一种利用冷凝器废热降低冷凝温度的热声冷凝系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用冷凝器废热降低冷凝温度的热声冷凝系统，包括空调制冷系统以及通过谐振腔相互匹配的热声驱动器和热声制冷机，其中空调制冷系统的冷凝器带有用于与空调制冷系统制冷工质进行换热的外制冷剂回路，该外制冷剂回路由冷凝器开始依次经热声驱动器热端和热声制冷机冷端返回冷凝器。本发明通过利用热声技术，将冷凝器的废热运用到制冷系统中来降低冷凝器的冷凝温度，节约能源的同时提高制冷效率，解决了本领域的技术难题。
【专利说明】一种利用冷凝器废热降低冷凝温度的热声冷凝系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及热声【技术领域】，尤其涉及一种利用冷凝器废热降低冷凝温度的热声冷凝系统。
【背景技术】
[0002]空调系统工作时，压缩机先将制冷工质进行压缩，工质再进入冷凝器中冷凝放热，经过节流效应后再在蒸发器内蒸发吸热，最后回到压缩机。冷凝器是高温气体工质进行冷凝液化放热的场所，其温度越高，制冷系统的耗功越大。冷凝温度极大影响着蒸汽压缩制冷循环的效率，当蒸发器内蒸发温度不变的时候，降低冷凝温度，可以提高压缩机的制冷量，减少压缩机的耗能，从而增大循环的效率，提高经济性，对节能具有重要意义。
[0003]现有技术中，相关领域人员也采取了大量措施来冷降低凝器的冷凝温度。目前，降低冷凝器的冷凝温度的方法，大致有以下几种:
[0004](1)通过改变冷却塔的交换面积、扩大水池蓄水能力等方法对原系统进行匹配和调正。这些措施能够适当降低冷凝温度，但管路的匹配和改造则会影响到整个系统的设计和布局，弓I起一系列的变动，经济效益上并不好。
[0005](2)使用水冷代替风冷也是一种常用的方法。该方法可以使冷却效果大大增加，但水冷系统结构更加复杂，需要制冷系统的辅助，也需要占用一定的空间，另外出现故障后需停机检修，使得整个运行成本更高。
[0006](3)水地源热泵中央空调是一种比较环保的方法。水地源热泵系统只有在夏季时才能达到降低冷凝温度的目的，另外使用地点需地表水或地下水水源丰富且水质适宜，该方法受到诸多因素的限制，因此不便于大范围推广使用。
[0007](4)蒸发式冷凝技术是一种系统运行费用较低的方法。但冷却水中大多含有钙、镁离子和酸式碳酸盐，当冷却水流经金属表面时，会有碳酸盐沉积物生成，会使换热效果下降，结垢严重时会堵塞管子，甚至使效果失去作用。沉积物对热传输的损失影响巨大，随着沉积物的增加会造成更多能源的浪费。
[0008]以上传统的冷凝器多用风冷或水冷降低冷凝温度，整个装置需要占据大量空间且系统构造复杂，很容易出现故障，如出现故障后还需立刻停机检修，降低了系统的制冷效率同时提高了系统的运行成本。另外，直接将冷凝器放出的热量以热空气或热水的形式直接排出而没有加以利用，造成很大的能源浪费。
[0009]因此，如何能够对利用冷凝器的废热并运用到制冷系统中，节约能源的同时提高制冷效率，是本领域技术人员有待解决的技术难题。
【发明内容】
[0010]本发明提供了一种利用冷凝器废热降低冷凝温度的热声冷凝系统，本发明通过利用热声技术，将冷凝器的废热运用到制冷系统中来降低冷凝器的冷凝温度，节约能源的同时提高制冷效率，解决了本领域的技术难题。
[0011]一种利用冷凝器废热降低冷凝温度的热声冷凝系统，其特征在于，包括空调制冷系统，以及通过谐振腔相互匹配的热声驱动器和热声制冷机；
[0012]其中空调制冷系统的冷凝器带有用于与空调制冷系统制冷工质进行换热的外制冷剂回路；该外制冷剂回路由冷凝器开始依次经热声驱动器热端和热声制冷机冷端返回冷凝器。
[0013]热声驱动器和热声制冷机通过谐振腔相互匹配组合成热声冷凝系统，冷凝器作为空调制冷系统中制冷工质冷凝放热的场所会放出大量热量，低温的外制冷剂回路中的外制冷工质经过冷凝器时，带走空调制冷系统中制冷工质放出的热量，从而使外制冷剂回路中的外制冷工质温度升高，接着外制冷剂回路中的外制冷工质流经热声驱动器热端对氦气工质进行加热，使其产生交变的压力波动，同时外制冷工质自身得到初步冷却，产生的压力波动通过谐振腔将声功传入热声制冷机，使热声制冷机冷端产生制冷效应，从而使流经热声制冷机冷端的外制冷剂回路中外制冷工质得到进一步冷却，低温的外制冷工质通过外制冷剂回路再次返回冷凝器参与空调制冷系统中制冷工质的冷却，上述过程构成一个循环。
[0014]为了满足不同空调制冷系统的需求，作为优选，外制冷剂回路中的制冷工质为Rll、R123、R245fa、水中的任意一种。
[0015]所述热声驱动器为行波型热声驱动器和驻波型热声驱动器。
[0016]行波型热声驱动器为环形管状结构，包括依次连接的加热器(热端)、回热器、冷端换热器(冷端)和反馈管，其中反馈管的一端与谐振腔连通。
[0017]驻波型热声驱动器为直线型管状结构，包括依次连接的加热器(热端)、板叠和冷端换热器(冷端)，其中冷端换热器的一端与谐振腔相连。
[0018]所述热声制冷机为行波型热声制冷机和驻波型热声制冷机。
[0019]行波型热声制冷机为环形管状结构，包括依次连接的反馈管、热端换热器(热端)、回热器和冷却器(冷端)，其中反馈管的一端与谐振腔连通。
[0020]驻波型热声制冷机为直线型管状结构，包括依次连接的热端换热器(热端)、板叠和冷却器(冷端)，其中热端换热器的一端与谐振腔相连。
[0021]根据不同类型的热声驱动器和热声制冷机可以组合成以下四种热声冷凝系统:
[0022](1)行波型热声驱动器和驻波型热声制冷机组合成行-驻波热声冷凝系统。
[0023](2)行波型热声驱动器和行波型热声制冷机组合成行-行波热声冷凝系统。
[0024](3)驻波型热声驱动器和驻波型热声制冷机组合成驻-驻波热声冷凝系统。
[0025](4)驻波型热声驱动器和行波型热声制冷机组合成驻-行波热声冷凝系统。
[0026]所述冷凝器为套管式换热器，分为内管与外管，内管走空调制冷系统中的制冷工质，外制冷剂回路的两端分别与冷凝器外管上的入口与出口相连，内管与外管之间为外制冷工质通道，套管式换热器可以实现热量在空调制冷系统的冷凝器和外制冷剂回路之间的传递。
[0027]为达到较好的换热效果，作为优选，套管式换热器用铜管制成。
[0028]所述外制冷剂回路在热声驱动器的部分盘成绕管式作为热端。
[0029]所述外制冷剂回路在热声制冷机的部分盘成绕管式作为冷端。
[0030]在本发明中，外制冷剂回路的两端分别与套管式换热器外管上的入口与出口相连，套管式换热器内管与外管之间低温的外制冷工质将内管中空调制冷系统的制冷工质冷却后温度升高，高温的外制冷剂从套管式换热器的外管出口流至外制冷剂回路。为获得更好的换热效果，外制冷剂回路在热声驱动器加热器部分的管路盘成绕管式作为热端，当高温的外制冷工质流经热端时，在加热器里对氦气工质进行加热，使其产生交变的压力波动，而外制冷工质自身得到初步冷却。为获得更好的换热效果，外制冷剂回路在热声制冷机冷却器部分管路盘成绕管式作为冷端，交变压力波动通过谐振腔将声功传入热声制冷机，在热声制冷机的冷却器中产生制冷效应，当外制冷剂回路中的外制冷工质流经冷却器时，夕卜制冷工质会得到进一步冷却。低温的外制冷工质经外制冷剂回路从套管式换热器外管入口再次回到空调制冷系统的套管式换热器中，低温的外制冷工质将套管式换热器内管中的制冷工质冷却，完成循环，从而实现降利用冷凝器废热降低冷凝温度。
[0031]为保证制冷剂回路中制冷工质完成循环过程，所述外制冷剂回路中接有液体泵。
[0032]本发明的有益效果是:
[0033](一)可靠性高:本发明热声冷凝系统没有运动部件，压缩过程和膨胀过程完全由声波自身的压力波动来实现，系统运行不容易出现故障。
[0034]( 二)效率高:本发明热声冷凝系统没有机械运动部件，因此常规热机中因机械摩擦而产生的损失可以避免。
[0035](三)结构简单、制作成本低:本发明热声冷凝系统主要由换热器、回热器和管道组成，与传统动力机械相比其机械加工复杂程度大大降低，因此制造成本较低。
[0036](四)环保和广泛的适用性:本发明热声冷凝系统采用惰性气体作工作介质，将冷凝器的废热运用到制冷系统中来降低冷凝器的冷凝温度，节约能源的同时提高制冷效率，因此具有更高的环保特性，使用过程中不需要考虑各种复杂的环境因素，具有更广泛的适用性。
【专利附图】
【附图说明】
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[0037]图1为行-驻波热声冷凝系统结构示意图。
[0038]图2为行-行波热声冷凝系统结构示意图。
[0039]图3为驻-驻波热声冷凝系统结构示意图。
[0040]图4为驻-行波热声冷凝系统结构示意图。
[0041]图5为空调制冷系统中套管式换热器结构示意图。
【具体实施方式】
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[0042]下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0043]图1为本发明中行-驻波热声冷凝系统结构示意图。行波型热声驱动器为环形管状结构，包括依次连接的加热器1、回热器2、冷端换热器3和反馈管4 ;驻波型热声制冷机为直线型管状结构，包括依次连接的热端换热器6、板叠7和冷却器8，其中行波型热声驱动器反馈管4的另一端通过谐振腔5与驻波型热声制冷机热端换热器6相连。
[0044]外制冷剂回路9的两端分别与空调制冷系统12中套管式换热器11外管上的入口与出口相连。为获得更好的换热效果，外制冷剂回路9在热声驱动器加热器1部分的管路盘成绕管式作为热端，外制冷剂回路在热声制冷机冷却器8部分管路盘成绕管式作为冷端。外制冷剂回路9中还设有液体泵10用于驱动外制冷剂循环。
[0045]图2为本发明中行-行波热声冷凝系统结构示意图。行波型热声驱动器为环形管状结构，包括依次连接的加热器1、回热器2、冷端换热器3和反馈管4 ;行波型热声制冷机为环形管状结构，包括依次连接的反馈管4、热端换热器6、回热器2和冷却器8，行波型热声驱动器和行波型热声制冷机的反馈管通过谐振腔5相互连通。
[0046]外制冷剂回路9的两端分别与空调制冷系统12中套管式换热器11外管上的入口与出口相连。为获得更好的换热效果，外制冷剂回路9在热声驱动器加热器1部分的管路盘成绕管式作为热端，外制冷剂回路在热声制冷机冷却器8部分管路盘成绕管式作为冷端。外制冷剂回路9中还设有液体泵10用于驱动外制冷剂循环。
[0047]图3为本发明中驻-驻波热声冷凝系统结构示意图。驻波型热声驱动器为直线型管状结构，包括依次连接的加热器1、板叠7和冷端换热器3 ;驻波型热声制冷机为直线型管状结构，包括依次连接的热端换热器6、板叠7和冷却器8，驻波型热声驱动器冷端换热器3和驻波型热声制冷机热端换热器6通过谐振腔5相连。
[0048]外制冷剂回路9的两端分别与空调制冷系统12中套管式换热器11外管上的入口与出口相连。为获得更好的换热效果，外制冷剂回路9在热声驱动器加热器1部分的管路盘成绕管式作为热端，外制冷剂回路在热声制冷机冷却器8部分管路盘成绕管式作为冷端。外制冷剂回路9中还设有液体泵10用于驱动外制冷剂循环。
[0049]图4为本发明中驻-行波热声冷凝系统结构示意图。驻波型热声驱动器为直线型管状结构，包括依次连接的加热器1、板叠7和冷端换热器3 ;行波型热声制冷机为环形管状结构，包括依次连接的反馈管4、热端换热器6、回热器2和冷却器8，驻波型热声驱动器冷端换热器3通过谐振腔5与行波型热声制冷机反馈管4的另一端相连。
[0050]外制冷剂回路9的两端分别与空调制冷系统12中套管式换热器11外管上的入口与出口相连。为获得更好的换热效果，外制冷剂回路9在热声驱动器加热器1部分的管路盘成绕管式作为热端，外制冷剂回路在热声制冷机冷却器8部分管路盘成绕管式作为冷端。外制冷剂回路9中还设有液体泵10用于驱动外制冷剂循环。
[0051]图5为空调制冷系统中套管式换热器的结构示意图。套管式换热器11分为内管15与外管16，内管15走空调制冷系统12中的制冷工质，外制冷剂回路9与冷凝器外管16上的出口 13与入口 14相连，内管15与16外管之间为外制冷工质通道，套管式换热器11可以实现热量在空调制冷系统的冷凝器11和外制冷剂回路9之间的传递。
[0052]本发明一种利用冷凝器废热降低冷凝温度的热声冷凝系统在使用时，外制冷剂回路9的两端分别与套管式换热器外管11上的出口 13与入口 14相连，套管式换热器11的内管15与外管16之间低温的外制冷工质将内管中空调制冷系统12的制冷工质冷却后温度升高，高温的外制冷剂从套管式换热器11的外管出口 13流至外制冷剂回路9。为获得更好的换热效果，外制冷剂回路9在热声驱动器加热器1部分的管路盘成绕管式作为热端，当高温的外制冷工质流经热端时，在加热器1里对氦气工质进行加热，使其产生交变的压力波动，而外制冷工质自身得到初步冷却。为获得更好的换热效果，外制冷剂回路9在热声制冷机冷却器8部分管路盘成绕管式作为冷端，交变压力波动通过谐振腔5将声功传入热声制冷机，在热声制冷机的冷却器8中产生制冷效应，当外制冷剂回路9中的外制冷工质流经冷却器8时，外制冷工质会得到进一步冷却。低温的外制冷工质经外制冷剂回路9从套管式换热器11外管入口 14再次回到空调制冷系统的套管式换热器11中，低温的外制冷工质将套管式换热器11内管15中的制冷工质冷却，完成循环，从而实现降利用冷凝器废热降低冷凝温度。
【权利要求】
1.一种利用冷凝器废热降低冷凝温度的热声冷凝系统，其特征在于，包括空调制冷系统，以及通过谐振腔相互匹配的热声驱动器和热声制冷机； 其中空调制冷系统的冷凝器带有用于与空调制冷系统制冷工质进行换热的外制冷剂回路；该外制冷剂回路由冷凝器开始依次经热声驱动器热端和热声制冷机冷端返回冷凝器。
2.如权利要求1所述的利用冷凝器废热降低冷凝温度的热声冷凝系统，其特征在于，所述外制冷剂回路中的外制冷工质为町1、1?123、1?245€&、水中的任意一种。
3.如权利要求1所述的利用冷凝器废热降低冷凝温度的热声冷凝系统，其特征在于，所述热声驱动器为行波型热声驱动器或驻波型热声驱动器。
4.如权利要求1所述的利用冷凝器废热降低冷凝温度的热声冷凝系统，其特征在于，所述热声制冷机为行波型热声制冷机或驻波型热声制冷机。
5.如权利要求1所述的利用冷凝器废热降低冷凝温度的热声冷凝系统，其特征在于，所述外制冷剂回路在热声驱动器部分盘成绕管式作为热端。
6.如权利要求1所述的利用冷凝器废热降低冷凝温度的热声冷凝系统，其特征在于，所述外制冷剂回路在热声制冷机部分盘成绕管式作为冷端。
7.如权利要求1所述的利用冷凝器废热降低冷凝温度的热声冷凝系统，其特征在于，所述外制冷剂回路中接有液体泵。
8.如权利要求1所述的利用冷凝器废热降低冷凝温度的热声冷凝系统，其特征在于，所述冷凝器为套管式换热器。
【文档编号】F25B23/00GK104359245SQ201410588460
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】李珣, 王凯, 邱利民 申请人:浙江大学