一種低品位熱驅(qū)動(dòng)渦流管-噴射吸收制冷系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制冷系統(tǒng)，特別涉及的是一種基于渦流管、噴射器和吸收器等關(guān)鍵部件的制冷系統(tǒng)，具體涉及一種低品位熱驅(qū)動(dòng)渦流管-噴射吸收制冷系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，在生物工程、制藥、食品加工和化工等生產(chǎn)過程中會釋放大量廢熱余熱，余熱資源充足，但能量密度低，能量利用率低，造成能源浪費(fèi)和環(huán)境污染。
[0003]吸收制冷循環(huán)具有較高的熱轉(zhuǎn)換效率，可有效利用太陽能熱、地?zé)嵋约肮I(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量余熱廢熱等低品位能源制取所需冷量，可有效節(jié)省高品位電能。然而傳統(tǒng)吸收制冷系統(tǒng)存在制冷效率低、熱源不足時(shí)運(yùn)行不穩(wěn)定等缺陷，針對上述缺陷，本發(fā)明提出一種渦流管-噴射吸收制冷循環(huán)來創(chuàng)造生產(chǎn)過程所需的低溫環(huán)境，既提高能源利用效率又節(jié)省高品位電能。
[0004]渦流管制冷是一種利用低品位熱源驅(qū)動(dòng)的制冷方式，可有效利用太陽能熱、地?zé)峒肮I(yè)余熱、廢熱等低品位熱源;渦流管制冷可采用水蒸汽、氮?dú)?、二氧化碳或者氫氟烴類物質(zhì)做制冷工質(zhì)，所以渦流管制冷具有節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)符合全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。渦流管制冷由法國冶金工程師Ranque設(shè)計(jì)發(fā)明，于1932年申請美國專利。1933年，他在法國工程熱物理會議上做了有關(guān)渦流管裝置及其渦旋溫度分離效應(yīng)的報(bào)告，由于該報(bào)告將流體滯止溫度(總溫)與靜溫的概念混淆，受到與會者的普遍質(zhì)疑，當(dāng)時(shí)渦流管并未引起研究人員的普遍關(guān)注。1946年，德國物理學(xué)家R.Hi 1 sch從物理結(jié)構(gòu)和工況條件等多方面對渦流管進(jìn)行研究，證明渦流管確實(shí)存在能量分離效應(yīng)，并提出初步定義制冷效應(yīng)和制熱效應(yīng)的方法，引起學(xué)者們的廣泛關(guān)注。
[0005]渦流管是一種結(jié)構(gòu)簡單的能量分離裝置。渦流管制冷與機(jī)械壓縮制冷循環(huán)、吸收制冷循環(huán)機(jī)理完全不同。渦流管可將太陽能、地?zé)帷⒂酂岬鹊推肺粺嵩崔D(zhuǎn)換為高品位能源，是利用低品位熱源獲取高品位能源的理想方式之一。鑒于渦流管具有顯著的能量分離特性，國內(nèi)外學(xué)者一直致力于工質(zhì)替代、渦流管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及渦流管能量分離機(jī)理等方面開展了大量理論和實(shí)驗(yàn)研究。
[0006]隨著對渦流管的溫度分離性能的深入研究，國內(nèi)外學(xué)者逐漸將研究領(lǐng)域拓展至應(yīng)用領(lǐng)域。渦流管具有獨(dú)特的膨脹性能，可代替膨脹機(jī)構(gòu)，只要渦流管進(jìn)出口有足夠大的壓差，高壓氣體(空氣、R744、氮?dú)獾?膨脹后可產(chǎn)生冷熱流體。采用R744的渦流管循環(huán)有Maure型(如圖1所示)和Keller型(如圖2所示)，其中Keller在1997年提出一種分別以R22、R134a和R744為制冷工質(zhì)的渦流管制冷系統(tǒng)，數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明與傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)相比，用于制冷時(shí)渦流管系統(tǒng)的C0P分別提高5%、10%、2.5% ;用于制熱時(shí)工質(zhì)為R744的渦流管系統(tǒng)C0P提高最大，達(dá)到15%。兩種制冷模型系統(tǒng)的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用渦流管代替膨脹機(jī)構(gòu)能對提高系統(tǒng)的C0P有所幫助。
[0007]2012年浙江大學(xué)王征結(jié)合渦流管與噴射器的優(yōu)勢，提出一種利用噴射器提高渦流管制冷效率的新型制冷系統(tǒng)，如圖3所示。作者對該系統(tǒng)進(jìn)行了熱力學(xué)分析，結(jié)果表明在蒸發(fā)溫度為-10?10°C時(shí)，引入噴射器和渦流管的新型制冷系統(tǒng)性能優(yōu)于引入噴射器的普通制冷系統(tǒng)和閃蒸氣旁通兩級壓縮制冷系統(tǒng)，其COP分別提高約15%和9%，新系統(tǒng)分別采用R744和R23作為制冷劑，模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，以R744作為工質(zhì)的制冷系統(tǒng)性能最優(yōu)。隨后，王征又陸續(xù)提出了若干帶有渦流管壓縮制冷系統(tǒng)的專利，如圖3所示。
[0008]針對上述渦流管壓縮式制冷循環(huán)獲得的低溫完全以消耗高品位機(jī)械能為代價(jià)且制冷系統(tǒng)大多是開式系統(tǒng)。本發(fā)明結(jié)合渦流管和噴射吸收制冷循環(huán)優(yōu)勢，提出一種由低品位低溫?zé)嵩打?qū)動(dòng)的渦流管-噴射吸收制冷循環(huán)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供了一種節(jié)能、降耗、環(huán)保的低品位熱驅(qū)動(dòng)渦流管-噴射器吸收式制冷系統(tǒng)，該制冷系統(tǒng)結(jié)合能量梯級利用原理和熱力學(xué)原理，不僅可以提升傳統(tǒng)噴射吸收制冷系統(tǒng)的制冷效率，還可以降低制冷溫度，實(shí)現(xiàn)深度制冷。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0011]一種低品位熱驅(qū)動(dòng)渦流管-噴射吸收制冷系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括發(fā)生器(1)，冷凝器(2)，渦流管(3)，氣液分離器(4)，第一回?zé)崞?5)，蒸發(fā)器(6)，噴射器(7)，吸收器(8)，液體栗(9)，第二回?zé)崞?10)，第一節(jié)流閥(11)，溶液熱交換器(12)，第三回?zé)崞?br>(13)和第二節(jié)流閥(14);其中，發(fā)生器(1)的第一出口分為兩路，第一路與冷卻器(2)的進(jìn)口相連，第二路與噴射器(7)的第一進(jìn)口相連，冷凝器(2)的出口與氣液分離器(4)的進(jìn)口相連，氣液分離器(4)的第一出口與渦流管(3)的進(jìn)口相連，渦流管(3)的熱端出口與第三回?zé)崞?13)的第一進(jìn)口相連，第三回?zé)崞?13)的第一出口與溶液熱交換器(12)的第一進(jìn)口相連，溶液熱交換器(12)第一出口與吸收器(8)第一進(jìn)口相連，渦流管(3)的冷端出口與第一回?zé)崞?5)的第一進(jìn)口相連，氣液分離器(4)的第二出口與第一回?zé)崞?5)的第二進(jìn)口相連，第一回?zé)崞?5)的第二出口與第二節(jié)流閥(14)的進(jìn)口相連，吸收器(8)的第一出口與液體栗
(9)的進(jìn)口相連，液體栗(9)的出口與溶液熱交換器(12)的第二進(jìn)口相連，溶液熱交換器
[12]的第二出口與第三回?zé)崞?13)的第二進(jìn)口相連，第三回?zé)崞?13)的第二出口與發(fā)生器
(1)的第一進(jìn)口相連，發(fā)生器(1)的第二出口與溶液熱交換器(12)第三進(jìn)口相連，溶液熱交換器(12)的第三出口與第一節(jié)流閥(11)的進(jìn)口相連，第一節(jié)流閥(11)的出口與第二回?zé)崞?br>(10)的第二進(jìn)口相連，第二回?zé)崞?10)的第二出口與吸收器⑶的第三進(jìn)口相連;其中蒸發(fā)器(6)、噴射器(7)和部分第二回?zé)崞?10)組成模塊(15)，模塊(15)與相關(guān)部件間的連接關(guān)系如下:第一回?zé)崞?5)的第一出口與第二回?zé)崞?10)的第一進(jìn)口相連，第二回?zé)崞?10)的第一出口與噴射器(7)的第二進(jìn)口相連，第二節(jié)流閥(14)的出口與蒸發(fā)器(6)的進(jìn)口相連，蒸發(fā)器(6)的出口與噴射器(7)的出口匯成一路后與吸收器(8)的第二進(jìn)口相連。
[0012]上述模塊15與相關(guān)部件間還可采用如下連接方式:
[0013]第一回?zé)崞?5)的第一出口與噴射器(7)的第二進(jìn)口相連，噴射器(7)的出口與第二回?zé)崞?10)的第一進(jìn)口相連，第二回?zé)崞?10)的第一出口與吸收器(8)的第二進(jìn)口相連，節(jié)流閥(14)出口與蒸發(fā)器(6)的進(jìn)口相連，蒸發(fā)器(6)的出口與吸收器(8)的第二進(jìn)口相連，第二回?zé)崞?10)的第二出口與吸收器(8)的第三進(jìn)口相連。
[0014]本發(fā)明制冷系統(tǒng)采用的吸收制冷工質(zhì)對為C02_離子液體、C02-MDEA、氟利昂-吸收劑(例如Rl 34a-DMF)、水-溴化鋰或氨水。
[0015]上述發(fā)生器(1)具有低溫?zé)嵩催M(jìn)出口，上述冷凝器(2)和吸收器(8)具有冷卻水進(jìn)出口，上述蒸發(fā)器(6)具有載冷劑進(jìn)出口。
[0016]本發(fā)明的創(chuàng)新和有益效果說明:
[0017](1)本發(fā)明所述的制冷循環(huán)系統(tǒng)，利用熱力學(xué)原理和能量梯級利用原理，利用渦流管制取的低品位冷量換取噴射吸收制冷循環(huán)的高品位冷量，將高低品位冷量耦合起來，實(shí)現(xiàn)冷量品位間的轉(zhuǎn)換，不僅能實(shí)現(xiàn)低品位能源的高效轉(zhuǎn)換利用，而且還可以克服低品位能源自身的缺點(diǎn)。
[0018](2)本發(fā)明將渦流管應(yīng)用在閉式噴射吸收制冷系統(tǒng)中，回收利用渦流管冷端低溫氣體的冷量和熱端高溫氣體的熱量，與傳統(tǒng)