无能耗自然循环冷冻冷藏工艺及装置

本发明属于充分利用自然能源的节能装置，冬季通过自然循环实现了北方地区室内无动力、无能耗的冷藏冷冻技术。同时，该项技术与电制冷的冷冻冷藏结合，实现夏季正常电制冷、冬季无能耗循环的冷藏冷冻技术。 

本发明针对我国北方地区的气候特点，提出一种在寒冷季节利用室外自然冷源的无动力循环制冷装置。该装置通过一种载冷剂、运用无动力循环实现能量的自然传递，从而达到节能减排的要求。众所周知，我国北方严寒地区，冬季室内外温差较大。以长春地区为例，冬季长达6个月，室外平均气温为‑15℃左右，而楼内供暖从当年11月一直持续到第二年4月，楼内温度一般控制在18℃以上，室内外温差长时间达30℃以上。然而，居住在楼房中的居民依然通过安装于室内的电冰箱来冷冻和保鲜储存食品。其一是为了方便和卫生，其二也是由于冰箱长时间停用会导致冰箱内部冷冻管的腐蚀，甚至穿孔，使冰箱损坏。面对室外天然的低温，平均每家却依然耗费着每天近1kw·h的电力，于是我们研制成功了一种充分利用自然能源的制冷装置，解决人们生活生产中的实际难题，并达到节能减排的目的。本发明做到如下几点：①冬季不施加任何动力、无任何能量消耗，利用流体的自然循环就实现“冷量”的自动导入；②实现了与建筑一体化，通过极简单的方式就能够将环境“冷量”导入到房间的任意位置；③通过极简单的方式，就能使传递过来的室外“冷量”满足冷储的要求；④通过对普通电制冷冰箱的简单改造，即可实现夏季利用电制冷冰箱正常使用，冬季联合本发明技术实现无动力消耗的自然循环的制冷方式。 

本工艺及装置是根据流体力学理论，利用载热工质在体积浓度一定时，其密度随温度的上升而下降的原理，利用室内外的温度差与高度差产生的压力梯度，实现载热工质在系统中的自然循环，从而制作出一种空气源无动力循环制冷装置。其结构特征之一是：如附图1所示，整个工艺及装置由冷量收集单元5（即室外散热器部分）、高温传递单元7、低温传递单元8和需制冷单元4等部分组成，具体包括：室外换热装置、膨胀及除微气泡装置、高温循环管路、低温循环管路、保温系统、载冷介质、室内接口阀及室内冷藏冷冻保温柜等部分组成。其结构特征之二是：如附图2所示，冷量收集单元5既起到传递室外“冷量”，又兼具有膨胀和去除微气泡的作用，壁挂于建筑物室外的背阳光面一侧。其结构特征之三是：如附图1所示，当载冷剂将“冷量”由冷量收集单元5经传递单元8流动时，温度还应该能够得到降低，使流体的密度进一步升高，给载冷剂继续补充循环动力；当载冷剂继续循环到室内的需制冷单元4时，放出冷量，吸收热量，将室内需制冷单元4中的热量通过循环介质带入到冷量收集单元，同时也继续吸收来自室内空气中的热量用来增加循环动力。其结构特征之四是：需制冷单元4制成两种形式：①仅仅利用本发明的无动力、无能耗的自然循环冷冻冷藏技术实现冬季室内的冷冻冷藏的系统和装置，该工艺具有结构简单，造价低廉的特点；②将本发明技术与普通的电驱动压缩机制冷的冷冻冷藏冰箱结合，实现夏季正常电制冷、冬季无能耗循环的冷藏冷冻技术； 

图1为系统工作原理示意图；

图2为室外冷量收集单元示意图；

图3为室内需制冷单元示意图；

具体实施方式为：如附图1所示，将冷量收集单元5壁挂于建筑物的避光墙面10外，当环境温度低于需制冷温度时，例如：‑10℃以下时，冷量收集单元5将充入其内部的载冷剂降温，降温后的载冷剂由于密度增大会沿着低温传递单元8向下流动，穿过建筑围墙10进入室内，在穿过建筑围墙10后，将传递单元加上保温层9，然后连接至室内接口阀6的低温阀中，然后与需制冷单元设备4相连接，载冷剂在需制冷单元设备4中吸收热量，释放冷量后，继续流出与接口阀6中的高温阀相连接，此时传递单元7的管路能够进一步吸收室内的能量为循环提供动力，继续循环至冷量收集单元5中。在初始循环中为了消除冷量收集单元5中的气泡以及加注载冷剂需要通过排气及缓冲阀1完成。

对于冷量收集单元5，如附图2所示，起到传递室外冷量、缓冲系统载冷剂的体积膨胀以及消除载冷剂气泡的三重作用，冷量收集单元5主要由排气及缓冲阀1、载冷剂缓冲箱12、连接管11以及换热盘管13、冷、热端联接口6等部分组成，初始时，通过排气及缓冲阀1向载冷剂缓冲箱12中注入载冷剂，通过连接管11进入换热盘管13并通过冷、热端联接口6充入整个系统，运行中，排气及缓冲阀1保持常开，载冷剂沿着低温传递单元8下降通过冷端联接口6流向需制冷单元4，交换热量后流回热端联接口6，再经高温传递单元7流回室外冷量收集单元5。 

 对于室内需制冷单元4（冷冻冷藏箱），如附图3所示，该设备制冷方式有两种，一是正常的电驱动压缩机20制冷，与普通的冰箱无异；二是本发明的无能耗自然循环制冷方式。具体运行方式为：⑴当室外环境温度未达到需制冷设备4的设定温度时，自动电磁阀22关闭，此时启动电驱动压缩机像正常冰箱一样制冷，即通过压缩机20进入冷凝器19经过毛细管18降压膨胀后依次进入需制冷装置的冷冻室16和冷藏室17后返回压缩机20再次循环；⑵当室外环境温度达到需制冷设备4的设定温度时，自动电磁阀22打开，此时无能耗自然循环制冷方式开始运行，即来自于冷端连接口6的载冷剂依次进入需制冷装置4的冷冻室16和冷藏室17中，吸收热量后排入热端连接口6去室外冷量收集单元5完成循环，当冷藏室17中的温度低于设定温度（例如：4℃）时，自动开启旁路三通阀21，使部分或全部载冷剂不经过冷藏室17而直接返回热端联接口6，从而保证冷藏室不结冻。