【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種新能源供熱及制冷技術，具體是利用溴化銀的感光性，在強光照射下分解吸熱制冷，然后在暗處利用氧化銅催化作用重新化合供熱，利用這一可逆反應實現熱量轉移，達到連續供熱和制冷的目的。人們對于溴化銀的利用，主要是感光造影方面，沒有應用到供熱和制冷方面。溴化銀固體的摩爾生成熱達到23.99kcal/mol(化工工藝設計手冊)，相當于535kj/kg。過去由于種種原因，人們無法對溴化銀這一化學性質加以利用，現在利用本專利技術的閉路循環技術，可以實現溴化銀的這一功能，并且最大限度地杜絕腐蝕和泄漏風險。
技術介紹
1、在熱泵供熱和制冷領域，目前普遍利用的是低熔點、低沸點的物質相變過程進行冷熱分離、儲存和轉移，典型的物質就是各種鹵代烴制冷劑以及丙烷、丁烷、氨氣或者混合制冷劑等。但是由于相變是一種物理過程，其能量密度還不夠大，所得到的制熱系數和制冷系數(cop系數)普遍在2-3之間，經濟效益不大。尤其是投資大、占地大的熱泵系統，這一問題更為突出。因此，國內外用于供熱的途徑依然主要依靠燃燒化石能源。而化學能應用于熱泵和制冷領域的案例尚未見諸報道。因為大部分化學反應都不可逆或者釋放的能量低，或者可逆的條件非常苛刻。本專利技術利用了溴化銀的光敏性和可逆性，在光催化溴化銀分解和氧化銅催化單質溴、單質銀合成的可逆反應中，不僅反應速率非常快，而且能量釋放大。在冷熱轉移過程中，沒有采用高耗能的壓縮機，而是功耗較低的風機，可以達到很高的制熱系數和制冷系數(粗略計算能達到10以上，具體取決于詳細設計時溴化銀物料的周轉頻率)。
1、本系統的主要結構見附圖一。本系統由8個設備和連接的管道、閥門組成。
2、具體工作過程如下所述：
3、系統投入之前，先采用氮氣從f11閥門接口對系統進行吹掃置換，清除系統內部的空氣和水蒸汽。然后關閉f11氮氣入口，打開1號罐五氟乙烷對系統進行二次吹掃，將氮氣置換出去。排氣口為頂部的f06閥門。吹掃完成后，系統里面是干燥的五氟乙烷氣體，壓力為常壓。
4、7號設備是溴化銀、過量的銀粉和氧化銅組成的料倉。2號設備是分解罐，3號和4號設備是蒸發制冷換熱器，5號和6號設備是催化反應器(同時有加熱換熱功能)，8號設備是離心風機。
5、7號料倉里的固體混合物顆粒(溴化銀、銀粉和氧化銅)，在f02閥門打開后，利用1號罐的壓力將固體混合物經f04、f05吹進2號分解罐。一次性投入物料后即關閉f04閥門。固體混合物進入2號分解罐，在頂部紫外投射燈照射下，溴化銀分解成單質溴和單質銀，同時吸熱，2號罐內的五氟乙烷在吸熱作用下溫度下降，經過精確比例計算，確保五氟乙烷達到液化溫度(-48度)，設計時可以考慮是全部液化還是部分液化。同時單質溴凝結成固體顆粒(凝固點為-7℃)。五氟乙烷液化時會以固體顆粒物為凝結核，包裹著固體混合物沉降到2號罐底部，形成液體池，同時2號罐壓力下降，吸引管道內的其他五氟乙烷氣體從a口補充到2號罐。整個系統壓力會暫時性低于大氣壓，但是整體壓力平衡。
6、2號罐底部的液體池通過c口和電動閥門df01、df02交替選擇性進入3號或4號蒸發制冷換熱器，以3號為例，固-液混合流體進入后，在外壁的冷媒換熱下，國內用于建筑制冷的冷媒溫度一般是4℃，用于本項目的制冷劑可以選擇乙二醇，運行溫度控制在-10℃～-20℃，滿足各種場合的制冷需求，同時該溫度低于溴的熔點(-7℃)，在冷媒的加熱作用下，五氟乙烷(-48℃)被蒸發為氣體，通過df03電動閥和8號設備bl001循環風機引出返回2號罐入口，補充2號罐氣體壓力。
7、五氟乙烷在蒸發的同時吸收外壁冷媒的熱量，滿足對外供冷的需要。在冬季或者不需要制冷的建筑，可以利用外界空氣為熱源來蒸發五氟乙烷，由于五氟乙烷溫度為-48℃，比絕大多數地區的冬季氣溫低，基本不受季節和環境的影響，不需要額外尋找熱源。
8、五氟乙烷全部蒸發后，3號蒸發器內只剩下固體顆粒物，冷量完全被轉移出去。利用蒸發器的余壓，和固體顆粒物自重，經過電動閥df05，將固體混合物吹入5號反應器。固體顆粒物沿著錐形壁面落入底部狹小的空間，溴、銀充分接觸，在外壁熱媒(設計溫度低于90℃時采用水，高于90℃時采用導熱油)的加熱下，溴先熔化，然后液溴在氧化銅催化作用下與銀粉迅速反應合成溴化銀，同時放熱，促使外壁熱媒溫度進一步上升(熱媒初始溫度設計為20℃就足夠)。熱媒的最終溫度，視下游需要和溴的氣化速度而定(液溴氣化溫度為58℃，但是實際熔化需要時間，如果液溴反應速度大于熔化到氣化的速度，就可以持續升溫，理論上合成反應速度足夠快，外壁與固體混合物傳熱速度比較慢，不必擔心液溴氣化)。最終升溫效果有待實證。需要說明的是，進入反應器的一部分五氟乙烷氣體不會參與反應，因為其是惰性氣體。
9、經過5號反應器放熱后，液溴完全反應，因為銀粉過量(投料時設定到3倍～5倍)。反應后的固體顆粒物是溴化銀、過量銀粉和催化劑氧化銅。
10、與此同時，4號蒸發器開始進液蒸發，關閉df01停止3號蒸發器進液。4號蒸發器蒸發的氣體五氟乙烷通過風機bl001引向2號罐。
11、打開電動閥df07，5號反應器的反應物在自重和下方的文丘里引射器w01的雙重作用下，固體混合物與來自4號蒸發器的五氟乙烷混合，形成氣-固兩相流體，固體混合物被氣體吹進2號分解罐，重新開始分解。
12、5號反應器的固體混合物排料與4號蒸發器的蒸發節奏保持一致，完成排料同時完成排氣后，3號蒸發器開始進液蒸發，4號蒸發器停止進液。同時，4號蒸發器的固體混合物開始排向6號反應器反應，從6號反應器排出的物料將被3號蒸發器的氣體通過文丘里引射器w02吹向2號罐入口。
13、為了保持反應器的節奏與蒸發器的節奏相同，需要計算固體混合物的物料和氣體的質量，以及控制各個電動閥的開閉時間。液化氣體五氟乙烷在3號和4號蒸發器之間切換，保持連續供氣，固體反應物在5號反應器和6號反應器之間切換保持連續排料，整個系統維持連續平穩運行。
14、整個系統氣體溫度較低，采用耐低溫的材料比如不銹鋼。反應器因為與液溴有接觸，椎體內表面可以采用鉛作為襯里，也可以采用蒙乃爾合金襯里、陶瓷襯里、玻璃襯里；設計加熱溫度較低時也可以采用聚四氟乙烯ptfe襯里。具體視實際需要和各種材料的腐蝕速率、導熱系數、傳熱系數而定。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.本專利技術所述一種溴化銀閉路循環的供熱和制冷方法，將溴化銀顆粒和銀粉、氧化銅顆粒在氣體五氟乙烷管道中進行閉路循環，以循環風機為驅動動力，經過光催化分解吸熱將氣體冷卻液化，分解的溴單質被凝固，再經過蒸發器進行固液分離，同時吸熱制冷，然后固體顆粒進入氧化銅催化反應器化合放熱，同時對外供熱，最后生成的溴化銀與蒸發的氣體一同被風機送回光催化分解單元重新分解，實現循環制冷與制熱。
2.本專利技術所述一種溴化銀閉路循環的供熱和制冷方法的基本組成單元，分別是溴化銀光催化分解吸熱、工質降溫液化、工質蒸發分離同時制冷、溴與銀催化反應同時對外供熱、工質強制循環同時吸引溴化銀返回分解單元，一共5個連續單元。其中蒸發器和反應器各設一個備用設備，進行交替操作。本專利技術使用的工質是五氟乙烷(也可以使用其他沸點相近的制冷劑，但是應符合環保要求且具有化學惰性，不能與溴反應)，以它為氣體溶劑，以溴化銀、氧化銅、過量的銀粉顆粒物為溶質，以循環風機為驅動，將氣固兩相混合物輸送到分解罐，分解罐頂部設置2～4個紫外線投射燈，溴化銀在光照下分解，吸熱，導致五氟乙烷降溫液化，同時將固體顆粒物氧化銅、銀粉和凝
3.本專利技術所述一種溴化銀閉路循環的供熱和制冷方法的主要特點是，利用液化氣體(五氟乙烷)為氣體溶劑，其標準大氣壓下沸點為-48℃，該溫度低于國內供冷的冷媒溫度，低于國內絕大部分地區的冬季氣溫，而且低于溴的凝固溫度(-7℃)，可以迅速放熱以供應溴化銀分解需要，同時降溫液化，迅速將溴單質凝固成固體顆粒以減小對容器的腐蝕，迅速收集銀粉、溴顆粒和氧化銅顆粒進入液體管道和蒸發器中，并且具有環保優勢，不傷害臭氧層，不與溴反應，具有化學惰性，對設備和管道無腐蝕，在蒸發器中，五氟乙烷蒸發制冷同時與溴顆粒、銀粉和氧化銅分離，實現冷熱分離。固體溴、銀粉和氧化銅落入到反應器中后，溴先被外壁的熱媒熔化成液體然后與銀粉反應放熱。整個過程中，只有反應器需要格外注意液溴的腐蝕性，其他環節溴都是以固體顆粒物或化合物形式被五氟乙烷氣體或液體攜帶，所以對管道和設備造成的風險都很小。整個系統動力消耗不大，只有一臺循環風機和若干只紫外線照明燈。
4.本專利技術所述一種溴化銀閉路循環的供熱和制冷方法的本質，是一種化學熱泵。利用可逆化學反應來轉移熱量。由于循環風機的功耗遠遠低于壓縮機，所以其COP系數較大。
...【技術特征摘要】
1.本發明所述一種溴化銀閉路循環的供熱和制冷方法，將溴化銀顆粒和銀粉、氧化銅顆粒在氣體五氟乙烷管道中進行閉路循環，以循環風機為驅動動力，經過光催化分解吸熱將氣體冷卻液化，分解的溴單質被凝固，再經過蒸發器進行固液分離，同時吸熱制冷，然后固體顆粒進入氧化銅催化反應器化合放熱，同時對外供熱，最后生成的溴化銀與蒸發的氣體一同被風機送回光催化分解單元重新分解，實現循環制冷與制熱。
2.本發明所述一種溴化銀閉路循環的供熱和制冷方法的基本組成單元，分別是溴化銀光催化分解吸熱、工質降溫液化、工質蒸發分離同時制冷、溴與銀催化反應同時對外供熱、工質強制循環同時吸引溴化銀返回分解單元，一共5個連續單元。其中蒸發器和反應器各設一個備用設備，進行交替操作。本發明使用的工質是五氟乙烷(也可以使用其他沸點相近的制冷劑，但是應符合環保要求且具有化學惰性，不能與溴反應)，以它為氣體溶劑，以溴化銀、氧化銅、過量的銀粉顆粒物為溶質，以循環風機為驅動，將氣固兩相混合物輸送到分解罐，分解罐頂部設置2～4個紫外線投射燈，溴化銀在光照下分解，吸熱，導致五氟乙烷降溫液化，同時將固體顆粒物氧化銅、銀粉和凝固的溴顆粒攜帶沉落到罐底，變成固-液兩相混合物。隨后，混合物在自重作用下進入下方的蒸發器，蒸發器內冷媒與五氟乙烷換熱，冷媒被冷卻后對外供冷，五氟乙烷被加熱蒸發，被風機抽出。蒸發器內殘余的固體是銀粉、固態溴和氧化銅，在蒸發過程終了時刻被殘余的氣體壓力吹出，掉落到下方的反應器中，在密閉狹小的錐形容器底部，溴先被外壁的熱...
【專利技術屬性】
技術研發人員：袁偉，
申請(專利權)人：北京新興智遠工程設計服務有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。