基于硝酸銨沉淀的水溶液分散系的溫控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于硝酸銨沉淀的水溶液分散系的溫控系統(tǒng)，利用含硝酸銨沉淀的水溶液分散系，在一定工作溫度范圍內(nèi)（0℃左右至大約100℃），通過與溫度顯著異?；蝻@著偏離適宜溫度的物體充分接觸，像一個熱容相當大、導(dǎo)熱性又極佳的低溫?zé)嵩椿蚋邷責(zé)嵩茨菢樱刮矬w迅速恢復(fù)到常溫或適宜溫度范圍內(nèi)，并可重復(fù)使用。本實用新型可用于制成廉價而體積較小、質(zhì)量較輕的，能夠通過接觸，使飲料溫度由不適宜飲用的溫度迅速趨向于常溫的速溫水杯杯體等對灼熱物體迅速降溫、對寒冷物體迅速升溫的系統(tǒng)等。
【專利說明】
基于硝酸銨沉淀的水溶液分散系的溫控系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種溫度控制系統(tǒng)，尤其涉及一種基于硝酸銨沉淀的水溶液分散系的溫控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]經(jīng)檢索，了解到中華人民共和國專利CN201210142242.5“相變儲能材料自動化熱循環(huán)實驗裝置及方法”，其缺點是技術(shù)復(fù)雜，包括總計四個模塊及兩個溫控儀、兩個栗，且需要回路和磁場才能實現(xiàn)功能;此外，市面上已存在的“55度杯”產(chǎn)品所使用的中華人民共和國實用新型專利CN201320414844.1，需要采用于55°C附近發(fā)生相變的具有相變潛熱的金屬材料，以使熱水在短時間內(nèi)降溫至55°C，接近于適宜飲用的溫度范圍，其缺點為發(fā)生相變的金屬的相變潛熱有限，短時間內(nèi)冷卻效果不佳，而且發(fā)生相變的金屬成本較高。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對【背景技術(shù)】中所涉及到的缺陷，提供一種基于硝酸銨沉淀的水溶液分散系的溫控系統(tǒng)。
[0004]本實用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
[0005]基于硝酸銨沉淀的水溶液分散系的溫控系統(tǒng)，包含控溫流體、存儲模塊和熱交換豐旲塊;
[0006]所述控溫流體為含硝酸銨沉淀的水溶液分散系；
[0007]所述存儲模塊用于存儲控溫流體；
[0008]所述熱交換模塊采用導(dǎo)熱性能良好的材料制成，用于放置需要進行控溫的物體，使其與控溫流體進行熱交換。
[0009]作為本實用新型基于硝酸銨沉淀的水溶液分散系的溫控系統(tǒng)進一步的優(yōu)化方案，所述存儲模塊采用耐受所述控溫流體酸堿環(huán)境的材料作為外壁。
[0010]作為本實用新型基于硝酸銨沉淀的水溶液分散系的溫控系統(tǒng)進一步的優(yōu)化方案，所述熱交換模塊為設(shè)置在所述存儲模塊上的腔體。
[0011]作為本實用新型基于硝酸銨沉淀的水溶液分散系的溫控系統(tǒng)進一步的優(yōu)化方案，還包含用于使得控溫流體在存儲模塊和熱交換模塊之間進行循環(huán)的循環(huán)模塊。
[0012]作為本實用新型基于硝酸銨沉淀的水溶液分散系的溫控系統(tǒng)進一步的優(yōu)化方案，所述控溫流體中還包含能夠與硝酸銨發(fā)生同離子效應(yīng)的物質(zhì)，即所述控溫流體可以是含硝酸銨沉淀與氨氣的硝酸銨濃氨水溶液分散系等。
[0013]作為本實用新型基于硝酸銨沉淀的水溶液分散系的溫控系統(tǒng)進一步的優(yōu)化方案，所述控溫流體中硝酸銨與水按質(zhì)量比為5:1。
[0014]硝酸銨溶解度隨溫度升高而顯著增大，而且硝酸銨溶解時結(jié)合能的改變會造成劇烈吸熱；雖然近飽和濃度溶液中單位質(zhì)量硝酸銨溶解吸熱已遠遠不如低濃度溶液，但由于溶解度隨溫度的顯著變化，含大量硝酸銨沉淀的水溶液依舊可以通過溶解吸熱與析出放熱起抑制溫度急劇變化、使與其接觸的溫度顯著偏離溶液溫度的物體迅速與其溫度趨同的作用。
[0015]如將溫度高于系統(tǒng)初始溫度(系統(tǒng)初始溫度可能近似為環(huán)境溫度)的物體與密封有該分散系的裝置充分接觸，系統(tǒng)的溫度驟升過程中，硝酸銨溶解度發(fā)生急劇變化，致使大量硝酸銨迅速溶解，劇烈吸熱，使物體溫度驟降;此時系統(tǒng)處于儲能狀態(tài)。待不需要使用時，將系統(tǒng)靜置于原溫度下一段時間，即可漸漸恢復(fù)原狀態(tài)，以待再次使用;此時系統(tǒng)處于放能狀態(tài)。
[0016]反之，將溫度低于系統(tǒng)初始溫度的物體與密封有該分散系的裝置充分接觸，系統(tǒng)的溫度驟降過程中，硝酸銨溶解度發(fā)生急劇變化，致使大量硝酸銨迅速沉淀，劇烈放熱，使物體溫度驟升;此時系統(tǒng)處于放能狀態(tài)。待不需要使用時，將系統(tǒng)靜置于原溫度下一段時間，即可漸漸恢復(fù)原狀態(tài)，以待再次使用;此時該系統(tǒng)處于儲能狀態(tài)。
[0017]此外，在適當?shù)臅r機下，上述兩種過程可交替進行，以大大加快單個系統(tǒng)的恢復(fù)速率:當硝酸銨溶解時，系統(tǒng)處于儲能狀態(tài)；當硝酸銨沉淀析出時，系統(tǒng)處于放能狀態(tài)一一因此該系統(tǒng)可以實現(xiàn)短時間內(nèi)復(fù)原并進行循環(huán)使用。
[0018]該系統(tǒng)工作時，滿足的條件是:需變溫的物體所要達到的目標溫度(一般接近于環(huán)境溫度)介于該物體的初始溫度與本系統(tǒng)的初始溫度(通常接近于環(huán)境溫度，或前一過程遺留下來的溫度)之間。
[0019]所述循環(huán)模塊可以采用栗或其他輸送裝置。
[0020]本實用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
[0021]1、在體積、質(zhì)量遠遠小于普通的大熱源的前提下，具有相近的溫度穩(wěn)定性以保證持續(xù)快速吸熱或放熱一一由于硝酸銨極高的析出熱以及在一定溫度范圍內(nèi)溶解度隨溫度的極大變化率使該系統(tǒng)具備了極強的儲、放能能力，系統(tǒng)內(nèi)無需含有大量物質(zhì)也可維持接觸溫度異常物體后內(nèi)部溫度維持基本穩(wěn)定以持續(xù)快速進行熱交換，這使得體積與質(zhì)量十分有限的該系統(tǒng)能夠近似代替一個相當大的低溫或高溫?zé)嵩催M行工作，同時這也正是該系統(tǒng)要實現(xiàn)的目的；
[0022]2、工作時不需要外界輸入能量，不需要制冷劑相變系統(tǒng)等制冷循環(huán)系統(tǒng)，大大優(yōu)于制冷機；
[0023]3、理論上可無限循環(huán)使用，使得一次性的不可逆變溫系統(tǒng)相形見絀；
[0024]4、既能迅速升溫，又能迅速降溫，相比于單純制冷或加熱的系統(tǒng)具有顯著優(yōu)越性；
[0025]5、可使被作用物體趨于很大的溫度范圍內(nèi)的任意溫度(大致趨于在系統(tǒng)初始溫度)；
[0026]6、水和硝酸銨這兩種分散相材料廉價，且除硝酸銨水溶液具有一定酸性、硝酸銨固體在極其苛刻的極端條件下會分解或爆炸外，可以認為對人體無毒性，具有較強的市場競爭力；
[0027]7、該系統(tǒng)適宜的工作溫度較為廣泛，理論上說，其工作溫度范圍就是硝酸銨溶液能夠穩(wěn)定存在的溫度范圍，從略低于O °C至100 °c左右；
[0028]8、由于控溫流體的對抗變溫的儲能特性，當該系統(tǒng)初始溫度接近于環(huán)境溫度，在環(huán)境溫度偏低的情形下處理待降溫物體，或在環(huán)境溫度偏高的情形下處理待升溫物體時，除能夠快速與待處理物體共同趨近于適宜溫度外，還能使待處理物體與系統(tǒng)一起，在適宜溫度附近保持較長時間。例如，在寒冷環(huán)境中，該系統(tǒng)可以使沸水快速降至較為適合飲用的溫度后，使接下來的降溫過程緩慢進行，在較長時間內(nèi)基本維持在這一溫度附近。
【附圖說明】
[0029]圖1是本實用新型中速冷、速溫水杯結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2是本實用新型中含硝酸銨沉淀與氨氣的硝酸銨濃氨水溶液分散系溫控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031 ]圖中，1-硝酸銨水溶液，2-硝酸銨沉淀，3-待冷卻或升溫的物體，4-氨氣，5-硝酸銨濃氨水溶液。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細說明:
[0033]本實用新型公開了一種基于硝酸銨沉淀的水溶液分散系的溫控系統(tǒng)，包含控溫流體、存儲模塊和熱交換模塊；
[0034]所述控溫流體為含硝酸銨沉淀的水溶液分散系；
[0035]所述存儲模塊用于存儲控溫流體；
[0036]所述熱交換模塊采用導(dǎo)熱性能良好的材料制成，用于放置需要進行控溫的物體，使其與控溫流體進行熱交換。
[0037]所述存儲模塊采用耐受所述控溫流體酸堿環(huán)境的材料作為外壁。
[0038]所述熱交換模塊可以是設(shè)置在所述存儲模塊上的腔體，也可以設(shè)置在存儲模塊夕卜，當設(shè)置在存儲模塊外時，則還需要用于使得控溫流體在存儲模塊和熱交換模塊之間進行循環(huán)的循環(huán)模塊。
[0039]所述控溫流體中還包含能夠與硝酸銨發(fā)生同離子效應(yīng)的物質(zhì)，即所述控溫流體可以是含硝酸銨沉淀與氨氣的硝酸銨濃氨水溶液分散系等。
[0040]當控溫流體為含硝酸銨沉淀的水溶液分散系時，硝酸銨與水按質(zhì)量比優(yōu)化為5:1。[0041 ]下面給出以下本實用新型的具體應(yīng)用:
[0042]1、速冷、速溫水杯
[0043]如圖1所示，將基于硝酸銨沉淀的水溶液分散系的溫控系統(tǒng)用于一種能夠?qū)崿F(xiàn)使待處理的飲料迅速降溫的水杯。將硝酸銨與水按質(zhì)量比5:1混合成硝酸銨與水的混合物(這樣是為了在0°C至50°C的環(huán)境溫度范圍內(nèi)的平衡狀態(tài)下，均保證留有一定硝酸銨沉淀)，在O0C左右的狀態(tài)下(此時硝酸銨沉淀最多，混合物體積最大，此時控溫流體所占空間不能超過存儲模塊的容積限制)，將混合物裝載入與待處理飲料接觸的腔體(即水杯內(nèi)、外壁之間的腔體)。各腔壁采用導(dǎo)熱性能良好的鈍化金屬、同時均能夠耐受室溫下PH=O的硝酸。腔體分為環(huán)繞杯腔、從下到上多層分布的分隔單元(多層分布是為了保證杯體中具有控制溫度作用的部位與待處理飲料的上下各部分均有接觸)，各側(cè)腔壁應(yīng)具有能夠耐受較大內(nèi)外氣壓差的較強的剛性，以保證在因硝酸銨溶解造成混合物體積減小而擴張的空洞區(qū)域，在沒有恒壓氣體填充的情況下，各分隔單元不會變形。各分隔單元環(huán)繞在表面積與體積的比值較大的杯腔的外圍和底部(甚至凸入杯腔)，即可制成一種類似于市面上“55度杯”而更為簡單、成本更低廉的速冷、速溫水杯。
[0044]2、性能加強的水冷系統(tǒng)
[0045]將含硝酸銨沉淀的水溶液分散系控溫系統(tǒng)用于水循環(huán)制冷系統(tǒng)。將硝酸銨與水按質(zhì)量比5:1混合，置于能耐受大氣壓不明顯變形、能耐受熱濃硝酸、并且橫截面積足夠大(以避免硝酸銨沉淀顆粒阻塞管路)的鈍化金屬管路中，用大功率水栗維持分散系循環(huán)，同時攪動硝酸銨沉淀以避免其聚集淤積、阻塞管路，保證運行流暢。當分散系在與待冷卻物體接觸的管路中時，其能夠起吸熱作用，溫度往往很高，基本為溶液狀態(tài)；當分散系在與外界接觸的管路中時，其溫度趨于常溫，產(chǎn)生少量硝酸銨固體顆粒，促進放熱。
[0046]3、含硝酸銨沉淀與氨氣的硝酸銨濃氨水溶液分散系溫控系統(tǒng)
[0047]如圖2所示，在密閉腔體中，硝酸銨的溶解與析出會造成硝酸銨沉淀與硝酸銨水溶液總體積的變化，若由此產(chǎn)生的空間沒有物質(zhì)進行填充，則會產(chǎn)生真空或低壓區(qū)域，甚至造成腔體受大氣壓的外部作用而走形。因此，可以采用本實用新型的一個優(yōu)化方案一一含硝酸銨沉淀與氨氣的硝酸銨濃氨水溶液分散系溫控系統(tǒng)，其特征在于，采用硝酸銨、水、氨氣共同組成所述控溫流體。當系統(tǒng)受熱時，硝酸銨溶解，氨氣揮發(fā)析出，共同承擔吸熱功能，同時不會在腔體內(nèi)產(chǎn)生真空或低壓區(qū)域并擴大真空或低壓區(qū)域的體積；當系統(tǒng)預(yù)冷時，硝酸銨沉淀析出，氨氣溶解，共同承擔放熱功能。同時，由于同離子效應(yīng)，硝酸銨和氨氣溶解度降低，略微促進了二者的析出。
[0048]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)具有與本實用新型所屬領(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。
[0049]以上所述的【具體實施方式】，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的【具體實施方式】而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.基于硝酸銨沉淀的水溶液分散系的溫控系統(tǒng)，其特征在于，包含控溫流體、存儲模塊和熱交換模塊； 所述控溫流體為含硝酸銨沉淀的水溶液分散系； 所述存儲模塊用于存儲控溫流體； 所述熱交換模塊采用導(dǎo)熱性能良好的材料制成，用于放置需要進行控溫的物體，使其與控溫流體進行熱交換。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硝酸銨沉淀的水溶液分散系的溫控系統(tǒng)，其特征在于，所述存儲模塊采用耐受所述控溫流體酸堿環(huán)境的材料作為外壁。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硝酸銨沉淀的水溶液分散系的溫控系統(tǒng)，其特征在于，所述熱交換模塊為設(shè)置在所述存儲模塊上的腔體。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硝酸銨沉淀的水溶液分散系的溫控系統(tǒng)，其特征在于，還包含用于使得控溫流體在存儲模塊和熱交換模塊之間進行循環(huán)的循環(huán)模塊。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硝酸銨沉淀的水溶液分散系的溫控系統(tǒng)，其特征在于，所述控溫流體中還包含能夠與硝酸銨發(fā)生同離子效應(yīng)的物質(zhì)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硝酸銨沉淀的水溶液分散系的溫控系統(tǒng)，其特征在于，所述控溫流體中硝酸銨與水按質(zhì)量比為5:1。
【文檔編號】G05D23/01GK205485662SQ201620072732
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月26日
【發(fā)明人】楊魯平
【申請人】南京航空航天大學(xué)