專利名稱：溶解吸熱式化學(xué)熱泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱循環(huán)技術(shù)領(lǐng)域，熱泵是一種從低溫?zé)釒煳鼰?，向高溫?zé)釒旆艧岬臋C(jī)器，也就是說熱泵是一種把熱量從低溫區(qū)傳到高溫區(qū)的機(jī)器。目前常用的是壓縮式機(jī)械熱泵，工質(zhì)是用較易液化的物質(zhì)，如氨或氟里昂，它是通過壓縮機(jī)把氨氣壓縮或液氨，向高溫?zé)釒旆懦龃罅康钠療幔笠喊痹诘蜏責(zé)釒靸?nèi)汽化吸收大量的汽化熱。從而完成從低溫區(qū)機(jī)械熱泵能耗高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含有毒工質(zhì)污染環(huán)境。
我發(fā)明的這種溶解吸熱式化學(xué)熱，它有能耗低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不污染環(huán)境的特點(diǎn)，機(jī)械式熱泵它的工作原理是卡諾熱循環(huán)原理。本發(fā)明是一種全新的化學(xué)式熱泵，它的工作原是利用溶解熱大的物質(zhì)，在低溫時(shí)溶解于水，吸收大量的溶解熱然后在高溫狀態(tài)下濃縮結(jié)晶，向高溫區(qū)放出大量的溶解潛熱，這樣就完成了從低溫區(qū)吸熱向高溫區(qū)放熱的過程，用利用工質(zhì)的溶解度隨溫度的變化率很大的特點(diǎn)用高溫來濃縮溶液。對(duì)工質(zhì)的要求工質(zhì)應(yīng)選擇，1.溶解熱大的物質(zhì)因?yàn)槿芙鉄岽?，工質(zhì)在低溫溶解于水時(shí)吸收的溶解熱多，在高溫濃縮結(jié)晶放出的溶解熱也多。2.溶解度大，且隨溫度的變化率很大，因?yàn)槿芙舛却蠊べ|(zhì)溶解于水時(shí)吸收的溶解熱多，溶解度隨溫度的變化率也大，高溫時(shí)就熱容易濃縮結(jié)晶。3.化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無污染的環(huán)保工質(zhì)，溶濟(jì)可以是水或其它溶劑。我現(xiàn)以硝酸銨為例溶劑是水。硝酸銨的溶解熱是259KJ/mol。
硝酸銨在水中的溶解度溫度 -20℃ 20℃60℃ 100℃溶解度66克 192克 421克 871克


本圖是溶解吸熱式化學(xué)熱泵的原理示意圖，<1>主機(jī)塔，<2>恒溫加熱器，<3>高溫濃縮區(qū)，<4>工質(zhì)泵，<5>放熱區(qū)，<6>低溫吸熱區(qū)，<7>加密網(wǎng)，<8>凹槽，<9>散熱片。
下面結(jié)合附圖簡(jiǎn)述其工作過程。
在熱泵的<1>主機(jī)塔內(nèi)裝有高濃度的NH4NO3濃液，在塔的低部有一個(gè)<2>恒溫加熱器，給塔低部的硝酸銨溶液加熱，加熱溫度控制在100℃-105℃之間，從硝酸銨的溶解度表可以看出在100℃左右時(shí)溶解度是很大的，所以利用高溫能把硝酸銨溶液濃縮到很高的濃度，這樣在塔的低部就形成了<3>高溫濃縮區(qū)，濃度熱高，密度也就熱大，所以高溫高濃度的硝酸銨濃縮液在低層，用<4>工質(zhì)泵把高溫高濃度的硝酸銨溶液抽向塔的頂部。高溫高濃度的硝酸銨溶液在工質(zhì)泵內(nèi)與主機(jī)塔內(nèi)低溫溶液進(jìn)行熱交換降溫。淅出大量的硝酸銨晶體，同時(shí)向外放出大量的溶解潛熱。這樣就形成了<5>放熱區(qū)，放熱區(qū)溫度控制在50℃左右，由于硝酸銨在100℃與50℃之間的溶解度相差很大，所以50℃時(shí)淅出大量的硝酸銨晶體同時(shí)放熱區(qū)對(duì)外放出大量的溶解潛熱。這樣就完成了向高溫(50℃)區(qū)放熱的過程。工質(zhì)泵將泵內(nèi)冷卻淅晶后的硝酸銨晶體送到<6>低溫吸熱區(qū)。硝酸銨晶體在低溫吸熱區(qū)內(nèi)溶解，吸收大量的溶解熱。低溫吸熱區(qū)的溫度控制在-20℃左右，在吸熱區(qū)低部有一層<7>加密網(wǎng)，作用是攔住硝酸銨晶體，溶液可以通過，讓硝酸銨晶體全部在吸熱區(qū)溶解吸熱。這樣就完成了低溫(-20℃)吸熱的過程。
工質(zhì)泵是一種葉輪軸流泵。高速旋轉(zhuǎn)的葉輪把主機(jī)塔低部高溫高濃度的硝酸銨溶液吸入泵內(nèi)，工質(zhì)泵的主軸上有一個(gè)很深的螺旋形<8>凹槽，硝酸銨溶液在凹槽內(nèi)上向在放熱區(qū)遇冷結(jié)晶，由于有螺旋形凹槽的攪動(dòng)，所以硝酸銨在結(jié)晶時(shí)不會(huì)形成大的結(jié)晶塊，工質(zhì)泵的外殼與主機(jī)塔放熱區(qū)接觸部位有許多<9>散熱片，增加導(dǎo)熱能力。
本發(fā)明提供了一種全新的熱泵設(shè)計(jì)理念。它是利用溶解熱大的物質(zhì)在低溫時(shí)溶解吸熱利用高溫濃縮結(jié)晶放熱，也就是說化學(xué)式熱泵是利用工質(zhì)的溶解潛熱。而傳統(tǒng)的機(jī)械式熱泵是利用工質(zhì)的汽化潛熱，由于工質(zhì)在溫差較大時(shí)飽和氣壓差很大，所以壓縮機(jī)消耗的能量也很高。這種溶解吸熱式化學(xué)熱泵在高溫區(qū)利用高溫濃縮溶液后熱量還可以回收，所以這種化學(xué)熱泵能耗很少，工質(zhì)泵消耗的能量也很少。我發(fā)明的這種化學(xué)熱泵它沒有高壓差，沒有壓縮泵，不存在密封等要求所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工質(zhì)是用的無污染的環(huán)保形工質(zhì)?；瘜W(xué)熱泵上的恒溫加器可以直接利用較低晶位的一次能源如地?zé)崮埽柲艿鹊?。本發(fā)明的用途很廣，可以用做空調(diào)的主機(jī)，還可以用于冷庫或中央空調(diào)。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明是一種溶解吸熱式化學(xué)熱泵，其技術(shù)特征在于它是利用溶解熱大的物質(zhì)，在低溫時(shí)溶解于水吸收大量的溶解熱，然后在高溫狀態(tài)下濃縮結(jié)晶，向高溫區(qū)放出大量的溶解潛熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溶解吸熱式化學(xué)熱泵，其技術(shù)特征在于它是利用工質(zhì)溶解度隨溫度的變化率很大的特點(diǎn)，利用高溫來濃縮溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的溶解吸熱式化學(xué)熱泵，其技術(shù)特征在于工質(zhì)應(yīng)選擇溶解熱大且溶解度大的物質(zhì)；溶解度隨溫度的變化率很大的物質(zhì)；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無污染的工質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溶解吸熱式化學(xué)熱泵，其技術(shù)特征是在<1>主機(jī)塔的底部有一個(gè)<2>恒溫加熱器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溶解吸熱式化學(xué)熱泵，其技術(shù)特征是在<1>主機(jī)塔內(nèi)有<4>工質(zhì)泵。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述，其技術(shù)特征是在<4>工質(zhì)泵的主軸上有很深的螺旋形<8>凹槽，工質(zhì)泵的外殼上許多<9>散熱片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溶解吸熱式化學(xué)熱泵，其技術(shù)特征在于<6>低溫吸熱區(qū)的低部有一層<7>加密網(wǎng)。
全文摘要
目前所用的熱泵大多是壓縮式機(jī)械熱泵。本發(fā)明提供了一種全新的化學(xué)式熱泵。它是利用溶解熱大的物質(zhì)如硝酸銨或硝酸鉀等為工質(zhì)，在低溫時(shí)溶解于水，從冷水中吸收大量的溶解潛熱。再利用溶解度隨溫度的變化率很大的特點(diǎn)，用高溫來濃縮溶液，讓溶液在高溫狀態(tài)下結(jié)晶，放出大量的溶解熱。這樣就完成了從低溫吸熱向高溫放熱的過程。這種化學(xué)式熱泵能耗少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。還能直接利用較低品位的能源。
文檔編號(hào)F25B30/00GK1453529SQ0211725
公開日2003年11月5日 申請(qǐng)日期2002年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月22日
發(fā)明者童成雙 申請(qǐng)人:童成雙