CN105546870B - 超重力热驱动制冷装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超重力热驱动制冷装置，包括有工质流动的制冷装置和超重力产生装置；所述超重力产生机构为设置于转轴(2)上的底座(1)；所述制冷装置为加热器(6)、蒸发器(3)、冷凝器(4)、液泵(5)依次连接后构成的闭环结构；所述加热器(6)、蒸发器(3)、冷凝器(4)、液泵(5)分别固定在底座(1)上侧。

Description

超重力热驱动制冷装置及方法
技术领域
本发明涉及动力设备技术领域，具体是一种超重力热驱动制冷装置及方法。
背景技术
当前所采用的热驱动制冷装置主要有两种形式，一是吸收式制冷装置，它利用吸收循环取代压缩机使得冷剂蒸汽完成低压到高压的提升过程；二是喷射式制冷装置，它利用高压蒸汽引射低压蒸汽，实现低压蒸汽的压力提升。
吸收式制冷装置所涉及的环节较多，包括吸热发生过程，冷凝放热过程，吸热蒸发过程，放热吸收过程和显热回热过程，即总共5个传热过程和两个传质过程，系统较复杂，效率也不高；而喷射式制冷装置的高压蒸汽通过引射器时，因混合过程和高速流动过程而存在很大的不可逆损失，效率很低。
这样，有必要对现有的热驱动制冷装置进行改进，简化系统环节，提高系统效率，从而改善系统的技术经济价值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单的超重力热驱动制冷装置及方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种超重力热驱动制冷装置，包括有工质流动的制冷装置和超重力产生装置；所述超重力产生机构为设置于转轴上的底座；所述制冷装置为加热器、蒸发器、冷凝器、液泵依次连接后构成的闭环结构；所述加热器、蒸发器、冷凝器、液泵分别固定在底座上侧。
作为本发明所述的超重力热驱动制冷装置的改进：所述蒸发器的蒸发管道与连接冷凝器之间通过管道Ⅰ相互连接；所述加热器的加热管道与蒸发器的蒸发管道之间通过管道Ⅳ相互连接。
作为本发明所述的超重力热驱动制冷装置的进一步改进：所述冷凝器与液泵之间通过管道Ⅱ相互连接；所述液泵与加热器的加热管道之间通过管道Ⅲ相互连接。
作为本发明所述的超重力热驱动制冷装置的进一步改进：所述蒸发器在转轴的轴心位置；所述加热器、冷凝器、液泵在转轴的回转半径上。
作为本发明所述的超重力热驱动制冷装置的进一步改进：所述加热器、蒸发器、冷凝器、液泵、管道Ⅰ、管道Ⅱ、管道Ⅲ、管道Ⅳ之间流动的工质为制冷工质。
超重力热驱动制冷方法，转轴带动底座以一定角速度旋转，底座带动蒸发器、冷凝器、液泵、加热器、管道Ⅰ、管道Ⅱ、管道Ⅲ、管道Ⅳ以一定角速度旋转；蒸发器流出的低压气体在管道Ⅰ中绝热流动到冷凝器的冷凝管道时被增压到中压；中压气体在冷凝器中向外部中温冷源放热后，变成中温中压液体；中温中压液体进入液泵后被加压到高压，成为高压下的过冷液；之后高压过冷液进入加热器，吸收外部高温热源放出的热量后，成为气液混合物，该气液混合物在管道Ⅳ中绝热流动到蒸发器的蒸发管道进口时，成为低温低压的气液混合物；低温低压的气液混合物进入蒸发器的蒸发管道，吸收外部低温热源的热量后，变成饱和的低压气体。
作为本发明所述的超重力热驱动制冷方法的改进：所述冷凝器采用的外部中温冷源为空气、蒸汽或者液体；所述蒸发器采用的外部低温热源为空气、蒸汽或者液体；所述加热器采用的外部高温热源为空气、蒸汽或者液体。
本发明与现有热驱动制冷系统相比，具有以下优点：
1)不需要膨胀阀。
2)能自行回收膨胀功。
3)系统环节少，效率高。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1是本发明的主要结构示意图。
具体实施方式
实施例1、图1给出了一种超重力热驱动制冷装置及方法。
该超重力热驱动制冷装置包括有工质流动的制冷装置和超重力产生装置；该超重力产生机构为设置于转轴2上的底座1，通过转轴2旋转带动底座1相应的角速度旋转。该制冷装置为加热器6、蒸发器3、冷凝器4、液泵5依次连接后构成的闭环结构；蒸发器3的蒸发管道与连接冷凝器4之间通过管道Ⅰ相互连接；加热器6的加热管道与蒸发器3的蒸发管道之间通过管道Ⅳ相互连接。冷凝器4与液泵5之间通过管道Ⅱ相互连接；液泵5与加热器6的加热管道之间通过管道Ⅲ相互连接。其加热器6、蒸发器3、冷凝器4、液泵5、管道Ⅰ、管道Ⅱ、管道Ⅲ、管道Ⅳ之间流动的工质为制冷工质。
而以上所述的蒸发器3在转轴2的轴心位置；加热器6、冷凝器4、液泵5在转轴2的回转半径上。其内部的制冷工质在管道Ⅰ、管道Ⅱ、管道Ⅲ、管道Ⅳ之间流动，通过设置管道的相对长度，使得在管道内流动的制冷工质形成离心力。
该超重力热驱动制冷装置的实际使用方法如下：
1、转轴2带动底座1以一定角速度旋转，底座1带动蒸发器3、冷凝器4、液泵5、加热器6、管道Ⅰ、管道Ⅱ、管道Ⅲ、管道Ⅳ以一定角速度旋转，该角速度根据实际需要自行调整；
2、蒸发器3流出的低压气体在离心力和压差的共同作用下在管道Ⅰ中绝热流动到冷凝器4的冷凝管道时被增压到中压，成为中压气体，惯性势能降低，温度升高，中压气体在冷凝器4中向外部中温冷源(一般为环境)放热后，变成中温中压液体；
3、中温中压液体进入液泵5后被加压到高压，成为高压下的过冷液；
4、之后高压过冷液进入加热器6，吸收外部高温热源放出的热量后，成为高压气液混合物，高压气液混合物在离心力和压差的共同作用下在管道Ⅳ中绝热流动到蒸发器3的蒸发管道进口时，温度降低到低温，惯性势能增加，压力降低到低压，成为低温低压的气液混合物；
5、低温低压的气液混合物进入蒸发器3的蒸发管道，吸收外部低温热源的热量后，变成饱和(或过饱和)的低压气体。
低压气体从蒸发器3的蒸发管道流出后再流向冷凝器4，如此循环。
而以上所述的冷凝器4采用的外部中温冷源为空气、蒸汽或者液体；蒸发器3采用的外部低温热源为空气、蒸汽或者液体；加热器6采用的外部高温热源为空气、蒸汽或者液体。
实施实例1的计算参数见表1(针对1kg工质R134a)。设计条件为：工质为R134a，加热器温度60℃，加热器压强1.678Mpa，冷凝温度,31.5℃，蒸发温度0℃，回转直径为1.6m。实施实例1计算得到的系统COP(定义为蒸发器吸热量和加热器加热量之比)为0.66，此时的转速为2448转/分，蒸发器吸热量为105.5kJ/kg，冷凝器排热量为175.8kJ/kg，加热器出口的制冷剂干度为0.45，蒸发器进口的制冷剂干度为0.65，传递的惯性势能为,21kJ/kg，液泵的理论功耗为0.739kJ/kg。
由此可见，本发明利用高温热源产生高压蒸汽，然后借助惯性势能的参与对膨胀功进行回收利用实现对低压制冷剂蒸汽的压力提升，系统环节简单，可逆性好，有效实现了本发明的初衷。
以上实施实例中，可综合考虑具体的使用条件与要求、技术经济性能等因素合理确定系统的设计参数，以兼顾系统的适用性和经济性。
表1 实施实例1的热力计算结果(针对1kg工质R134a)
项目 实施实例1 单位
做功工质 R134a -----
回转直径 1.6 m
蒸发器蒸发温度 0 ℃
蒸发器蒸发压强 0.29 Mpa
传递的惯性势能 21 kJ/kg
冷凝器进口气体温度 35.3 ℃
冷凝器压强 0.802 Mpa
冷凝温度 31.5 ℃
液泵出口温度 32.1 ℃
加热器出口温度 60 ℃
加热器压强 1.678 Mpa
加热器出口制冷剂干度 0.45 -----
液泵理论功耗 0.739 kJ/kg
蒸发器进口制冷剂干度 0.65 -----
转速 2448 转/分
蒸发器吸热量 105.5 kJ/kg
冷凝器排热量 175.8 kJ/kg
加热器加热量 105.5 kJ/kg
系统COP 0.66 -----
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (4)

1.超重力热驱动制冷方法，其特征是：
所采用的超重力热驱动制冷装置包括有工质流动的制冷装置和超重力产生装置；所述超重力产生机构为设置于转轴(2)上的底座(1)；所述制冷装置为加热器(6)、蒸发器(3)、冷凝器(4)、液泵(5)依次连接后构成的闭环结构；所述加热器(6)、蒸发器(3)、冷凝器(4)、液泵(5)分别固定在底座(1)上侧；
所述蒸发器(3)的蒸发管道与连接冷凝器(4)之间通过管道Ⅰ相互连接；所述加热器(6)的加热管道与蒸发器(3)的蒸发管道之间通过管道Ⅳ相互连接，所述冷凝器(4)与液泵(5)之间通过管道Ⅱ相互连接；所述液泵(5)与加热器(6)的加热管道之间通过管道Ⅲ相互连接；
所述超重力热驱动制冷方法为：
转轴(2)带动底座(1)以一定角速度旋转，底座(1)带动蒸发器(3)、冷凝器(4)、液泵(5)、加热器(6)、管道Ⅰ、管道Ⅱ、管道Ⅲ、管道Ⅳ以一定角速度旋转；
蒸发器(3)流出的低压气体在管道Ⅰ中绝热流动到冷凝器(4)的冷凝管道时被增压到中压；
中压气体在冷凝器(4)中向外部中温冷源放热后，变成中温中压液体；
中温中压液体进入液泵(5)后被加压到高压，成为高压下的过冷液；
之后高压过冷液进入加热器(6)，吸收外部高温热源放出的热量后，成为气液混合物，该气液混合物在管道Ⅳ中绝热流动到蒸发器(3)的蒸发管道进口时，成为低温低压的气液混合物；
低温低压的气液混合物进入蒸发器(3)的蒸发管道，吸收外部低温热源的热量后，变成饱和的低压气体。
2.根据权利要求1所述的超重力热驱动制冷方法，其特征是：所述冷凝器(4)采用的外部中温冷源为空气、蒸汽或者液体；
所述蒸发器(3)采用的外部低温热源为空气、蒸汽或者液体；
所述加热器(6)采用的外部高温热源为空气、蒸汽或者液体。
3.根据权利要求2所述的超重力热驱动制冷方法，其特征是：
所述蒸发器(3)在转轴(2)的轴心位置；
所述加热器(6)、冷凝器(4)、液泵(5)在转轴(2)的回转半径上。
4.根据权利要求3所述的超重力热驱动制冷方法，其特征是：所述加热器(6)、蒸发器(3)、冷凝器(4)、液泵(5)、管道Ⅰ、管道Ⅱ、管道Ⅲ、管道Ⅳ之间流动的工质为制冷工质。
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Granted publication date: 20180105

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Assignee: Yuedian (Hangzhou) Energy Co.,Ltd.

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Granted publication date: 20180105

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Assignee: CHANGSHAN XUELIANG KITCHEN SUPPLIES LTD.

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Denomination of invention: High gravity thermally driven refrigeration device and method

Granted publication date: 20180105

License type: Common License

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Assignee: WENZHOU HAOGE ANTI-COUNTERFEITING TECHNOLOGY CO.,LTD.

Assignor: ZHEJIANG SCI-TECH University

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Denomination of invention: Supergravity thermal driven refrigeration device and method

Granted publication date: 20180105

License type: Common License

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