CN201497249U - 溶解焓变制冷制热机 - Google Patents

Abstract

溶解焓变制冷制热机属于制冷与制热技术领域，是针对目前制冷制热机能耗大，造价高，结构复杂，运行维护及控制繁难，其中一些不能连续循环运行等缺陷而设计。该制冷制热机是运用运行工质在不同状态下的阻力不同来实现工质的单向流动，主要采用溶解吸热的化学品的溶液作为制冷制热工质，以热能产生的蒸汽压力为整个系统的驱动力来实现热量的传递和运输，从而达到制冷和制热的目的。整套系统构造简单，易于操控，安全环保。

Description

溶解焓变制冷制热机

所属技术领域

本实用新型涉及一种制冷制热机，特别是一种利用化学物质的溶解焓变来实现制冷与制热的溶解焓变制冷制热机，属于冷库、冰箱、空调制冷制热技术领域。

背景技术

现有的制冷制热技术有压缩式空调系统，吸收式及吸附式制冷系统，及利用化学物质溶解吸热的制冷系统，这些系统存在能耗大造价高，或者控制维护繁琐，系统复杂，体积庞大，或者缺乏连续循环性而使效率低等一系列问题。

发明内容

为节约能源，解决制冷制热机造价高，控制繁难，或不能连续循环而使效率低的问题，本实用新型提供一种制冷制热机，该机不仅结构简单，核心系统采用自身工质在不同状态下的阻力作为系统自身的控制阀，有效的利用热源来实现连续循环。

本实用新型主要采用溶解吸热且溶解度随温度升高的化学物质的溶液做为一种制冷制热的工质，同时也考虑采用溶解放热且溶解度随温度升高的化学物质的溶液做为制热工质。热能通过发生器输入系统来推动系统运转，通过结构和形状的设置和安排来实现晶体在控制部位的结晶和溶解，从而使工质基本向一个方向运动而实现热量的运输和传递，达到制冷和制热的目的。如果溶质不能结晶，则要求粘度系数随浓度升高而增加。注入发生器的热能可以取自太阳能，也可以取自工业废热，同时也可以来自其它形式，例如电能的转换和煤的燃烧等等。制冷制热工质的溶质可以采用溶解热大的化学品，例如硝酸钾，硝酸铵等，也可以采用溶解热小而温和的化学品，例如氯化钾等。制热工质的溶质可以采用氢氧化钠等。如果采用相对危险的化学品，例如硝酸铵，则可以依据具体的使用环境而适量的采用，同时设置安全装置，例如在发生器设置最高压力安全阀，从而不对环境和人造成实质性的危害，当然可以采用安全的化学品，例如水和氯化钾等，依据具体的使用情况和要求而定。系统排放自外界的热量，即冷凝器放出的热量可以用于加热生活热水，也可以转移至工农业生产需要的环节。发生器可以和太阳能集热器做成一个整体，例如在发生器顶直接设置平板集热器，也可以采用管道连接。如果成本允许，可以采取降低制冷制热机系统内的压力，抽真空的办法使溶剂(例如水)的沸点降低，从而使循环加速，这样也可以适应低温热源，例如低温的平板集热器。具体方案和原理结合实施例来说明。

本实用新型可以采用太阳能和废热，因而是节能的，同时对环境和人也是安全的，由于晶体的溶解和结晶是快速的过程，因而连续循环也是高效的，由于没有太多的额外控制阀和较难实现的控制条件，因而结构简单，造价低廉。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

说明书附图为示意图，描述了本实用新型一种实施例的基本构成及各部件之间的连接与组织。

图中1.发生器，2.储液罐，3.热交换器，4.吸热器，5.冷凝器，6.热能输入管，7.载冷管，8.连通管，9.半透膜组件，10.浓溶液管，11.稀溶液管，12.水蒸汽管。

具体实施方式

在附图中，发生器(1)通过连通管(8)与储液罐(2)相连通，同时发生器(1)与浓溶液管(10)及水蒸汽管(12)相连通，储液罐(2)与稀溶液管(11)相连通，浓溶液管(10)与稀溶液管(11)在热交换器(3)处互相纠结缠绕，从而实现热量的部分传递，水蒸汽管(12)通过冷凝器(5)连接半透膜组件(9)后和浓溶液管(10)及稀溶液管(11)一起连通于吸热器(4)，热能输入管(6)穿过发生器(1)输入热能，载冷管(7)穿过吸热器(4)带来热量。浓溶液管(10)与发生器(1)连接处的水平位置高于连通管(8)与发生器(1)连接处的水平位置，发生器(1)与储液罐(2)处于同一水平位置。整套系统外表面采用隔热层覆盖，除热量输出和输入的终端外。

首先从发生器(1)灌入一定温度的溶解吸热的化学品的饱和溶液，例如氯化钾水溶液，同时要求溶质溶解度随温度升高而增加和溶质能够结晶，为防止过饱和现象出现，建议不采用太纯的化学品。灌入的溶液充满连通的各管和容器，其中水蒸汽管(12)、发生器(1)、稀溶液管(11)、储液罐(2)除外。开始工作时，热能通过热能输入管(6)加热发生器(1)中的溶液，使得水分蒸发，水蒸汽通过水蒸汽管(12)从发生器(1)输出，同时发生器中的溶液浓缩而结晶，由于热量在细长的连通管(8)中不能有效传递，而使储液罐(2)与发生器(1)之间有温差，于是溶质在连通管(8)部和发生器(1)底部结晶，从而封闭了储液罐(2)与发生器(1)之间的连接，或者不完全封闭，总之阻碍了储液罐(2)与发生器(1)之间的流通。浓溶液从浓溶液管(10)受压进入吸热器(4)，在吸热器(4)中遇冷结晶，水蒸汽流经冷凝器(5)冷凝成水而通过半透膜组件(9)进入吸热器(4)溶解结晶而吸热，从而使稀溶液管(11)中的温度低于浓溶液管(10)，这两个管中的溶液在热交换器(3)处传递部分热量，而使浓溶液在热交换器(3)处结晶，从而封闭或部分封闭浓溶液管(10)中液体的流通，这样水蒸发产生的压力推动吸热器(4)中溶解的稀溶液从稀溶液管(11)流向储液罐(2)，当储液罐(2)中的溶液稀释到一定程度时溶解连通管(8)和发生器(1)底部中的部分结晶，随之稀溶液流入发生器(1)中，升温溶解部分晶体后流入浓溶液管(10)，在热交换器(3)处溶解部分结晶而使浓溶液流入吸热器(4)，这样完成了一次循环。即使连通管(8)处没有结晶，储液罐(2)与发生器(1)连通，由于稀溶液管(11)中没有自储液罐(2)中液体的回流，溶液仍然会流向储液罐(2)。循环达到平衡时，连通管(8)及吸热器(4)和浓溶液在热交换器(3)处的结晶不断溶解和重新结晶。这样热量不断从吸热器(4)带走，而在冷凝器(5)中放出。停止工作时，各管中的流体不再流动，系统内部溶液传热，溶质随之运动，各处溶液成了均匀的溶液，回到了起始状态。由于半透膜的存在，水蒸汽管(12)中始终是溶剂水或包含少量溶质，因而使用冷凝器(5)排放的热量是相对安全的。

将载冷管(7)中的流体引向需要制冷的地方，例如夏天的房间，通过散热器后吸收房间的热量，系统将热量带到冷凝器(5)处发散出去，于是实现了制冷，同时冷凝器(5)散出的热量也可加热生活用水，从而实现多用。将冷凝器(5)的热量通过管道装载的流体引向需要供热的地方，例如冬天的房间，通过散热器发散出去，同时将载冷管(7)中的流体引向户外的集热装置，从户外吸收热量，这样热量就从户外转移到室内了，于是实现了供热。这些都是可以通过阀和管道轻松实现的。

同时也可考虑使用溶解放热的化学品来制热。抽出系统内溶液，换上溶解放热的化学品的饱和溶液，同时要求溶质溶解度随温度升高而增加和溶质能够结晶。例如氢氧化钠溶液，这时要求半透膜有耐酸碱的能力。同样的原理和过程，系统产生了制热效果。当然从能量守恒的原理来看，这样做仅仅实现了热的传递，即热量来自发生器(1)，制热效果明显不如前述的制热方案。仅仅作为考虑项。

如果采用不能结晶的物质，则要求是粘度随浓度而升高的物质且溶质溶剂不能以任意比互溶，及密度比溶剂大和不容易挥发，从而产生同样的单向流动的效果。

如果物质升温溶解，则在温度不变的情况下，晶体是没有理由向稀溶液流动的，只要管内传热的速度足够慢上述的封闭和半封闭情况是存在的。不结晶的溶质与此相同。

焓是状态函数，没有固定的量值，定量的溶质溶解于定量的溶剂，溶剂溶质系统如果没有能量变化和相变化，焓是不变的，如果环境向系统吸热或放热，于是焓改变了。该制冷制热机运行至平衡状态时，各部分焓基本可视为不变或变化不大。

Claims (2)

1.一种溶解焓变制冷制热机，基本构成包括发生器(1)，储液罐(2)，热交换器(3)，吸热器(4)，冷凝器(5)，连通管(8)，半透膜组件(9)，浓溶液管(10)，稀溶液管(11)，水蒸汽管(12)，发生器(1)通过连通管(8)与储液罐(2)相连通，同时发生器(1)与浓溶液管(10)及水蒸汽管(12)相连通，储液罐(2)与稀溶液管(11)相连通，浓溶液管(10)与稀溶液管(11)在热交换器(3)处互相纠结缠绕，实现热量的部分传递，水蒸汽管(12)通过冷凝器(5)连接半透膜组件(9)后和浓溶液管(10)及稀溶液管(11)一起连通于吸热器(4)，浓溶液管(10)与发生器(1)连接处的水平位置高于连通管(8)与发生器(1)连接处的水平位置，发生器(1)与储液罐(2)处于同一水平位置，整套系统外表面采用隔热层覆盖，除热量输出和输入的终端外。

2.根据权利要求1所述的溶解焓变制冷制热机，其特征是采用溶解吸热的化学品的溶液作为工质。

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