[发明专利]利用重力作用实现液体蒸发制冷和热机过程的机构及方法

说明书

技术领域

本发明属于机械领域，涉及一种实现液体蒸发制冷和热机过程的机构及方法，具体地说，是利用重力作用实现液体蒸发制冷和热机过程的机构及方法。

背景技术

目前的液体蒸发制冷主要有蒸气压缩式制冷、吸收式制冷和吸附式制冷等。对于各种不同的液体蒸发制冷，其区别仅在于产生使液体在较低温度下蒸发的低压条件，或产生使蒸气在较高温度下冷凝的高压条件的方法的不同。蒸气压缩制冷以机械能作为动力，利用压缩机将低压蒸气转化为高压气体；吸收和吸附式制冷主要以热能作为动力，利用吸收剂或吸附剂对制冷工质蒸气的吸收或吸附作用，产生低压条件。

发明内容

本发明目的是利用重力作用实现液体蒸发制冷和热机的过程。

本发明的技术原理是：利用液体自身的重力形成低压，使液体吸热蒸发产生制冷效应；利用液体自身的重力对蒸气进行压缩，使蒸气放热冷凝产生制热效应。将降压和升压过程通过轮系机构耦合，旋转轮系，通过其两侧的重力平衡，降低使液体管上升所需要的举升力，实现液体蒸发制冷过程。对轮系机构一侧进行加热，使其两侧形成重力差以驱动轮系转动，实现热机过程。对于同一种介质或制冷工质，通过预先调节转轴中心处的压力，可满足系统在不同环境温度条件下吸热和放热的压力条件。利用重力的热力发动机可用来驱动制冷机，将热力发动机与制冷机同转轴串联，或通过变速机构连接，由热力发动机驱动制冷机工作。

一种利用重力作用实现液体蒸发制冷和热机过程的机构及方法，其特征是：机构包括液体1、储液槽2、液体管3、软管4、旋转中心5、蒸气6、转轴7、加热器8；其中，液体管3一端封闭，一端开口，软管4两端开口；液体管3的开口端通过软管4与盛有液体1的储液槽2相通；液体管3沿转轴7的周向分布，液体管3和转轴7组成轮系；轮系上方的液体管3未充满液体1；利用液体1的重力，在轮系作用下，通过旋转轮系及其两侧的重力平衡，实现液体1蒸发制冷过程；对轮系一侧进行加热，使其两侧形成重力差以驱动轮系转动，实现热机过程。

其中，液体管3可以是规则形状，也可以是不规则的其他形状，其一端封闭，一端开口；软管4两端开口。

连接方式如下：

利用液体重力产生制冷效应和制热效应的图1-5中，液体管3的开口端通过软管4与盛有液体1的储液槽2相通。液体管3的数量至少为2根。

利用重力作用实现液体蒸发制冷和热机过程的机构及方法见图6和图7，利用重力作用的热力发动机驱动制冷机见图8，图6-8中以8根液体管3为例，液体管3在转轴7处相通，并沿转轴7的周向分布。

利用重力作用实现液体蒸发制冷过程的机构及方法见图6：

液体管3内充有液体1，且轮系上方的液体管3未充满液体。在平衡状态时，轮系上方液体管3封闭端的蒸气6为饱和蒸气。此时如果输入扭矩将轮系沿顺逆时针方向绕旋转中心5旋转，左右上方区域的液体管3封闭端蒸气6容积逐渐增大，液面压力逐渐减小，当压力低于环境温度所对应的饱和压力时，液体1吸热蒸发。当轮系左右上方区域的液体管3沿顺逆时针方向转入轮系右左上方区域时，液体管3封闭端的蒸气6容积逐渐减小，蒸气6压力逐渐升高，当蒸气6压力高于环境温度所对应的饱和压力时，液体管3内蒸气6放热冷凝，直至随着转轮的旋转，全部的蒸气6冷凝成液体1。在轮系机构作用下，通过旋转轮系及其两侧的重力平衡，实现液体1蒸发制冷过程。

利用重力作用实现热机过程的机构及方法见图7：

液体管3内充有液体1，且轮系上方的液体管3未充满液体。在平衡状态时，轮系上方液体管3封闭端的蒸气6为饱和蒸气。此时如果通过加热器8对轮系左右上方区域的液体管3内的饱和液进行加热，轮系左右上方区域的液体管3内液体1蒸发，相应液体管3内液柱下降；同时对轮系右左上方区域的液体管3进行冷却如向环境散热，轮系右左上方区域的液体管3内蒸气6冷凝，相应液体管3内液柱升高。由于左右两侧区域液体管3内的液柱高度不同，形成重力差，从而产生一个顺逆时针方向的输出扭矩，可以使轮系沿顺逆时针方向旋转，实现热机过程。

本发明的有益效果是所提出的方法及机构不同于目前已有的实现液体蒸发制冷和热机过程的方法及机构，即非压缩、非吸收和非吸附，是利用重力作用实现液体蒸发制冷和热机过程，结构简单。

附图说明

图1是利用液体重力产生制冷效应的初始状态示意图。

图2是利用液体重力产生制冷效应的吸热蒸发状态过程示意图。

图3是利用液体重力产生制冷效应的结束状态或制热效应的初始状态示意图。

图4是利用液体重力产生制热效应的放热冷凝状态过程示意图。