專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用低品位熱能制冷的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種利用低品位熱能制冷的裝置。
背景技術(shù)：
人工制冷的方法很多，主要有相變制冷、氣體膨脹制冷、熱電制冷等。相變制冷中 除以消耗機(jī)械能(或電能)作為補(bǔ)償過(guò)程的蒸氣壓縮式制冷外，尚有消耗熱能的吸收式制 冷、蒸汽噴射式制冷、吸附式制冷等。蒸氣壓縮式制冷是最常見(jiàn)的制冷方式，其最核心部件為壓縮機(jī)，通常是由電能驅(qū) 動(dòng)的，具有效率高的優(yōu)勢(shì)。然而，電空調(diào)在夏季的普遍應(yīng)用，加劇了城市用電的峰谷不平衡， 因而需要大力發(fā)展熱能驅(qū)動(dòng)的空調(diào)以實(shí)現(xiàn)能源互補(bǔ)?，F(xiàn)有的吸收式制冷、蒸汽噴射式制冷 和吸附式制冷均各有特色，并廣泛應(yīng)用，但由于各種各樣的限制因素，至今未能應(yīng)用于家用空調(diào)。制冷壓縮機(jī)所能輸出的高壓，至少要超過(guò)制冷劑蒸氣冷凝溫度所對(duì)應(yīng)的飽和蒸氣 壓，同時(shí)其吸氣壓力至少要低于制冷劑蒸發(fā)溫度所對(duì)應(yīng)的飽和蒸氣壓。人們很早就學(xué)會(huì)了 利用鍋爐發(fā)生高壓蒸汽以及利用蒸汽冷凝獲得負(fù)壓，應(yīng)用該原理可制造出熱能驅(qū)動(dòng)的制冷 壓縮機(jī)，但是首先要找到能夠與制冷劑壓力特性匹配的工質(zhì)。氨水溶液屬于非共沸混合物，在常溫下飽和蒸氣壓力略高于常壓，通過(guò)加熱高濃 度氨水溶液很容易獲得高壓蒸氣。但是，同樣濃度的氨水混合蒸氣在常溫下凝結(jié)時(shí)對(duì)應(yīng)的 飽和蒸氣壓并不足夠低。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于一種利用低品位熱能壓縮制冷劑蒸氣并實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)的
直ο為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供的利用低品位熱能制冷的裝置，主要組成為一熱壓縮機(jī)，其內(nèi)部由活塞隔成動(dòng)力腔和壓縮腔；動(dòng)力腔分別連接換熱器的動(dòng)力工質(zhì)出口和動(dòng)力工質(zhì)進(jìn)口 ；動(dòng)力腔內(nèi)的底部安裝有攪拌器；動(dòng)力腔外的底部安裝有肋片和風(fēng)扇；壓縮腔分別連接蒸發(fā)器的制冷工質(zhì)出口以及換熱器的制冷工質(zhì)進(jìn)口 ；換熱器的制冷工質(zhì)出口通過(guò)冷凝器連接蒸發(fā)器的制冷工質(zhì)進(jìn)口。所述的裝置中，動(dòng)力腔與換熱器的動(dòng)力工質(zhì)出口之間連接有加熱器。所述的裝置中，動(dòng)力腔與換熱器的動(dòng)力工質(zhì)進(jìn)口之間安裝有液體泵。所述的裝置中，動(dòng)力腔內(nèi)底部安裝的攪拌器為磁性攪拌子。所述的裝置中，壓縮腔與蒸發(fā)器制冷工質(zhì)出口之間設(shè)有進(jìn)氣閥。所述的裝置中，壓縮腔連接換熱器制冷工質(zhì)進(jìn)口之間設(shè)有排氣閥。所述的裝置中，壓縮腔的進(jìn)氣閥和排氣閥由一凸輪控制。[0020]本實(shí)用新型的有益效果是1)可以利用低品位熱能制冷；2)形式上并不比傳統(tǒng)的電空調(diào)復(fù)雜；3)通過(guò)回?zé)岽蟠筇岣吡藷崮芾寐省?br>
圖1為本實(shí)用新型的示意圖，顯示了用活塞將熱壓縮機(jī)內(nèi)部空間分成動(dòng)力腔和壓 縮腔。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例請(qǐng)結(jié)合圖1所示，本實(shí)施例采用的熱壓縮機(jī)是由活塞將熱壓縮機(jī)內(nèi)部空間分成動(dòng) 力腔和壓縮腔。本實(shí)施例所示的制冷系統(tǒng)工作流程如下制冷劑在蒸發(fā)器2中蒸發(fā)，產(chǎn)生的冷量通過(guò)冷水輸出用于空調(diào)，蒸氣由A 口流入壓 縮機(jī)1的壓縮腔(由1-2與1-3圍成，即圖2中活塞1-3以上的空間)，該過(guò)程通過(guò)進(jìn)氣閥 l-2a控制，而進(jìn)氣閥l-2a和排氣閥l_2b均由凸輪l_2c控制并驅(qū)動(dòng)。當(dāng)壓縮腔壓力與蒸發(fā) 器2蒸發(fā)腔壓力平衡后，進(jìn)氣閥l_2a閉合。開(kāi)啟D 口電磁閥，使得加熱后的動(dòng)力工質(zhì)由D 口噴入動(dòng)力腔(由1-1與1-3圍成， 即圖2中活塞1-3以下的空間)，氨氣閃蒸進(jìn)入形成混合氣1-5，鎳鹽及大部分水成霧滴并 逐漸沉降在動(dòng)力腔底部形成混合溶液1-4。活塞1-3在壓差推動(dòng)下向上運(yùn)動(dòng)，使動(dòng)力腔體 積膨脹，壓縮腔體積減小。壓力達(dá)到設(shè)定值(略高于制冷工質(zhì)冷凝壓力)后，D 口控制閥關(guān) 閉。開(kāi)啟排氣閥l_2b，使壓縮后的制冷工質(zhì)蒸氣通過(guò)B 口流入回?zé)崞?，然后關(guān)閉排氣 閥 l-2b。啟動(dòng)冷卻風(fēng)扇1-8，其扇葉為鐵質(zhì)的，會(huì)帶動(dòng)磁性攪拌子1_6(四氟包覆)一起轉(zhuǎn) 動(dòng)。外殼1-1、1_2及肋片1-7選用銅質(zhì)或者不會(huì)被磁化的不銹鋼。當(dāng)風(fēng)扇不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于 肋片1-7的布局是不利于自然對(duì)流的，且內(nèi)部無(wú)攪拌，動(dòng)力腔內(nèi)向外散熱的熱阻比較大，有 利于保持動(dòng)力工質(zhì)的溫度。當(dāng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，對(duì)流換熱被強(qiáng)化，液相1-4首先被冷卻，由于磁 性攪拌子1-6的擾動(dòng)，增強(qiáng)了氣液相的傳質(zhì)，氣相中的氨氣被冷下來(lái)的溶液吸收，使得動(dòng)力 腔內(nèi)氣壓下降。由于動(dòng)力腔壓力下降，活塞1-3向下運(yùn)行，此時(shí)開(kāi)啟A 口的進(jìn)氣閥l_2a，使蒸發(fā)器 2的蒸發(fā)腔內(nèi)蒸氣流入壓縮腔。同時(shí)，關(guān)閉冷卻風(fēng)扇1-8，開(kāi)啟C 口電磁閥，啟動(dòng)脈沖式液體 泵7，將冷卻的動(dòng)力工質(zhì)溶液泵出動(dòng)力腔，然后關(guān)閉液體泵7和C 口電磁閥及進(jìn)氣閥l-2a。動(dòng)力工質(zhì)溶液由液體泵7泵入回?zé)崞?，換熱后進(jìn)入加熱器5，然后經(jīng)D 口噴入動(dòng) 力腔，開(kāi)始新一輪循環(huán)。制冷工質(zhì)在回?zé)崞?放熱后，進(jìn)入冷凝器3繼續(xù)冷凝(冷凝器3是風(fēng)冷換熱器)， 然后，經(jīng)節(jié)流閥6回流至蒸發(fā)器2，開(kāi)始新一輪循環(huán)。上述過(guò)程采用其它制冷工質(zhì)也可以實(shí)現(xiàn)，只是蒸發(fā)溫度和冷凝溫度有所不同。例
4如，R142b的蒸發(fā)溫度可以設(shè)為274K(0. 151MPa)，冷凝溫度可以設(shè)為314K(0. 537MPa)。本實(shí)用新型采用上述裝置，代替電空調(diào)的壓縮機(jī)，利用80°C左右的低品位熱源，可 以高效地實(shí)現(xiàn)環(huán)保型有機(jī)工質(zhì)的蒸氣壓縮式制冷循環(huán)。在太陽(yáng)能制冷、工業(yè)余熱制冷和地 熱制冷等多個(gè)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。在具體運(yùn)行時(shí)，本實(shí)用新型采用氨-氨絡(luò)合劑-水混合溶液做為動(dòng)力工質(zhì)，其中氨 絡(luò)合劑主要指銅鹽和鎳鹽中的一種或混合物，以氯化鎳為首選，但并不限于氯化鎳。另外， 氨-磷酸氫銨-水混合溶液也可用為工質(zhì)?；旌先芤褐?，氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在25% -35% 為宜，為了防止鹽結(jié)晶，氯化鎳與水的質(zhì)量比約1 1-2為宜。具體配比可根據(jù)所選制冷 劑的特性而定，一般情況下，若制冷劑冷凝壓力較高，則含氨量較高?？蛇x用R134a、R142b、 R600a以及R600等環(huán)保型工質(zhì)為制冷劑。本實(shí)用新型的熱壓縮機(jī)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)循環(huán)的最關(guān)鍵部件。其主體為一個(gè)壓力容器， 容器內(nèi)部空間通過(guò)活塞被分割為兩部分(本實(shí)用新型中定義為動(dòng)力腔與壓縮腔)，兩個(gè)空 間分別充入動(dòng)力工質(zhì)與制冷工質(zhì)。當(dāng)動(dòng)力工質(zhì)被加熱時(shí)，氨(也包括少量的水)發(fā)生相變， 導(dǎo)致動(dòng)力腔壓力升高，推動(dòng)活塞向另一側(cè)運(yùn)動(dòng)，直至兩側(cè)壓力重新平衡。當(dāng)壓力腔內(nèi)氣壓達(dá) 到設(shè)定值時(shí)，制冷工質(zhì)就會(huì)被壓縮成過(guò)熱蒸氣，隨后將其排出至冷凝器。將熱的動(dòng)力工質(zhì)冷 卻下來(lái)，氨氣將被溶液吸收，導(dǎo)致動(dòng)力腔氣壓急劇下降，活塞回縮，直至壓縮腔氣壓低于蒸 發(fā)器中蒸發(fā)腔的氣壓，此時(shí)將蒸發(fā)器的蒸發(fā)腔與壓縮腔相連通，就會(huì)使蒸發(fā)器內(nèi)的部分制 冷劑發(fā)生相變并流入壓縮腔，從而產(chǎn)生制冷效果。被壓縮后的制冷工質(zhì)溫度會(huì)升高，成為過(guò)熱蒸氣，被冷卻的動(dòng)力工質(zhì)與過(guò)熱的制 冷劑蒸氣首先在換熱器內(nèi)進(jìn)行熱交換，利用過(guò)熱蒸氣的顯熱以及冷凝時(shí)的潛熱使動(dòng)力工質(zhì) 得以預(yù)熱。預(yù)熱后的動(dòng)力工質(zhì)再與溫度相對(duì)較高的熱源進(jìn)行換熱。本實(shí)用新型的裝置在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，可以在氨水溶液中加入一定量的鎳鹽或銅鹽， 例如氯化鎳，是由于氯化鎳可以與氨形成配合物，最多能夠形成六配位絡(luò)合物，可降低氨的 揮發(fā)性，因此該體系較同樣濃度的氨水溶液具有更低的飽和蒸氣壓。加熱時(shí)，絡(luò)合氨變得不 穩(wěn)定而重新變成游離氨。因此，氨_氯化鎳_水可以做為工質(zhì)，通過(guò)一種類(lèi)似于斯特林機(jī)的 裝置為制冷劑壓縮提供動(dòng)力。
權(quán)利要求一種利用低品位熱能制冷的裝置，其特征在于，主要組成為一熱壓縮機(jī)，其內(nèi)部由活塞隔成動(dòng)力腔和壓縮腔；動(dòng)力腔分別連接換熱器的動(dòng)力工質(zhì)出口和動(dòng)力工質(zhì)進(jìn)口；動(dòng)力腔內(nèi)的底部安裝有攪拌器；動(dòng)力腔外的底部安裝有肋片和風(fēng)扇；壓縮腔分別連接蒸發(fā)器的制冷工質(zhì)出口以及換熱器的制冷工質(zhì)進(jìn)口；換熱器的制冷工質(zhì)出口通過(guò)冷凝器連接蒸發(fā)器的制冷工質(zhì)進(jìn)口。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，動(dòng)力腔與換熱器的動(dòng)力工質(zhì)出口之間連接 有加熱器。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，動(dòng)力腔與換熱器的動(dòng)力工質(zhì)進(jìn)口之間安裝 有液體泵。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，動(dòng)力腔內(nèi)底部安裝的攪拌器為磁性攪拌子。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，壓縮腔與蒸發(fā)器制冷工質(zhì)出口之間設(shè)有進(jìn)氣閥。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，壓縮腔連接換熱器制冷工質(zhì)進(jìn)口之間設(shè)有 排氣閥。
7.如權(quán)利要求5或6所述的裝置，其特征在于，壓縮腔的進(jìn)氣閥和排氣閥由一凸輪控制。
專(zhuān)利摘要一種利用低品位熱能制冷的裝置，其組成為一熱壓縮機(jī)，其內(nèi)部由活塞隔成動(dòng)力腔和壓縮腔；動(dòng)力腔分別連接換熱器的動(dòng)力工質(zhì)出口和動(dòng)力工質(zhì)進(jìn)口；動(dòng)力腔內(nèi)的底部安裝有攪拌器；動(dòng)力腔外的底部安裝有肋片和風(fēng)扇；壓縮腔分別連接蒸發(fā)器的制冷工質(zhì)出口以及換熱器的制冷工質(zhì)進(jìn)口；換熱器的制冷工質(zhì)出口通過(guò)冷凝器連接蒸發(fā)器的制冷工質(zhì)進(jìn)口。本實(shí)用新型可以更好地利用太陽(yáng)能等可再生能源做為空調(diào)運(yùn)行的動(dòng)力。
文檔編號(hào)F04B37/06GK201652974SQ201020188569
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者梁世強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所