[發明專利]結合吸收和溶液濃度變化的高效熱泵

無效

• 申請號: 201380022990.2
• 申請日: 2013-03-01
• 公開（公告）號: CN104520654A
• 公開（公告）日: 2015-04-15
• 發明（設計）人: 瓦西利奧斯·斯蒂利亞拉斯
• 申請（專利權）人: 瓦西利奧斯·斯蒂利亞拉斯
• 主分類號: F25B15/06
• 分類號: F25B15/06
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 王金雙

例如在冷卻-制冷應用中熱傳遞到較高溫度的常用方式是通過使用蒸汽膨脹-壓縮循環。在壓力p₂下從其環境(低溫熱源)中吸收熱量的制冷劑蒸發在較高壓力p₁下被壓縮，在更高溫度T1(高溫熱源)下冷凝排熱并且在初始壓力p₂下膨脹。該制冷劑為純物質。純物質的蒸發和冷凝溫度是相同的。壓力越高，蒸發溫度就越高。蒸汽壓縮反映了循環的電能消耗。還存在一種應用，其中應用了熱壓縮。現在熱量被消耗用于工作流體的壓縮。溶液在高溫下部分地蒸發。蒸汽進行冷卻循環，同時溶液擴散并返回到吸收器，在吸收器中蒸汽在較低溫度下吸收(冷凝)。最初的溶液進行了改量、壓縮并推動到蒸發器。該應用被稱為吸收或熱壓縮熱泵。工作流體是溶液，而不是純物質。最常見的溶液是NH₃-H₂O和LiBr-H₂O。溶液的蒸氣壓溫度的函數，也是濃度的函數。理想溶液遵循拉烏爾定律P＝xP₀，其中P₀是純物質在給定溫度下的汽化壓力，x是濃度。實際溶液突破該定律且P＝αP₀-ymP₀，α為活性，γ是作為濃度函數的活性系數，并且m為摩爾濃度。這意味著在給定溫度下溶液可以不同的壓力蒸發，這取決于濃度。蒸汽被溶液吸收，從而冷凝。在下文中，使用術語蒸汽吸收或冷凝。壓縮比為DP＝p₁/p₂＝α₁p₀₁/α₂p₀₂＝(α₁/α₂)(p₀₁/p₀₂)。比例α₁/α₂是通常吸收循環中的單元，因為溶液在蒸發和冷凝過程中具有相同的濃度。在本方法中，該比例小于1/5。在極端的情況下，該比例可等于1/(p₀₁/p₀₂)且DP＝1。這意味著對于相同的溫度來說，提高壓縮比從而所需要的工作就會成比例的減少。隨著電解質濃度的增加活性降低。在我們的冷卻應用中，我們更傾向于具有與拉烏爾定律有負偏差的溶液，其蒸氣壓低于理想理想溶液。放熱反應也是優選的。有許多溶劑-溶質的組合可使用。在下面的描述中，我們指的溶質是電解質，特別是固體電解質。電解質溶液似乎是最適當的，而其它種類的溶質也可使用。在吸收循環中，例如機械(電)壓縮循環中有兩種壓力水平。第一種的優點在于液體壓縮消耗了比蒸氣壓縮少得多的電能，且熱量比電便宜。在我們的方法中也沒有相當大的熱量消耗。熱量由蒸發器所吸收以產生蒸汽，并由吸收器釋放，在吸收器中蒸汽被吸收(冷凝)。溫度上升取決于壓力比ΔΡ。

吸收循環的冷卻效率COP是純溶劑的蒸發熱量除以溶液的蒸發熱量。溶液的蒸發熱量高于純溶劑的蒸發熱量，且通常COP＝0.7。