一種利用冷凝器廢熱降低冷凝溫度的熱聲冷凝系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種利用冷凝器廢熱降低冷凝溫度的熱聲冷凝系統(tǒng),包括空調(diào)制冷系統(tǒng)以及通過諧振腔相互匹配的熱聲驅(qū)動(dòng)器和熱聲制冷機(jī),其中空調(diào)制冷系統(tǒng)的冷凝器帶有用于與空調(diào)制冷系統(tǒng)制冷工質(zhì)進(jìn)行換熱的外制冷劑回路,該外制冷劑回路由冷凝器開始依次經(jīng)熱聲驅(qū)動(dòng)器熱端和熱聲制冷機(jī)冷端返回冷凝器。本實(shí)用新型通過利用熱聲技術(shù),將冷凝器的廢熱運(yùn)用到制冷系統(tǒng)中來降低冷凝器的冷凝溫度,節(jié)約能源的同時(shí)提高制冷效率,解決了本領(lǐng)域的技術(shù)難題。
【專利說明】一種利用冷凝器廢熱降低冷凝溫度的熱聲冷凝系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及熱聲【技術(shù)領(lǐng)域】,尤其涉及一種利用冷凝器廢熱降低冷凝溫度的熱聲冷凝系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]空調(diào)系統(tǒng)工作時(shí),壓縮機(jī)先將制冷工質(zhì)進(jìn)行壓縮,工質(zhì)再進(jìn)入冷凝器中冷凝放熱,經(jīng)過節(jié)流效應(yīng)后再在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)吸熱,最后回到壓縮機(jī)。冷凝器是高溫氣體工質(zhì)進(jìn)行冷凝液化放熱的場(chǎng)所,其溫度越高,制冷系統(tǒng)的耗功越大。冷凝溫度極大影響著蒸汽壓縮制冷循環(huán)的效率,當(dāng)蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)溫度不變的時(shí)候,降低冷凝溫度,可以提高壓縮機(jī)的制冷量,減少壓縮機(jī)的耗能,從而增大循環(huán)的效率,提高經(jīng)濟(jì)性,對(duì)節(jié)能具有重要意義。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中,相關(guān)領(lǐng)域人員也采取了大量措施來冷降低凝器的冷凝溫度。目前,降低冷凝器的冷凝溫度的方法,大致有以下幾種:
[0004](1)通過改變冷卻塔的交換面積、擴(kuò)大水池蓄水能力等方法對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行匹配和調(diào)正。這些措施能夠適當(dāng)降低冷凝溫度,但管路的匹配和改造則會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和布局,引起一系列的變動(dòng),經(jīng)濟(jì)效益上并不好。
[0005](2)使用水冷代替風(fēng)冷也是一種常用的方法。該方法可以使冷卻效果大大增加,但水冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜,需要制冷系統(tǒng)的輔助,也需要占用一定的空間,另外出現(xiàn)故障后需停機(jī)檢修,使得整個(gè)運(yùn)行成本更高。
[0006](3)水地源熱泵中央空調(diào)是一種比較環(huán)保的方法。水地源熱泵系統(tǒng)只有在夏季時(shí)才能達(dá)到降低冷凝溫度的目的,另外使用地點(diǎn)需地表水或地下水水源豐富且水質(zhì)適宜,該方法受到諸多因素的限制,因此不便于大范圍推廣使用。
[0007](4)蒸發(fā)式冷凝技術(shù)是一種系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用較低的方法。但冷卻水中大多含有鈣、鎂離子和酸式碳酸鹽,當(dāng)冷卻水流經(jīng)金屬表面時(shí),會(huì)有碳酸鹽沉積物生成,會(huì)使換熱效果下降,結(jié)垢嚴(yán)重時(shí)會(huì)堵塞管子,甚至使效果失去作用。沉積物對(duì)熱傳輸?shù)膿p失影響巨大,隨著沉積物的增加會(huì)造成更多能源的浪費(fèi)。
[0008]以上傳統(tǒng)的冷凝器多用風(fēng)冷或水冷降低冷凝溫度,整個(gè)裝置需要占據(jù)大量空間且系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜,很容易出現(xiàn)故障,如出現(xiàn)故障后還需立刻停機(jī)檢修,降低了系統(tǒng)的制冷效率同時(shí)提高了系統(tǒng)的運(yùn)行成本。另外,直接將冷凝器放出的熱量以熱空氣或熱水的形式直接排出而沒有加以利用,造成很大的能源浪費(fèi)。
[0009]因此,如何能夠?qū)美淠鞯膹U熱并運(yùn)用到制冷系統(tǒng)中,節(jié)約能源的同時(shí)提高制冷效率,是本領(lǐng)域技術(shù)人員有待解決的技術(shù)難題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0010]本實(shí)用新型提供了一種利用冷凝器廢熱降低冷凝溫度的熱聲冷凝系統(tǒng),本實(shí)用新型通過利用熱聲技術(shù),將冷凝器的廢熱運(yùn)用到制冷系統(tǒng)中來降低冷凝器的冷凝溫度,節(jié)約能源的同時(shí)提高制冷效率,解決了本領(lǐng)域的技術(shù)難題。
[0011]一種利用冷凝器廢熱降低冷凝溫度的熱聲冷凝系統(tǒng),其特征在于,包括空調(diào)制冷系統(tǒng),以及通過諧振腔相互匹配的熱聲驅(qū)動(dòng)器和熱聲制冷機(jī);
[0012]其中空調(diào)制冷系統(tǒng)的冷凝器帶有用于與空調(diào)制冷系統(tǒng)制冷工質(zhì)進(jìn)行換熱的外制冷劑回路;該外制冷劑回路由冷凝器開始依次經(jīng)熱聲驅(qū)動(dòng)器熱端和熱聲制冷機(jī)冷端返回冷凝器。
[0013]熱聲驅(qū)動(dòng)器和熱聲制冷機(jī)通過諧振腔相互匹配組合成熱聲冷凝系統(tǒng),冷凝器作為空調(diào)制冷系統(tǒng)中制冷工質(zhì)冷凝放熱的場(chǎng)所會(huì)放出大量熱量,低溫的外制冷劑回路中的外制冷工質(zhì)經(jīng)過冷凝器時(shí),帶走空調(diào)制冷系統(tǒng)中制冷工質(zhì)放出的熱量,從而使外制冷劑回路中的外制冷工質(zhì)溫度升高,接著外制冷劑回路中的外制冷工質(zhì)流經(jīng)熱聲驅(qū)動(dòng)器熱端對(duì)氦氣工質(zhì)進(jìn)行加熱,使其產(chǎn)生交變的壓力波動(dòng),同時(shí)外制冷工質(zhì)自身得到初步冷卻,產(chǎn)生的壓力波動(dòng)通過諧振腔將聲功傳入熱聲制冷機(jī),使熱聲制冷機(jī)冷端產(chǎn)生制冷效應(yīng),從而使流經(jīng)熱聲制冷機(jī)冷端的外制冷劑回路中外制冷工質(zhì)得到進(jìn)一步冷卻,低溫的外制冷工質(zhì)通過外制冷劑回路再次返回冷凝器參與空調(diào)制冷系統(tǒng)中制冷工質(zhì)的冷卻,上述過程構(gòu)成一個(gè)循環(huán)。
[0014]為了滿足不同空調(diào)制冷系統(tǒng)的需求,作為優(yōu)選,外制冷劑回路中的制冷工質(zhì)為尺11、尺123、尺245?、水中的任意一種。
[0015]所述熱聲驅(qū)動(dòng)器為行波型熱聲驅(qū)動(dòng)器和駐波型熱聲驅(qū)動(dòng)器。
[0016]行波型熱聲驅(qū)動(dòng)器為環(huán)形管狀結(jié)構(gòu),包括依次連接的加熱器(熱端〉、回?zé)崞?、冷端換熱器(冷端)和反饋管,其中反饋管的一端與諧振腔連通。
[0017]駐波型熱聲驅(qū)動(dòng)器為直線型管狀結(jié)構(gòu),包括依次連接的加熱器(熱端)、板疊和冷端換熱器(冷端),其中冷端換熱器的一端與諧振腔相連。
[0018]所述熱聲制冷機(jī)為行波型熱聲制冷機(jī)和駐波型熱聲制冷機(jī)。
[0019]行波型熱聲制冷機(jī)為環(huán)形管狀結(jié)構(gòu),包括依次連接的反饋管、熱端換熱器(熱端)、回?zé)崞骱屠鋮s器(冷端),其中反饋管的一端與諧振腔連通。
[0020]駐波型熱聲制冷機(jī)為直線型管狀結(jié)構(gòu),包括依次連接的熱端換熱器(熱端)、板疊和冷卻器(冷端),其中熱端換熱器的一端與諧振腔相連。
[0021]根據(jù)不同類型的熱聲驅(qū)動(dòng)器和熱聲制冷機(jī)可以組合成以下四種熱聲冷凝系統(tǒng):
[0022](1)行波型熱聲驅(qū)動(dòng)器和駐波型熱聲制冷機(jī)組合成行-駐波熱聲冷凝系統(tǒng)。
[0023](2)行波型熱聲驅(qū)動(dòng)器和行波型熱聲制冷機(jī)組合成行-行波熱聲冷凝系統(tǒng)。
[0024](3)駐波型熱聲驅(qū)動(dòng)器和駐波型熱聲制冷機(jī)組合成駐-駐波熱聲冷凝系統(tǒng)。
[0025](4)駐波型熱聲驅(qū)動(dòng)器和行波型熱聲制冷機(jī)組合成駐-行波熱聲冷凝系統(tǒng)。
[0026]所述冷凝器為套管式換熱器,分為內(nèi)管與外管,內(nèi)管走空調(diào)制冷系統(tǒng)中的制冷工質(zhì),外制冷劑回路的兩端分別與冷凝器外管上的入口與出口相連,內(nèi)管與外管之間為外制冷工質(zhì)通道,套管式換熱器可以實(shí)現(xiàn)熱量在空調(diào)制冷系統(tǒng)的冷凝器和外制冷劑回路之間的傳遞。
[0027]為達(dá)到較好的換熱效果,作為優(yōu)選,套管式換熱器用銅管制成。
[0028]所述外制冷劑回路在熱聲驅(qū)動(dòng)器的部分盤成繞管式作為熱端。
[0029]所述外制冷劑回路在熱聲制冷機(jī)的部分盤成繞管式作為冷端。
[0030]在本實(shí)用新型中,外制冷劑回路的兩端分別與套管式換熱器外管上的入口與出口相連,套管式換熱器內(nèi)管與外管之間低溫的外制冷工質(zhì)將內(nèi)管中空調(diào)制冷系統(tǒng)的制冷工質(zhì)冷卻后溫度升高,高溫的外制冷劑從套管式換熱器的外管出口流至外制冷劑回路。為獲得更好的換熱效果,外制冷劑回路在熱聲驅(qū)動(dòng)器加熱器部分的管路盤成繞管式作為熱端,當(dāng)高溫的外制冷工質(zhì)流經(jīng)熱端時(shí),在加熱器里對(duì)氦氣工質(zhì)進(jìn)行加熱,使其產(chǎn)生交變的壓力波動(dòng),而外制冷工質(zhì)自身得到初步冷卻。為獲得更好的換熱效果,外制冷劑回路在熱聲制冷機(jī)冷卻器部分管路盤成繞管式作為冷端,交變壓力波動(dòng)通過諧振腔將聲功傳入熱聲制冷機(jī),在熱聲制冷機(jī)的冷卻器中產(chǎn)生制冷效應(yīng),當(dāng)外制冷劑回路中的外制冷工質(zhì)流經(jīng)冷卻器時(shí),外制冷工質(zhì)會(huì)得到進(jìn)一步冷卻。低溫的外制冷工質(zhì)經(jīng)外制冷劑回路從套管式換熱器外管入口再次回到空調(diào)制冷系統(tǒng)的套管式換熱器中,低溫的外制冷工質(zhì)將套管式換熱器內(nèi)管中的制冷工質(zhì)冷卻,完成循環(huán),從而實(shí)現(xiàn)降利用冷凝器廢熱降低冷凝溫度。
[0031]為保證制冷劑回路中制冷工質(zhì)完成循環(huán)過程,所述外制冷劑回路中接有液體泵。
[0032]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0033](一 )可靠性高:本實(shí)用新型熱聲冷凝系統(tǒng)沒有運(yùn)動(dòng)部件,壓縮過程和膨脹過程完全由聲波自身的壓力波動(dòng)來實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)運(yùn)行不容易出現(xiàn)故障。
[0034]( 二)效率高:本實(shí)用新型熱聲冷凝系統(tǒng)沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件,因此常規(guī)熱機(jī)中因機(jī)械摩擦而產(chǎn)生的損失可以避免。
[0035](三)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作成本低:本實(shí)用新型熱聲冷凝系統(tǒng)主要由換熱器、回?zé)崞骱凸艿澜M成,與傳統(tǒng)動(dòng)力機(jī)械相比其機(jī)械加工復(fù)雜程度大大降低,因此制造成本較低。
[0036](四)環(huán)保和廣泛的適用性:本實(shí)用新型熱聲冷凝系統(tǒng)采用惰性氣體作工作介質(zhì),將冷凝器的廢熱運(yùn)用到制冷系統(tǒng)中來降低冷凝器的冷凝溫度,節(jié)約能源的同時(shí)提高制冷效率,因此具有更高的環(huán)保特性,使用過程中不需要考慮各種復(fù)雜的環(huán)境因素,具有更廣泛的適用性。
【專利附圖】
【附圖說明】
:
[0037]圖1為行-駐波熱聲冷凝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖2為行-行波熱聲冷凝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]圖3為駐-駐波熱聲冷凝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]圖4為駐-行波熱聲冷凝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041]圖5為空調(diào)制冷系統(tǒng)中套管式換熱器結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
:
[0042]下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0043]圖1為本實(shí)用新型中行-駐波熱聲冷凝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。行波型熱聲驅(qū)動(dòng)器為環(huán)形管狀結(jié)構(gòu),包括依次連接的加熱器1、回?zé)崞?、冷端換熱器3和反饋管4 ;駐波型熱聲制冷機(jī)為直線型管狀結(jié)構(gòu),包括依次連接的熱端換熱器6、板疊7和冷卻器8,其中行波型熱聲驅(qū)動(dòng)器反饋管4的另一端通過諧振腔5與駐波型熱聲制冷機(jī)熱端換熱器6相連。
[0044]外制冷劑回路9的兩端分別與空調(diào)制冷系統(tǒng)12中套管式換熱器11外管上的入口與出口相連。為獲得更好的換熱效果,外制冷劑回路9在熱聲驅(qū)動(dòng)器加熱器1部分的管路盤成繞管式作為熱端,外制冷劑回路在熱聲制冷機(jī)冷卻器8部分管路盤成繞管式作為冷端。外制冷劑回路9中還設(shè)有液體泵10用于驅(qū)動(dòng)外制冷劑循環(huán)。
[0045]圖2為本實(shí)用新型中行-行波熱聲冷凝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。行波型熱聲驅(qū)動(dòng)器為環(huán)形管狀結(jié)構(gòu),包括依次連接的加熱器1、回?zé)崞?、冷端換熱器3和反饋管4 ;行波型熱聲制冷機(jī)為環(huán)形管狀結(jié)構(gòu),包括依次連接的反饋管4、熱端換熱器6、回?zé)崞?和冷卻器8,行波型熱聲驅(qū)動(dòng)器和行波型熱聲制冷機(jī)的反饋管通過諧振腔5相互連通。
[0046]外制冷劑回路9的兩端分別與空調(diào)制冷系統(tǒng)12中套管式換熱器11外管上的入口與出口相連。為獲得更好的換熱效果,外制冷劑回路9在熱聲驅(qū)動(dòng)器加熱器1部分的管路盤成繞管式作為熱端,外制冷劑回路在熱聲制冷機(jī)冷卻器8部分管路盤成繞管式作為冷端。外制冷劑回路9中還設(shè)有液體泵10用于驅(qū)動(dòng)外制冷劑循環(huán)。
[0047]圖3為本實(shí)用新型中駐-駐波熱聲冷凝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。駐波型熱聲驅(qū)動(dòng)器為直線型管狀結(jié)構(gòu),包括依次連接的加熱器1、板疊7和冷端換熱器3 ;駐波型熱聲制冷機(jī)為直線型管狀結(jié)構(gòu),包括依次連接的熱端換熱器6、板疊7和冷卻器8,駐波型熱聲驅(qū)動(dòng)器冷端換熱器3和駐波型熱聲制冷機(jī)熱端換熱器6通過諧振腔5相連。
[0048]外制冷劑回路9的兩端分別與空調(diào)制冷系統(tǒng)12中套管式換熱器11外管上的入口與出口相連。為獲得更好的換熱效果,外制冷劑回路9在熱聲驅(qū)動(dòng)器加熱器1部分的管路盤成繞管式作為熱端,外制冷劑回路在熱聲制冷機(jī)冷卻器8部分管路盤成繞管式作為冷端。外制冷劑回路9中還設(shè)有液體泵10用于驅(qū)動(dòng)外制冷劑循環(huán)。
[0049]圖4為本實(shí)用新型中駐-行波熱聲冷凝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。駐波型熱聲驅(qū)動(dòng)器為直線型管狀結(jié)構(gòu),包括依次連接的加熱器1、板疊7和冷端換熱器3 ;行波型熱聲制冷機(jī)為環(huán)形管狀結(jié)構(gòu),包括依次連接的反饋管4、熱端換熱器6、回?zé)崞?和冷卻器8,駐波型熱聲驅(qū)動(dòng)器冷端換熱器3通過諧振腔5與行波型熱聲制冷機(jī)反饋管4的另一端相連。
[0050]外制冷劑回路9的兩端分別與空調(diào)制冷系統(tǒng)12中套管式換熱器11外管上的入口與出口相連。為獲得更好的換熱效果,外制冷劑回路9在熱聲驅(qū)動(dòng)器加熱器1部分的管路盤成繞管式作為熱端,外制冷劑回路在熱聲制冷機(jī)冷卻器8部分管路盤成繞管式作為冷端。外制冷劑回路9中還設(shè)有液體泵10用于驅(qū)動(dòng)外制冷劑循環(huán)。
[0051]圖5為空調(diào)制冷系統(tǒng)中套管式換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。套管式換熱器11分為內(nèi)管15與外管16,內(nèi)管15走空調(diào)制冷系統(tǒng)12中的制冷工質(zhì),外制冷劑回路9與冷凝器外管16上的出口 13與入口 14相連,內(nèi)管15與16外管之間為外制冷工質(zhì)通道,套管式換熱器11可以實(shí)現(xiàn)熱量在空調(diào)制冷系統(tǒng)的冷凝器11和外制冷劑回路9之間的傳遞。
[0052]本實(shí)用新型一種利用冷凝器廢熱降低冷凝溫度的熱聲冷凝系統(tǒng)在使用時(shí),外制冷劑回路9的兩端分別與套管式換熱器外管11上的出口 13與入口 14相連,套管式換熱器11的內(nèi)管15與外管16之間低溫的外制冷工質(zhì)將內(nèi)管中空調(diào)制冷系統(tǒng)12的制冷工質(zhì)冷卻后溫度升高,高溫的外制冷劑從套管式換熱器11的外管出口 13流至外制冷劑回路9。為獲得更好的換熱效果,外制冷劑回路9在熱聲驅(qū)動(dòng)器加熱器1部分的管路盤成繞管式作為熱端,當(dāng)高溫的外制冷工質(zhì)流經(jīng)熱端時(shí),在加熱器1里對(duì)氦氣工質(zhì)進(jìn)行加熱,使其產(chǎn)生交變的壓力波動(dòng),而外制冷工質(zhì)自身得到初步冷卻。為獲得更好的換熱效果,外制冷劑回路9在熱聲制冷機(jī)冷卻器8部分管路盤成繞管式作為冷端,交變壓力波動(dòng)通過諧振腔5將聲功傳入熱聲制冷機(jī),在熱聲制冷機(jī)的冷卻器8中產(chǎn)生制冷效應(yīng),當(dāng)外制冷劑回路9中的外制冷工質(zhì)流經(jīng)冷卻器8時(shí),外制冷工質(zhì)會(huì)得到進(jìn)一步冷卻。低溫的外制冷工質(zhì)經(jīng)外制冷劑回路9從套管式換熱器11外管入口 14再次回到空調(diào)制冷系統(tǒng)的套管式換熱器11中,低溫的外制冷工質(zhì)將套管式換熱器11內(nèi)管15中的制冷工質(zhì)冷卻,完成循環(huán),從而實(shí)現(xiàn)降利用冷凝器廢熱降低冷凝溫度。
【權(quán)利要求】
1.一種利用冷凝器廢熱降低冷凝溫度的熱聲冷凝系統(tǒng),其特征在于,包括空調(diào)制冷系統(tǒng),以及通過諧振腔相互匹配的熱聲驅(qū)動(dòng)器和熱聲制冷機(jī); 其中空調(diào)制冷系統(tǒng)的冷凝器帶有用于與空調(diào)制冷系統(tǒng)制冷工質(zhì)進(jìn)行換熱的外制冷劑回路;該外制冷劑回路由冷凝器開始依次經(jīng)熱聲驅(qū)動(dòng)器熱端和熱聲制冷機(jī)冷端返回冷凝器。
2.如權(quán)利要求1所述的利用冷凝器廢熱降低冷凝溫度的熱聲冷凝系統(tǒng),其特征在于,所述外制冷劑回路中的外制冷工質(zhì)為Rl 1、R123、R245fa、水中的任意一種。
3.如權(quán)利要求1所述的利用冷凝器廢熱降低冷凝溫度的熱聲冷凝系統(tǒng),其特征在于,所述熱聲驅(qū)動(dòng)器為行波型熱聲驅(qū)動(dòng)器或駐波型熱聲驅(qū)動(dòng)器。
4.如權(quán)利要求1所述的利用冷凝器廢熱降低冷凝溫度的熱聲冷凝系統(tǒng),其特征在于,所述熱聲制冷機(jī)為行波型熱聲制冷機(jī)或駐波型熱聲制冷機(jī)。
5.如權(quán)利要求1所述的利用冷凝器廢熱降低冷凝溫度的熱聲冷凝系統(tǒng),其特征在于,所述外制冷劑回路在熱聲驅(qū)動(dòng)器部分盤成繞管式作為熱端。
6.如權(quán)利要求1所述的利用冷凝器廢熱降低冷凝溫度的熱聲冷凝系統(tǒng),其特征在于,所述外制冷劑回路在熱聲制冷機(jī)部分盤成繞管式作為冷端。
7.如權(quán)利要求1所述的利用冷凝器廢熱降低冷凝溫度的熱聲冷凝系統(tǒng),其特征在于,所述外制冷劑回路中接有液體泵。
8.如權(quán)利要求1所述的利用冷凝器廢熱降低冷凝溫度的熱聲冷凝系統(tǒng),其特征在于,所述冷凝器為套管式換熱器。
【文檔編號(hào)】F25B23/00GK204227749SQ201420631670
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】李珣, 王凱, 邱利民 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)