CN107367085A - 一种努森压缩机与涡流管复合的制冷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种努森压缩机与涡流管复合的制冷系统，其包括：努森压缩机装置，其包括努森压缩机组、气体输入管、气体输出管；努森压缩机组的最前面的努森压缩机的冷腔与气体输入管连接，最后面的努森压缩机的热腔与气体输出管连接；涡流管装置，其包括高压气体输入管、涡流管、热气体输出管、冷气体输出管；高压气体输入管与气体输出管连接，涡流管的喷嘴与高压气体输入管连接，涡流管的热管与热气体输出管连接，涡流管的冷管与冷气体输出管连接；高温气体输送管，其把高温气体输送给努森压缩机；冷气体输送管，其与冷气体输出管连接。本发明可充分利用工业产生的余(废)热和余压，其结构简单、使用环保、运行可靠且制冷效率高。

Description

一种努森压缩机与涡流管复合的制冷系统
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，特别涉及一种努森压缩机与涡流管复合的制冷系统。
背景技术
随着社会、经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，能源与环境问题日益凸显。我国已是世界最大的能源消费国和CO2排放国。其中工业能耗所占比例最大，主要集中在电力、石油天然气、化工、轻工、建材和冶金等过程工业。这些工业生产过程往往伴随大量余(废)热或余压排放，且排放出来的余(废)热或余压至少有一半未得到合理利用，从而造成能源浪费和环境污染。如能合理利用这些余(废)热和余压资源，则可有效提高能源利用率，为我国节能减排目标的实现提供有力支撑。
工业生产环节有很多地方需要冷量，如一些工艺流程或设备的降温冷却、以及适宜生产环境的营造等。目前主要采用两类方案解决冷量需求问题，一是使用能效较高的蒸气压缩式制冷系统；二是充分利用余(废)热，使用吸收式或吸附式制冷系统。这两类方案均各自存在一些问题。蒸气压缩式制冷需消耗高品位的电能或机械能，且其广泛使用的HCFCs和HFCs类制冷剂因消耗臭氧层或产生温室效应等环境问题已处于淘汰进程之中。吸收式制冷通常以氨—水或水—溴化锂溶液为工质对，氨具有毒性且易燃易爆，若泄漏会造成环境污染和引发安全事故；溴化锂溶液也有一定毒性且具腐蚀性，也会污染环境，如操作不当还容易结晶，影响制冷效果。吸附式制冷系统一般来说制冷量小、价格昂贵且间歇运行，若设计成连续运行则需增加吸附床，使系统结构和操作程序变得复杂。
可见，研发既能有效利用余(废)热或余压驱动，又可避免现有蒸气压缩式、吸收式、吸附式等制冷技术缺点的新型制冷技术具有重要意义。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种努森压缩机与涡流管复合的制冷系统，从而克服现有的制冷系统或结构复杂、或需要消耗高品位能量、或使用的工质不环保的缺点。
为实现上述目的，本发明提供了一种努森压缩机与涡流管复合的制冷系统，其中，包括：努森压缩机装置，其包括至少一组努森压缩机组、气体输入管、气体输出管；每组所述努森压缩机组包括至少一个努森压缩机，当所述努森压缩机组包括至少两个所述努森压缩机时，所述努森压缩机组内的所有的所述努森压缩机通过前一个所述努森压缩机的热腔与后一个所述努森压缩机的冷腔进行连接的方式串联在一起，且串联起来后的最前面一个所述努森压缩机的冷腔与所述气体输入管连接，最后面一个所述努森压缩机的热腔与所述气体输出管连接；涡流管装置，其包括高压气体输入管、至少一个涡流管、热气体输出管以及冷气体输出管；所述高压气体输入管与所述气体输出管连接，每个所述涡流管的喷嘴均与所述高压气体输入管连接，每个所述涡流管的热管均与所述热气体输出管连接；每个所述涡流管的冷管均与所述冷气体输出管连接；高温气体输送管，其用于把外界的高温气体输送给努森压缩机装置内的各个所述努森压缩机的热气流通道；以及冷气体输送管，其与所述冷气体输出管连接，以把冷气体输送给外界的用冷场所使用。
优选地，上述技术方案中，所述努森压缩机装置的每组所述努森压缩机组内的所有的所述努森压缩机的热气流通道串联在一起且所有的所述努森压缩机的冷气流通道串联在一起，串联在一起后的第一个所述努森压缩机的热气流通道与一热气流导入管连接，最后一个所述努森压缩机的热气流通道与一热气流导出管连接，且第一个所述努森压缩机的冷气流通道与一冷气流导入管连接，最后一个所述努森压缩机的冷气流通道与一冷气流导出管连接；所述热气流导入管与所述高温气体输送管连接。
优选地，上述技术方案中，所述冷气流导入管与所述涡流管装置的所述冷气体输出管连接，所述热气流导入管还与所述涡流管装置的所述热气体输出管连接；所述高温气体输送管和所述冷气流导入管各设置有一流量调节阀。
优选地，上述技术方案中，所述热气流导入管上设置有一流量计。
优选地，上述技术方案中，所述气体输入管上设置有一流量调节阀。
优选地，上述技术方案中，所述高压气体输入管还与一高压气体输送管连接，所述高压气体输送管上设置有一流量调节阀，所述高压气体输送管用于把外界的高压气体输送给所述高压气体输入管。
优选地，上述技术方案中，所述高压气体输入管上设置有一流量计。
优选地，上述技术方案中，所述冷气体输出管还通过一冷气体输送支管与一膨胀机连接，所述冷气体输送支管上设置有一流量调节阀。
优选地，上述技术方案中，所述努森压缩机的所述冷腔和所述热腔内均设置有温度检测装置，所述冷气体输送管上也设置有所述温度检测装置。
优选地，上述技术方案中，所述气体输入管上设置有气体过滤器。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明的努森压缩机和涡流管均为模块化设计，其构造简单，可根据实际需要进行串、并联组合；整个制冷系统可直接与工业生产过程相结合，以充分利用工业产生的余(废)热，其不需要消耗太多的高品位电能或机械能；本发明的制冷系统无运动部件，不需要润滑油，使用环保，运行安全可靠，且整个系统的制冷效率较高，其制冷量还可根据实际需要进行调整。
2、本发明的高压气体输送管用于把外界的高压气体输送给所述高压气体输入管，从而可以利用工业产生的余压。
3、本发明通过增设膨胀机，从而能够根据需求取一部分从涡流管装置分离出来的冷气体进行膨胀降温，使冷气体的温度再一次降低，从而满足某些用冷场合对更低温度的需求。
4、本发明的气体输入管上设置有气体过滤器，从而使进入努森压缩机装置内的气体得到提前的过滤处理，减少气体内杂质的含量，从而使气体较为纯净，延长各个努森压缩机的使用寿命。
附图说明
图1是根据本发明努森压缩机与涡流管复合的制冷系统的结构示意图。
图2是根据本发明的努森压缩机的结构示意图。
图3是根据本发明的涡流管装置的结构示意图。
图4是根据本发明所有的努森压缩机的热气流通道串联在一起且冷气流通道也串联在一起的结构示意图。
主要附图标记说明：
1-努森压缩机装置，2-努森压缩机，3-气体输入管，4-气体输出管，5-热气流导入管，6-冷气流导入管，7-努森压缩机组，8-热气流导出管，9-冷气流导出管，10-气体过滤器，11-流量调节阀，12-涡流管装置，13-高压气体输入管，14-涡流管，15-热气体输出管，16-冷气体输出管，17-高温气体输送管，18-冷气体输送管，19-高压气体输送管，20-流量计，21-冷气体输送支管，22-膨胀机，23-温度检测装置，24-冷腔，25-热腔，26-微通道组，27-热气流通道，28-冷气流通道，29-热腔导热片，30-冷腔导热片，31-喷嘴，32-热管，33-冷管，34-涡流室，35-分离孔板。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
图1至图4显示了根据本发明优选实施方式的一种努森压缩机与涡流管复合的制冷系统的结构示意图，该努森压缩机与涡流管复合的制冷系统包括努森压缩机装置1、涡流管装置12、高温气体输送管17以及冷气体输送管18，参考图1，努森压缩机装置1包括至少一组努森压缩机组7、气体输入管3以及气体输出管4，每组努森压缩机组7包括至少一个努森压缩机2，努森压缩机2采用现有常规努森压缩机，其具体结构参考图2，包括冷腔24、热腔25、微通道组26、热气流通道27以及冷气流通道28，冷腔24和热腔25左右分布，且冷腔24和热腔25通过微通道组26相连通，微通道组26包括若干个微通道，每个微通道的一端与冷腔24相连通，另一端与热腔25相连通。微通道组26是发生热流逸效应部分，它的单个微通道的特征尺寸不大于输送到冷腔24内的气体的分子平均自由程，而气体的分子平均自由程由气体的种类和运行工况决定。热气流通道27位于热腔25的上方，热腔25的顶部通过热腔导热片29与热气流通道27接触。冷气流通道28位于冷腔24的下方，冷腔24的底部通过冷腔导热片30与冷气流通道28接触。冷腔24和热腔25的其余部分由保温材料包裹着。热腔25通过热腔导热片29吸收热气流通道27内的热气流的热量，使热腔25始终保持在一个设定的高温，冷气流通道28通过冷腔导热片30把冷腔24里面的热量带走，使冷腔24始终保持在一个设定的低温，从而使努森压缩机内的冷、热腔形成一个温度差，在热流逸效应的作用下，使得冷腔24内的气体进入到热腔25内并对气体进行升压。
继续参考图1，当努森压缩机组7包括至少两个努森压缩机2时，努森压缩机组7内的所有的努森压缩机2通过前一个努森压缩机2的热腔25与后一个努森压缩机2的冷腔24进行连接的方式串联在一起，且串联起来后的最前面一个努森压缩机2的冷腔24与气体输入管3连接，最后面一个努森压缩机2的热腔25与气体输出管4连接。气体输入管3用于把外界气体导入努森压缩机装置1中，外界气体再由努森压缩机装置1内的各组努森压缩机组7进行升压。努森压缩机2的微通道组26的单个微通道的特征尺寸不大于输送给努森压缩机2的外界气体的分子平均自由程。由于每组努森压缩机组7的最前面一个努森压缩机2的冷腔24均与气体输入管3连接，且最后面一个努森压缩机2的热腔25均与气体输出管4连接，从而相当于所有的努森压缩机组7并联地连接于气体输入管3和气体输出管4之间。外界气体通过气体输入管3进入到每组努森压缩机组7内后，由组内的各个努森压缩机2从前至后依序通过热流逸效应进行逐级升压，最终所有的努森压缩机组7的最后一个努森压缩机2把高压气体集中输送给气体输出管4，再由气体输出管4集中向下一环节输送。努森压缩机组7的数量以及每组努森压缩机组7内的努森压缩机2的数量根据实际使用情况来确定和调整。优选地，气体输入管3上设置有气体过滤器10，从而使进入努森压缩机装置1内的气体得到提前的过滤处理，减少气体内杂质的含量，从而使气体较为纯净，延长各个努森压缩机2的使用寿命。
继续参考图1和图4，优选地，努森压缩机装置1的每组努森压缩机组7内的所有的努森压缩机2的热气流通道27串联在一起且所有的努森压缩机2的冷气流通道28串联在一起，串联在一起后的第一个努森压缩机2的热气流通道27与一热气流导入管5连接，最后一个努森压缩机2的热气流通道27与一热气流导出管8连接，且第一个努森压缩机2的冷气流通道28与一冷气流导入管6连接，最后一个努森压缩机2的冷气流通道28与一冷气流导出管9连接。高温气体从热气流导入管5输入，再依序流经各个努森压缩机2的热气流通道27，最后从热气流导出管8向外排出。低温气体从冷气流导入管6输入，再依序流经各个努森压缩机2的冷气流通道28，最后从冷气流导出管9向外排出。所有的努森压缩机2的热气流通道27串联在一起，且冷气流通道28也串联在一起，能够简化结构并方便输送高温气体和低温气体。
继续参考图1，涡流管装置12包括高压气体输入管13、至少一个涡流管14、热气体输出管15以及冷气体输出管16，高压气体输入管13与气体输出管4连接。参考图3，涡流管14为常规的涡流管结构，其包括喷嘴31、涡流室34、分离孔板35、冷管33以及热管32，涡流室34的顶部与喷嘴31连接，涡流室34的一端与热管32连接，且涡流室34的另一端通过分流孔板35与冷管33连接。每个涡流管14的喷嘴31均与高压气体输入管13连接，每个涡流管14的热管32均与热气体输出管15连接；每个涡流管14的冷管33均与冷气体输出管16连接。即所有的涡流管14并联分布，涡流管14的具体数量根据实际需求来确定和调整。从高压气体输入管13送入的高压气体输送给各个涡流管14的喷嘴31后，高压气体在喷嘴31内膨胀降压后沿切线方向高速进入阿基米德螺线状的涡流室34，形成自由涡流，以经过动能交换分离成温度不等的两部分，其中心部分动能降低变为冷气流流向冷管33，边缘部分动能增大成为热气流流向热管32。从而使从高压气体输入管13输入的气体在涡流室34内分成温度不等的两股气流，低温气体流入冷管33，高温气体流入热管32。高压气体输入管13把高压气体输送给各个涡流管14后，每个涡流管14的热管32把分离出来的热气体汇集到热气体输出管15，且每个涡流管14的冷管33把冷气体汇集到冷气体输出管16。
继续参考图1，优选地，高压气体输入管13还与一高压气体输送管19连接，高压气体输送管19上设置有流量调节阀11，高压气体输送管19用于把外界高压气体输送给高压气体输入管13，外界高压气体为工业上产生的带有余压的气体。从而除了由气体输出管4为高压气体输入管13提供努森压缩机装置1产生的高压气体之外，还可以根据需要由高压气体输送管19上的流量调节阀11来控制高压气体输送管19为高压气体输入管13提供工业产生的带有余压的气体，可以根据对冷量的需求和努森压缩机装置1输出的压缩气体的流量来进行调节，从而可以充分利用工业产生的余压，以提高能源利用率，并节能环保。进一步优选地，高压气体输入管13上设置有一流量计20，其作用在于检测进入涡流管装置12内的总压缩气体的流量，并将流量信息反馈到中心控制平台，以方便监测和调节。
继续参考图1，高温气体输送管17用于把外界的高温气体输送给努森压缩机装置1内的各个努森压缩机2的热气流通道27，从而使各个努森压缩机2的热腔25保持在较高的温度，以与冷腔24产生温差，满足产生热流逸效应的要求。外界高温气体为工业生产过程产生的带有余(废)热的气体，从而使制冷系统与工业生产过程结合起来，充分利用工业产生的余(废)热，以起到节能减排的作用，并提高环保性能。当所有的努森压缩机2的热气流通道27串联起来时，高温气体输送管17与热气流导入管5连接。可以通过管道直接对每个努森压缩机2的冷气流通道28输送常温空气，也可以通过管道把外界的低温气体输送给努森压缩机装置1内的各个努森压缩机2的冷气流通道28。冷气体输送管18与冷气体输出管16连接，以把冷气体输送给外界的用冷场所使用，达到制冷的目的。
继续参考图1，优选地，当所有的努森压缩机2的热气流通道27串联起来、且冷气流通道28也串联起来时，冷气流导入管6与涡流管装置12的冷气体输出管16连接，热气流导入管5还与涡流管装置12的热气体输出管15连接，冷气流导入管6以及高温气体输送管17各设置有一个流量调节阀11。从而可以把冷气体输出管16排出的冷气体分成两股，一股向外输送给用冷场所，另一股直接回流到冷气流导入管6后进入到各个努森压缩机2的冷气流通道28内冷却冷腔24，从而不需要额外使用外界的低温气体。同时，涡流管装置12的热气体输出管15也直接把分离出来的热气体回流给热气流导入管5，然后与从高温气体输送管17输送进来的高温气体一起进入到各个努森压缩机2的热气流通道27内加热热腔25，以充分利用制冷系统自身产生的热量。冷气流导入管6上的流量调节阀11根据需要控制进入努森压缩机2的冷气流通道28的冷气体流量，以保证努森压缩机2的冷腔24得到有效冷却，从而实现并维持在所设定的较低温度。高温气体输送管17上的流量调节阀11用于调节控制携带有余(废)热的气体汇入努森压缩机2的热气流通道27的流量，以保证努森压缩机2的热腔25得到有效加热，从而实现并维持在所设定的较高温度。进一步优选地，热气流导入管5上设置有一流量计20，其作用是检测进入努森压缩机2的热气流通道的热气流的流量，并将流量信息反馈到中心控制平台，以方便调节控制从高温气体输送管17汇入的带有余(废)热的气体流量。再进一步优选地，气体输入管3上也设置有一流量调节阀11，气体输入管3上的流量调节阀11用于调节进入制冷系统的外界气体的总流量，具体流量可以根据对冷量的需求来进行调节。
本发明的努森压缩机2和涡流管14均为模块化设计，努森压缩机装置1和涡流管装置12复合在一起后的结构简单，且努森压缩机装置1内的努森压缩机组7的数量和组内的努森压缩机2的数量可根据实际需要确定，使用灵活，调整方便。整个制冷系统可直接与工业生产过程相结合，以充分利用工业产生的余(废)热来对各个努森压缩机2的热腔进行加热，及工业产生的余压驱动涡流管14，其不需要消耗太多的高品位电能或机械能。制冷过程中，外界气体由努森压缩机装置1进行升压后输送给涡流管装置12，涡流管装置12内的各个涡流管14再把气体分离成冷气体和热气体，最后把得到的冷气体输送给用冷场所使用。制冷过程无运动部件，不需要润滑油，使用环保，运行安全可靠，且整个系统的制冷效率较高，其制冷量还可根据实际需要进行调整。
继续参考图1和图2，优选地，努森压缩机2的冷腔24和热腔25内均设置有温度检测装置23，冷气体输送管18上也设置有温度检测装置23。各个温度检测装置的作用分别在于检测努森压缩机装置1中的各个努森压缩机2的冷腔24的温度、热腔25的温度以及涡流管装置12向外输出的冷气体的温度，并将这些温度信息反馈到中心控制平台，以方便控制调节，从而保证努森压缩机装置1和涡流管装置12正常工作，并保证用冷场所的温度需求。
继续参考图1，进一步地，冷气体输出管16还通过一冷气体输送支管21与一膨胀机22连接，冷气体输送支管21上设置有流量调节阀11。本发明通过增设膨胀机22，并由流量调节阀11调节流量，从而能够根据需求通过流量调节阀11提取一部分从涡流管装置12分离出来的冷气体作为第三股冷气体，这股冷气体在膨胀机22内进行膨胀降温，使冷气体的温度再一次降低，从而满足某些用冷场所对更低温度的需求。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种努森压缩机与涡流管复合的制冷系统，其特征在于，包括：
努森压缩机装置，其包括至少一组努森压缩机组、气体输入管、气体输出管；每组所述努森压缩机组包括至少一个努森压缩机，当所述努森压缩机组包括至少两个所述努森压缩机时，所述努森压缩机组内的所有的所述努森压缩机通过前一个所述努森压缩机的热腔与后一个所述努森压缩机的冷腔进行连接的方式串联在一起，且串联起来后的最前面一个所述努森压缩机的冷腔与所述气体输入管连接，最后面一个所述努森压缩机的热腔与所述气体输出管连接；
涡流管装置，其包括高压气体输入管、至少一个涡流管、热气体输出管以及冷气体输出管；所述高压气体输入管与所述气体输出管连接，每个所述涡流管的喷嘴均与所述高压气体输入管连接，每个所述涡流管的热管均与所述热气体输出管连接；每个所述涡流管的冷管均与所述冷气体输出管连接；
高温气体输送管，其用于把外界的高温气体输送给努森压缩机装置内的各个所述努森压缩机的热气流通道；以及
冷气体输送管，其与所述冷气体输出管连接，以把冷气体输送给外界的用冷场所使用。
2.根据权利要求1所述的努森压缩机与涡流管复合的制冷系统，其特征在于，所述努森压缩机装置的每组所述努森压缩机组内的所有的所述努森压缩机的热气流通道串联在一起且所有的所述努森压缩机的冷气流通道串联在一起，串联在一起后的第一个所述努森压缩机的热气流通道与一热气流导入管连接，最后一个所述努森压缩机的热气流通道与一热气流导出管连接，且第一个所述努森压缩机的冷气流通道与一冷气流导入管连接，最后一个所述努森压缩机的冷气流通道与一冷气流导出管连接；所述热气流导入管与所述高温气体输送管连接。
3.根据权利要求2所述的努森压缩机与涡流管复合的制冷系统，其特征在于，所述冷气流导入管与所述涡流管装置的所述冷气体输出管连接，所述热气流导入管还与所述涡流管装置的所述热气体输出管连接；所述高温气体输送管和所述冷气流导入管各设置有一流量调节阀。
4.根据权利要求3所述的努森压缩机与涡流管复合的制冷系统，其特征在于，所述热气流导入管上设置有一流量计。
5.根据权利要求1所述的努森压缩机与涡流管复合的制冷系统，其特征在于，所述气体输入管上设置有一流量调节阀。
6.根据权利要求1所述的努森压缩机与涡流管复合的制冷系统，其特征在于，所述高压气体输入管还与一高压气体输送管连接，所述高压气体输送管上设置有一流量调节阀，所述高压气体输送管用于把外界的高压气体输送给所述高压气体输入管。
7.根据权利要求6所述的努森压缩机与涡流管复合的制冷系统，其特征在于，所述高压气体输入管上设置有一流量计。
8.根据权利要求1所述的努森压缩机与涡流管复合的制冷系统，其特征在于，所述冷气体输出管还通过一冷气体输送支管与一膨胀机连接，所述冷气体输送支管上设置有一流量调节阀。
9.根据权利要求1所述的努森压缩机与涡流管复合的制冷系统，其特征在于，所述努森压缩机的所述冷腔和所述热腔内均设置有温度检测装置，所述冷气体输送管上也设置有所述温度检测装置。
10.根据权利要求1所述的努森压缩机与涡流管复合的制冷系统，其特征在于，所述气体输入管上设置有气体过滤器。
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