[发明专利]一种低品位热驱动涡流管-喷射吸收制冷系统

说明书

技术领域

本发明涉及制冷系统，特别涉及的是一种基于涡流管、喷射器和吸收器等关键部 件的制冷系统，具体涉及一种低品位热驱动涡流管-喷射吸收制冷系统。

背景技术

随着社会经济快速发展，在生物工程、制药、食品加工和化工等生产过程中会释放 大量废热余热，余热资源充足，但能量密度低，能量利用率低，造成能源浪费和环境污染。

吸收制冷循环具有较高的热转换效率，可有效利用太阳能热、地热以及工业生产 过程中产生的大量余热废热等低品位能源制取所需冷量，可有效节省高品位电能。然而传 统吸收制冷系统存在制冷效率低、热源不足时运行不稳定等缺陷，针对上述缺陷，本发明提 出一种涡流管-喷射吸收制冷循环来创造生产过程所需的低温环境，既提高能源利用效率 又节省高品位电能。

涡流管制冷是一种利用低品位热源驱动的制冷方式，可有效利用太阳能热、地热 及工业余热、废热等低品位热源；涡流管制冷可采用水蒸汽、氮气、二氧化碳或者氢氟烃类 物质做制冷工质，所以涡流管制冷具有节能环保等特点符合全球可持续发展战略要求。涡 流管制冷由法国冶金工程师Ranque设计发明，于1932年申请美国专利。1933年，他在法国工 程热物理会议上做了有关涡流管装置及其涡旋温度分离效应的报告，由于该报告将流体 滞止温度(总温)与静温的概念混淆，受到与会者的普遍质疑，当时涡流管并未引起研究人 员的普遍关注。1946年，德国物理学家R.Hilsch从物理结构和工况条件等多方面对涡流管 进行研究，证明涡流管确实存在能量分离效应，并提出初步定义制冷效应和制热效应的方 法，引起学者们的广泛关注。

涡流管是一种结构简单的能量分离装置。涡流管制冷与机械压缩制冷循环、吸收 制冷循环机理完全不同。涡流管可将太阳能、地热、余热等低品位热源转换为高品位能源， 是利用低品位热源获取高品位能源的理想方式之一。鉴于涡流管具有显著的能量分离特 性，国内外学者一直致力于工质替代、涡流管结构设计以及涡流管能量分离机理等方面开 展了大量理论和实验研究。

随着对涡流管的温度分离性能的深入研究，国内外学者逐渐将研究领域拓展至应 用领域。涡流管具有独特的膨胀性能，可代替膨胀机构，只要涡流管进出口有足够大的压 差，高压气体(空气、R744、氮气等)膨胀后可产生冷热流体。采用R744的涡流管循环有Maure 型(如图1所示)和Keller型(如图2所示)，其中Keller在1997年提出一种分别以R22、R134a 和R744为制冷工质的涡流管制冷系统，数值模拟和实验研究结果表明与传统制冷系统相 比，用于制冷时涡流管系统的COP分别提高5％、10％、2.5％；用于制热时工质为R744的涡流 管系统COP提高最大，达到15％。两种制冷模型系统的数值模拟和实验结果表明，采用涡流 管代替膨胀机构能对提高系统的COP有所帮助。

2012年浙江大学王征结合涡流管与喷射器的优势，提出一种利用喷射器提高涡流 管制冷效率的新型制冷系统，如图3所示。作者对该系统进行了热力学分析，结果表明在蒸 发温度为-10～10℃时，引入喷射器和涡流管的新型制冷系统性能优于引入喷射器的普通 制冷系统和闪蒸气旁通两级压缩制冷系统，其COP分别提高约15％和9％，新系统分别采用 R744和R23作为制冷剂，模拟结果发现，以R744作为工质的制冷系统性能最优。随后，王征又 陆续提出了若干带有涡流管压缩制冷系统的专利,如图3所示。

针对上述涡流管压缩式制冷循环获得的低温完全以消耗高品位机械能为代价且 制冷系统大多是开式系统。本发明结合涡流管和喷射吸收制冷循环优势，提出一种由低品 位低温热源驱动的涡流管-喷射吸收制冷循环。

发明内容

本发明的目的是提供了一种节能、降耗、环保的低品位热驱动涡流管-喷射器吸收 式制冷系统，该制冷系统结合能量梯级利用原理和热力学原理，不仅可以提升传统喷射吸 收制冷系统的制冷效率，还可以降低制冷温度，实现深度制冷。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：