温介质能够进行从固体至液体的部分或全部相变；以及
通过熔化潜热、将热量从所述加热升温介质传递至一散热装置的步骤包括将足够的热量从所述加热升温介质传递至所述第二载热介质，以便使所述第二载热介质至少部分蒸发且使所述加热升温介质至少部分固化。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述组件包括导管，且为了进行热传导，在所述导管中的至少一根导管中设置一个导热性肋片。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第二载热介质通过与含有加热升温介质的导管表面接触接收热量，从而冷凝加热升温介质。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第二载热介质为由液态第二载热介质在所述导管表面上蒸发产生的蒸汽，从而使加热升温介质冷凝。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括通过在所述载热介质和热源之间的一间接接触热交换，至少部分蒸发第一载热介质，由此，载热介质的快速蒸发会产生载热介质的冷却液体，从而同步的蒸发和冷冻操作会由化学供料或通过将从多效应蒸发器的最后效应产生的蒸汽用作第一载热介质蒸汽，而产生大量固态处理物质。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，使所述第二载热介质与至少部分由化学供料固化产生的固态处理物质形成热交换关系，从而同步熔化固态处理物质并冷凝第二载热介质。
11.根据权利要求2或3所述的方法，其中，从有机或无机化学材料及其混合物组成的组中，以纯净形式或化合物形式选择出加热升温介质，其熔点范围在-30℃至100℃之间，且当从化合物的混合物中选择加热升温介质时，所述混合物具有范围在30℃-100℃之间的低共熔点。
12.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一载热介质的操作温度在0℃以上。
13.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一载热介质是从有机化学材料组成的组中选出的。
14.根据权利要求2或3所述的方法，其中，通过第一载热介质、从一个热源传送热量的步骤包括通过多组加热升温器传递热量，从而在多个步骤中提高加热升温介质的温度。
15.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述方法被用于空调蒸馏冷冻，冰的制造，电缆水净化(cable water purification)，废水处理，淡化，在室温或高温下的蒸馏操作，有机化学制品的净化和分离，或被用于要求利用从低温热源至高温散热装置提高加热温度的任何其它领域。
16.一种设备，其用于使热量从第一温度下的一个热源传递至高于所述第一温度的第二温度下的第二散热装置，该设备包括：
在第一封闭件中所含的第一载热介质；加热升温介质，该介质容纳在一根管或一多管组件或多个连接在一起的导管组件中且与所述第一载热介质形成热传递接触以便从所述第一载热介质接收热量；第二载热介质，其与所述加热升温介质形成热传递接触以便将热量从所述加热升温介质传递至所述第二载热介质；以及一个加压装置，其与所述加热升温介质形成流体接触以便根据所述接收或传递的热量提高和降低施加至所述加热升温介质的流体静压。
17.根据权利要求14所述的设备，其中，所述设备包括用于在所述第一载热介质和所述加热升温介质之间以及在所述加热升温介质和所述第二载热介质之间形成接触的阀。
18.根据权利要求14所述的设备，其中，所述加热升温介质容纳在多根导管内。
19.根据权利要求16所述的设备，其中，所述导管与一可移动的活塞或其它加压装置形成流体连通，以便改变在所述加热升温介质上的流体静压。
20.根据权利要求16所述的设备，其还包括在每一所述导管中的导热肋片附件。
21.根据权利要求15所述的设备，其中，所述阀包括多个用于蒸汽单向通道的阀门。
22.根据权利要求19所述的设备，其中，所述多个阀门包括至少一个由用于结构支承的隔离屏或网制成的分隔装置和蒸汽通道，所述蒸汽通道具有固定至所述分隔装置上的薄膜阀片。
23.用于蒸汽通道的阀装置，其包括多个用作单向蒸汽通道的阀门，其中，所述阀门还包括至少一个由用于结构支承的隔离屏或网制成的分隔装置和蒸汽通道，所述蒸汽通道具有固定至所述分隔装置上的薄膜阀片。
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