CN2687584Y - 一种利用溶质溶解降温的循环制冷装置 - Google Patents
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Abstract
一种利用溶质溶解降温的循环制冷装置包括：制冷壳体，其内底端焊有呈环形分布的支撑柱，支撑柱上端焊有环形间壁，将壳体隔成中心空间和环形空间；位于中心空间底部的储液池由制冷面、环绕于支撑柱上的半透膜和位于支撑柱顶端的圆形加压盖相围而成，并通过焊接在其上的加压杆与加压器相连，加压器驱动该加压杆并带动圆形加压盖做上下往复运动；环形加压盖位于环形空间之内，并通过环形加压杆与环形加压器相连，环形加压器驱动环形加压杆并带动环形加压盖做上下往复运动；壳体内壁与半透膜间形成环形储水腔。本装置通过改变溶质溶液浓度来实现不同制冷功能，且连续性好，具有可控温度范围宽、响应速度快、结构简单、成本低廉，操作简便等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种循环制冷装置，特别涉及一种利用溶质溶解降温的循环制冷装置。
背景技术
制冷技术在大量的日常生活、医药、工业和农业过程中均有重要应用，此方面，冰箱曾被认为是20世纪最伟大的发明之一。尽管各种低温制冷技术发展至今基本趋于成熟，但其在各行各业中的拓展应用仍突飞猛进。近年来，随着家用冰箱、空调机组应用的日益增多，尤其是环境保护的要求，使得对新型制冷方式的探索仍然是低温制冷行业里的重要课题。
为实现制冷，必须使制冷剂能达到较之环境介质更低的温度，并不断从被冷却物体吸取热量。目前常用的方法主要有[张祉祜主编，制冷原理与设备，北京：机械工业出版社，1989]：1.相变制冷，即利用液体在低温下的蒸发过程及固体在低温下的熔化或升华过程向被冷却物体吸取热量--即制取冷量；2.气体膨胀制冷，即利用高压气体经绝热膨胀可达到较低的温度；3.气体涡流制冷；4.热电制冷，令直流电通过半导体热电堆，即可在一端产生冷效应，在另一端产生热效应；等等。在这些途径中，除半导体制冷外，大多数制冷机都依靠内部循环的工作介质即制冷剂来实现制冷过程。而且，为连续不断地制冷，制冷剂必须周而复始地进行热力状态变化，以完成制冷循环。
在各种制冷方式中，利用溶质溶解制冷显得比较特殊，这是一种介于天然制冷和人工制冷的方法[邱忠岳译，世界制冷史，北京：中国制冷学会，2001]。很早以前，人们就发现在水中加盐，尤其是加硝酸钠，可以降温。但这种方法随着一些工业制冷技术的提出，逐渐被遗忘，关键原因在于它不能形成持续的循环制冷，需要不断添加制冷盐及溶剂。所以，尽管溶解溶质可以降温这一规律已早为人知，但迄今未见有基于此的循环方式及制冷机构被提出。实际上，今天回过头来对之加以分析就会发现，该方法若能实现循环，则有着许多优点，这在后文会予以阐述。
应用冰盐混合物的溶化过程可以达到零摄氏度以下的低温。物理过程如下[张祉祜主编，制冷原理与设备，北京：机械工业出版社，1989]：首先冰吸热而溶化，并在其表面上蒙有一层水膜，此时的温度为0℃。接着盐便溶解于水膜中，吸收一定的溶解热，因而使温度降低。此后，冰在较低的温度下溶化，热交换通过冰块表面上的盐水膜进行。当冰全部溶化，盐全部溶解后便形成具有一定浓度的盐水溶液，冰盐所能达到的温度与盐的种类以及溶液的浓度有关，本制冷循环的原理正基于此。通常选用的盐类有：(NH4)2NO3，NaCl，CaCl2·6H2O等。
相比于以往的机械式制冷，本发明结构相当简单，运动部件较少，且运行安全，可选用工质范围广，成本低廉；另一方面，较之以往单纯的溶解制冷，本装置允许持续不断的循环制冷过程。
发明内容
本实用新型目的在于：提供一种利用溶质溶解的循环制冷装置，其结构简单、成本低廉，且操作十分简便。
本实用新型的技术方案如下：
本实用新型提供的利用溶质溶解降温的循环制冷装置，包括：
一带有制冷机盖3的圆柱筒型制冷壳体1，在该制冷壳体1内的底端面上焊接有距其中心等距且呈环形分布的支撑柱4，支撑柱4上端面上焊接一环形管道26，将圆柱筒型壳体1隔成中心空间25和环形空间24；
一位于中心空间25底部且内装溶质的储液池8由制冷面2、环绕于由支撑柱4构成的空间外的半透膜5和位于支撑柱4顶端位置处的圆形加压盖10相围而组成，圆形加压盖10通过焊接在其中心处的加压杆11与加压器12相连，加压器12驱动加压杆11并带动圆形加压盖10做上下往复运动；
一环形加压盖23位于环形空间24之内，并通过呈环形分布的环形加压杆22与环形加压器21相连，环形加压器21驱动环形加压杆22并带动环形加压盖23做上下往复运动，环形加压盖23与圆柱筒型壳体1底端面之间固定安装3-10个拉簧6；
圆柱筒型壳体1内壁与半透膜5之间形成环形储水腔61，环形储水腔61内储有水；所述的制冷面2上安设有温度传感器18；所述的制冷机壳1、制冷机盖3和制冷面2的材质为铝或铜；所述的加压杠11、环形加牙压杆22及环形间壁26的材质为不锈钢；所述的圆形加压器12和环形加压器21为常规的压缩机或液压装置；所述的支撑柱4的材质为不锈钢材质，其数目为8根-40根之间；所述的储液池8内使用的溶质为(NH4)2NO3、NaCl、CaCl2·6H2O盐类溶质或其混合盐类溶质；制冷机壳1的总体尺寸为2000mm×2000mm×2000mm至10mm×10mm×10mm之间。
其工作原理是：当环形加压器22驱动加压杆22并带动环形加压盖23向下运动时，将环形储水腔61中的水通过加压透过半透膜5进入储液池8，使储液池8中的溶质溶解成溶质溶解液而制冷，产生的冷量由制冷面2导出；当加压器12向下运动时，通过加压杆11带动圆形加压板10向下运动将储液池8内的溶质溶解液加压透过半透膜5发生反渗透，将储液池8内溶质溶解液中的水分透过半透膜5渗出到储水腔61中；
本实用新型由于采用溶质溶解制冷，可通过改变其浓度而实现不同的降温程度，且连续性好，具有可控温度范围宽、响应速度快、结构简单、成本低廉，操作十分简便等优点，可作为一种极易实现的冷源。
为达到较好的制冷效果，一般可选择溶解温度较低的盐类物质。用作本实用新型的盐类一般应满足如下要求：与溶液混合后的最低温度较低；不燃烧，不爆炸，无毒，对金属不起腐蚀作用，与润滑油不起化学作用，高温下不分解，同时对人体无毒害；价格便宜，便于获得；具有一定的热稳定性；比热要大，因而在传递一定的冷量时，可使流量小，以此提高循环的经济性，或减少泵功率和管道的材料消耗。
以往基于溶质溶解制冷的方式之所以未被重视，原因在于没有实现循环冷却，其应用受到很大限制，即一旦溶质溶解后，其制冷功能也因工质结束溶解而基本趋于终止。所以，要使这种方法实用，必须解决循环制冷的途径。实现这一目标的可行作法是，在溶质溶解后，要再次将溶质与溶剂分离开。为将溶池内水分分离开，本发明方案之一是提出采用半透膜，其对透过的盐物质具有选择性，这里采用仅允许水分通过的半透膜。我们知道，溶液的渗透一般是从稀溶液一侧向浓溶液侧进行的，当渗透达到平衡时，半透膜两侧会形成一个压差，即渗透压。由于溶解池内溶液浓度较高，为将其内水分排出，必须采用反渗透技术，其原理是对溶液施加一定的压力以克服渗透压(本实用新型采用加压装置实现)，使得在高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来[膜分离方法：超滤和反渗透；(德)劳顿巴赫，阿尔布雷希特编著；黄怡华，董汝秀译；北京：化学工业出版社，1991]。由于反渗透膜的膜孔径非常小(可以小于10A)，因此能够有效地阻挡住水中的溶解盐类及有机物等，且实现的水质好，耗能低，无污染，工艺简单，操作简便。
附图说明
附图1为本实用新型的结构示意图；
附图2为附图1的A-A剖面示意图；
其中：制冷机壳1 制冷面2 制冷机盖3
支撑柱4 半透膜5 储水腔61；
溶液(溶质+溶剂)7 溶解池8 圆形加压盖10
环形加压盖23 柱形加压杠11 环形加压杠22；
加压器12 环形加压器21 环形管道26
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例进一步描述本实用新型：
图1为本实用新型的结构示意图，也是本发明的一个实施例；图2是图1的A-A剖面示意图；由图1和图2可知，本发明的采用盐溶质溶解的循环制冷装置，包括：一带有制冷机盖3的圆柱筒型制冷壳体1，在该制冷壳体1内的底端面上焊接有距其中心等距且呈环形分布的支撑柱4，支撑柱4上端面上焊接一环形管道26，将圆柱筒型壳体1隔成中心空间25和环形空间24；
一位于中心空间25底部且内装溶质的储液池8由制冷面2、环绕于由支撑柱4构成的空间外的半透膜5和位于支撑柱4顶端位置处的圆形加压盖10相围而组成，圆形加压盖10通过焊接在其中心处的加压杆11与加压器12相连，加压器12驱动加压杆11并带动圆形加压盖10做上下往复运动；
一环形加压盖23位于环形空间24之内，并通过呈环形分布的环形加压杆22与环形加压器21相连，环形加压器21驱动环形加压杆22并带动环形加压盖23做上下往复运动，环形加压盖23与圆柱筒型壳体1底端面之间固定安装3-10个拉簧6；
圆柱筒型壳体1内壁与半透膜5之间形成环形储水腔61，环形储水腔61内储有水；所述的制冷面2上安设有温度传感器18；所述的制冷机壳1、制冷机盖3和制冷面2的材质为铝或铜；所述的加压杠11、环形加牙压杆22及环形间壁26的材质为不锈钢；所述的圆形加压器12和环形加压器21为常规的压缩机或液压装置；所述的支撑柱4的材质为不锈钢材质，其数目为8根-40根之间；所述的储液池8内使用的溶质为(NH4)2NO3、NaCl、CaCl2·6H2O盐类溶质或其混合盐类溶质；制冷机壳1的总体尺寸为2000mm×2000mm×2000mm至10mm×10mm×10mm之间。
本实用新型的装置可获得约零下10-50℃的温度；可根据不同的制冷要求，构建功率不同的制冷装置。
实施例1
制冷机壳1总体尺寸2000mm×2000mm×2000mm，支撑柱4的材质为不锈钢，根数为8根，环形加压器21为常规液压装置，圆形加压器12为普通的压缩机，储液池8的材质为铝，内装(NH4)2NO3溶质，环形储水腔61装有水；工作时，环形加压器22驱动加压杆22并带动环形加压盖23向下运动时，将环形储水腔61中的水通过加压透过半透膜5进入储液池8，使储液池8中的溶质溶解成溶质溶解液而制冷，产生的冷量由制冷面2导出；当加压器12向下运动时，通过加压杆11带动圆形加压板10向下运动将储液池8内的溶质溶解液加压透过半透膜5发生反渗透，将储液池8内溶质溶解液中的水分透过半透膜5渗出到储水腔61中；本实施例的制冷面处可获得大约-10℃的低温。
实施例2
制冷机壳1的总体尺寸1000mm×1000mm×1000mm，支撑柱4的材质为不锈钢，根数为30根，环形加压器21为常规液压装置，圆形加压器12为普通的压缩机，储液池8的材质为铜，内装NaCl溶质，环形储水腔61储有水；工作时，环形加压器22驱动加压杆22并带动环形加压盖23向下运动时，将环形储水腔61中的水通过加压透过半透膜5进入储液池8，使储液池8中的溶质溶解成溶质溶解液而制冷，产生的冷量由制冷面2导出；当加压器12向下运动时，通过加压杆11带动圆形加压板10向下运动将储液池8内的溶质溶解液加压透过半透膜5发生反渗透，将储液池8内溶质溶解液中的水分透过半透膜5渗出到储水腔61中；本实施例的制冷面处可获得-20℃的低温。
实施例3制冷机壳1的总体尺寸10mm×10mm×10mm，支撑柱4的材质为16或36根，环形加压器21为常规液压装置，圆形加压器12为普通的压缩机，储液池8的材质为铜，内装含NaCl和CaCl2·6H2O混合盐类溶质，环形储水腔61储有水；工作时，环形加压器22驱动加压杆22并带动环形加压盖23向下运动时，将环形储水腔61中的水通过加压透过半透膜5进入储液池8，使储液池8中的溶质溶解成溶质溶解液而制冷，产生的冷量由制冷面2导出；当加压器12向下运动时，通过加压杆11带动圆形加压板10向下运动将储液池8内的溶质溶解液加压透过半透膜5发生反渗透，将储液池8内溶质溶解液中的水分透过半透膜5渗出到储水腔61中；本实施例的制冷面处可获得-50℃的低温。
Claims (8)
1、一种利用溶质溶解降温的循环制冷装置，其特征在于，包括：
一带有制冷机盖(3)的圆柱筒型制冷壳体(1)，在该制冷壳体(1)内的底端面上焊接有距其中心等距且呈环形分布的支撑柱(4)，支撑柱(4)上端面上焊接一环形管道(26)，将圆柱筒型壳体(1)隔成中心空间(25)和环形空间(24)；
一位于中心空间(25)底部且内装溶质的储液池(8)由制冷面(2)、环绕于由支撑柱(4)构成的空间外的半透膜(5)和位于支撑柱(4)顶端位置处的圆形加压盖(10)相围而组成，圆形加压盖(10)通过焊接在其中心处的加压杆(11)与加压器(12)相连，加压器(12)驱动加压杆(11)并带动圆形加压盖(10)做上下往复运动；
一环形加压盖(23)位于环形空间(24)之内，并通过呈环形分布的环形加压杆(22)与环形加压器(21)相连，环形加压器(21)驱动环形加压杆(22)并带动环形加压盖(23)做上下往复运动，环形加压盖(23)与圆柱筒型壳体(1)底端面之间固定安装3-10个拉簧(6)；
圆柱筒型壳体(1)内壁与半透膜(5)之间形成环形储水腔(61)，环形储水腔(61)内储有水。
2、按权利要求所述的利用溶质溶解降温的循环制冷装置，其特征在于，所述的制冷面(2)上安设有温度传感器(18)。
3、按权利要求所述的利用溶质溶解降温的循环制冷装置，其特征在于，所述的制冷机壳(1)、制冷机盖(3)和制冷面(2)的材质为铝或铜。
4、按权利要求所述的利用溶质溶解降温的循环制冷装置，其特征在于，所述的加压杠(11)、环形加牙压杆(22)及环形间壁(26)的材质为不锈钢。
5、按权利要求所述的利用溶质溶解降温的循环制冷装置，其特征在于，所述的圆形加压器(12)和环形加压器(21)为常规的压缩机或液压装置。
6、按权利要求所述的利用溶质溶解降温的循环制冷装置，其特征在于，所述的支撑柱(4)材质为不锈钢材质，其数目为8根-40根之间。
7、按权利要求所述的利用溶质溶解降温的循环制冷装置，其特征在于，所述的储液池(8)内使用的溶质为(NH4)2NO3、NaCl、CaCl2·6H2O盐类溶质或其混合盐类溶质。
8、按权利要求所述的利用溶质溶解降温的循环制冷装置，其特征在于，所述的制冷机壳(1)的总体尺寸为2000mm×2000mm×2000mm至10mm×10mm×10mm之间。
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