一種基于渦流管的吸收制冷系統及工作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及吸收制冷系統，具體涉及一種基于渦流管的吸收制冷系統及工作方法。
【背景技術】
[0002]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。
[0003]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尚品位電能。
[0004]渦流管是一個結構簡單，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，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。高溫流體經過熱端調節閥的邊緣部分流出，低溫流體碰撞熱端調節閥中心部位后返流，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。渦流管能量分離現象是由法國冶金工程師Ranque發現，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。
[0005]隨著對渦流管制冷制熱機理研究不斷深入，渦流管應用進一步深化。1987年，Bruno曾統計渦流管在各種特殊溫度控制領域的應用將近10000個。總體上說，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，利用渦流管的半經驗模型進行數值模擬，模擬結果表明與JT制冷循環相比，在相同質量流量、壓比和制冷溫度的前提下，渦流管壓縮制冷系統的制冷量提高將近50%。
[0006]在渦流管壓縮制冷系統中，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，即是以消耗高品位機械能為代價。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提供一種節能、降耗、環保的基于渦流管的吸收制冷系統及工作方法。
[0008]本發明解決以上技術問題的技術方案為:
[0009]一種基于渦流管的吸收制冷系統，包括發生器、冷凝器、氣液分離器、第一回熱器、第一節流閥、蒸發器、渦流管、吸收器、第二溶液調節閥、溶液栗、溶液熱交換器及第二回熱器；所述發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熱器的第一入口相連，第一回熱器的第一出口與第一節流閥的入口相連，第一節流閥的出口與蒸發器的入口相連；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熱器的第一入口相連，第二回熱器的第一出口與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熱器的第二入口相連，第一回熱器的第二出口與蒸發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熱器的第二入口相連，第二回熱器的第二出口與發生器的入口相連，發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節閥的入口相連，第二溶液調節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，包括發生器、冷凝器、氣液分離器、第一回熱器、第一節流閥、蒸發器、渦流管、吸收器、第二溶液調節閥、溶液栗、溶液熱交換器、第二回熱器及第三節流閥；所述發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熱器的第一入口相連，第一回熱器的第一出口與第一節流閥的入口相連，第一節流閥的出口與蒸發器的入口相連，氣液分離器第二出口與第三節流閥入口相連；發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熱器的第一入口相連，第二回熱器的第一出口與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熱器的第二入口相連，第一回熱器的第二出口匯同第三節流閥出口匯合后與蒸發器的出口相連，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熱器的第二入口相連，第二回熱器的第二出口與發生器的入口相連；發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節閥的入口相連，第二溶液調節閥的出口與吸收器的第三入口相連。
[0011 ] 更進一步地，所述吸收制冷系統的吸收制冷工質對采用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，本發明還提供了一種基于上述渦流管吸收制冷系統的工作方法，包括以下步驟:
[0014]S1，吸收制冷工質對采用C02-[emim] [Tf2N]，發生器的制冷劑富液吸收熱源熱量后產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，經渦流管發生溫度分離后產生熱端氣體和冷端氣體，熱端氣體在第二回熱器中放出熱量，預熱來自溶液熱交換器的制冷劑富液后進入吸收器，冷端低溫氣體經第一回熱器過冷來自氣液分離器的液相制冷劑；
[0015]S2，液相制冷劑經節流閥節流后在蒸發器中蒸發制冷，與經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，經溶液栗加壓后栗入溶液熱交換器，在此與來自發生器的高溫制冷劑貧液和來自第二回熱器(12)渦流管熱端氣體進行熱量交換后，在第二回熱器中被來自渦流管熱端氣體預熱后進入發生器；
[0017]S4，制冷劑富液在發生器中吸收低品位熱源熱量產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，吸收來自蒸發器和渦流管冷熱端制冷劑氣體，從而完成溶液循環和制冷劑循環。
[0018]本發明具有如下優點:
[0019]本發明依據熱力學原理和能量梯級利用原理，將渦流管和吸收制冷系統耦合起來，利用新型渦流管制冷系統將低品位冷端冷量置換為高品位冷量，實現冷量品位間的高效轉換；
[0020]引入渦流管可有效降低制冷循環的節流損失，有利于提高循環制冷效率；
[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