一種基于渦流管的吸收制冷系統(tǒng)及工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及吸收制冷系統(tǒng)，具體涉及一種基于渦流管的吸收制冷系統(tǒng)及工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會經(jīng)濟快速發(fā)展，在生物工程、制藥、食品加工和化工等生產(chǎn)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(huán)境污染。
[0003]吸收制冷循環(huán)具有較高的熱轉(zhuǎn)換效率，可有效利用太陽能熱、地?zé)嵋约肮I(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量余熱廢熱等低品位能源制取所需冷量，可有效節(jié)省高品位電能。然而傳統(tǒng)吸收制冷系統(tǒng)存在制冷效率低、熱源不足時運行不穩(wěn)定等缺陷，針對上述缺陷，本發(fā)明提出一種渦流管吸收制冷循環(huán)來創(chuàng)造生產(chǎn)過程所需的低溫環(huán)境，既提高能源利用效率又節(jié)省尚品位電能。
[0004]渦流管是一個結(jié)構(gòu)簡單，具有能量分離特性的裝置。高壓流體進入渦流管后，被渦流管中的噴嘴減壓增速，然后在渦流室中高速旋轉(zhuǎn)，在熱端管中分為溫度不同的兩個部分，即低溫流體與高溫流體。高溫流體經(jīng)過熱端調(diào)節(jié)閥的邊緣部分流出，低溫流體碰撞熱端調(diào)節(jié)閥中心部位后返流，從渦流室中冷孔板中心孔處流出。渦流管制冷可采用水蒸氣、氮氣、二氧化碳或者氫氟烴類物質(zhì)做制冷工質(zhì)，所以渦流管制冷具有節(jié)能環(huán)保等特點符合全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。渦流管能量分離現(xiàn)象是由法國冶金工程師Ranque發(fā)現(xiàn)，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(guān)渦流管裝置及其渦旋溫度分離效應(yīng)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(zhì)疑，當時渦流管并未引起研究人員的普遍關(guān)注。1946年，德國物理學(xué)家R.Hilsch從物理結(jié)構(gòu)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(yīng)，并提出初步定義制冷效應(yīng)和制熱效應(yīng)的方法，引起學(xué)者們的廣泛關(guān)注。
[0005]隨著對渦流管制冷制熱機理研究不斷深入，渦流管應(yīng)用進一步深化。1987年，Bruno曾統(tǒng)計渦流管在各種特殊溫度控制領(lǐng)域的應(yīng)用將近10000個?？傮w上說，渦流管主要用于制冷和分離等方面。2002年Nellis提出一種渦流管壓縮制冷系統(tǒng)，利用渦流管的半經(jīng)驗?zāi)Ｐ瓦M行數(shù)值模擬，模擬結(jié)果表明與JT制冷循環(huán)相比，在相同質(zhì)量流量、壓比和制冷溫度的前提下，渦流管壓縮制冷系統(tǒng)的制冷量提高將近50%。
[0006]在渦流管壓縮制冷系統(tǒng)中，該制冷機獲得的低溫完全以消耗高品位機械能為代價，且對壓縮機可靠性要求較高，耗功大。專利號為201410429941的專利公開的智能雙渦流管制冷制熱系統(tǒng)，即是以消耗高品位機械能為代價。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種節(jié)能、降耗、環(huán)保的基于渦流管的吸收制冷系統(tǒng)及工作方法。
[0008]本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案為:
[0009]一種基于渦流管的吸收制冷系統(tǒng)，包括發(fā)生器、冷凝器、氣液分離器、第一回?zé)崞鳌⒌谝还?jié)流閥、蒸發(fā)器、渦流管、吸收器、第二溶液調(diào)節(jié)閥、溶液栗、溶液熱交換器及第二回?zé)崞?；所述發(fā)生器第一出口與冷凝器的進口相連，冷凝器的出口與氣液分離器的入口相連，氣液分離器的第一出口與第一回?zé)崞鞯牡谝蝗肟谙噙B，第一回?zé)崞鞯牡谝怀隹谂c第一節(jié)流閥的入口相連，第一節(jié)流閥的出口與蒸發(fā)器的入口相連；氣液分離器的第二出口與渦流管的入口相連，渦流管的熱端出口與第二回?zé)崞鞯牡谝蝗肟谙噙B，第二回?zé)崞鞯牡谝怀隹谂c溶液熱交換器的第二入口相連，溶液熱交換器第二出口與吸收器第二入口相連；渦流管的冷端出口與第一回?zé)崞鞯牡诙肟谙噙B，第一回?zé)崞鞯牡诙隹谂c蒸發(fā)器出口匯合后與吸收器第一入口相連，吸收器的第一出口與溶液栗的入口相連，溶液栗的出口與溶液熱交換器的第一入口相連，溶液熱交換器的第一出口與第二回?zé)崞鞯牡诙肟谙噙B，第二回?zé)崞鞯牡诙隹谂c發(fā)生器的入口相連，發(fā)生器的第二出口與溶液熱交換器的第三入口相連，溶液熱交換器的第三出口與第二溶液調(diào)節(jié)閥的入口相連，第二溶液調(diào)節(jié)閥的出口與吸收器的第三入口相連。
[0010]進一步地，所述一種基于渦流管的吸收制冷系統(tǒng)，包括發(fā)生器、冷凝器、氣液分離器、第一回?zé)崞?、第一?jié)流閥、蒸發(fā)器、渦流管、吸收器、第二溶液調(diào)節(jié)閥、溶液栗、溶液熱交換器、第二回?zé)崞骷暗谌?jié)流閥；所述發(fā)生器第一出口分為兩路，一路與冷凝器的進口相連，另一路與渦流管的入口相連；冷凝器的出口與氣液分離器的入口相連，氣液分離器的第一出口與第一回?zé)崞鞯牡谝蝗肟谙噙B，第一回?zé)崞鞯牡谝怀隹谂c第一節(jié)流閥的入口相連，第一節(jié)流閥的出口與蒸發(fā)器的入口相連，氣液分離器第二出口與第三節(jié)流閥入口相連；發(fā)生器的另一路與渦流管的進口相連，渦流管的熱端出口與第二回?zé)崞鞯牡谝蝗肟谙噙B，第二回?zé)崞鞯牡谝怀隹谂c溶液熱交換器的第二入口相連，溶液熱交換器第二出口與吸收器第二入口相連；渦流管的冷端出口與第一回?zé)崞鞯牡诙肟谙噙B，第一回?zé)崞鞯牡诙隹趨R同第三節(jié)流閥出口匯合后與蒸發(fā)器的出口相連，之后與吸收器第一入口相連；吸收器的第一出口與溶液栗的入口相連，溶液栗的出口與溶液熱交換器的第一入口相連，溶液熱交換器的第一出口與第二回?zé)崞鞯牡诙肟谙噙B，第二回?zé)崞鞯牡诙隹谂c發(fā)生器的入口相連；發(fā)生器的第二出口與溶液熱交換器的第三入口相連，溶液熱交換器的第三出口與第二溶液調(diào)節(jié)閥的入口相連，第二溶液調(diào)節(jié)閥的出口與吸收器的第三入口相連。
[0011 ] 更進一步地，所述吸收制冷系統(tǒng)的吸收制冷工質(zhì)對采用co2-離子液體、co2-mdea、氟利昂-吸收劑、氨水中的一種。
[0012]更進一步地，所述冷凝器與氣體冷卻器作用和功效相同。
[0013]同時，本發(fā)明還提供了一種基于上述渦流管吸收制冷系統(tǒng)的工作方法，包括以下步驟:
[0014]S1，吸收制冷工質(zhì)對采用C02-[emim] [Tf2N]，發(fā)生器的制冷劑富液吸收熱源熱量后產(chǎn)生高溫高壓制冷劑蒸氣，進入氣體冷卻器冷卻放熱，熱量被冷卻水帶走，冷卻后的氣液兩相制冷劑0)2進入氣液分離器，其中氣相制冷劑作為渦流管的工作流體，經(jīng)渦流管發(fā)生溫度分離后產(chǎn)生熱端氣體和冷端氣體，熱端氣體在第二回?zé)崞髦蟹懦鰺崃?，預(yù)熱來自溶液熱交換器的制冷劑富液后進入吸收器，冷端低溫氣體經(jīng)第一回?zé)崞鬟^冷來自氣液分離器的液相制冷劑；
[0015]S2，液相制冷劑經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流后在蒸發(fā)器中蒸發(fā)制冷，與經(jīng)換熱后的渦流管冷端制冷劑氣體一起進入吸收器；
[0016]S3，在吸收器中制冷劑蒸氣被制冷劑貧液吸收為制冷劑富液，經(jīng)溶液栗加壓后栗入溶液熱交換器，在此與來自發(fā)生器的高溫制冷劑貧液和來自第二回?zé)崞?12)渦流管熱端氣體進行熱量交換后，在第二回?zé)崞髦斜粊碜詼u流管熱端氣體預(yù)熱后進入發(fā)生器；
[0017]S4，制冷劑富液在發(fā)生器中吸收低品位熱源熱量產(chǎn)生制冷劑蒸氣后成為制冷劑貧液，在溶液熱交換器中與來自吸收器制冷劑富液進行熱量交換后進入吸收器，吸收來自蒸發(fā)器和渦流管冷熱端制冷劑氣體，從而完成溶液循環(huán)和制冷劑循環(huán)。
[0018]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0019]本發(fā)明依據(jù)熱力學(xué)原理和能量梯級利用原理，將渦流管和吸收制冷系統(tǒng)耦合起來，利用新型渦流管制冷系統(tǒng)將低品位冷端冷量置換為高品位冷量，實現(xiàn)冷量品位間的高效轉(zhuǎn)換；
[0020]引入渦流管可有效降低制冷循環(huán)的節(jié)流損失，有利于提高循環(huán)制冷效率；
[0021]渦流管熱端高溫氣體被再利用可以提高新型吸收制冷循環(huán)性能，即利用渦流管的熱端高溫氣體加熱來自溶液熱交換器的制冷劑富液；
[0022]利用渦流管的冷端低溫氣體過冷來自汽液分離