一种化学热泵及用于冷却和／或加热的方法技术

在化学热泵中使用一种物质，在该热泵的温度范围内，该物质在固相和液相之间转化。该物质包括可以用于太阳能驱动的化学热泵中的氯化镁水合物。在热泵的一个蓄液器部件中，换热器（２１）被网（２３）包围。固相主要在网内与换热器接触，而溶液相从网中流出聚积在换热器下的空间（２４′）中。溶液相从该空间被泵送并从一个喷射棒（２５）喷到换热器上。由此，始终维持溶液相和固相之间的平衡状态。从而将固体物具有的恒定温差（ΔＴ）和相当大的能量的优点与液体物容量大的优点结合起来。这种热泵可用于适合地将低品位热能比如太阳能转化为冷量的地方，有时也可同时制热。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种化学热泵。
技术介绍
化学热泵的工作原理是公知的，例如可以参见US5440889，5056591，4993239，4754805和公开的国际专利申请WO9421973。在化学热泵里，使用一种活性物作为吸收剂，该活性物完成热泵的所有过程并与一种挥发介质即吸收质或吸附物一起工作，该挥发介质一般是两极性液体，大多情况下是水。根据现有技术，固体物质或者液体物质都可用做工作的活性物。固体物质具有以下优点对于恒定的冷却温度和相当大的储热能力来讲，整个吸附过程中的蒸汽压力保持恒定。对于具有用做吸附物的水的固体物质来讲，储存能力的典型数值(视为冷量)是0.3kWh/l固体物质。与固体物质有关的另一个优点是系统中不需要运动部件。热量通过层状换热器或板式换热器与该物质均匀接触传给该物质或从该物质除去热量。与固体物质有关的缺点是获得的冷量有限，这是因为固体物质的导热性差。对于系统来讲，其相应再生时间比如是利用太阳能的白天的6个小时，以及吸附时间是比如建筑物冷却的12个小时，这不会是主要问题。但是，缺点是对于利用太阳能日夜进行连续冷却，就需要两台设备并联工作。液体物质具有高功率的优点，因为该物质在再生和吸附中都可以遍布在换热器上，因此可以分别被高效地冷却或加热。液体物质的缺点是冷却能力随吸附物质的稀释而降低。实际上这大大限制了可以使用该物质的运行范围，这从而减小储存能力，与上面一样该能力是每升物质的冷却能力。化学热泵中使用的大部分液体物质或吸收剂包括强吸湿性的无机盐水溶液，最好是水与无机盐的水一起用做挥发液体即吸附物。另一个限制是不允许溶解了的物质结晶。结晶会给喷嘴或泵带来麻烦。因此，液体物质的使用只限制在将热能转化为冷量而不储存任何热量，因此系统是通常已知使用的那些系统。在这样的过程中，例如加热溴化锂溶液时，溴化锂从稀溶液变为较浓的溶液。化学热泵中，可以在低压下或在利用空气流的大气压下做到这一点。工作物质的数量相对较小，因为不用储存“再生”浓溶液。然后冷却热的浓溶液并使其再次吸收从换热器蒸发出来的吸收质，其热量被需冷却的房间带走。这种已知系统的缺点是热的浓溶液必须连续被冷却，这在实际中会导致能量损失，没有热源期间不能获得冷量。因此，这种系统不能在夜间进行空气调节。William W.Seay在US925039中公开了一种制冷流程。氨在一个吸收器/发生器中被固体盐、氨或碱金属硫氰酸盐吸收形成溶液，吸收器通过换热器被冷水冷却。在吸收过程中，氨的溶解是一个吸热过程，需要或消耗能量，为此利用氨气的蒸发/冷凝的所有潜热。与溶解时放热的过程相比，这减少了吸收过程需要的外部冷量，当该过程用于产热时后一种情况就是有利的。然后该溶液被经过该换热器的热水加热。氨从溶液中释放出来，经过另一个换热器被冷却下来并凝结在储液器中。大部分氨冷凝之后，打开阀使氨液膨胀，经过第三换热器或制冷部件，膨胀时氨气将制冷部件中的热量带走。膨胀过的氨气然后传到吸收器/发生器，重新开始下一个循环。本专利技术概述本专利技术的一个目的是提供一种可以由太阳能驱动的化学热泵。本专利技术的另一个目的是提供一种结合了固体物系统和液体物系统优点的化学热泵。本专利技术的另一个目的是提供一种可以在液相和换热器之间获得高效换热能力的化学热泵。采用固体物质的系统中，该固体物吸收挥发液体后还保持为固体，当物质在恒定温度下吸收挥发液体的蒸汽时，挥发液体的反应压力保持不变。该反应压力保持不变直到所有物质从第一固相转变为第二固相为止。对于如被引用的美国专利提出的系统来讲，该系统使用经选择的物质，从而能够在蒸汽被该物质吸收的吸附过程中，使第一相为固体而第二相为液体或溶液相，同样，恒定反应温度下吸附物的反应压力保持恒定。然后物质从固态转变为液态。在恒定反应压力下继续该过程直到所有物质转变为液态为止。同样，在恒定温度下，当该物质从液体转换为固体、蒸汽从溶液中释放出来时，再生过程的最后部分中的反应压力恒定。在再生过程的第一部分，只加热溶液相，无蒸汽释放出来。因此，对于利用在固态和液态之间进行相变的这种热泵，可以结合固体物质系统的优点与液体物质系统的优点。在吸附时，也就是当物质吸收挥发液体时，溶解在挥发液体的稀溶液中的物质越来越多，该挥发液体以蒸汽状态存在于固相和液相周围。这样，使产生的溶液滴在剩余的固体物质上，通过剩余的固体物质后经过一个过滤器或网再与固体物质分离。这时变为饱和的溶液将蒸汽冷凝过程中和物质中溶解蒸汽过程中产生的热量释放到换热器中，该换热器比如被室外空气冷却。这一点可以通过一个泵使溶液流过一个换热器来实现。为了再次参与吸收蒸汽，该溶液被分配到某个表面扩大的装置上。该表面扩大的装置包括球、棒、网、用适当材料制成的纤维。可以将该换热器和表面扩大的装置组合为一个部件。这样，在使用三相系统的过程中，蒸汽、固体活性物和该活性物的饱和溶液同时存在。在吸附阶段该三个组分一直存在。因此在恒温下，保持了恒定蒸汽压。从而，当过程开始时，大部分物质是固态。少量物质以饱和溶液存在。在吸附过程中，固体物质量和饱和溶液量的比例是变化的，从而在过程的最后，物质的大部分是饱和溶液。只要固体物质的一个单晶保留在反应器中，就能遵守三相规则，从而恒温下保持恒定的蒸汽压力。另外，这样设计装置在固体物和饱和溶液经过泵之前，以及经过换热步骤之前将它们彼此分开。因此，在液相中进行充分换热，从而换热效率高。不使用熔化的物质。过程的效率由换热器换热能力及饱和溶液和蒸汽之间的反应决定，该反应根据饱和溶液的气流浸润面积的大小和系统压降而变化。再生过程中，必须以相应的方式考虑三相系统。蒸汽、固体物和饱和溶液可以同时存在。再生在于固体物质和饱和溶液的比例向着固体物质增多的方向转化。当所有三组分或三相同时存在时，与吸附过程一样，假如温度不变，那么蒸汽压力不变。饱和溶液和固体物质的颗粒被网或过滤器分开，换热在溶液相中进行。将溶液分散在大的区域使挥发液体蒸发。因此，再生过程是完全可逆的，并使用与吸附过程一样的基本设备。但是，显然在再生过程中，因高温的缘故，再生开始时几乎完全是溶液相的物质，在部分再生过程期间仍留在溶液中，因为物质的溶解度随温度而增加，所以系统只有两相。在再生过程的某个时刻，部分溶液开始转化为固体物质，因而系统再次出现三相。不同温度下有不同溶解度意味着，为了增加蒸汽压力显然需要使温度有一个小小的升高，那么蒸汽压比冷凝器中的高。在已知温度下，使饱和溶液逐渐结晶从而得到恒定蒸汽压力，这有助于再生过程，因为结晶开始后不再需要提高反应温度。如果物质已经在例如普通吸收式制冷过程中以液态保留下来，则对于典型的盐/水系统来讲，最终再生温度可以变为高于130℃，其中，如这里使用的盐/水系统，可以维持的再生温度低于100℃，时常为70-85℃范围。在传统的吸收式制冷系统中，比如采用溴化锂溶液的系统，因技术原因必须避免结晶。在这种过程中，只有允许温度升高大大超过100℃时，溶液中的挥发液体-水才可以释放出来。这是从太阳能驱动的利用吸收过程的冷却装置获得冷量所遇到的主要问题。该问题的解决方案在于，在温度升高期间，使水蒸气自由逸出，从而留下固体物-水合物的晶体。当这发生时，也就是说晶体开始形成时，进入三相状态。然后温度保持不变，并且大大低于相应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学热泵，它包括一种装在第一空间的活性物、一种挥发液体，该挥发液体的气相在吸附阶段在第一温度下被该活性物吸收，在再生阶段在第二较高温度下被活性物脱附，该活性物在第一温度下为固态，当活性物吸收挥发液体的气相时直接将部分固态转为液态或溶液相，而且在第二温度下为液态或以溶液相状态存在，当活性物在再生阶段脱附出挥发液体时直接将部分液态转为固态，再生阶段的挥发液体的气相被该活性物脱附之后在第二空间被冷凝为液相，该第二空间通过第一管道与第一空间流体连通，当活性物吸收气相时该挥发液体的液相在吸附阶段被转化为气相，一个第一换热器在该第一空间有一个表面，在吸附阶段，当该活性物吸收挥发液体而从固态变为液态时，在第一温度下该表面用来将活性物保持在固态和液态，其特征在于，在该第一空间内的将固态活性物与液态或溶液相活性物分离的分离装置，使液态或溶液相的被分离的活性物与所述第一换热器的表面和固态活性物接触的分配装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S荣松，R奥尔松，M卡雷布林奥尔松，
申请(专利权)人：克莱美特韦尔公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]