[发明专利]热源驱动的真空制冷系统

说明书

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，特别是涉及一种热源驱动的真空制冷系统。

背景技术

真空制冷是一种已有几十年发展历史的技术。它的基本原理是利用抽真空降压的方法，使被冷却物体内的液体在真空(低压)状态下进行绝热蒸发，蒸发过程吸收热量使被冷却物体降温。真空制冷技术的突出优点在于制冷速度快，主要用于食品、水果等物品的快速制冷上。真空制冷一般用水作为工质，相对常用空调系统使用氟利昂工质具有环保的优势。真空制冷系统一般由抽真空室、蒸发室、冷凝器/室等部分组成。

真空制冷技术中，如何有效实现抽真空是该技术的核心与难点。水工质在低压状态下密度很低，为达到相当的制冷量，需要实现很大的体积流量，另一方面，抽出的水蒸汽往往需要在冷凝室排出热进行冷凝，此时要求有较高的压力，因此要求抽真空室能实现较大的压缩比。

真空制冷系统往往是用电机驱动，如采用转子真空泵、离心压缩机等。以色列I.D.E.公司在开发用离心压缩机驱动的真空制冷上做了很多工作(见US.5520008，US.6688117，US.7013669)，但都采用电机驱动。但以电机驱动的真空制冷系统以电为直接驱动能源，相对于同样以电驱动的常用空调效率低、成本高、经济效益低，适用条件有限。

用热源驱动的技术主要是喷射式制冷技术(可参考论文《太阳能喷射式制冷技术进展》)。它的工作原理是：热源加热蒸汽发生器的工质生产高压蒸汽，蒸汽进入喷射器形成高速气流，通过携带作用将蒸发室里的蒸汽抽吸出来形成蒸发器的真空低压。相关专利如ZL200520093629.1。喷射式制冷技术性能系数COP(能量与热量之间的转换比率，简称能效比)过低，一般都低于0.5，且由于喷射器携带能力有限，往往不适合以气态密度低的水作为工质，其适用性也极其有限。

如何提高真空制冷系统的工作效率，降低真空制冷的成本，提高真空制冷系统的适用性，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种热源驱动的真空制冷系统，该真空制冷系统的工作制冷效率较高，成本较低，其适用性也较好。

为实现上述发明目的，本发明提供一种热源驱动的真空制冷系统，包括蒸发室、抽气装置和冷凝室，所述抽气装置的抽气口与所述蒸发室的蒸汽出口连通，所述抽气装置的气体出口与所述冷凝室的入口连通，所述抽气装置包括离心涡轮和与所述离心涡轮同轴的向心涡轮；动力气体依次经过所述向心涡轮的径向连通口和轴向连通口；所述蒸发室的蒸汽出口连通所述离心涡轮的轴向连通口，所述冷凝室的入口连通所述离心涡轮的径向连通口。

优选地，所述离心涡轮和所述向心涡轮均通过空气轴承与基座连接。

优选地，所述向心涡轮的转速为10000-100000转每秒。

优选地，所述离心涡轮包括两级或多级。

优选地，所述蒸发室的温度-2℃-2℃，压力为0.0050bar-0.0065bar。

优选地，所述蒸发室的冷冻水出口设有冰水分离器和冰储存罐。

优选地，所述蒸发室温度在3.5℃-7.0℃，压力为0.008bar-0.01bar，所述离心涡轮的压缩比为4-6。

优选地，还包括设于所述向心涡轮进气侧的换热器和压气机，所述动力气体依次经过所述压气机、所述换热器和所述向心涡轮的进气口。

优选地，所述换热器与工业尾气换热。

优选地，还包括设于太阳能收集装置，所述换热器与所述太阳能收集装置换热。

本发明所提供的热源驱动的真空制冷系统，包括蒸发室、抽气装置和冷凝室，所述抽气装置的抽气口与所述蒸发室的蒸汽出口连通，所述抽气装置的气体出口与所述冷凝室的入口连通，与现有技术不同的是，本发明所提供的真空制冷系统中，所述抽气装置包括离心涡轮和与所述离心涡轮同轴的向心涡轮；动力气体依次经过所述向心涡轮的径向连通口和轴向连通口；所述蒸发室的蒸汽出口连通所述离心涡轮的轴向连通口，所述冷凝室的入口连通所述离心涡轮的径向连通口。动力气体经过向心涡轮进行能量转换，把热能转换成动能，通过轴带动离心涡轮。离心涡轮抽取蒸发室内的水蒸汽以维持蒸发室的真空低压。蒸发室内的液体不断进行绝热蒸发，留下的液体因蒸发吸热而被冷却。蒸发室的水蒸汽受压缩机压缩之后通到冷凝室，与冷却水进行直接接触式冷凝。涡轮高速旋转、排量大，尽管水蒸气密度较低，仍可以有效地实现蒸发室内的真空低压状态，并达到所需的制冷量。