基于硝酸铵沉淀的水溶液分散系的温控系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于硝酸铵沉淀的水溶液分散系的温控系统，利用含硝酸铵沉淀的水溶液分散系，在一定工作温度范围内（0℃左右至大约100℃），通过与温度显著异常或显著偏离适宜温度的物体充分接触，像一个热容相当大、导热性又极佳的低温热源或高温热源那样，使物体迅速恢复到常温或适宜温度范围内，并可重复使用。本实用新型可用于制成廉价而体积较小、质量较轻的，能够通过接触，使饮料温度由不适宜饮用的温度迅速趋向于常温的速温水杯杯体等对灼热物体迅速降温、对寒冷物体迅速升温的系统等。
【专利说明】
基于硝酸铵沉淀的水溶液分散系的温控系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种温度控制系统，尤其涉及一种基于硝酸铵沉淀的水溶液分散系的温控系统。
【背景技术】
[0002]经检索，了解到中华人民共和国专利CN201210142242.5“相变储能材料自动化热循环实验装置及方法”，其缺点是技术复杂，包括总计四个模块及两个温控仪、两个栗，且需要回路和磁场才能实现功能;此外，市面上已存在的“55度杯”产品所使用的中华人民共和国实用新型专利CN201320414844.1，需要采用于55°C附近发生相变的具有相变潜热的金属材料，以使热水在短时间内降温至55°C，接近于适宜饮用的温度范围，其缺点为发生相变的金属的相变潜热有限，短时间内冷却效果不佳，而且发生相变的金属成本较高。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型所要解决的技术问题是针对【背景技术】中所涉及到的缺陷，提供一种基于硝酸铵沉淀的水溶液分散系的温控系统。
[0004]本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案:
[0005]基于硝酸铵沉淀的水溶液分散系的温控系统，包含控温流体、存储模块和热交换丰旲块;
[0006]所述控温流体为含硝酸铵沉淀的水溶液分散系；
[0007]所述存储模块用于存储控温流体；
[0008]所述热交换模块采用导热性能良好的材料制成，用于放置需要进行控温的物体，使其与控温流体进行热交换。
[0009]作为本实用新型基于硝酸铵沉淀的水溶液分散系的温控系统进一步的优化方案，所述存储模块采用耐受所述控温流体酸碱环境的材料作为外壁。
[0010]作为本实用新型基于硝酸铵沉淀的水溶液分散系的温控系统进一步的优化方案，所述热交换模块为设置在所述存储模块上的腔体。
[0011]作为本实用新型基于硝酸铵沉淀的水溶液分散系的温控系统进一步的优化方案，还包含用于使得控温流体在存储模块和热交换模块之间进行循环的循环模块。
[0012]作为本实用新型基于硝酸铵沉淀的水溶液分散系的温控系统进一步的优化方案，所述控温流体中还包含能够与硝酸铵发生同离子效应的物质，即所述控温流体可以是含硝酸铵沉淀与氨气的硝酸铵浓氨水溶液分散系等。
[0013]作为本实用新型基于硝酸铵沉淀的水溶液分散系的温控系统进一步的优化方案，所述控温流体中硝酸铵与水按质量比为5:1。
[0014]硝酸铵溶解度随温度升高而显著增大，而且硝酸铵溶解时结合能的改变会造成剧烈吸热；虽然近饱和浓度溶液中单位质量硝酸铵溶解吸热已远远不如低浓度溶液，但由于溶解度随温度的显著变化，含大量硝酸铵沉淀的水溶液依旧可以通过溶解吸热与析出放热起抑制温度急剧变化、使与其接触的温度显著偏离溶液温度的物体迅速与其温度趋同的作用。
[0015]如将温度高于系统初始温度(系统初始温度可能近似为环境温度)的物体与密封有该分散系的装置充分接触，系统的温度骤升过程中，硝酸铵溶解度发生急剧变化，致使大量硝酸铵迅速溶解，剧烈吸热，使物体温度骤降;此时系统处于储能状态。待不需要使用时，将系统静置于原温度下一段时间，即可渐渐恢复原状态，以待再次使用;此时系统处于放能状态。
[0016]反之，将温度低于系统初始温度的物体与密封有该分散系的装置充分接触，系统的温度骤降过程中，硝酸铵溶解度发生急剧变化，致使大量硝酸铵迅速沉淀，剧烈放热，使物体温度骤升;此时系统处于放能状态。待不需要使用时，将系统静置于原温度下一段时间，即可渐渐恢复原状态，以待再次使用;此时该系统处于储能状态。
[0017]此外，在适当的时机下，上述两种过程可交替进行，以大大加快单个系统的恢复速率:当硝酸铵溶解时，系统处于储能状态；当硝酸铵沉淀析出时，系统处于放能状态一一因此该系统可以实现短时间内复原并进行循环使用。
[0018]该系统工作时，满足的条件是:需变温的物体所要达到的目标温度(一般接近于环境温度)介于该物体的初始温度与本系统的初始温度(通常接近于环境温度，或前一过程遗留下来的温度)之间。
[0019]所述循环模块可以采用栗或其他输送装置。
[0020]本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
[0021]1、在体积、质量远远小于普通的大热源的前提下，具有相近的温度稳定性以保证持续快速吸热或放热一一由于硝酸铵极高的析出热以及在一定温度范围内溶解度随温度的极大变化率使该系统具备了极强的储、放能能力，系统内无需含有大量物质也可维持接触温度异常物体后内部温度维持基本稳定以持续快速进行热交换，这使得体积与质量十分有限的该系统能够近似代替一个相当大的低温或高温热源进行工作，同时这也正是该系统要实现的目的；
[0022]2、工作时不需要外界输入能量，不需要制冷剂相变系统等制冷循环系统，大大优于制冷机；
[0023]3、理论上可无限循环使用，使得一次性的不可逆变温系统相形见绌；
[0024]4、既能迅速升温，又能迅速降温，相比于单纯制冷或加热的系统具有显著优越性；
[0025]5、可使被作用物体趋于很大的温度范围内的任意温度(大致趋于在系统初始温度)；
[0026]6、水和硝酸铵这两种分散相材料廉价，且除硝酸铵水溶液具有一定酸性、硝酸铵固体在极其苛刻的极端条件下会分解或爆炸外，可以认为对人体无毒性，具有较强的市场竞争力；
[0027]7、该系统适宜的工作温度较为广泛，理论上说，其工作温度范围就是硝酸铵溶液能够稳定存在的温度范围，从略低于O °C至100 °c左右；
[0028]8、由于控温流体的对抗变温的储能特性，当该系统初始温度接近于环境温度，在环境温度偏低的情形下处理待降温物体，或在环境温度偏高的情形下处理待升温物体时，除能够快速与待处理物体共同趋近于适宜温度外，还能使待处理物体与系统一起，在适宜温度附近保持较长时间。例如，在寒冷环境中，该系统可以使沸水快速降至较为适合饮用的温度后，使接下来的降温过程缓慢进行，在较长时间内基本维持在这一温度附近。
【附图说明】
[0029]图1是本实用新型中速冷、速温水杯结构示意图；
[0030]图2是本实用新型中含硝酸铵沉淀与氨气的硝酸铵浓氨水溶液分散系温控系统的结构示意图。
[0031 ]图中，1-硝酸铵水溶液，2-硝酸铵沉淀，3-待冷却或升温的物体，4-氨气，5-硝酸铵浓氨水溶液。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明:
[0033]本实用新型公开了一种基于硝酸铵沉淀的水溶液分散系的温控系统，包含控温流体、存储模块和热交换模块；
[0034]所述控温流体为含硝酸铵沉淀的水溶液分散系；
[0035]所述存储模块用于存储控温流体；
[0036]所述热交换模块采用导热性能良好的材料制成，用于放置需要进行控温的物体，使其与控温流体进行热交换。
[0037]所述存储模块采用耐受所述控温流体酸碱环境的材料作为外壁。
[0038]所述热交换模块可以是设置在所述存储模块上的腔体，也可以设置在存储模块夕卜，当设置在存储模块外时，则还需要用于使得控温流体在存储模块和热交换模块之间进行循环的循环模块。
[0039]所述控温流体中还包含能够与硝酸铵发生同离子效应的物质，即所述控温流体可以是含硝酸铵沉淀与氨气的硝酸铵浓氨水溶液分散系等。
[0040]当控温流体为含硝酸铵沉淀的水溶液分散系时，硝酸铵与水按质量比优化为5:1。[0041 ]下面给出以下本实用新型的具体应用:
[0042]1、速冷、速温水杯
[0043]如图1所示，将基于硝酸铵沉淀的水溶液分散系的温控系统用于一种能够实现使待处理的饮料迅速降温的水杯。将硝酸铵与水按质量比5:1混合成硝酸铵与水的混合物(这样是为了在0°C至50°C的环境温度范围内的平衡状态下，均保证留有一定硝酸铵沉淀)，在O0C左右的状态下(此时硝酸铵沉淀最多，混合物体积最大，此时控温流体所占空间不能超过存储模块的容积限制)，将混合物装载入与待处理饮料接触的腔体(即水杯内、外壁之间的腔体)。各腔壁采用导热性能良好的钝化金属、同时均能够耐受室温下PH=O的硝酸。腔体分为环绕杯腔、从下到上多层分布的分隔单元(多层分布是为了保证杯体中具有控制温度作用的部位与待处理饮料的上下各部分均有接触)，各侧腔壁应具有能够耐受较大内外气压差的较强的刚性，以保证在因硝酸铵溶解造成混合物体积减小而扩张的空洞区域，在没有恒压气体填充的情况下，各分隔单元不会变形。各分隔单元环绕在表面积与体积的比值较大的杯腔的外围和底部(甚至凸入杯腔)，即可制成一种类似于市面上“55度杯”而更为简单、成本更低廉的速冷、速温水杯。
[0044]2、性能加强的水冷系统
[0045]将含硝酸铵沉淀的水溶液分散系控温系统用于水循环制冷系统。将硝酸铵与水按质量比5:1混合，置于能耐受大气压不明显变形、能耐受热浓硝酸、并且横截面积足够大(以避免硝酸铵沉淀颗粒阻塞管路)的钝化金属管路中，用大功率水栗维持分散系循环，同时搅动硝酸铵沉淀以避免其聚集淤积、阻塞管路，保证运行流畅。当分散系在与待冷却物体接触的管路中时，其能够起吸热作用，温度往往很高，基本为溶液状态；当分散系在与外界接触的管路中时，其温度趋于常温，产生少量硝酸铵固体颗粒，促进放热。
[0046]3、含硝酸铵沉淀与氨气的硝酸铵浓氨水溶液分散系温控系统
[0047]如图2所示，在密闭腔体中，硝酸铵的溶解与析出会造成硝酸铵沉淀与硝酸铵水溶液总体积的变化，若由此产生的空间没有物质进行填充，则会产生真空或低压区域，甚至造成腔体受大气压的外部作用而走形。因此，可以采用本实用新型的一个优化方案一一含硝酸铵沉淀与氨气的硝酸铵浓氨水溶液分散系温控系统，其特征在于，采用硝酸铵、水、氨气共同组成所述控温流体。当系统受热时，硝酸铵溶解，氨气挥发析出，共同承担吸热功能，同时不会在腔体内产生真空或低压区域并扩大真空或低压区域的体积；当系统预冷时，硝酸铵沉淀析出，氨气溶解，共同承担放热功能。同时，由于同离子效应，硝酸铵和氨气溶解度降低，略微促进了二者的析出。
[0048]本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0049]以上所述的【具体实施方式】，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的【具体实施方式】而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.基于硝酸铵沉淀的水溶液分散系的温控系统，其特征在于，包含控温流体、存储模块和热交换模块； 所述控温流体为含硝酸铵沉淀的水溶液分散系； 所述存储模块用于存储控温流体； 所述热交换模块采用导热性能良好的材料制成，用于放置需要进行控温的物体，使其与控温流体进行热交换。2.根据权利要求1所述的基于硝酸铵沉淀的水溶液分散系的温控系统，其特征在于，所述存储模块采用耐受所述控温流体酸碱环境的材料作为外壁。3.根据权利要求1所述的基于硝酸铵沉淀的水溶液分散系的温控系统，其特征在于，所述热交换模块为设置在所述存储模块上的腔体。4.根据权利要求1所述的基于硝酸铵沉淀的水溶液分散系的温控系统，其特征在于，还包含用于使得控温流体在存储模块和热交换模块之间进行循环的循环模块。5.根据权利要求1所述的基于硝酸铵沉淀的水溶液分散系的温控系统，其特征在于，所述控温流体中还包含能够与硝酸铵发生同离子效应的物质。6.根据权利要求1所述的基于硝酸铵沉淀的水溶液分散系的温控系统，其特征在于，所述控温流体中硝酸铵与水按质量比为5:1。
【文档编号】G05D23/01GK205485662SQ201620072732
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月26日
【发明人】杨鲁平
【申请人】南京航空航天大学