CN110030773A - 一种脉动热管回热的单级蒸气压缩式循环系统 - Google Patents

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邢美波
王瑞祥
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B40/00—Subcoolers, desuperheaters or superheaters
    • F25B40/06—Superheaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0266—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers

Abstract

本发明实施例提供了一种脉动热管回热的单级蒸气压缩式循环系统，其特征在于，包括：压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器，所述压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器依次连接，形成循环回路；所述的循环系统还包括脉动热管回热器，所述脉动热管回热器包括：蒸发段、绝热段和冷凝段，所述脉动热管回热器的蒸发段缠绕在所述冷凝器出口管路上，脉动热管回热器的冷凝段缠绕在所述蒸发器出口管路上，所述脉动热管回热器的绝热段分别与蒸发段两端、冷凝段两端相连，形成循环回路。脉动热管回热器使节流前的液体和来自蒸发器的低温蒸汽进行高效的热量交换，达到制冷剂过冷，低温蒸汽过热。

Description

一种脉动热管回热的单级蒸气压缩式循环系统
技术领域
本发明涉及制冷与热泵技术领域，尤其涉及一种用于制冷与热泵装置的脉动热管回热器单级蒸气压缩式循环系统。
背景技术
蒸气压缩式制冷(热泵)循环被广泛应用于冰箱，空调及热泵系统中。它具有系统结构简单、紧凑并能快速制冷或制热等特点。特别是近年来随着能源需求迅速增长，环境气候问题日益突出以及低碳经济的发展，对蒸气压缩式制冷(热泵)技术在节能、环保等方面提出更高的要求。但在实际应用中，由于现有循环系统中仍存在较大的热力学损失，从而造成制冷(热泵)系统的性能还偏低，因此，几十年来，学者就如何提高蒸气压缩循环制冷(热泵)性能的相关技术进行不断的研究。其中在系统中增加一个气-液热交换器(回热器)，使节流前的液体和来自蒸发器的低温蒸气进行热交换，从而达到制冷剂液体过冷和蒸气过热。这样，不仅可以增加单位制冷量，而且可以减少蒸气与环境之间的热交换，减少甚至消除吸气管道中的有害过热，同时有效的防止了压缩过程中液体现象的产生。
目前，在氟里昂蒸气压缩式循环系统中通常采用的回热器为壳盘管式结构。外壳由无缝钢管制成，制冷剂液体在盘管内流动，蒸气在管外横掠流过管束。显然，回热器的复杂结构会增加制造成本。针对现有技术中所存在的不足，本发明提出了一种利用脉动热管实现单级蒸气压缩式回热循环的新技术途径。
近年来，脉动热管由于其结构简单和换热系数大等优点，引起了许多科研工作者的浓厚兴趣。脉动热管的概念于20世纪90年代，由日本学者Akachi首先提出。脉动热管是由不含多孔芯的毛细管弯曲而成，在表面张力的作用下管内形成间隔的气塞和液塞，管内汽液界面相变传热形成的压差是液塞脉动的驱动力，其主要通过蒸发段的潜热换热和液塞脉动运动的显热换热进行热量的传递。可见，脉动热管是一种集显热传热和相变传热于一体的气液两相流系统。脉动热管的结构多样、适应性好，形状可以任意弯曲，可以有多个加热段和冷却段而且加热和冷却的部位可以任意选取，并且可以在任意倾斜角度和加热方式下工作。因此，能够适用很多特殊的工作条件，如航天航空、军用武器、车辆、计算机等电子设备散热，是未来高热流密度散热器件的主要途径。同时，脉动热管在余热回收，低温冷冻，太阳能收集，空间设备，等方面也有广泛的应用。但是，目前在蒸气压缩式循环系统中脉动热管应用的研究还鲜有报道。
发明内容
本发明的实施例提供了一种脉动热管回热的单级蒸气压缩式循环系统，利用脉动热管可任意弯曲的特点，将脉动热管缠绕在蒸发器出口和冷凝器出口管路上达到换热的目的。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种脉动热管回热的单级蒸气压缩式循环系统，包括：压缩机101、冷凝器102、节流阀104和蒸发器105，所述压缩机101、冷凝器102、节流阀104和蒸发器105依次连接，形成循环回路；
所述的循环系统还包括脉动热管回热器103，所述脉动热管回热器103包括：蒸发段103-1、绝热段103-2和冷凝段103-3，所述脉动热管回热器的蒸发段103-1缠绕在所述冷凝器102出口管路上，脉动热管回热器的冷凝段103-3缠绕在所述蒸发器105出口管路上，所述脉动热管回热器的绝热段103-2分别与蒸发段103-1两端、冷凝段103-3两端相连，形成循环回路。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，相比于常规的单级蒸气压缩式回热循环系统，本发明实施例提供的一种脉动热管回热的单级蒸气压缩式循环系统利用脉动热管结构简单、可任意弯曲、换热效率高的特点使节流前的液体和来自蒸发器的低温蒸汽进行高效的热量交换，达到制冷剂过冷，低温蒸汽有效过热。该系统是一种经济、有效、可行的改善方案，能有效提高单级蒸气压缩式回热循环系统中回热器的换热效率，促进蒸气压缩式制冷与热泵装置的技术发展。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种制冷循环系统示意图。
图2是本发明实施例提供的蒸气压缩循环系统工作过程的循环压-焓图(p–h图)。
附图标记：
101 压缩机
102 冷凝器
103 脉动热管回热器
103-1 蒸发段
103-2 绝热段
103-3 冷凝段
104 节流阀
105 蒸发器
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本发明实施例提供了一种脉动热管回热的单级蒸气压缩式循环系统，如图1所示，包括：压缩机101、冷凝器102、节流阀104、蒸发器105，压缩机101出口与冷凝器102入口连接，冷凝器102出口与节流阀104入口连接，节流阀104出口与蒸发器105入口连接，蒸发器105出口与压缩机101入口连接，形成循环回路。
一种脉动热管回热的单级蒸气压缩式循环系统还包括脉动热管回热器(103)，脉动热管回热器(103)包括：蒸发段(103-1)、绝热段(103-2)和冷凝段(103-3)，脉动热管回热器的蒸发段(103-1)缠绕在冷凝器(102)出口管路上，脉动热管回热器的冷凝段(103-3)缠绕在蒸发器(105)出口管路上，脉动热管回热器的绝热段(103-2)分别与蒸发段(103-1)两端、冷凝段(103-3)两端相连，形成循环回路。脉动热管回热器使节流前的液体和来自蒸发器的低温蒸汽进行高效的热量交换，达到制冷剂过冷，低温蒸汽过热。
循环系统运行时，所述脉动热管回热器(103)的蒸发段(103-1)吸收冷凝器(102)出口液体的热量使之产生过冷度，并将热量传输到冷凝段(103-3)，蒸发器(105)出口饱和蒸汽吸收热量产生过热度，从而起到回热器换热的目的。
本发明实施例提供的一种蒸气压缩循环系统工作过程的循环压-焓图(p–h图)，如图2所示。所示意的系统工作过程为：冷凝器102出口管路的高温高压液态制冷剂(图中3点处)与脉动热管回热器的蒸发段103-1换热，将热量传给脉动热管回热器的蒸发段103-1，产生一定的过冷度(图中4点处)，过冷液体经过节流机构104被膨胀为两相制冷剂(图中5点处)，随后进入蒸发器105中吸热蒸发成为饱和气态制冷剂(图中6点处)，蒸发器105出口的气态制冷剂吸收脉动热管回热器的冷凝段103-3的热量，变成过热蒸汽(图中1点处)进入压缩机101被压缩为高压过热蒸汽，以上完成整个循环过程。
综上所述，本发明实施例利用脉动热管结构简单、适用性强以及形状可任意弯曲的特点用于制冷与热泵装置中取代结构复杂的壳盘管式回热器。具体地，将毛细管缠绕在冷凝器出口管路上作为脉动热管的蒸发段，缠绕在蒸发器出口管路上作为脉动热管的冷凝段，其间连接的毛细管路为脉动热管回热器的绝热段。脉动热管回热器使节流前的液体和来自蒸发器的低温蒸汽进行高效的热量交换，达到制冷剂过冷，低温蒸汽过热。因此，本发明技术旨在提供一种可行解决方案，即一种脉动热管回热的单级蒸气压缩式循环系统，通过采用结构简单、造价低的脉动热管回热器提高节流前制冷剂液体过冷，增加制冷能力；提高压缩机吸气温度，减少吸气管路中的有害过热；使蒸气中夹带的液滴汽化，改善压缩机工作条件。这对蒸气压缩式制冷与热泵装置的发展有着积极的推动作用，而且会带来较好的社会效益和经济效益
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种脉动热管回热的单级蒸气压缩式循环系统，其特征在于，包括：压缩机(101)、冷凝器(102)、节流阀(104)和蒸发器(105)，所述压缩机(101)、冷凝器(102)、节流阀(104)和蒸发器(105)依次连接，形成循环回路；
所述的循环系统还包括脉动热管回热器(103)，所述脉动热管回热器(103)包括：蒸发段(103-1)、绝热段(103-2)和冷凝段(103-3)，所述脉动热管回热器的蒸发段(103-1)缠绕在所述冷凝器(102)出口管路上，脉动热管回热器的冷凝段(103-3)缠绕在所述蒸发器(105)出口管路上，所述脉动热管回热器的绝热段(103-2)分别与蒸发段(103-1)两端、冷凝段(103-3)两端相连，形成循环回路。
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