[发明专利]一种自复叠涡流管低温制冷机

说明书

技术领域

本发明涉及一种制冷机，具体来讲是一种自复叠涡流管低温制冷机。

背景技术

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。

涡流管是一个结构简单，具有能量分离特性的装置。高压流体进入涡流管后，被涡流管中的喷嘴减压增速，然后在涡流室中高速旋转，在热端管中分为温度不同的两个部分，即低温流体与高温流体。高温流体经过热端调节阀的边缘部分流出，低温流体碰撞热端调节阀中心部位后返流，从涡流室中冷孔板中心孔处流出。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。涡流管能量分离现象是由法国冶金工程师Ranque发现，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.Hilsch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。

而随着对涡流管制冷制热机理研究不断深入，涡流管应用进一步深化。1987年，Bruno曾统计涡流管在各种特殊温度控制领域的应用将近10000个。总体上说，涡流管主要用于制冷和分离等方面，但传统涡流管制冷循环存在制冷效率较低等问题。

为了有效利用较高温度低品位热源制取高品位的冷冻温度，学者们将自行复叠制冷循环基本原理应用于制冷循环，以期解决传统制冷系统的制冷效率低等缺陷。陈光明提出如图1和图2所示的自复叠吸收制冷系统，初步理论结果表明两个制冷循环均可高效运行，且可获得较低的制冷温度，但自复叠吸收制冷循环中国发生器与蒸发器间的压差较大，导致溶液循环倍率高，溶液泵输送溶液耗电量大。为了解决自复叠吸收制冷循环的能耗和效率问题，在吸收制冷循环中引入喷射器，喷射吸收制冷系统可有效利用低品位低温热源(60℃以上)，且工质循环泵机械功消耗很少。

经检索发现，申请公布号为CN102620461A的中国专利公开了一种自复叠喷射式制冷机，但是该文件公开的技术方案并没有考虑对低品位热源的有效利用，并且该制冷循环中耗功较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种节能、降耗、环保的自复叠涡流管-喷射低温制冷机。

本发明解决以上技术问题的技术方案：

一种自复叠涡流管-喷射低温制冷机，包括发生器、冷凝器、涡流管、气液分离器、冷凝蒸发器、过冷器、蒸发器和喷射器，其中：发生器1的出口依次与喷射器的第一进口、冷凝器的进口、气液分离器的第一进口、涡流管的进口顺序串连；涡流管热端出口与冷凝蒸发器第一进口、过冷器第一进口、蒸发器进口顺序串连；涡流管冷端出口与过冷器第二进口相连；气液分离器的第二出口分两路，其中一路先与冷凝蒸发器第二进口串连后再与过冷器第二出口以及蒸发器出口并连后汇入喷射器第二进口；气液分离器第二出口的另一路与发生器入口相连。

本专利将自行复叠制冷循环基本理论用于喷射制冷循环，利用低品位低温热源驱动及工质循环泵较少机械功的消耗便可实现低温冷冻，丰富了喷射制冷循环科学理论，也为有效利用低品位的低温热源、节省高品位能源、拓展喷射制冷循环的应用范围提供了一条全新的思路。

本方法进一步限定的技术方案为：

进一步的，发生器的出口与喷射器的第一进口相连，喷射器出口与冷凝器的进口相连，冷凝器出口与气液分离器相连，气液分离器第一出口与涡流管进口相连，涡流管热端气体出口与冷凝蒸发器第一进口相连，冷凝蒸发器第一出口与过冷器第一进口相连，过冷器第一出口与蒸发器进口相连，涡流管冷端气体出口与过冷器第二进口相连；气液分离器第二出口分两路，其中一路出口与冷凝蒸发器第二进口相连，冷凝蒸发器第二出口、过冷器第二出口和蒸发器出口并连后汇入喷射器第二进口，气液分离器的另一路出口与发生器入口相连。