CN104048447B - 一种以克努森压缩机为核心的制冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以克努森压缩机为核心的制冷系统。该系统由克努森压缩机(1)、高温热源(2)、冷凝器(3)、储存器(4)、节流阀(5)、蒸发器(6)和干燥器(7)组成。本发明的优点：1.本发明所提供的制冷系统中无运动部件、不需要润滑油、运行安全可靠、无噪音，防止压缩机对制冷剂的污染，能有效地延长所述制冷系统的使用寿命。2.本发明制冷系统直接通过热能驱动，可以回收一些装置上废热，提高了能源的利用率。3.本发明制冷系统直接利用环保的新型能源太阳能。
Description
技术领域
本发明属制冷技术领域。具体是一种以克努森压缩机为核心的制冷系统。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高，空调的使用日益广泛，建筑耗能不断增加，能源问题日益突出。与此同时，在供暖、空调与制冷系统的应用中,压缩机是主要的耗能设备。然而大量使用机械压缩式制冷系统带来的电能消耗、环境污染等问题给人类可持续发展道路提出了巨大的挑战。因此，降低压缩机的能耗问题对实现制冷设备的节能与环保有着巨大现实意义。
本发明的新制冷系统是将克努森压缩机替代常规压缩制冷系统中的传统压缩机(如往复式、螺旋式、涡旋式等)以及制冷系统中相应部件的结构变化。克努森压缩机是基于气体热流逸现象而设计出来的一种气体压缩机，它主要依靠热能驱动。由于热能的来源非常广泛，比如太阳能，地热能等新型能源，或者是一些设备的余热能，不仅可以提高能源的利用率也可以应用清洁环保的新型能源。克努森压缩机没有运动部件，进而不存在任何机械方面的损失，能有效的降低噪声。不需要任何润滑油等其他液体，可有效防止制冷剂被污染的问题,进而提高了蒸气压缩的质量。它广泛的运行压力，并且多级串联可以得到任意的压力比。故将克努森压缩机应用于未来空调系统中具有巨大的研究潜力与应用潜力。此外，针对太阳能驱动的克努森压缩机而言，我们还提出了一种可转动式的克努森压缩机。
发明内容
本发明的目的在于，提供了一种以克努森压缩机为核心的制冷系统，以解决：1.现有蒸气压缩制冷的质量以及现有压缩制冷系统耗能大的问题。2.现有压缩式制冷系统中的机械损失与噪声问题，从而使整个制冷系统运行安全可靠并且能够有效地延长该系统的寿命。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种以克努森压缩机为核心的制冷系统，是将克努森压缩机替代常规压缩制冷系统中的传统压缩机，该系统由克努森压缩机、高温热源、冷凝器、储存器、节流阀、蒸发器和干燥器组成。
1.各部件的结构或作用：
1)所述克努森压缩机为一体铸成的N个克努森压缩机串联而成，并设有转动柄。在克努森压缩机上方设有高温热源，克努森压缩机设有吸光玻璃、低压制冷剂气体进口、微通道膜、冷腔、热腔、连接通道、高压制冷剂气体出口。低压制冷剂气体从低压制冷剂气体进口进入到第一级克努森压缩机冷腔，第一级吸光玻璃吸收第一级高温热源热量加热第一级微通道膜的上表面，从而使第一级微通道膜的上下表面形成一个温度差，第一级冷腔的低压制冷剂气体在第一级微通道膜的温度差驱使下进入第一级热腔并变成第一级高压制冷剂气体。第一级高压制冷剂气体通过第一级连接通道进入到第二级克努森压缩机冷腔，第二级吸光玻璃吸收第二级高温热源热量加热第二级微通道膜的上表面，从而使第二级微通道膜的上下表面形成一个温度差，第二级冷腔的低压制冷剂气体在第二级微通道膜的温度差驱使下进入第二级热腔并变成第二级高压制冷剂气体。第二级高压制冷剂气体通过第二级连接通道进入到······第N级克努森压缩机冷腔。第N级吸光玻璃吸收第N级高温热源热量加热第N级微通道膜的上表面，从而使第N级微通道膜的上下表面形成一个温度差，第N级冷腔的低压制冷剂气体在第N级微通道膜的温度差驱使下进入第N级热腔并变成第N级高压制冷剂气体。第N级高压制冷剂气体通过第N级连接通道进入高压制冷剂气体出口。
所述克努森压缩机的微通道膜设有密封环、填料、微孔。微通道膜的中间是微孔，外周是密封环，在微孔和密封环之间是填料，冷腔的低压制冷剂气体通过微孔进入热腔。
2)所述高温热源为太阳能，其作用为克努森压缩机提供热能。
3)所述冷凝器的作用在于使高压制冷剂“蒸气”冷凝为高压制冷剂流体，其冷却的方式可以根据不同的工况进行选择，并不局限于某一种特定的冷却方式。
4)所述储存器其作用在于储存高压制冷剂流体，以便保证较大冷凝负荷的要求，是否需要可根据具体系统而定。
5)所述节流阀的作用是使高压流体降低为低压流体并对制冷剂流量进行控制。
6)所述蒸发器6的作用是低温低压的制冷剂流体通过蒸发器时，与外界的空气进行热交换，“气”化吸热，达到制冷的效果。
7)所述干燥器的作用是对进入克努森压缩机前的工作气体进行干燥，保证无液体成分进入克努森压缩机，从而提高压缩机的工作性能。
2.各部件的连接关系：
所述克努森压缩机的第N级高压制冷剂气体出口与冷凝器的入口相连。冷凝器的出口与储存器的入口相连。储存器的出口如节流阀的入口相连。节流阀的出口与蒸发器的入口相连。蒸发器的出口与干燥器的入口相连。干燥器的入口与第一级克努森压缩机的入口相连，整个系统成循环状。
上述克努森压缩机的转动柄起转动作用，使克努森压缩机上的吸光玻璃总是追踪太阳辐射的方向。
本发明与现有压缩制冷技术相比的优点：
1.本发明所提供的制冷系统中无运动部件、运行安全可靠、无噪音，能有效地延长所述制冷系统的使用寿命。
2.本发明所提供的克努森压缩机不需要其它润滑油等液体，从而可有效地防止压缩机对制冷剂的污染，提高蒸气压缩的质量。
3.本发明制冷系统直接通过热能驱动，可以回收一些装置上废热，从而提高了能源的利用率。
4.本发明制冷系统直接利用太阳能进行辐射加热，从而可以直接利用环保的新型能源。
附图说明
图1是以克努森压缩机为核心的制冷系统的结构示意图。
图中，克努森压缩机1、高温热源2、冷凝器3、储存器4、节流阀5、蒸发器6、干燥器7、风扇一8、风扇二9、低压制冷剂气体入口11、高压制冷剂气体出口13。
图2是克努森压缩机结构示意图。
图中，克努森压缩机1、吸光玻璃10、低压制冷剂气体入口11、转动柄12、高压制冷剂气体出口13、微通道膜14，第一级克努森压缩机1-1、第N级克努森压缩机1-N。
图3是克努森压缩机截面结构示意图。
图中，第一级高温热源2-1、第一级透明玻璃10-1、第一级冷腔15-1、第一级微通道膜14-1、第一级热腔16-1、第一级连接通道17-1、第二级高温热源2-2、第二级透明玻璃10-2、第二级冷腔15-2、第二级微通道膜14-2、第二级热腔16-2、第二级连接通道17-2、第N级高温热源2-N、第N级透明玻璃10-N、第N级冷腔15-N、第N级微通道膜14-N、第N级热腔16-N、第N级连接通道17-N、高压制冷剂气体出口13。
图4是克努森压缩机微通道膜结构示意图。
图中，微孔20、填料18、密封环19。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。应当理解，此描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明以克努森压缩机为核心的制冷系统的结构如图1所示：
一种以克努森压缩机为核心的制冷系统，是将克努森压缩机替代常规压缩制冷系统中的传统压缩机，该系统由克努森压缩机1、高温热源2、冷凝器3、储存器4、节流阀5、蒸发器6和干燥器7组成。
1.各部件的结构或作用：
1)所述克努森压缩机1为一体铸成的N个克努森压缩机串联而成，并设有转动柄12。其结构如图2和图3所示：在克努森压缩机上方设有高温热源2，克努森压缩机1设有吸光玻璃10、低压制冷剂气体进口11、微通道膜14、冷腔15、热腔16、连接通道17、高压制冷剂气体出口13。
低压制冷剂气体从低压制冷剂气体进口11-1进入到第一级克努森压缩机冷腔15-1。第一级吸光玻璃10-1吸收第一级高温热源2-1热量加热第一级微通道膜14-1的上表面，从而使第一级微通道膜14-1的上下表面形成一个温度差，第一级冷腔16-1的低压制冷剂气体在第一级微通道膜14-1的温度差驱使下进入第一级热腔16-1并变成第一级高压制冷剂气体。第一级高压制冷剂气体通过第一级连接通道17-1进入到第二级克努森压缩机冷腔15-2。第二级吸光玻璃10-2吸收第二级高温热源2-2热量加热第二级微通道膜14-2的上表面，从而使第二级微通道膜14-2的上下表面形成一个温度差，第二级冷腔16-2的低压制冷剂气体在第二级微通道膜14-2的温度差驱使下进入第二级热腔16-2并变成第二级高压制冷剂气体。第二级高压制冷剂气体通过第二级连接通道17-2进入到······第N级克努森压缩机冷腔15-N。第N级吸光玻璃10-N吸收第N级高温热源2-N热量加热第N级微通道膜14-N的上表面，从而使第N级微通道膜14-N的上下表面形成一个温度差，第N级冷腔16-N的低压制冷剂气体在第N级微通道膜14-N的温度差驱使下进入第N级热腔16-N并变成第N级高压制冷剂气体。第N级高压制冷剂气体通过第N级连接通道17-N进入第N级高压制冷剂气体出口13。
所述克努森压缩机1的微通道膜14设有密封环19、填料18、微孔20。微通道膜14的中间是微孔20，外周是密封环19，在微孔20和密封环19之间是填料18，冷腔15的低压制冷剂气体通过微孔20进入热腔16。
2)所述高温热源2为太阳能，其作用为克努森压缩机提供热能。
3)所述冷凝器3的作用在于使高压制冷剂“蒸气”冷凝为高压制冷剂流体，其冷却的方式可以根据不同的工况进行选择，并不局限于某一种特定的冷却方式。
4)所述储存器4其作用在于储存高压制冷剂流体，以便保证较大冷凝负荷的要求，是否需要可根据具体系统而定。
5)所述节流阀5的作用是使高压流体降低为低压流体并对制冷剂流量进行控制。
6)所述蒸发器6的作用是低温低压的制冷剂流体通过蒸发器时，与外界的空气进行热交换，“气”化吸热，达到制冷的效果。
7)所述干燥器7的作用是对进入克努森压缩机1前的工作气体进行干燥，保证无液体成分进入克努森压缩机1，从而提高压缩机的工作性能。
2.各部件的连接关系：
所述克努森压缩机1的第N级高压制冷剂气体出口13与冷凝器3的入口相连。冷凝器3的出口与储存器4的入口相连。储存器4的出口如节流阀5的入口相连。节流阀5的出口与蒸发器6的入口相连。蒸发器6的出口与干燥器7的入口相连。干燥器7的入口与第一级克努森压缩机1的入口11-1相连，整个系统成循环状。
上述克努森压缩机1的转动柄12起转动作用，使克努森压缩机上的吸光玻璃10总是追踪太阳辐射的方向。
实施例
在本实施例中,具体流程步骤如下：
如图2所示，太阳2通过太阳光线直接照射到克努森压缩机1表面，太阳光2透过吸光玻璃10直接照射到微通道膜14的上表面并对其加热；由于贴近冷腔15的微通道膜14的下表面无光线照射，不能对其加热，故整个微通膜14上下形成了一个温度差，即驱动克努森压缩机1工作的温度梯度。
如图2和3所示，低压制冷剂气体从入口11进入克努森压缩机，在温度差的驱动下，低压制冷剂气体从冷腔15流向热腔16，低压制冷剂气体的压力在热腔16内得到升高，在压力差的作用下使制冷剂气体继续流向下一级克努森压缩机的冷腔，进行下一级的气体压缩，通过N级压缩后便可以得到高压制冷剂气体。当高压制冷剂气体压力达到冷凝压力时，最后可从克努森压缩机的出口13排出。
高压制冷剂气体从克努森压缩机1-N排出后，流入冷凝器3并进行冷凝。在冷凝器3内高压制冷剂气体变为高压制冷剂流体。
高压制冷剂流体从冷凝器3出来后，流入储存器4进行储存。
根据冷凝负荷的需要量，高压制冷剂流体从储存器4中流出经过节流阀5后变为低压制冷剂流体。
低压制冷剂流体在蒸发器6内发生相变，蒸发为低压制冷剂气体。
最后低压制冷剂气体经过干燥器7干燥后，又重新流入第一级克努森压缩机1-1，从而进入下一次循环。
在本实施例中，克努森压缩机1加热表面采用可转动式表面。
在本实施例中，冷凝器3通过风冷的方式将高压制冷剂气体冷凝为高压制冷剂流体，制冷工质在冷凝器3中冷凝并且向周围释放热量，然后风扇一8将冷凝器3周围的高温气流吹走，实现换热的目的。
在本实施例中，储存器4在较低冷负荷的情况下将制冷系统循环中多余的制冷剂储存起来，在较高冷负荷时，储存器4中的制冷剂可以补充制冷系统的制冷量；储存器4是否使用也可根据具体的使用条件而定。
在本实施例中，节流阀5将高压低温制冷剂流体降为低压低温制冷剂流体并对整个制冷系统中的制冷量起调节作用。
在本实施例中，制冷剂在蒸发器6中进行蒸发并吸收周围空气的热量，然后风扇二9将低温空气吹向蒸发器6进行热量交换，达到制冷的效果。
在本实施例中，干燥器7对进入第一级克努森压缩机1-1的气体进行干燥，防止未能完全蒸发液体进入第一级克努森压缩机1-1。
在本发明的实施例中，采用太阳能热辐射的方式驱动克努森压缩机1，但对于本发明并不能局限于此，它还可以通过热阻加热或者热传热等方式驱动克努森压缩机1。
在本发明的实施例中，冷凝器3部分采用风冷的形式，但对于本发明并不能局限于该冷却方式，也可采用“水冷”的方式。
在本发明的实施例中，蒸发器6采用风冷的方式直接对蒸发器6降温，但对于本发明并不能局限于这种方式，也可采用间接供冷等方式。
根据本发明的一个实施例,冷凝器3与蒸发器6可以为微通道的换热器，但具体换热器的形式，可以跟据具体使用条件而定。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,但对于本发明并不能局限于本实施例，在不脱离本发明型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (2)
1.一种以克努森压缩机为核心的制冷系统，其特征在于，是将克努森压缩机替代常规压缩制冷系统中的传统压缩机，该系统由克努森压缩机(1)、高温热源(2)、冷凝器(3)、储存器(4)、节流阀(5)、蒸发器(6)和干燥器(7)组成，
1.1各部件的结构或作用：
1)所述克努森压缩机(1)为一体铸成的N个克努森压缩机串联而成，并设有转动柄(12)；在克努森压缩机上方设有高温热源(2)，克努森压缩机(1)设有吸光玻璃(10)、低压制冷剂气体进口(11)、微通道膜(14)、冷腔(15)、热腔(16)、连接通道(17)、高压制冷剂气体出口(13)；低压制冷剂气体从低压制冷剂气体进口(11)进入到第一级克努森压缩机冷腔(15-1)，第一级吸光玻璃(10-1)吸收第一级高温热源(2-1)热量加热第一级微通道膜(14-1)的上表面，从而使第一级微通道膜(14-1)的上下表面形成一个温度差，第一级冷腔(15-1)的低压制冷剂气体在第一级微通道膜(14-1)的温度差驱使下进入第一级热腔(16-1)并变成第一级高压制冷剂气体，第一级高压制冷剂气体通过第一级连接通道(17-1)进入到第二级克努森压缩机冷腔(15-2)，第二级吸光玻璃(10-2)吸收第二级高温热源(2-2)热量加热第二级微通道膜(14-2)的上表面，从而使第二级微通道膜(14-2)的上下表面形成一个温度差，第二级冷腔(15-2)的低压制冷剂气体在第二级微通道膜(14-2)的温度差驱使下进入第二级热腔(16-2)并变成第二级高压制冷剂气体，第二级高压制冷剂气体通过第二级连接通道(17-2)进入到······第N级克努森压缩机冷腔(15-N)；第N级吸光玻璃(10-N)吸收第N级高温热源(2-N)热量加热第N级微通道膜(14-N)的上表面，从而使第N级微通道膜(14-N)的上下表面形成一个温度差，第N级冷腔(15-N)的低压制冷剂气体在第N级微通道膜(14-N)的温度差驱使下进入第N级热腔(16-N)并变成第N级高压制冷剂气体，第N级高压制冷剂气体通过第N级连接通道(17-N)进入高压制冷剂气体出口(13)；
所述克努森压缩机(1)的微通道膜(14)设有密封环(19)、填料(18)、微孔(20)；微通道膜(14)的中间是微孔(20)，外周是密封环(19)，在微孔(20)和密封环(19)之间是填料(18)，冷腔(15)的低压制冷剂气体通过微孔(20)进入热腔(16)；
2)所述高温热源(2)为太阳能，其作用为克努森压缩机提供热能；
3)所述冷凝器(3)的作用在于使高压制冷剂“蒸气”冷凝为高压制冷剂流体，其冷却的方式可以根据不同的工况进行选择，并不局限于某一种特定的冷却方式；
4)所述储存器(4)其作用在于储存高压制冷剂流体，以便保证较大冷凝负荷的要求，是否需要可根据具体系统而定；
5)所述节流阀(5)的作用是使高压流体降低为低压流体并对制冷剂流量进行控制；
6)所述蒸发器(6)的作用是低温低压的制冷剂流体通过蒸发器时，与外界的空气进行热交换，“气”化吸热，达到制冷的效果；
7)所述干燥器(7)的作用是对进入克努森压缩机(1)前的工作气体进行干燥，保证无液体成分进入克努森压缩机(1)，从而提高压缩机的工作性能；
1.2各部件的连接关系：
所述克努森压缩机(1)的高压制冷剂气体出口(13)与冷凝器(3)的入口相连，冷凝器(3)的出口与储存器(4)的入口相连，储存器(4)的出口与节流阀(5)的入口相连，节流阀(5)的出口与蒸发器(6)的入口相连；蒸发器(6)的出口与干燥器(7)的入口相连，干燥器(7)的入口与克努森压缩机(1)的低压制冷剂气体进口(11)相连，整个系统成循环状。
2.根据权利要求1所述的一种以克努森压缩机为核心的制冷系统，其特征在于，所述克努森压缩机(1)的转动柄(12)起转动作用，使克努森压缩机上的吸光玻璃(10)总是追踪太阳辐射的方向。
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