一种低品位热驱动涡流管-喷射吸收制冷系统的制作方法
一种低品位热驱动涡流管-喷射吸收制冷系统的制作方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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.Hi 1 sch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。
[0005]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。
[0006]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C0P分别提高5%、10%、2.5% ;用于制热时工质为R744的涡流管系统C0P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C0P有所帮助。
[0007]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°C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。
[0008]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】
[0009]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。
[0010]为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
[0011]一种低品位热驱动涡流管-喷射吸收制冷系统，其特征在于:该系统包括发生器(1)，冷凝器(2)，涡流管(3)，气液分离器(4)，第一回热器(5)，蒸发器(6)，喷射器(7)，吸收器(8)，液体栗(9)，第二回热器(10)，第一节流阀(11)，溶液热交换器(12)，第三回热器
(13)和第二节流阀(14);其中，发生器(1)的第一出口分为两路，第一路与冷却器(2)的进口相连，第二路与喷射器(7)的第一进口相连，冷凝器(2)的出口与气液分离器(4)的进口相连，气液分离器(4)的第一出口与涡流管(3)的进口相连，涡流管(3)的热端出口与第三回热器(13)的第一进口相连，第三回热器(13)的第一出口与溶液热交换器(12)的第一进口相连，溶液热交换器(12)第一出口与吸收器(8)第一进口相连，涡流管(3)的冷端出口与第一回热器(5)的第一进口相连，气液分离器(4)的第二出口与第一回热器(5)的第二进口相连，第一回热器(5)的第二出口与第二节流阀(14)的进口相连，吸收器(8)的第一出口与液体栗
(9)的进口相连，液体栗(9)的出口与溶液热交换器(12)的第二进口相连，溶液热交换器
[12]的第二出口与第三回热器(13)的第二进口相连，第三回热器(13)的第二出口与发生器
(1)的第一进口相连，发生器(1)的第二出口与溶液热交换器(12)第三进口相连，溶液热交换器(12)的第三出口与第一节流阀(11)的进口相连，第一节流阀(11)的出口与第二回热器
(10)的第二进口相连，第二回热器(10)的第二出口与吸收器⑶的第三进口相连;其中蒸发器(6)、喷射器(7)和部分第二回热器(10)组成模块(15)，模块(15)与相关部件间的连接关系如下:第一回热器(5)的第一出口与第二回热器(10)的第一进口相连，第二回热器(10)的第一出口与喷射器(7)的第二进口相连，第二节流阀(14)的出口与蒸发器(6)的进口相连，蒸发器(6)的出口与喷射器(7)的出口汇成一路后与吸收器(8)的第二进口相连。
[0012]上述模块15与相关部件间还可采用如下连接方式:
[0013]第一回热器(5)的第一出口与喷射器(7)的第二进口相连，喷射器(7)的出口与第二回热器(10)的第一进口相连，第二回热器(10)的第一出口与吸收器(8)的第二进口相连，节流阀(14)出口与蒸发器(6)的进口相连，蒸发器(6)的出口与吸收器(8)的第二进口相连，第二回热器(10)的第二出口与吸收器(8)的第三进口相连。
[0014]本发明制冷系统采用的吸收制冷工质对为C02_离子液体、C02-MDEA、氟利昂-吸收剂(例如Rl 34a-DMF)、水-溴化锂或氨水。
[0015]上述发生器(1)具有低温热源进出口，上述冷凝器(2)和吸收器(8)具有冷却水进出口，上述蒸发器(6)具有载冷剂进出口。
[0016]本发明的创新和有益效果说明:
[0017](1)本发明所述的制冷循环系统，利用热力学原理和能量梯级利用原理，利用涡流管制取的低品位冷量换取喷射吸收制冷循环的高品位冷量，将高低品位冷量耦合起来，实现冷量品位间的转换，不仅能实现低品位能源的高效转换利用，而且还可以克服低品位能源自身的缺点。
[0018](2)本发明将涡流管应用在闭式喷射吸收制冷系统中，回收利用涡流管冷端低温气体的冷量和热端高温气体的热量，与传统 喷射吸收制冷循环相比，本发明所述的涡流管-喷射吸收制冷系统具有C0P高、制冷温度低的特点，节能效果明显。
[0019](3)本发明制冷系统中引入涡流管和喷射器，充分回收系统中制冷剂节流过程的膨胀功，减小节流损失，可以有效降低制冷温度、提高循环制冷系数和单位容积制冷量；弓丨入涡流管和喷射器还可有效降低跨临界R744制冷循环的节流损失，有利于提高循环制冷效率。
[0020](4)涡流管热端高温气体被再利用可以提高本发明所述的制冷循环性能，即利用涡流管的热端高温气体加热来自溶液热交换器的制冷剂富液;利用涡流管的冷端低温气体过冷来自汽液分离器的液体，使之成为过冷液体;利用第二回热器回收来自涡流管冷端低温气体的剩余冷量，进一步有效降低进入吸收器的溶液温度，有利于提高制冷循环性能。
【附图说明】
[0021 ]图1 Maure提出的涡流管压缩制冷系统
[0022]图2Keller提出的涡流管压缩制冷系统
[0023]图3王征提出的喷射器和涡流管压缩制冷系统
[0024]图4是本发明制冷系统的流程示意图。
[0025]图5是本发明制冷系统的一种【具体实施方式】的流程示意图。
[0026]图6是本发明制冷系统的一种【具体实施方式】的流程示意图。
[0027]图中1-发生器，2-冷凝器，3-涡流管，4-气液分离器，5-第一回热器，6_蒸发器，7_喷射器，8-吸收器，9-液体栗，10-第二回热器，11-第一节流阀，12-溶液热交换器，13-第三回热器，14-第二节流阀，15-模块。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述。需要说明的是，以下实施例仅是示例，并不限制本发明的范围，一切基于本发明的思想作出的简单变形方案均落入本发明的范围内。
[0029]如图4所示，图4是本发明制冷系统的流程示意图，由图4可以看出，一种低品位热驱动涡流管-喷射吸收制冷系统，包括，发生器1，冷凝器(气体冷却器)2，涡流管3，气液分离器4，第一回热器5，吸收器8，液体栗9，第二回热器10，第一节流阀11，溶液热交换器12，第三回热器13，第二节流阀14，以及模块15，模块15包含蒸发器6，喷射器7和部分第二回热器10。
[0030]其中，发生器(1)的第一出口分为两路，第一路与冷却器(2)的进口相连，第二路与喷射器(7)的第一进口相连，冷凝器(2)的出口与气液分离器(4)的进口相连，气液分离器
(4)的第一出口与涡流管(3)的进口相连，涡流管(3)的热端出口与第三回热器(13)的第一进口相连，第三回热器(13)的第一出口与溶液热交换器(12)的第一进口相连，溶液热交换器(12)第一出口与吸收器(8)第一进口相连，涡流管(3)的冷端出口与第一回热器(5)的第一进口相连，气液分离器(4)的第二出口与第一回热器(5)的第二进口相连，第一回热器(5)的第二出口与第二节流阀(14)的进口相连，吸收器(8)的第一出口与液体栗(9)的进口相连，液体栗(9)的出口与溶液热交换器(12)的第二进口相连，溶液热交换器(12)的第二出口与第三回热器(13)的第二进口相连，第三回热器(13)的第二出口与发生器(1)的进口相连，发生器(1)的第二出口与溶液热交换器(12)第三进口相连，溶液热交换器(12)的第三出口与第一节流阀(11)的进口相连，第一节流阀(11)的出口与第二回热器(10)的第二进口相连，第二回热器(10)的第二出口与吸收器(8)的第三进口相连;其中蒸发器(6)、喷射器(7)和部分第二回热器(10)组成模块(15)，下面给出模块15的两种具体的流程布置图，以作详细具体的说明。
[0031 ] 实施例1
[0032]参见图5，图5是本发明制冷系统的一种实施方式的流程示意图，其中给出了模块15的一种具体的流程布置图。该低品位热驱动涡流管-喷射吸收制冷系统包括，发生器1，冷凝器(气体冷却器)2，涡流管3，气液分离器4，第一回热器5，蒸发器6，喷射器7，吸收器8，液体栗9，第二回热器10，第一节流阀11，溶液热交换器12，第三回热器13，第二节流阀14。发生器(1)具有低温热源进出口，冷凝器(2)、吸收器(8)具有冷却水进出口，蒸发器(6)具有载冷剂进出口。其中，发生器(1)的第一出口分为两路，第一路与冷却器(2)的进口相连，第二路与喷射器(7)的第一进口相连，冷凝器(2)的出口与气液分离器(4)的进口相连，气液分离器
(4)的第一出口与涡流管(3)的进口相连，涡流管(3)的热端出口与第三回热器(13)的第一进口相连，第三回热器(13)的第一出口与溶液热交换器(12)的第一进口相连，溶液热交换器(12)第一出口与吸收器(8)第一进口相连，涡流管(3)的冷端出口与第一回热器(5)的第一进口相连，气液分离器(4)的第二出口与第一回热器(5)的第二进口相连，第一回热器
(5)的第二出口与第二节流阀(14)的进口相连，吸收器(8)的第一出口与液体栗(9)的进口相连，液体栗(9)的出口与溶液热交换器(12)的第二进口相连，溶液热交换器(12)的第二出口与第三回热器(13)的第二进口相连，第三回热器(13)的第二出口与发生器(1)的第一进口相连，发生器(1)的第二出口与溶液热交换器(12)第三进口相连，溶液热交换器(12)的第三出口与第一节流阀(11)的进口相连，第一节流阀(11)的出口与第二回热器(10)的第二进口相连，第二回热器(10)的第二出口与吸收器(8)的第三进口相连;其中蒸发器(6)、喷射器
(7)和部分第二回热器(10)组成模块(15)。模块(15)与相关部件间的连接关系如下:第一回热器(5)的第一出口与第二回热器(10)的第一进口相连，第二回热器(10)的第一出口与喷射器(7)的第二进口相连，第二节流阀(14)的出口与蒸发器(6)的进口相连，蒸发器(6)的出口与喷射器(7)的出口汇成一路后与吸收器(8)的第二进口相连。
[0033]在本实施例中，工质采用C02_离子液体做吸收制冷工质。发生器1制冷剂富液吸收热源热量(温度大概80_110°C)后产生高温高压制冷剂蒸汽，分成两路，一路作为喷射器7的工作流体，另一路进入气体冷却器2冷却放热，热量被冷却水带走，冷却后气液两相制冷剂C02，进入气液分离器4，其中液相制冷剂进入第一回热器5，被来自涡流管冷端气体过冷，经节流阀14节流降压后，在蒸发器6中蒸发制冷;气相制冷剂经涡流管3发生温度分离后产生热端高温气体和冷端低温气体，温度为44°C的热端高温气体在第三回热器13中放出热量，预热来自溶液热交换器12的制冷剂富液后进入吸收器8，温度为15°C的冷端低温气体利用第一回热器5过冷来自气液分离器4中的液体，在第二回热器10与来自溶液热交换器的制冷剂贫液发生热量交换，吸热升温后的制冷剂蒸汽作为引射气体进入喷射器7被来自发生器1的工作流体引射升压为较高压混合气体，与来自蒸发器6的制冷剂蒸汽汇合后进入吸收器8，在此来自蒸发器6和经换热后的涡流管热端以及冷端制冷剂气体被来自发生器1的制冷剂贫液吸收成为制冷剂富液，经溶液栗9加压后栗入溶液交换器12，在此与来自发生器1的高温制冷剂贫液进行热量交换后，进入第三回热器13，被来自涡流管3热端流体预热后进入发生器1，制冷剂富液吸收低品位热源热量后产生制冷剂气体成为制冷剂贫液，在溶液热交换器12中与来自吸收器8的制冷剂富液发生热量交换后，经溶液调节阀11进入第二回热器10，被来自涡流管冷端制冷剂气体进一步冷却后进入吸收器8，完成溶液循环和制冷剂循环。
[0034]实施例2 [0035]参见图6，图6是本发明制冷系统的另一种实施方式的流程示意图，其中给出了模块15的另一种具体的流程布置图。该低品位热驱动涡流管-喷射吸收制冷系统包括，发生器1，冷凝器(气体冷却器)2，涡流管3，气液分离器4，第一回热器5，蒸发器6，喷射器7，吸收器8，液体栗9，第二回热器10，第一节流阀11，溶液热交换器12，第三回热器13，第二节流阀14。发生器(1)具有低温热源进出口，冷凝器(2)、吸收器(8)具有冷却水进出口，蒸发器(6)具有载冷剂进出口。其中，发生器(1)的第一出口分为两路，第一路与冷却器(2)的进口相连，第二路与喷射器(7)的第一进口相连，冷凝器(2)的出口与气液分离器(4)的进口相连，气液分离器(4)的第一出口与涡流管(3)的进口相连，涡流管(3)的热端出口与第三回热器(13)的第一进口相连，第三回热器(13)的第一出口与溶液热交换器(12)的第一进口相连，溶液热交换器(12)第一出口与吸收器(8)第一进口相连，涡流管(3)的冷端出口与第一回热器
(5)的第一进口相连，气液分离器(4)的第二出口与第一回热器(5)的第二进口相连，第一回热器(5)的第二出口与第二节流阀(14)的进口相连，吸收器(8)的第一出口与液体栗(9)的进口相连，液体栗(9)的出口与溶液热交换器(12)的第二进口相连，溶液热交换器(12)的第二出口与第三回热器(13)的第二进口相连，第三回热器(13)的第二出口与发生器(1)的第一进口相连，发生器(1)的第二出口与溶液热交换器(12)第三进口相连，溶液热交换器(12)的第三出口与第一节流阀(11)的进口相连，第一节流阀(11)的出口与第二回热器(10)的第二进口相连，第二回热器(10)的第二出口与吸收器(8)的第三进口相连;其中蒸发器(6)、喷射器(7)和部分第二回热器(10)组成模块(15)。模块(15)与相关部件间的连接关系如下:第一回热器(5)的第一出口与喷射器(7)的第二进口相连，喷射器(7)的出口与第二回热器
(10)的第一进口相连，第二回热器(10)的第一出口与吸收器(8)的第三进口相连，节流阀
(14)出口与蒸发器(6)的进口相连，蒸发器(6)的出口与吸收器(8)的第二进口相连。
[0036]在本实施例中，C02_离子液体混合工质作为新型吸收制冷系统的制冷工质对。发生器1制冷剂富液吸收热源热量(温度大概80_110°C)后产生高温高压制冷剂蒸汽，分成两路，一路作为喷射器7的工作流体，另一路进入气体冷却器2冷却放热，热量被冷却水带走，冷却后的气液两相制冷剂C02进入气液分离器4，分离后的液相制冷剂进入第一回热器5，分离后的气相制冷剂经涡流管3发生温度分离后产生热端高温气体和冷端低温气体，温度为44°C的热端高温气体在第三回热器13中放出热量，预热来自溶液热交换器12的制冷剂富液后进入吸收器8，温度为15°C的冷端低温气体利用第一回热器5过冷来自气液分离器4的制冷剂液体使之成为过冷液体，经节流阀14进入蒸发器6蒸发制冷，制冷剂气体进入吸收器8，吸热升温后的涡流管冷端气体作为引射气体被喷射器7引射升压为较高压混合气体，与来自蒸发器6的低压制冷剂蒸汽、来自涡流管3的热端高温气体经第三回热器13和溶液热交换器12热交换后的制冷剂一起进入吸收器8，被吸收器中的制冷剂贫液吸收成为制冷剂富液，经溶液栗9加压后栗入溶液交换器12，在此与来自发生器1的高温制冷剂贫液进行热量交换后，在第三回热器13中被来自涡流管3热端流体预热后进入发生器1，制冷剂富液吸收低品位热源热量后成为制冷剂贫液，经溶液热交换器12与制冷剂富液发生热量交换，在第二回热器10中进一步冷却后进入吸收器8，完成溶液循环和制冷剂循环，重复上述循环。
【主权项】
1.一种低品位热驱动涡流管-喷射吸收制冷系统，其特征在于:该系统包括发生器(1)，冷凝器(2)，涡流管(3)，气液分离器(4)，第一回热器(5)，蒸发器(6)，喷射器(7)，吸收器(8)，液体栗(9)，第二回热器(10)，第一节流阀(11)，溶液热交换器(12)，第三回热器(13)和第二节流阀(14);其中，发生器(1)的第一出口分为两路，第一路与冷却器(2)的进口相连，第二路与喷射器(7)的第一进口相连，冷凝器(2)的出口与气液分离器(4)的进口相连，气液分离器(4)的第一出口与涡流管(3)的进口相连，涡流管(3)的热端出口与第三回热器(13)的第一进口相连，第三回热器(13)的第一出口与溶液热交换器(12)的第一进口相连，溶液热交换器(12)第一出口与吸收器(8)第一进口相连，涡流管(3)的冷端出口与第一回热器(5)的第一进口相连，气液分离器(4)的第二出口与第一回热器(5)的第二进口相连，第一回热器(5)的第二出口与第二节流阀(14)的进口相连，吸收器(8)的第一出口与液体栗(9)的进口相连，液体栗(9)的出口与溶液热交换器(12)的第二进口相连，溶液热交换器(12)的第二出口与第三回热器(13)的第二进口相连，第三回热器(13)的第二出口与发生器(1)的第一进口相连，发生器(1)的第二出口与溶液热交换器(12)第三进口相连，溶液热交换器(12)的第三出口与第一节流阀(11)的进口相连，第一节流阀(11)的出口与第二回热器(10)的第二进口相连，第二回热器(10)的第二出口与吸收器(8)的第三进口相连;其中蒸发器(6)、喷射器(7)和部分第二回热器(10)组成模块(15)，模块(15)与相关部件间的连接关系如下:第一回热器(5)的第一出口与第二回热器(10)的第一进口相连，第二回热器(10)的第一出口与喷射器(7)的第二进口相连，第二节流阀(14)的出口与蒸发器(6)的进口相连，蒸发器(6)的出口与喷射器(7)的出口汇成一路后与吸收器(8)的第二进口相连。2.如权利要求1所述的一种低品位热驱动涡流管-喷射吸收制冷系统，其特征在于:上述模块(15)与相关部件间采用如下连接方式替代: 第一回热器(5)的第一出口与喷射器(7)的第二进口相连，喷射器(7)的出口与第二回热器(10)的第一进口相连，第二回热器(10)的第一出口与吸收器(8)的第二进口相连，节流阀(14)出口与蒸发器(6)的进口相连，蒸发器(6)的出口与吸收器(8)的第二进口相连，第二回热器(10)的第二出口与吸收器(8)的第三进口相连。3.如权利要求1或2所述的一种低品位热驱动涡流管-喷射吸收制冷系统，其特征在于:所述制冷系统采用的吸收制冷工质对为C02-离子液体、C02-MDEA、氟利昂-吸收剂、水-溴化锂或氨水。4.如权利要求1或2所述的一种低品位热驱动涡流管-喷射吸收制冷系统，其特征在于:所述的发生器(1)具有低温热源进出口，所述的冷凝器(2)、吸收器(8)具有冷却水进出口，所述的蒸发器(6)具有载冷剂进出口。
【专利摘要】本发明涉及一种低品位热驱动涡流管-喷射吸收制冷系统，其特征在于：该系统包括发生器，冷凝器，涡流管，气液分离器，第一回热器，蒸发器，喷射器，吸收器，液体泵，第二回热器，第一节流阀，溶液热交换器，第三回热器和第二节流阀。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，是一种节能、降耗、环保的低品位热驱动涡流管-喷射器吸收式制冷系统。
【IPC分类】F25B15/02
【公开号】CN105485959
【申请号】CN201510879611
【发明人】何丽娟, 朱超群, 张培培, 张少华, 王征
【申请人】内蒙古科技大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月4日
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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.Hi 1 sch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。
[0005]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。
[0006]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C0P分别提高5%、10%、2.5% ;用于制热时工质为R744的涡流管系统C0P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C0P有所帮助。
[0007]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°C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。
[0008]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】
[0009]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。
[0010]为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
[0011]一种低品位热驱动涡流管-喷射吸收制冷系统，其特征在于:该系统包括发生器(1)，冷凝器(2)，涡流管(3)，气液分离器(4)，第一回热器(5)，蒸发器(6)，喷射器(7)，吸收器(8)，液体栗(9)，第二回热器(10)，第一节流阀(11)，溶液热交换器(12)，第三回热器
(13)和第二节流阀(14);其中，发生器(1)的第一出口分为两路，第一路与冷却器(2)的进口相连，第二路与喷射器(7)的第一进口相连，冷凝器(2)的出口与气液分离器(4)的进口相连，气液分离器(4)的第一出口与涡流管(3)的进口相连，涡流管(3)的热端出口与第三回热器(13)的第一进口相连，第三回热器(13)的第一出口与溶液热交换器(12)的第一进口相连，溶液热交换器(12)第一出口与吸收器(8)第一进口相连，涡流管(3)的冷端出口与第一回热器(5)的第一进口相连，气液分离器(4)的第二出口与第一回热器(5)的第二进口相连，第一回热器(5)的第二出口与第二节流阀(14)的进口相连，吸收器(8)的第一出口与液体栗
(9)的进口相连，液体栗(9)的出口与溶液热交换器(12)的第二进口相连，溶液热交换器
[12]的第二出口与第三回热器(13)的第二进口相连，第三回热器(13)的第二出口与发生器
(1)的第一进口相连，发生器(1)的第二出口与溶液热交换器(12)第三进口相连，溶液热交换器(12)的第三出口与第一节流阀(11)的进口相连，第一节流阀(11)的出口与第二回热器
(10)的第二进口相连，第二回热器(10)的第二出口与吸收器⑶的第三进口相连;其中蒸发器(6)、喷射器(7)和部分第二回热器(10)组成模块(15)，模块(15)与相关部件间的连接关系如下:第一回热器(5)的第一出口与第二回热器(10)的第一进口相连，第二回热器(10)的第一出口与喷射器(7)的第二进口相连，第二节流阀(14)的出口与蒸发器(6)的进口相连，蒸发器(6)的出口与喷射器(7)的出口汇成一路后与吸收器(8)的第二进口相连。
[0012]上述模块15与相关部件间还可采用如下连接方式:
[0013]第一回热器(5)的第一出口与喷射器(7)的第二进口相连，喷射器(7)的出口与第二回热器(10)的第一进口相连，第二回热器(10)的第一出口与吸收器(8)的第二进口相连，节流阀(14)出口与蒸发器(6)的进口相连，蒸发器(6)的出口与吸收器(8)的第二进口相连，第二回热器(10)的第二出口与吸收器(8)的第三进口相连。
[0014]本发明制冷系统采用的吸收制冷工质对为C02_离子液体、C02-MDEA、氟利昂-吸收剂(例如Rl 34a-DMF)、水-溴化锂或氨水。
[0015]上述发生器(1)具有低温热源进出口，上述冷凝器(2)和吸收器(8)具有冷却水进出口，上述蒸发器(6)具有载冷剂进出口。
[0016]本发明的创新和有益效果说明:
[0017](1)本发明所述的制冷循环系统，利用热力学原理和能量梯级利用原理，利用涡流管制取的低品位冷量换取喷射吸收制冷循环的高品位冷量，将高低品位冷量耦合起来，实现冷量品位间的转换，不仅能实现低品位能源的高效转换利用，而且还可以克服低品位能源自身的缺点。
[0018](2)本发明将涡流管应用在闭式喷射吸收制冷系统中，回收利用涡流管冷端低温气体的冷量和热端高温气体的热量，与传统 喷射吸收制冷循环相比，本发明所述的涡流管-喷射吸收制冷系统具有C0P高、制冷温度低的特点，节能效果明显。
[0019](3)本发明制冷系统中引入涡流管和喷射器，充分回收系统中制冷剂节流过程的膨胀功，减小节流损失，可以有效降低制冷温度、提高循环制冷系数和单位容积制冷量；弓丨入涡流管和喷射器还可有效降低跨临界R744制冷循环的节流损失，有利于提高循环制冷效率。
[0020](4)涡流管热端高温气体被再利用可以提高本发明所述的制冷循环性能，即利用涡流管的热端高温气体加热来自溶液热交换器的制冷剂富液;利用涡流管的冷端低温气体过冷来自汽液分离器的液体，使之成为过冷液体;利用第二回热器回收来自涡流管冷端低温气体的剩余冷量，进一步有效降低进入吸收器的溶液温度，有利于提高制冷循环性能。
【附图说明】
[0021 ]图1 Maure提出的涡流管压缩制冷系统
[0022]图2Keller提出的涡流管压缩制冷系统
[0023]图3王征提出的喷射器和涡流管压缩制冷系统
[0024]图4是本发明制冷系统的流程示意图。
[0025]图5是本发明制冷系统的一种【具体实施方式】的流程示意图。
[0026]图6是本发明制冷系统的一种【具体实施方式】的流程示意图。
[0027]图中1-发生器，2-冷凝器，3-涡流管，4-气液分离器，5-第一回热器，6_蒸发器，7_喷射器，8-吸收器，9-液体栗，10-第二回热器，11-第一节流阀，12-溶液热交换器，13-第三回热器，14-第二节流阀，15-模块。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述。需要说明的是，以下实施例仅是示例，并不限制本发明的范围，一切基于本发明的思想作出的简单变形方案均落入本发明的范围内。
[0029]如图4所示，图4是本发明制冷系统的流程示意图，由图4可以看出，一种低品位热驱动涡流管-喷射吸收制冷系统，包括，发生器1，冷凝器(气体冷却器)2，涡流管3，气液分离器4，第一回热器5，吸收器8，液体栗9，第二回热器10，第一节流阀11，溶液热交换器12，第三回热器13，第二节流阀14，以及模块15，模块15包含蒸发器6，喷射器7和部分第二回热器10。
[0030]其中，发生器(1)的第一出口分为两路，第一路与冷却器(2)的进口相连，第二路与喷射器(7)的第一进口相连，冷凝器(2)的出口与气液分离器(4)的进口相连，气液分离器
(4)的第一出口与涡流管(3)的进口相连，涡流管(3)的热端出口与第三回热器(13)的第一进口相连，第三回热器(13)的第一出口与溶液热交换器(12)的第一进口相连，溶液热交换器(12)第一出口与吸收器(8)第一进口相连，涡流管(3)的冷端出口与第一回热器(5)的第一进口相连，气液分离器(4)的第二出口与第一回热器(5)的第二进口相连，第一回热器(5)的第二出口与第二节流阀(14)的进口相连，吸收器(8)的第一出口与液体栗(9)的进口相连，液体栗(9)的出口与溶液热交换器(12)的第二进口相连，溶液热交换器(12)的第二出口与第三回热器(13)的第二进口相连，第三回热器(13)的第二出口与发生器(1)的进口相连，发生器(1)的第二出口与溶液热交换器(12)第三进口相连，溶液热交换器(12)的第三出口与第一节流阀(11)的进口相连，第一节流阀(11)的出口与第二回热器(10)的第二进口相连，第二回热器(10)的第二出口与吸收器(8)的第三进口相连;其中蒸发器(6)、喷射器(7)和部分第二回热器(10)组成模块(15)，下面给出模块15的两种具体的流程布置图，以作详细具体的说明。
[0031 ] 实施例1
[0032]参见图5，图5是本发明制冷系统的一种实施方式的流程示意图，其中给出了模块15的一种具体的流程布置图。该低品位热驱动涡流管-喷射吸收制冷系统包括，发生器1，冷凝器(气体冷却器)2，涡流管3，气液分离器4，第一回热器5，蒸发器6，喷射器7，吸收器8，液体栗9，第二回热器10，第一节流阀11，溶液热交换器12，第三回热器13，第二节流阀14。发生器(1)具有低温热源进出口，冷凝器(2)、吸收器(8)具有冷却水进出口，蒸发器(6)具有载冷剂进出口。其中，发生器(1)的第一出口分为两路，第一路与冷却器(2)的进口相连，第二路与喷射器(7)的第一进口相连，冷凝器(2)的出口与气液分离器(4)的进口相连，气液分离器
(4)的第一出口与涡流管(3)的进口相连，涡流管(3)的热端出口与第三回热器(13)的第一进口相连，第三回热器(13)的第一出口与溶液热交换器(12)的第一进口相连，溶液热交换器(12)第一出口与吸收器(8)第一进口相连，涡流管(3)的冷端出口与第一回热器(5)的第一进口相连，气液分离器(4)的第二出口与第一回热器(5)的第二进口相连，第一回热器
(5)的第二出口与第二节流阀(14)的进口相连，吸收器(8)的第一出口与液体栗(9)的进口相连，液体栗(9)的出口与溶液热交换器(12)的第二进口相连，溶液热交换器(12)的第二出口与第三回热器(13)的第二进口相连，第三回热器(13)的第二出口与发生器(1)的第一进口相连，发生器(1)的第二出口与溶液热交换器(12)第三进口相连，溶液热交换器(12)的第三出口与第一节流阀(11)的进口相连，第一节流阀(11)的出口与第二回热器(10)的第二进口相连，第二回热器(10)的第二出口与吸收器(8)的第三进口相连;其中蒸发器(6)、喷射器
(7)和部分第二回热器(10)组成模块(15)。模块(15)与相关部件间的连接关系如下:第一回热器(5)的第一出口与第二回热器(10)的第一进口相连，第二回热器(10)的第一出口与喷射器(7)的第二进口相连，第二节流阀(14)的出口与蒸发器(6)的进口相连，蒸发器(6)的出口与喷射器(7)的出口汇成一路后与吸收器(8)的第二进口相连。
[0033]在本实施例中，工质采用C02_离子液体做吸收制冷工质。发生器1制冷剂富液吸收热源热量(温度大概80_110°C)后产生高温高压制冷剂蒸汽，分成两路，一路作为喷射器7的工作流体，另一路进入气体冷却器2冷却放热，热量被冷却水带走，冷却后气液两相制冷剂C02，进入气液分离器4，其中液相制冷剂进入第一回热器5，被来自涡流管冷端气体过冷，经节流阀14节流降压后，在蒸发器6中蒸发制冷;气相制冷剂经涡流管3发生温度分离后产生热端高温气体和冷端低温气体，温度为44°C的热端高温气体在第三回热器13中放出热量，预热来自溶液热交换器12的制冷剂富液后进入吸收器8，温度为15°C的冷端低温气体利用第一回热器5过冷来自气液分离器4中的液体，在第二回热器10与来自溶液热交换器的制冷剂贫液发生热量交换，吸热升温后的制冷剂蒸汽作为引射气体进入喷射器7被来自发生器1的工作流体引射升压为较高压混合气体，与来自蒸发器6的制冷剂蒸汽汇合后进入吸收器8，在此来自蒸发器6和经换热后的涡流管热端以及冷端制冷剂气体被来自发生器1的制冷剂贫液吸收成为制冷剂富液，经溶液栗9加压后栗入溶液交换器12，在此与来自发生器1的高温制冷剂贫液进行热量交换后，进入第三回热器13，被来自涡流管3热端流体预热后进入发生器1，制冷剂富液吸收低品位热源热量后产生制冷剂气体成为制冷剂贫液，在溶液热交换器12中与来自吸收器8的制冷剂富液发生热量交换后，经溶液调节阀11进入第二回热器10，被来自涡流管冷端制冷剂气体进一步冷却后进入吸收器8，完成溶液循环和制冷剂循环。
[0034]实施例2 [0035]参见图6，图6是本发明制冷系统的另一种实施方式的流程示意图，其中给出了模块15的另一种具体的流程布置图。该低品位热驱动涡流管-喷射吸收制冷系统包括，发生器1，冷凝器(气体冷却器)2，涡流管3，气液分离器4，第一回热器5，蒸发器6，喷射器7，吸收器8，液体栗9，第二回热器10，第一节流阀11，溶液热交换器12，第三回热器13，第二节流阀14。发生器(1)具有低温热源进出口，冷凝器(2)、吸收器(8)具有冷却水进出口，蒸发器(6)具有载冷剂进出口。其中，发生器(1)的第一出口分为两路，第一路与冷却器(2)的进口相连，第二路与喷射器(7)的第一进口相连，冷凝器(2)的出口与气液分离器(4)的进口相连，气液分离器(4)的第一出口与涡流管(3)的进口相连，涡流管(3)的热端出口与第三回热器(13)的第一进口相连，第三回热器(13)的第一出口与溶液热交换器(12)的第一进口相连，溶液热交换器(12)第一出口与吸收器(8)第一进口相连，涡流管(3)的冷端出口与第一回热器
(5)的第一进口相连，气液分离器(4)的第二出口与第一回热器(5)的第二进口相连，第一回热器(5)的第二出口与第二节流阀(14)的进口相连，吸收器(8)的第一出口与液体栗(9)的进口相连，液体栗(9)的出口与溶液热交换器(12)的第二进口相连，溶液热交换器(12)的第二出口与第三回热器(13)的第二进口相连，第三回热器(13)的第二出口与发生器(1)的第一进口相连，发生器(1)的第二出口与溶液热交换器(12)第三进口相连，溶液热交换器(12)的第三出口与第一节流阀(11)的进口相连，第一节流阀(11)的出口与第二回热器(10)的第二进口相连，第二回热器(10)的第二出口与吸收器(8)的第三进口相连;其中蒸发器(6)、喷射器(7)和部分第二回热器(10)组成模块(15)。模块(15)与相关部件间的连接关系如下:第一回热器(5)的第一出口与喷射器(7)的第二进口相连，喷射器(7)的出口与第二回热器
(10)的第一进口相连，第二回热器(10)的第一出口与吸收器(8)的第三进口相连，节流阀
(14)出口与蒸发器(6)的进口相连，蒸发器(6)的出口与吸收器(8)的第二进口相连。
[0036]在本实施例中，C02_离子液体混合工质作为新型吸收制冷系统的制冷工质对。发生器1制冷剂富液吸收热源热量(温度大概80_110°C)后产生高温高压制冷剂蒸汽，分成两路，一路作为喷射器7的工作流体，另一路进入气体冷却器2冷却放热，热量被冷却水带走，冷却后的气液两相制冷剂C02进入气液分离器4，分离后的液相制冷剂进入第一回热器5，分离后的气相制冷剂经涡流管3发生温度分离后产生热端高温气体和冷端低温气体，温度为44°C的热端高温气体在第三回热器13中放出热量，预热来自溶液热交换器12的制冷剂富液后进入吸收器8，温度为15°C的冷端低温气体利用第一回热器5过冷来自气液分离器4的制冷剂液体使之成为过冷液体，经节流阀14进入蒸发器6蒸发制冷，制冷剂气体进入吸收器8，吸热升温后的涡流管冷端气体作为引射气体被喷射器7引射升压为较高压混合气体，与来自蒸发器6的低压制冷剂蒸汽、来自涡流管3的热端高温气体经第三回热器13和溶液热交换器12热交换后的制冷剂一起进入吸收器8，被吸收器中的制冷剂贫液吸收成为制冷剂富液，经溶液栗9加压后栗入溶液交换器12，在此与来自发生器1的高温制冷剂贫液进行热量交换后，在第三回热器13中被来自涡流管3热端流体预热后进入发生器1，制冷剂富液吸收低品位热源热量后成为制冷剂贫液，经溶液热交换器12与制冷剂富液发生热量交换，在第二回热器10中进一步冷却后进入吸收器8，完成溶液循环和制冷剂循环，重复上述循环。
【主权项】
1.一种低品位热驱动涡流管-喷射吸收制冷系统，其特征在于:该系统包括发生器(1)，冷凝器(2)，涡流管(3)，气液分离器(4)，第一回热器(5)，蒸发器(6)，喷射器(7)，吸收器(8)，液体栗(9)，第二回热器(10)，第一节流阀(11)，溶液热交换器(12)，第三回热器(13)和第二节流阀(14);其中，发生器(1)的第一出口分为两路，第一路与冷却器(2)的进口相连，第二路与喷射器(7)的第一进口相连，冷凝器(2)的出口与气液分离器(4)的进口相连，气液分离器(4)的第一出口与涡流管(3)的进口相连，涡流管(3)的热端出口与第三回热器(13)的第一进口相连，第三回热器(13)的第一出口与溶液热交换器(12)的第一进口相连，溶液热交换器(12)第一出口与吸收器(8)第一进口相连，涡流管(3)的冷端出口与第一回热器(5)的第一进口相连，气液分离器(4)的第二出口与第一回热器(5)的第二进口相连，第一回热器(5)的第二出口与第二节流阀(14)的进口相连，吸收器(8)的第一出口与液体栗(9)的进口相连，液体栗(9)的出口与溶液热交换器(12)的第二进口相连，溶液热交换器(12)的第二出口与第三回热器(13)的第二进口相连，第三回热器(13)的第二出口与发生器(1)的第一进口相连，发生器(1)的第二出口与溶液热交换器(12)第三进口相连，溶液热交换器(12)的第三出口与第一节流阀(11)的进口相连，第一节流阀(11)的出口与第二回热器(10)的第二进口相连，第二回热器(10)的第二出口与吸收器(8)的第三进口相连;其中蒸发器(6)、喷射器(7)和部分第二回热器(10)组成模块(15)，模块(15)与相关部件间的连接关系如下:第一回热器(5)的第一出口与第二回热器(10)的第一进口相连，第二回热器(10)的第一出口与喷射器(7)的第二进口相连，第二节流阀(14)的出口与蒸发器(6)的进口相连，蒸发器(6)的出口与喷射器(7)的出口汇成一路后与吸收器(8)的第二进口相连。2.如权利要求1所述的一种低品位热驱动涡流管-喷射吸收制冷系统，其特征在于:上述模块(15)与相关部件间采用如下连接方式替代: 第一回热器(5)的第一出口与喷射器(7)的第二进口相连，喷射器(7)的出口与第二回热器(10)的第一进口相连，第二回热器(10)的第一出口与吸收器(8)的第二进口相连，节流阀(14)出口与蒸发器(6)的进口相连，蒸发器(6)的出口与吸收器(8)的第二进口相连，第二回热器(10)的第二出口与吸收器(8)的第三进口相连。3.如权利要求1或2所述的一种低品位热驱动涡流管-喷射吸收制冷系统，其特征在于:所述制冷系统采用的吸收制冷工质对为C02-离子液体、C02-MDEA、氟利昂-吸收剂、水-溴化锂或氨水。4.如权利要求1或2所述的一种低品位热驱动涡流管-喷射吸收制冷系统，其特征在于:所述的发生器(1)具有低温热源进出口，所述的冷凝器(2)、吸收器(8)具有冷却水进出口，所述的蒸发器(6)具有载冷剂进出口。
【专利摘要】本发明涉及一种低品位热驱动涡流管-喷射吸收制冷系统，其特征在于：该系统包括发生器，冷凝器，涡流管，气液分离器，第一回热器，蒸发器，喷射器，吸收器，液体泵，第二回热器，第一节流阀，溶液热交换器，第三回热器和第二节流阀。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，是一种节能、降耗、环保的低品位热驱动涡流管-喷射器吸收式制冷系统。
【IPC分类】F25B15/02
【公开号】CN105485959
【申请号】CN201510879611
【发明人】何丽娟, 朱超群, 张培培, 张少华, 王征
【申请人】内蒙古科技大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月4日
最新回复(0)