[发明专利]超重力气体循环制冷系统和方法

说明书

本发明提供一种超重力气体循环制冷系统，包括旋转螺旋换热器、双通道旋转管一、双通道旋转管二、双通道固定管一、双通道固定管二和压缩机，双通道旋转管一、双通道旋转管二、双通道固定管一、双通道固定管二和旋转螺旋换热器内都分别设置有制冷工质通道和冷却介质通道，压缩机、双通道旋转管一、双通道固定管一、旋转螺旋换热器、双通道固定管二和双通道旋转管二依次连接；本发明还提供一种超重力气体循环制冷方法，制冷工质依次通过压缩机、双通道旋转管一、双通道固定管一进入旋转螺旋换热器，在旋转螺旋换热器中向冷却介质放热，然后依次通过双通道固定管二和双通道旋转管一排出，冷却介质的流动过程与制冷工质相反。

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，具体涉及超重力气体循环制冷系统和方法。

背景技术

传统的气体制冷循环分为无相变的气体制冷循环和部分相变的气体制冷循环两种。前者的代表有以空气为制冷工质的空气循环制冷系统，后者代表有二氧化碳跨临界循环制冷系统。典型的空气制冷循环包括两个等压过程、一个等熵膨胀和一个等熵压缩过程。空气循环制冷的最大特点是制冷工质不污染环境，即使存在泄露也没有任何影响，而且可以将制冷后的空气直接送入空调房间，省却了室内侧换热器，减少了换热温差。同时，为了进一步提升系统效率，还可以在系统中采用回热循环。通常，空气循环制冷系统需要一个空气压缩机和一个膨胀机，两者采用同轴布置，其中膨胀机将空气膨胀过程中输出的功通过轴输送给空气压缩机，实现膨胀功的回收利用。

传统空气循环制冷系统存在的缺点是系统效率低下，所以要尽量采用高效率透平机械，但这又使得系统技术经济价值降低。究其原因是因为在系统中存在轴功-压力能和压力能-轴功这两个转换过程，由于每个过程所需要的功都比系统循环所实际需要的功大很多，因此每个转换过程的不可逆损失会使得系统效率大大降低。

提升空气循环制冷系统效率的根本途径是使得压缩和膨胀过程具备很高的效率，但采用通常的轴功-压力能转换装置却较难实现。

典型的跨临界二氧化碳制冷循环包括一个等熵压缩过程，一个等压排热过程，节流过程和等压吸热过程。虽然二氧化碳也是一种良好的天然制冷剂，但二氧化碳跨临界循环通常过热较大，COP不高，运行经济性不好。

申请号为201510348645.9的专利提出了一种超重力制冷装置，该装置利用超重力旋转实现压力能的提升与降低，即制冷介质在管道中流动时自然实现压力能和惯性势能之间的相互转换，避免了传统的轴功-压力能转换过程，制冷介质只有流动损失，没有圆盘损失、容积损失和动静转换损失，也可以避免或减少节流损失，因此可以大大提高升压/降压过程的能量利用效率，但该系统通过超高压液泵驱动，在应用中较难实现。申请号为US5168726(A)的专利也提出了类似的系统，该系统也以超重力旋转为特点，针对相变制冷剂，它设想从旋转轴输入系统运行所需的轴功，但根据动量矩守恒定律，从旋转轴输入的轴功在该种情况并不能传递给管内工质，因此该系统实际上存在原理错误，不能真正运行。

为此，有必要将超重力技术的特点与气体循环制冷技术相结合，使得可以避免在如空气循环制冷系统中使用昂贵的同轴压缩-膨胀透平机械，提升能量回收效率和系统制冷效率，也可以应用于如二氧化碳跨临界循环制冷系统中，减少其过热损失和节流损失，从而从整体上增强气体循环制冷系统的可行性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高效的超重力气体循环制冷系统和方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种超重力气体循环制冷系统，包括旋转螺旋换热器、双通道旋转管、双通道固定管和压缩机；

所述双通道旋转管包括双通道旋转管一和双通道旋转管二，双通道固定管包括双通道固定管一和双通道固定管二；所述双通道旋转管一、双通道旋转管二、双通道固定管一和双通道固定管二内都分别设置有制冷工质通道和冷却介质通道；