專利名稱：旋轉壓縮式氫制冷裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種改進的氫制冷裝置，特別是一種旋轉壓縮式氫制冷裝置。
現有氫制冷系統是利用吸氫量特別多的吸氫合金在吸氫時放熱、放氫時吸熱的熱變化而實現的，其中的吸氫合金是實用吸氫合金，它是近年開發(fā)的一種在常溫下可大量吸收氫的合金，如鈦，鐵合金，鉻.錳合金、稀土類.鎳.鈣合金等。其中，稀土類合金是最好的吸氫合金，這些合金在常溫附近保持一個大氣壓的平衡壓力，作為實用吸氫合金而受重視，其吸、放氫的機理是合金在常溫下，直到平衡壓變?yōu)橐粋€大氣壓時才吸收氫;在高溫下加熱合金，使平衡壓力增高，就會放出所吸收的氫，也就是說，合金對氫的吸收度，會由于溫度的不同而異，另外，溫度保持一定時，改變壓力也可使之吸氫或放氫，即對合金施加超過平衡壓的壓力，合金就吸氫;如果外壓下降到平衡壓以下，合金就放氫，現有吸氫合金的應用就是利用吸氫合金在吸、放氫時的熱變化。
現有典型的暖氣設備系統是利用吸氫合金的熱變化的熱泵，暖氣設備的原理很簡單，例如，白天使太陽能照射在吸氫合金上，吸氫合金吸熱的同時放出氫，放出的氫積存在貯罐內;到了夜間，給貯罐中的氫施加少量的壓力，就會使吸氫合金發(fā)生作用，即吸氫的同時放出熱量，從而實現低溫的利用，這就是節(jié)能型暖氣設備系統，現有利用吸氫合金的制冷系統其原理復雜，下面以節(jié)能型冷氣系統為例、參照

圖1、圖2介紹，圖1為節(jié)能型冷氣系統的結構示意圖，圖2為合金A、B性質的曲線圖，冷氣系統由1-4號貯罐及相應設備構成，在1、2號貯罐內裝入性質為A的吸氫合金，在3、4號貯罐中裝入性質為B的吸氫合金，在第一階段，1、4號貯罐的吸氫合金處于充分吸氫狀態(tài)，2、3號貯罐的吸氫合金處于充分脫氫狀態(tài);第二階段(即實際工作階段)，設把太陽能先照射在1號貯罐上、罐內A吸氫合金變熱，則合金就會放出氫，壓力為P，壓力為P的氫被送到保持中間溫度Tm狀態(tài)的3號貯罐中。由于3號貯罐中的吸氫合金B(yǎng)處于脫氫狀態(tài)，所以吸收送來的氫，同時放出熱量，用鼓風機把放出的熱量散發(fā)到大氣中。另外，處于低溫Ta狀態(tài)的4號貯罐中的吸氫合金B(yǎng)。由于處在最初的吸氫狀態(tài)，從它周圍奪取熱量，放出壓力為P′的氫，壓力為P′的氫被送到處于中間溫度Tm的2號貯罐中，2號貯罐中的吸氫合金A處于脫氫狀態(tài)，吸收送來的氫，同時放出熱量，用鼓風機等將放出的熱量排到大氣中，這樣就完成了一個循環(huán)，然后轉換熱傳導回路，這時四個貯罐的組合狀態(tài)和第一階段完全相同，只是1、2號貯罐，3、4號貯罐的狀態(tài)相互轉換而已，重復前述的循環(huán)，就可以連續(xù)運轉。因3、4號貯罐吸收周圍的熱量，所以它們可直接作為冷氣設備中的冷卻部分。
如上所述，現有的氫制冷系統因原理結構復雜，適用性及實用性都較差;特別是無法應用到只需小型制冷的家用制冷設備上。
本發(fā)明的目的是提供一種旋轉壓縮式氫制冷機，它具有效率高、能耗低、機械結構簡單、零件少、體積小的優(yōu)點，而且制冷制熱轉換方便。
發(fā)明是這樣實現的在獨立密封(即將吸氣口封閉)的旋轉壓縮機的轉子表面，覆有前述的吸氫合金，密封的機殼內均勻地充滿氫氣。
為說明方便，下面以滑片式壓縮機為例，所述的壓縮腔特指初始狀態(tài)時壓縮機內、由滑片、轉子、機殼所圍成的最大腔體，同時規(guī)定該腔所在點為起始點。
當轉子從初始狀態(tài)開始旋轉時，壓縮腔體積不斷地縮小，腔內的氫氣因被壓縮壓力升高，當壓力超過吸氫合金的平衡壓時，吸氫合金吸氫同時放出熱;由于壓縮腔是密閉的，壓縮腔內氫氣不能向外排出，氫氣的壓力隨著轉子的連續(xù)轉動而持續(xù)上升，吸氫合金則不斷地吸氫，因為吸氫合金的吸氫能力足夠大(氣態(tài)氫的密度為5.4乘以10的19次方，氫被La、Ni的合金吸收后，氫的密度為7.6乘以10的22次方，以上密度單位為原子/立方厘米)，當壓縮終了時，壓縮腔內的氫氣基本可由吸氫合金吸收完畢。此時，壓縮腔的體積近等于零(為說明方便，設為零);吸氫合金吸氫時所放出的熱則從導熱的機殼散發(fā)到外部。即吸氫合金在高壓區(qū)(起始點到壓縮終了點之間的部位)吸氫放熱。
隨著轉子的繼續(xù)運轉，壓縮腔在過了壓縮終了點后，體積從零開始變大，由于壓縮機是密閉的，壓縮腔內的空間得不到氣體補充，腔內處于低壓狀態(tài)，其壓力低于吸氫合金的平衡壓，這樣，在高壓區(qū)充分吸氫的吸氫合金中的氫，因壓縮腔內的壓力低于平衡壓，急劇地從吸氫合金中釋放出來，同時吸取壓縮腔周圍的熱量，也就是說，吸氫合金在運轉到低壓區(qū)時放氫吸熱。
制冷(熱)全過程為(高壓區(qū))壓縮腔起始壓縮→氫氣升壓→吸氫合金吸氫放熱→(低壓區(qū))壓縮腔體積增大→腔內低壓→吸氫合金放氫吸熱→起始點。整個過程是封閉、可連續(xù)循環(huán)的，所以，只要維持轉子連續(xù)運轉，即可實現連續(xù)制冷(或制熱)的目的。當控制轉子反向旋轉時，壓縮機的高、低壓區(qū)互換，換句話說，上述制冷裝置變?yōu)闊岜谩?br> 在發(fā)明的具體結構中，旋轉壓縮機的轉子應具有較好的絕熱性;高壓區(qū)機殼和低壓區(qū)的機殼之間由絕熱的殼體連接，使高低壓區(qū)之間有較好的熱絕緣。
綜上所述，本發(fā)明由于是利用吸氫合金在吸、放氫時的熱變化而實現制冷，整個過程無液汽兩相變化，所需壓縮終壓低，壓縮阻尼小，所以本發(fā)明的效率高、能耗低;同時，由于是采用旋轉式壓縮機。所以本發(fā)明的機械結構簡單、零件少;更重要的是，本發(fā)明的制冷循環(huán)可完全封閉在旋轉式壓縮機內，而旋轉式壓縮機的體積可以做得比較小，所以本發(fā)明的體積小，適用性很強;且由于制冷和制熱的轉換，只需控制轉子反向旋轉，不需改變機體結構，所以本發(fā)明的使用非常方便;當采用下面要詳細介紹的圖5具體結構時，由于可得到到高附加值的冷量，所以本發(fā)明的效率可以得到進一步的提高。
以下將結合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
圖3是根據本發(fā)明提出的滑片式旋轉壓縮氫制冷裝置的橫向剖面簡圖。
圖4是根據本發(fā)明提出的定片式旋轉壓縮氫制冷裝置的橫向剖面簡圖。
圖5是根據本發(fā)明提出的滑片式旋轉壓縮氫(氨)制冷裝置的橫向剖面簡圖。
參照圖3，在由具有良好導熱性和機械強度的殼體〔1〕、具有良好絕熱性和機械強度的殼體〔2〕所組成的圓筒形機殼內，有一個具有良好機械強度和絕熱性能的圓柱形轉子〔3〕，其表面覆有實用型吸氫合金〔4〕，轉子〔3〕上開有若干條切槽〔5〕，槽內放置滑片〔6〕，滑片〔6〕可在槽內滑動，低壓區(qū)為冷卻部位-冷卻腔〔7〕，初始狀態(tài)在壓縮機均勻地充滿氫氣。
當轉子〔3〕轉動時，滑片〔6〕與機殼內壁所形成的壓縮腔〔8〕不斷地縮小，從而使腔內的氫氣受到壓縮，壓力不斷增高，這時，轉子〔3〕表面的吸氫合金〔4〕則隨著氫氣壓力的增高而不斷地吸氫，同時放出熱量，熱量通過導熱性良好的殼體〔1〕散發(fā)到外部空間，因壓縮機是密閉的，壓縮腔〔8〕內的氫氣會隨著壓力的繼續(xù)升高，而被吸氫合金〔4〕逐漸吸收，因為吸氫合金〔4〕中的氫密度是氣態(tài)氫密度的1000倍以上，所以壓縮腔〔8〕內的氫氣最后可視為被吸氫合金完全吸收。
壓縮腔〔8〕轉過壓縮終了點后，壓縮腔〔8〕的體積從零逐漸變大，腔內空間因得不到氣體補充，腔內處于低壓狀態(tài)，其壓力低于吸氫合金〔4〕的平衡壓，在高壓區(qū)充分吸氫的吸氫合金〔4〕內的氫，因外壓低于平衡壓力，急劇地釋放出來，同時吸取壓縮腔〔8〕內的熱量。隨著轉子〔3〕的繼續(xù)運行，壓縮腔〔8〕內壓力因吸氫合金〔4〕放氫而逐步升高，直至出現平衡狀態(tài)。隨后，壓縮腔〔8〕轉出冷卻腔〔7〕，回到起始點。隨著轉子〔3〕繼續(xù)運轉，又開始下一個循環(huán)。
參照圖4，在由殼體〔1〕和殼體〔2〕所組成的圓筒形機殼內，有一個偏心的圓柱形轉子〔3〕，其表面覆有實用吸氫吸合金〔4〕，在機殼上有一個切槽〔5〕，放置著定片〔6〕，定片〔6〕可在切槽〔5〕內滑動，圖4a為初始狀態(tài)，此時壓縮腔〔7〕內充有氫氣，吸氫合金〔4〕處于平衡狀態(tài)，當轉子〔3〕開始轉動，運行到圖4b的狀態(tài)時，壓縮腔〔7〕內氫氣的壓力升高，冷卻腔〔8〕因體積增大卻得不到氣體補充處于低壓狀態(tài)，吸氫合金〔4〕放氫吸熱;當運行到圖4c的狀態(tài)時，壓縮腔〔7〕內氫氣的壓力進一步升高、腔內吸氫合金〔4〕吸氫放熱，熱量由殼體〔1〕傳導到外部空間散發(fā)，冷卻腔〔8〕內吸氫合金〔4〕繼續(xù)吸熱放氫，當運行到圖4d的狀態(tài)時，壓縮腔〔7〕內氫氣壓力持續(xù)升高，腔體積逐步趨于零，冷卻腔〔8〕內基本恢復初始狀態(tài)。
從上述可見，當本發(fā)明采用定片式壓縮機時，因冷卻腔〔8〕和壓縮腔〔7〕熱絕緣有限，效率不能達到較高水平，但制冷同樣是有效的。
圖4中，材料的要求和圖3相同參照圖5，該制冷裝置比圖2所示的氫制冷裝置增設了管內充有氨的冷凝管〔10〕，處于壓縮終了點前的排氣口〔11〕，及處于壓縮起始點前的蒸發(fā)腔〔9〕，起始狀態(tài)時，壓縮腔〔8〕內氣體為氨氫混合氣體。
當轉子〔3〕從始點開始旋轉后壓縮腔〔8〕內氣體因腔體積的不斷縮小壓力開始升高，氣體壓力超過吸氫合金〔4〕的平衡壓力時，吸氫合金〔4〕發(fā)生作用，吸取氨氫混合氣體中的氫氣，同時放出熱量。熱量一部分直接通過殼體〔1〕傳導向外散發(fā)，另一部分則被氨吸收，到達壓縮終了點時，氨氫混合氣體中的氫基本被吸氫合金〔4〕吸收，高溫高壓的氨氣則從排氣口〔11〕進入冷凝管〔10〕中冷凝散熱，由于氨的熱性能僅次于水，可在很大程度上提高本發(fā)明的散熱能力。
當壓縮腔〔8〕隨著轉子〔3〕的轉動，過了壓縮終了點后，腔體積從零開始增大，腔內處于低壓狀態(tài)，已充分吸氫的吸氫合金〔4〕，因外壓低于平衡壓，氫便從吸氫合金〔4〕中急劇地釋放出來，同時吸取周圍的熱量，從而使冷卻腔〔7〕的溫度下降。
當壓縮腔〔8〕攜帶著低壓的氫氣運轉到蒸發(fā)腔〔9〕所在部位時，冷凝管〔10〕內高溫高壓的氨經冷凝放熱后，在重力作用下，流到蒸發(fā)腔〔9〕，其壓力高于壓縮腔〔8〕內氫氣的壓力，此時的狀態(tài)與吸收式冰箱蒸發(fā)器內的狀態(tài)相似，氨在低壓的氫氣中蒸發(fā)，吸取蒸發(fā)腔〔9〕周圍的熱量，蒸發(fā)后產生的氨氫混合氣體因壓力的升高逐步趨于平衡狀態(tài)，隨壓縮腔〔8〕運轉到起始點，進入下一個循環(huán)。
從圖5的制冷過程可見，由于氨的輔助散熱及在低壓的氫氣中蒸發(fā)吸熱的作用，使圖5制冷裝置的效率達到了相當高的水平，需要說明的是，即使冷凝管〔10〕內不充其他氣體，由于壓縮腔〔8〕運轉到壓縮終了點時，腔內剩余的高壓氫氣可排入冷凝管〔10〕內，冷凝散熱后流到起始點前的蒸發(fā)腔〔9〕時，雖不能蒸發(fā)吸熱，但由于能提高散熱性能，因此冷凝管〔10〕的設置在實際的應用中是非常必要的;當然，冷凝管〔10〕內還可充其他可壓縮的，與氫及壓縮機相容的氣體。
權利要求
1.一種旋轉壓縮式氫制冷裝置，包括有旋轉壓縮機、吸氫合金及氫，其特征在于a.所述的旋轉壓縮機是獨立封閉的，機內充有氫氣；b.所述的吸氫合金為實用吸氫合金，覆貼在旋轉壓縮機轉子的表面。
2.如權利要求1所述的氫制冷裝置，其特征是冷凝管〔10〕的兩端分別與蒸發(fā)腔(9)和排氣口〔11〕相連接。
3.如權利要求1和2所述的氫制冷裝置，其特征是冷凝管〔10〕內充有氨。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種旋轉壓縮式氫制冷裝置，該裝置的特點是獨立封閉的旋轉壓縮機內充有氫氣，轉子的表面覆貼著實用吸氫合金。在高壓區(qū)內，氫氣因被壓縮壓力上升。當壓力超過吸氫合金的平衡壓時，吸氫合金吸氫同時釋放熱量；在低壓區(qū)內，因外壓低于吸氫合金的平衡壓，吸氫合金放氫同時吸取周圍的熱量，由于上述過程是可連續(xù)循環(huán)的，從而實現連續(xù)制冷的目的。
文檔編號F25B1/04GK1056160SQ9010242
公開日1991年11月13日 申請日期1990年4月22日 優(yōu)先權日1990年4月22日
發(fā)明者黃闖芽 申請人:黃闖芽