[發明專利]一種低品位熱驅動渦流管-噴射吸收制冷系統

在審

• 申請號: 201510879611.2
• 申請日: 2015-12-04
• 公開（公告）號: CN105485959A
• 公開（公告）日: 2016-04-13
• 發明（設計）人: 何麗娟;朱超群;張培培;張少華;王征
• 申請（專利權）人: 內蒙古科技大學
• 主分類號: F25B15/02
• 分類號: F25B15/02
• 代理公司: 北京眾元弘策知識產權代理事務所(普通合伙) 11462
• 代理人: 安娜;孫東風

技術領域

本發明涉及制冷系統，特別涉及的是一種基于渦流管、噴射器和吸收器等關鍵部 件的制冷系統，具體涉及一種低品位熱驅動渦流管-噴射吸收制冷系統。

背景技術

隨著社會經濟快速發展，在生物工程、制藥、食品加工和化工等生產過程中會釋放 大量廢熱余熱，余熱資源充足，但能量密度低，能量利用率低，造成能源浪費和環境污染。

吸收制冷循環具有較高的熱轉換效率，可有效利用太陽能熱、地熱以及工業生產 過程中產生的大量余熱廢熱等低品位能源制取所需冷量，可有效節省高品位電能。然而傳 統吸收制冷系統存在制冷效率低、熱源不足時運行不穩定等缺陷，針對上述缺陷，本發明提 出一種渦流管-噴射吸收制冷循環來創造生產過程所需的低溫環境，既提高能源利用效率 又節省高品位電能。

渦流管制冷是一種利用低品位熱源驅動的制冷方式，可有效利用太陽能熱、地熱 及工業余熱、廢熱等低品位熱源；渦流管制冷可采用水蒸汽、氮氣、二氧化碳或者氫氟烴類 物質做制冷工質，所以渦流管制冷具有節能環保等特點符合全球可持續發展戰略要求。渦 流管制冷由法國冶金工程師Ranque設計發明，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渦流管裝置及其渦旋溫度分離效應的報告，由于該報告將流體 滯止溫度(總溫)與靜溫的概念混淆，受到與會者的普遍質疑，當時渦流管并未引起研究人 員的普遍關注。1946年，德國物理學家R.Hilsch從物理結構和工況條件等多方面對渦流管 進行研究，證明渦流管確實存在能量分離效應，并提出初步定義制冷效應和制熱效應的方 法，引起學者們的廣泛關注。

渦流管是一種結構簡單的能量分離裝置。渦流管制冷與機械壓縮制冷循環、吸收 制冷循環機理完全不同。渦流管可將太陽能、地熱、余熱等低品位熱源轉換為高品位能源， 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，國內外學者一直致力于工質替代、渦流管結構設計以及渦流管能量分離機理等方面開 展了大量理論和實驗研究。

隨著對渦流管的溫度分離性能的深入研究，國內外學者逐漸將研究領域拓展至應 用領域。渦流管具有獨特的膨脹性能，可代替膨脹機構，只要渦流管進出口有足夠大的壓 差，高壓氣體(空氣、R744、氮氣等)膨脹后可產生冷熱流體。采用R744的渦流管循環有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為制冷工質的渦流管制冷系統，數值模擬和實驗研究結果表明與傳統制冷系統相 比，用于制冷時渦流管系統的COP分別提高5％、10％、2.5％；用于制熱時工質為R744的渦流 管系統COP提高最大，達到15％。兩種制冷模型系統的數值模擬和實驗結果表明，采用渦流 管代替膨脹機構能對提高系統的COP有所幫助。

2012年浙江大學王征結合渦流管與噴射器的優勢，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，如圖3所示。作者對該系統進行了熱力學分析，結果表明在蒸 發溫度為-10～10℃時，引入噴射器和渦流管的新型制冷系統性能優于引入噴射器的普通 制冷系統和閃蒸氣旁通兩級壓縮制冷系統，其COP分別提高約15％和9％，新系統分別采用 R744和R23作為制冷劑，模擬結果發現，以R744作為工質的制冷系統性能最優。隨后，王征又 陸續提出了若干帶有渦流管壓縮制冷系統的專利,如圖3所示。

針對上述渦流管壓縮式制冷循環獲得的低溫完全以消耗高品位機械能為代價且 制冷系統大多是開式系統。本發明結合渦流管和噴射吸收制冷循環優勢，提出一種由低品 位低溫熱源驅動的渦流管-噴射吸收制冷循環。

發明內容

本發明的目的是提供了一種節能、降耗、環保的低品位熱驅動渦流管-噴射器吸收 式制冷系統，該制冷系統結合能量梯級利用原理和熱力學原理，不僅可以提升傳統噴射吸 收制冷系統的制冷效率，還可以降低制冷溫度，實現深度制冷。

為了實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：