專利名稱：無(wú)熱制冷方法及其循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制冷技術(shù)，特別涉及一種不向外界環(huán)境排放熱量的無(wú)熱制冷方法及其循環(huán)系統(tǒng)。
現(xiàn)有各類(lèi)制冷技術(shù)的制冷方法，包括相變制冷、磁制冷和半導(dǎo)體制冷，均是一面制冷，一面產(chǎn)熱；在制冷供冷過(guò)程中，必須向外界環(huán)境排放熱量；并且通常是產(chǎn)熱量多于或大大多于制冷量。就環(huán)境總效果而言，現(xiàn)有制冷技術(shù)的制冷方法不是制冷，而是在制熱；通常形成越制冷越產(chǎn)熱，越產(chǎn)熱越不能制冷，越不能制冷越產(chǎn)熱的惡性循環(huán)工況。制冷機(jī)的供冷溫度和排熱環(huán)境溫度之間的溫差必須限定在一個(gè)很小的范圍內(nèi)，否則，擴(kuò)大這一溫差，現(xiàn)有制冷技術(shù)的制冷效率便會(huì)極低，甚至根本無(wú)法制冷；致使現(xiàn)有制冷技術(shù)為了得到-40℃以下的冷量，不得不采用多級(jí)復(fù)疊式制冷，并且每級(jí)都必須耗能。
為了克服上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種新的無(wú)熱制冷方法及其循環(huán)系統(tǒng)，不向外界環(huán)境排放熱量，供冷溫度可以在常溫至深冷低溫之間任意設(shè)定，制冷效率高。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種無(wú)熱制冷方法及其循環(huán)系統(tǒng)，其首級(jí)制冷利用現(xiàn)有各類(lèi)制冷技術(shù)提供原始冷量，它可以是相變制冷中的蒸氣壓縮制冷、耗散式制冷、吸附式制冷，可以是半導(dǎo)體制冷，可以是磁制冷；可以是上述制冷技術(shù)中的任意一種單級(jí)制冷；也可以是由上述制冷技術(shù)中任意一種組成的多級(jí)復(fù)疊式制冷；還可以是由上述制冷技術(shù)中的多種技術(shù)組成的多級(jí)復(fù)疊式制冷；系統(tǒng)是由首級(jí)制冷、任意中間級(jí)制冷、末級(jí)制冷循環(huán)組成的二級(jí)以上的多級(jí)制冷循環(huán)，首級(jí)制冷作為原始制冷，末級(jí)制冷對(duì)外供冷，任意中間級(jí)制冷負(fù)責(zé)將原始冷量從0級(jí)、1級(jí)至n級(jí)擴(kuò)增；任意中間級(jí)和末級(jí)制冷方法為相變以冷制冷循環(huán)方法，它們均利用上一級(jí)制冷所提供的更低溫度的冷量來(lái)冷凝本級(jí)相變制冷所產(chǎn)生的蒸氣，使制冷工質(zhì)恢復(fù)原有相態(tài)，實(shí)現(xiàn)相變以冷制冷循環(huán)；首級(jí)制冷所產(chǎn)生的熱量由次一級(jí)相變以冷制冷循環(huán)所提供的冷量吸收，使首級(jí)制冷的產(chǎn)冷溫度和排熱環(huán)境溫度之差，減小到使首級(jí)制冷實(shí)現(xiàn)正常制冷；首級(jí)制冷的產(chǎn)冷溫度、任意中間級(jí)制冷的相變汽化溫度、以及末級(jí)制冷的相變汽化溫度按各級(jí)連接次序逐級(jí)增高，首級(jí)制冷產(chǎn)冷溫度為低，末級(jí)制冷相變汽化溫度為高。
本發(fā)明所述的無(wú)熱制冷方法及其循環(huán)系統(tǒng)是一種采用相變以冷制冷循環(huán)的新的制冷方法，制冷效率高，不向外界排放熱量，供冷溫度可以在常溫至深冷低溫之間任意設(shè)定。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。


圖1是一種無(wú)熱制冷方法及其循環(huán)系統(tǒng)的流程示意圖。
圖2是上述系統(tǒng)由首級(jí)制冷與末級(jí)制冷循環(huán)組成的流程示意圖。
圖3是上述系統(tǒng)由首級(jí)制冷、中間-1級(jí)制冷至中間-n級(jí)制冷以及末級(jí)制冷循環(huán)組成的流程示意圖。
參看圖1，圖中所示的任意中間級(jí)制冷級(jí)數(shù)為1，系統(tǒng)由首級(jí)制冷、中間-1級(jí)制冷和末級(jí)制冷循環(huán)組成。
參看圖2，圖中所示的任意中間級(jí)制冷級(jí)數(shù)為0，系統(tǒng)由首級(jí)制冷與末級(jí)制冷循環(huán)組成。
參看圖3，圖中所示的任意中間級(jí)制冷級(jí)數(shù)為1～n，系統(tǒng)由首級(jí)制冷、中間-1級(jí)制冷至中間-n級(jí)制冷以及末級(jí)制冷循環(huán)組成。
按圖1所示，在末級(jí)制冷循環(huán)中運(yùn)行的相變制冷工質(zhì)經(jīng)工質(zhì)輸送過(guò)程3輸入對(duì)外制冷供冷的蒸發(fā)段1，從用冷處吸熱汽化，相變制冷并對(duì)外供冷，相變制冷所產(chǎn)飽和蒸氣，不再按現(xiàn)有制冷技術(shù)所施加的機(jī)械壓縮方法實(shí)行蒸氣壓縮制冷循環(huán)，而是采用相變以冷制冷循環(huán)方法，即讓飽和蒸氣沿箭頭方向進(jìn)入比飽和蒸氣溫度更低的冷凝段2。由于蒸發(fā)段1內(nèi)氣壓大于冷凝段2內(nèi)氣壓，所以飽和蒸氣自動(dòng)沿箭頭方向由蒸發(fā)段1至冷凝段2。由上一級(jí)相變以冷制冷循環(huán)的蒸發(fā)段4，向末級(jí)制冷循環(huán)的冷凝段2提供更低溫度的冷量。飽和蒸氣遇冷凝結(jié)的過(guò)程，是一個(gè)吸收并保存冷量的過(guò)程，供冷方把冷量傳導(dǎo)給飽和蒸氣，使之成為過(guò)冷液態(tài)或固態(tài)工質(zhì)。實(shí)現(xiàn)相變以冷制冷循環(huán)的實(shí)際冷量損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于本級(jí)相變以冷制冷循環(huán)中工質(zhì)汽化相變制冷所得的制冷量，當(dāng)在冷凝工況中，重復(fù)利用過(guò)冷工質(zhì)所攜帶的比飽和溫度更低的冷量來(lái)與飽和蒸氣充分進(jìn)行熱交換，則其冷量損失更小。由此可知，相變以冷制冷循環(huán)是一個(gè)多倍和高倍擴(kuò)增上一級(jí)所提供的冷量的過(guò)程。
任意中間級(jí)和末級(jí)制冷的相變以冷制冷循環(huán)是將液態(tài)工質(zhì)吸熱汽化成蒸氣，釋放汽化潛熱而制冷。任意中間級(jí)和末級(jí)制冷的相變以冷制冷循環(huán)是將固態(tài)工質(zhì)吸熱直接升華汽化成蒸氣，釋放升華潛熱而制冷。
中間-1級(jí)相變以冷制冷循環(huán)，其大部分工質(zhì)經(jīng)工質(zhì)輸送過(guò)程6進(jìn)入主蒸發(fā)段4內(nèi)，從冷凝段2吸熱汽化形成飽和蒸氣，由圖示箭頭方向，自動(dòng)進(jìn)入冷凝段5，由首級(jí)制冷的產(chǎn)冷段9提供的更低溫度的冷量冷凝；其小部分工質(zhì)經(jīng)工質(zhì)輸送過(guò)程7進(jìn)入副蒸發(fā)段8，從首級(jí)制冷的產(chǎn)熱段10吸熱汽化，形成飽和蒸氣，沿箭頭方向進(jìn)入冷凝段5冷凝；由此全部完成中間-1級(jí)相變以冷制冷循環(huán)。與前述末級(jí)相變以冷制冷循環(huán)同理，蒸發(fā)段4所制取的冷量，從數(shù)量上多倍或高倍多于冷凝段5所消耗的冷量。
按圖2所示，首級(jí)制冷與末級(jí)相變以冷制冷循環(huán)組成無(wú)熱制冷循環(huán)系統(tǒng)，其任意中間級(jí)級(jí)數(shù)為0。末級(jí)制冷負(fù)責(zé)對(duì)外制冷供冷，其制冷工質(zhì)大部分經(jīng)工質(zhì)輸送過(guò)程3，進(jìn)入主蒸發(fā)段1，從用冷處吸熱汽化制冷并對(duì)外供冷，然后沿箭頭方向進(jìn)入冷凝段2，利用首級(jí)制冷的產(chǎn)冷段9所提供的更低溫度的冷量冷凝；小部分制冷工質(zhì)經(jīng)工質(zhì)輸送過(guò)程7，進(jìn)入副蒸發(fā)段8，從首級(jí)制冷的產(chǎn)熱段10吸熱汽化，然后沿箭頭方向進(jìn)入冷凝段2冷凝恢復(fù)相態(tài)，由此完成末級(jí)相變以冷制冷循環(huán)，首級(jí)制冷負(fù)責(zé)提供原始冷量。
按圖3所示，首級(jí)制冷與中間-1級(jí)至中間-n級(jí)相變以冷制冷循環(huán)，以及末級(jí)相變以冷制冷循環(huán)所組成的N+2級(jí)無(wú)熱制冷循環(huán)系統(tǒng)。首級(jí)制冷提供原始冷量，中間-1級(jí)至中間-n級(jí)制冷負(fù)責(zé)逐級(jí)擴(kuò)增原始冷量，末級(jí)制冷負(fù)責(zé)對(duì)外供冷。末級(jí)制冷工質(zhì)經(jīng)工質(zhì)輸送過(guò)程3，進(jìn)入蒸發(fā)段1汽化制冷，沿箭頭方向回到冷凝段2冷凝。中間-n級(jí)制冷工質(zhì)經(jīng)工質(zhì)輸送過(guò)程6n，進(jìn)入蒸發(fā)段4n，從冷凝段2吸熱汽化，再按箭頭方向回到冷凝段5n冷凝。依照上述末級(jí)制冷與中間-n級(jí)制冷之間關(guān)系，同理設(shè)定中間-1級(jí)至中間n級(jí)之間任意相連兩級(jí)關(guān)系，即上一級(jí)相變以冷制冷循環(huán)的蒸發(fā)段為次一級(jí)相變以冷制冷循環(huán)的冷凝段提供充足冷量。中間-1級(jí)制冷與首級(jí)制冷的關(guān)系與圖1完全相同。
首級(jí)制冷所產(chǎn)生的熱量由次一級(jí)相變以冷制冷循環(huán)所提供的冷量吸收，是直接將首級(jí)制冷所產(chǎn)生的熱量排放到次一級(jí)制冷工質(zhì)中，使之吸收熱量產(chǎn)生相變。
首級(jí)制冷所產(chǎn)生的熱量由次一級(jí)相變以冷制冷循環(huán)所提供的冷量吸收，是間接將首級(jí)制冷所產(chǎn)生的熱量排放到次一級(jí)制冷工質(zhì)中，使次一級(jí)制冷工質(zhì)通過(guò)中間媒體，吸收首級(jí)制冷所排放的熱量產(chǎn)生相變。
首級(jí)制冷為現(xiàn)有制冷技術(shù)，電能或機(jī)械能進(jìn)入首級(jí)制冷電器裝置11，使產(chǎn)冷段9產(chǎn)冷，產(chǎn)熱段10產(chǎn)熱。由于次一級(jí)相變以冷制冷循環(huán)副蒸發(fā)段8全部吸收了產(chǎn)熱段10的熱量，致使首級(jí)制冷的產(chǎn)冷段與產(chǎn)熱段的環(huán)境溫度之差，可以減小到符合實(shí)現(xiàn)首級(jí)制冷最佳工況的溫差要求，由此實(shí)現(xiàn)首級(jí)制冷的良性循環(huán)。本發(fā)明突破了現(xiàn)有制冷技術(shù)的制冷溫度越低而制冷效率越低，甚至無(wú)法制冷的實(shí)際技術(shù)障礙。
任意中間級(jí)和末級(jí)相變以冷制冷循環(huán)均利用上一級(jí)制冷所提供的更低溫度的冷量來(lái)冷凝本級(jí)相變制冷所產(chǎn)生的蒸氣，即利用上一級(jí)制冷所提供的更低溫度的冷量將本級(jí)蒸氣直接冷凝成過(guò)冷工質(zhì)。
任意中間級(jí)和末級(jí)相變以冷制冷循環(huán)均利用上一級(jí)制冷所提供的更低溫度的冷量來(lái)冷凝本級(jí)相變制冷所產(chǎn)生的蒸氣，即利用上一級(jí)制冷所提供的更低溫度的冷量將本級(jí)蒸氣首先冷凝成過(guò)冷工質(zhì)，然后利用過(guò)冷工質(zhì)所攜帶的顯冷再去冷凝蒸氣，并多次重復(fù)利用上一級(jí)制冷所提供的更低溫度的冷量。
如圖所示，產(chǎn)冷段9的溫度低于蒸發(fā)段4的溫度，蒸發(fā)段4的溫度低于蒸發(fā)段1的溫度。蒸發(fā)段9、4、1之間的溫度差值，按所需冷凝飽和蒸氣工況的要求設(shè)定。對(duì)外制冷供冷的末級(jí)蒸發(fā)段1的溫度按用冷要求，可以在常溫至深冷低溫之間任意設(shè)定。
由于首級(jí)制冷中產(chǎn)熱段10所產(chǎn)生微量的熱量全部被中間-1級(jí)相變以冷制冷循環(huán)之副蒸發(fā)段8吸收，并為其相變潛熱消耗，首級(jí)制冷以下各級(jí)制冷循環(huán)均為消耗熱量的工況，所以圖示無(wú)熱制冷方法及其循環(huán)系統(tǒng)無(wú)任何熱量向外界環(huán)境排放，它只產(chǎn)冷，不產(chǎn)熱。
首級(jí)制冷在本發(fā)明所提供的最佳工況溫差條件下，實(shí)現(xiàn)按正常效率制冷，甚至實(shí)現(xiàn)超出正常效率水準(zhǔn)制冷，其制冷量經(jīng)由中間級(jí)相變以冷制冷循環(huán)，逐級(jí)從數(shù)量上多倍和高倍擴(kuò)增，為實(shí)現(xiàn)任意規(guī)模對(duì)外供冷的末級(jí)相變以冷制冷循環(huán)提供了足夠的冷凝冷量。在圖示整個(gè)無(wú)熱制冷方法及其循環(huán)系統(tǒng)中，除首級(jí)制冷必須耗費(fèi)電能或機(jī)械動(dòng)能之外，其余各級(jí)相變以冷制冷循環(huán)，除工質(zhì)輸送過(guò)程需要微量能耗之外，無(wú)需其他能耗。如前所述，首級(jí)制冷所消耗的能量已經(jīng)取得正常制冷效率，其效率經(jīng)多級(jí)擴(kuò)增，使得本發(fā)明可以具有極高的制冷效率。
本發(fā)明所述無(wú)熱制冷方法及其循環(huán)系統(tǒng)節(jié)省了制冷電能，降低了制冷供冷成本，為擴(kuò)充制冷供冷的生產(chǎn)規(guī)模和能力提供了技術(shù)條件。本發(fā)明在原理、工業(yè)和商業(yè)上的應(yīng)用都包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)，任何在此基礎(chǔ)上的改進(jìn)技術(shù)都取自本發(fā)明的權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)熱制冷方法及其循環(huán)系統(tǒng)，其首級(jí)制冷利用現(xiàn)有各類(lèi)制冷技術(shù)提供原始冷量，它可以是相變制冷中的蒸氣壓縮制冷、耗散式制冷、吸附式制冷，可以是半導(dǎo)體制冷，可以是磁制冷；可以是上述制冷技術(shù)中的任意一種單級(jí)制冷；也可以是由上述制冷技術(shù)中任意一種組成的多級(jí)復(fù)疊式制冷；還可以是由上述制冷技術(shù)中的多種技術(shù)組成的多級(jí)復(fù)疊式制冷；其特征在于，系統(tǒng)是由首級(jí)制冷、任意中間級(jí)制冷、末級(jí)制冷循環(huán)組成的二級(jí)以上的多級(jí)制冷循環(huán)，首級(jí)制冷作為原始制冷，末級(jí)制冷對(duì)外供冷，任意中間級(jí)制冷負(fù)責(zé)將原始冷量從0級(jí)、1級(jí)至n級(jí)擴(kuò)增；任意中間級(jí)和末級(jí)制冷方法為相變以冷制冷循環(huán)方法，它們均利用上一級(jí)制冷所提供的更低溫度的冷量來(lái)冷凝本級(jí)相變制冷所產(chǎn)生的蒸氣，使制冷工質(zhì)恢復(fù)原有相態(tài)，實(shí)現(xiàn)相變以冷制冷循環(huán)；首級(jí)制冷所產(chǎn)生的熱量由次一級(jí)相變以冷制冷循環(huán)所提供的冷量吸收，使首級(jí)制冷的產(chǎn)冷溫度和排熱環(huán)境溫度之差，減小到使首級(jí)制冷實(shí)現(xiàn)正常制冷；首級(jí)制冷的產(chǎn)冷溫度、任意中間級(jí)制冷的相變汽化溫度、以及末級(jí)制冷的相變汽化溫度按各級(jí)連接次序逐級(jí)增高，首級(jí)制冷產(chǎn)冷溫度為低，末級(jí)制冷相變汽化溫度為高。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)熱制冷方法及其循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述任意中間級(jí)和末級(jí)制冷的相變以冷制冷循環(huán)是將液態(tài)工質(zhì)吸熱汽化成蒸氣，釋放汽化潛熱而制冷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)熱制冷方法及其循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述任意中間級(jí)和末級(jí)制冷的相變以冷制冷循環(huán)是將固態(tài)工質(zhì)吸熱直接升華汽化成蒸氣，釋放升華潛熱而制冷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)熱制冷方法及其循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述首級(jí)制冷所產(chǎn)生的熱量由次一級(jí)相變以冷制冷循環(huán)所提供的冷量吸收，是直接將首級(jí)制冷所產(chǎn)生的熱量排放到次一級(jí)制冷工質(zhì)中，使之吸收熱量產(chǎn)生相變。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)熱制冷方法及其循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述首級(jí)制冷所產(chǎn)生的熱量由次一級(jí)相變以冷制冷循環(huán)所提供的冷量吸收，是間接將首級(jí)制冷所產(chǎn)生的熱量排放到次一級(jí)制冷工質(zhì)中，使次一級(jí)制冷工質(zhì)通過(guò)中間媒體，吸收首級(jí)制冷所排放的熱量產(chǎn)生相變。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)熱制冷方法及其循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述任意中間級(jí)和末級(jí)相變以冷制冷循環(huán)均利用上一級(jí)制冷所提供的更低溫度的冷量來(lái)冷凝本級(jí)相變制冷所產(chǎn)生的蒸氣，即利用上一級(jí)制冷所提供的更低溫度的冷量將本級(jí)蒸氣直接冷凝成過(guò)冷工質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)熱制冷方法及其循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述任意中間級(jí)和末級(jí)相變以冷制冷循環(huán)均利用上一級(jí)制冷所提供的更低溫度的冷量來(lái)冷凝本級(jí)相變制冷所產(chǎn)生的蒸氣，即利用上一級(jí)制冷所提供的更低溫度的冷量將本級(jí)蒸氣首先冷凝成過(guò)冷工質(zhì)，然后利用過(guò)冷工質(zhì)所攜帶的顯冷再去冷凝蒸氣，并多次重復(fù)利用上一級(jí)制冷所提供的更低溫度的冷量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無(wú)熱制冷方法及其循環(huán)系統(tǒng),系統(tǒng)由首級(jí)、任意中間級(jí)、末級(jí)制冷循環(huán)組成。首級(jí)為現(xiàn)有制冷技術(shù),其余各級(jí)為利用上一級(jí)制冷提供更冷冷量冷凝本級(jí)蒸氣的相變以冷制冷循環(huán)。首級(jí)提供原始冷量,末級(jí)對(duì)外制冷,任意中間級(jí)擴(kuò)增上一級(jí)冷量。各級(jí)產(chǎn)冷溫度依連接次序逐級(jí)增高,首級(jí)為低,末級(jí)為高。首級(jí)制冷所產(chǎn)熱量為次一級(jí)相變以冷制冷循環(huán)副蒸發(fā)段吸收。全系統(tǒng)無(wú)外排熱量,供冷溫度低,制冷效率高。
文檔編號(hào)F25B25/00GK1178313SQ9711992
公開(kāi)日1998年4月8日 申請(qǐng)日期1997年10月27日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月27日
發(fā)明者易元明 申請(qǐng)人:天然國(guó)際新科學(xué)技術(shù)研究院, 易元明