多級熱交換系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱交換領(lǐng)域，尤其涉及一種多級熱交換系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前尚不存在一種高效的產(chǎn)業(yè)集群，這種產(chǎn)業(yè)集群由所需溫度不同、且所需溫度跨度較大的產(chǎn)業(yè)組成，溫度較高的產(chǎn)業(yè)通過熱栗設(shè)備從溫度較低的產(chǎn)業(yè)處調(diào)集熱量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對【背景技術(shù)】中所涉及到的缺陷，提供一種多級熱交換系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
多級熱交換系統(tǒng)，包含制熱模塊、控制模塊和換熱模塊所述制熱模塊包含至少三個(gè)熱栗；
所述換熱模塊包含若干個(gè)換熱裝置和一個(gè)尾部裝置，所述換熱裝置的個(gè)數(shù)比熱栗的個(gè)數(shù)少一個(gè)；
所述換熱裝置上設(shè)有兩個(gè)換熱接口和一個(gè)供熱接口 ；
所述尾部裝置上設(shè)有一個(gè)換熱接口和一個(gè)供熱接口 ；
所述熱栗依次排列，且上一個(gè)熱栗的放熱端與下一個(gè)熱栗的吸熱端通過一個(gè)換熱裝置的兩個(gè)換熱接口相連，第一個(gè)熱栗的吸熱端與外部環(huán)境相連，最后一個(gè)熱栗的放熱端與尾部裝置的換熱接口相連；
所述控制模塊分別和各個(gè)熱栗相連，用于控制各個(gè)熱栗工作，使得各個(gè)熱栗放熱端的溫度依次升高。
[0005]多級熱交換系統(tǒng)，包含制冷模塊、控制模塊和換熱模塊；
所述制冷模塊包含至少三個(gè)制冷機(jī)；
所述換熱模塊包含若干個(gè)換熱裝置和一個(gè)尾部裝置，所述換熱裝置的個(gè)數(shù)比制冷機(jī)的個(gè)數(shù)少一個(gè)；
所述換熱裝置上設(shè)有兩個(gè)換熱接口和一個(gè)供熱接口 ；
所述尾部裝置上設(shè)有一個(gè)換熱接口和一個(gè)供熱接口 ；
所述制冷機(jī)依次排列，且上一個(gè)制冷機(jī)的吸熱端與下一個(gè)制冷機(jī)的放熱端通過一個(gè)換熱裝置的兩個(gè)換熱接口相連，第一個(gè)制冷機(jī)的放熱端與外部環(huán)境相連，最后一個(gè)制冷機(jī)的吸熱端與尾部裝置的換熱接口相連；
所述控制模塊分別和各個(gè)制冷機(jī)相連，用于控制各個(gè)制冷機(jī)工作，使得各個(gè)制冷機(jī)吸熱端的溫度依次降低。
[0006]作為本發(fā)明多級熱交換系統(tǒng)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述換熱裝置和尾部裝置均采用隔熱材料制成。
[0007]作為本發(fā)明多級熱交換系統(tǒng)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述供熱接口上設(shè)有隔熱材料制成的開關(guān)。
[0008]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
1、由于實(shí)際操作中存在熱損耗與制冷機(jī)做無用功等因素，雖然不可能實(shí)現(xiàn)卡諾制冷機(jī)的效率，但從低溫?zé)嵩凑{(diào)用熱的思路應(yīng)較之通過電能、化學(xué)能等做功直接使高溫?zé)嵩瓷邷囟鹊乃悸吩诖笠?guī)模工業(yè)生產(chǎn)中更為節(jié)能高效；
2、某些級制冷機(jī)或熱栗之間的換熱模塊的溫度對應(yīng)于某些產(chǎn)業(yè)的最適溫度，理論上來說，一套多級制熱、制冷系統(tǒng)可以為一套需要不同生產(chǎn)溫度的產(chǎn)業(yè)集群提供制熱或制冷的服務(wù)。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]1-熱栗或制冷機(jī)，2-從供熱接口取熱的外部工業(yè)環(huán)境，3-換熱裝置，4-供熱接口。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
如圖1所示，本發(fā)明公開了一種多級熱交換系統(tǒng)，包含制熱模塊、控制模塊和換熱模塊；
所述制熱模塊包含至少三個(gè)熱栗；
所述換熱模塊包含若干個(gè)換熱裝置和一個(gè)尾部裝置，所述換熱裝置的個(gè)數(shù)比熱栗的個(gè)數(shù)少一個(gè)；
所述換熱裝置上設(shè)有兩個(gè)換熱接口和一個(gè)供熱接口 ；
所述尾部裝置上設(shè)有一個(gè)換熱接口和一個(gè)供熱接口 ；
所述熱栗依次排列，且上一個(gè)熱栗的放熱端與下一個(gè)熱栗的吸熱端通過一個(gè)換熱裝置的兩個(gè)換熱接口相連，第一個(gè)熱栗的吸熱端與外部環(huán)境相連，最后一個(gè)熱栗的放熱端與尾部裝置的換熱接口相連；
所述控制模塊分別和各個(gè)熱栗相連，用于控制各個(gè)熱栗工作，使得各個(gè)熱栗放熱端的溫度依次升高。
[0012]本發(fā)明還公開了另一種多級熱交換系統(tǒng)，包含制冷模塊、控制模塊和換熱模塊；
所述制冷模塊包含至少三個(gè)制冷機(jī)；
所述換熱模塊包含若干個(gè)換熱裝置和一個(gè)尾部裝置，所述換熱裝置的個(gè)數(shù)比制冷機(jī)的個(gè)數(shù)少一個(gè)；
所述換熱裝置上設(shè)有兩個(gè)換熱接口和一個(gè)供熱接口 ；
所述尾部裝置上設(shè)有一個(gè)換熱接口和一個(gè)供熱接口 ；
所述制冷機(jī)依次排列，且上一個(gè)制冷機(jī)的吸熱端與下一個(gè)制冷機(jī)的放熱端通過一個(gè)換熱裝置的兩個(gè)換熱接口相連，第一個(gè)制冷機(jī)的放熱端與外部環(huán)境相連，最后一個(gè)制冷機(jī)的吸熱端與尾部裝置的換熱接口相連；
所述控制模塊分別和各個(gè)制冷機(jī)相連，用于控制各個(gè)制冷機(jī)工作，使得各個(gè)制冷機(jī)吸熱端的溫度依次降低。
[0013]所述換熱裝置和尾部裝置均采用隔熱材料制成。
[0014]所述供熱端口上設(shè)有隔熱材料制成的開關(guān)。
[0015]下面以從35°(:到1K區(qū)間內(nèi)任意溫度的多級制冷系統(tǒng)與從15 °C到600 V區(qū)間內(nèi)任意溫度的多級制熱系統(tǒng)為例，為本發(fā)明提供一個(gè)示例。其各級熱栗與制冷機(jī)的制冷原理包括物理相變、化學(xué)反應(yīng)和其他的凝聚態(tài)變化等。
[0016]從15V到1K區(qū)間內(nèi)任意溫度的多級熱交換系統(tǒng):
第一級制冷機(jī)所接外部環(huán)境溫度低于35°C ;
第一級制冷機(jī)(工作溫度為35°C到15°C)—一15%氨水做制冷劑，放熱端施加強(qiáng)恒電場，使氨水氫鍵團(tuán)簇濃度發(fā)生顯著漲落放熱，吸熱端氫鍵團(tuán)簇解體吸熱；
第一級換熱裝置(換熱溫度約為20 V )的供熱接口一一外接生活制冷；
第二級制冷機(jī)(工作溫度為25 °(:到_15 °C )——采用25%濃度的氨水做制冷劑，放熱端施加場強(qiáng)為十萬V/m以上量級的強(qiáng)恒電場，使氨水氫鍵團(tuán)簇濃度發(fā)生顯著漲落放熱，吸熱端氫鍵團(tuán)簇解體吸熱；
第二級換熱裝置(換熱溫度約為-10°C)的供熱接口一一外接冷藏冷庫；
第三級制冷機(jī)(工作溫度為-5 °C到_55°C)—一選取液氨做制冷劑，放熱端施加場強(qiáng)為十萬V/m以上量級的強(qiáng)恒電場，使液氨氫鍵團(tuán)簇濃度發(fā)生顯著漲落放熱，吸熱端氫鍵團(tuán)簇解體吸熱；
第三級換熱裝置(換熱溫度約為-50°C)的供熱接口一一外接干冰生產(chǎn)、低溫實(shí)驗(yàn)室等低溫產(chǎn)業(yè)；
第四級制冷機(jī)(工作溫度為_45°C到10K)—一依次使用液氨、液氮、液氦等做制冷劑；
尾部裝置(內(nèi)部溫度約為10K)的供熱接口一一外接超低溫實(shí)驗(yàn)室、超導(dǎo)材料的工作環(huán)境、超低溫產(chǎn)業(yè)等，為其提供極低溫；
從15 °C到600 0C區(qū)間內(nèi)任意溫度的多級熱交換系統(tǒng):
第一級熱栗所接外部環(huán)境溫度高于-5°C ;
第一級熱栗(工作溫度為_5°C到35°C)—一15%氨水做制冷劑，放熱端施加強(qiáng)恒電場，使氨水氫鍵團(tuán)簇濃度發(fā)生顯著漲落放熱，吸熱端氫鍵團(tuán)簇解體吸熱；
第一級換熱裝置(換熱溫度約為30°C)的供熱接口一一外接生活供暖；
第二級熱栗(工作溫度為25°C到1(TC)—一水做制冷劑，放熱端施加場強(qiáng)為十萬V/m以上量級的強(qiáng)恒電場，使水中氫鍵團(tuán)簇濃度發(fā)生顯著漲落放熱，吸熱端氫鍵團(tuán)簇解體吸熱；
第二級換熱裝置(換熱溫度約為95°C)的供熱接口一一外接熱加工產(chǎn)業(yè)供熱、食品烹飪產(chǎn)業(yè)、化工產(chǎn)業(yè)，為其供熱；
第三級熱栗(工作溫度為90°C到超過374°C)—一封閉加壓狀態(tài)下的水直至超臨界水做制冷劑，放熱端施加極強(qiáng)恒電場，使水/氨水氫鍵團(tuán)簇濃度發(fā)生顯著漲落放熱，吸熱端氫鍵團(tuán)簇解體吸熱；
第三級換熱裝置(換熱溫度約為350 V )的供熱接口一一外接高溫化工產(chǎn)業(yè)，為其供熱；第四級熱栗(工作溫度為從350°C到600°C以上)一一氮?dú)?、氫氣?:3的體積比組成的混合氣體、鐵催化劑，配有壓縮裝置，通過密度變化造成的反應(yīng)平衡狀態(tài)的移動實(shí)現(xiàn)放熱，吸熱端反應(yīng)平衡恢復(fù)，進(jìn)行吸熱；
尾部裝置(換熱溫度在約為600°C的高溫區(qū)段)的供熱接口一一外接溫度適宜的各類高溫化工產(chǎn)業(yè)，為其供熱。
[0017]當(dāng)這兩套多級制熱、制冷系統(tǒng)同時(shí)使用時(shí)，可實(shí)現(xiàn)從相當(dāng)?shù)蜏責(zé)嵩聪蛳喈?dāng)高溫?zé)嵩磦鳠?，并可為一系列所需溫度不同的產(chǎn)業(yè)提供適宜的溫度環(huán)境。
[0018]值得一提的是，所述換熱裝置中的熱媒以及所述供熱接口所外接的熱媒，在常溫段可以是空氣，在高溫段可以是無氧氣體，有時(shí)當(dāng)外接產(chǎn)業(yè)需要高壓時(shí)，也可以是高壓壓縮氣體等。
[0019]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0020]以上所述的【具體實(shí)施方式】，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.多級熱交換系統(tǒng)，其特征在于，包含制熱模塊、控制模塊和換熱模塊； 所述制熱模塊包含至少三個(gè)熱栗； 所述換熱模塊包含若干個(gè)換熱裝置和一個(gè)尾部裝置，所述換熱裝置的個(gè)數(shù)比熱栗的個(gè)數(shù)少一個(gè)； 所述換熱裝置上設(shè)有兩個(gè)換熱接口和一個(gè)供熱接口 ； 所述尾部裝置上設(shè)有一個(gè)換熱接口和一個(gè)供熱接口 ； 所述熱栗依次排列，且上一個(gè)熱栗的放熱端與下一個(gè)熱栗的吸熱端通過一個(gè)換熱裝置的兩個(gè)換熱接口相連，第一個(gè)熱栗的吸熱端與外部環(huán)境相連，最后一個(gè)熱栗的放熱端與尾部裝置的換熱接口相連； 所述控制模塊分別和各個(gè)熱栗相連，用于控制各個(gè)熱栗工作，使得各個(gè)熱栗放熱端的溫度依次升高。2.多級熱交換系統(tǒng)，其特征在于，包含制冷模塊、控制模塊和換熱模塊； 所述制冷模塊包含至少三個(gè)制冷機(jī)； 所述換熱模塊包含若干個(gè)換熱裝置和一個(gè)尾部裝置，所述換熱裝置的個(gè)數(shù)比制冷機(jī)的個(gè)數(shù)少一個(gè)； 所述換熱裝置上設(shè)有兩個(gè)換熱接口和一個(gè)供熱接口 ； 所述尾部裝置上設(shè)有一個(gè)換熱接口和一個(gè)供熱接口 ； 所述制冷機(jī)依次排列，且上一個(gè)制冷機(jī)的吸熱端與下一個(gè)制冷機(jī)的放熱端通過一個(gè)換熱裝置的兩個(gè)換熱接口相連，第一個(gè)制冷機(jī)的放熱端與外部環(huán)境相連，最后一個(gè)制冷機(jī)的吸熱端與尾部裝置的換熱接口相連； 所述控制模塊分別和各個(gè)制冷機(jī)相連，用于控制各個(gè)制冷機(jī)工作，使得各個(gè)制冷機(jī)吸熱端的溫度依次降低。3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的多級熱交換系統(tǒng)，其特征在于，所述換熱裝置和尾部裝置均采用隔熱材料制成。4.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的多級熱交換系統(tǒng)，其特征在于，所述供熱接口上設(shè)有隔熱材料制成的開關(guān)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多級熱交換系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在較大溫差范圍內(nèi)由低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩磦鳠幔瑥亩鴮Ω邷匚矬w進(jìn)行制熱、對低溫物體進(jìn)行制冷，并在傳熱路線上為多種產(chǎn)業(yè)提供所需適宜的工作溫度環(huán)境的生產(chǎn)方法。較之通過電能、化學(xué)能等做功直接向高溫?zé)嵩垂岬哪Ｊ?，從低溫?zé)嵩凑{(diào)用熱的方法在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中更為節(jié)能高效；此外，本發(fā)明可以為一套需要不同生產(chǎn)溫度的產(chǎn)業(yè)集群提供制熱或制冷的服務(wù)。
【IPC分類】F25B30/00, F25B29/00
【公開號】CN105571203
【申請?zhí)枴緾N201610068113
【發(fā)明人】楊魯平
【申請人】南京航空航天大學(xué)
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2016年2月1日