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太阳能驱动的压缩吸收式复合制冷循环分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-09-28  来源:中国冷凝器网  浏览次数:366

  基金项目:东南大学科学基金项目(9203001069)太阳能制冷是利用太阳能的一个重要方面。

  目前,已得到了广泛的研究。太阳能制冷大都为吸收式或吸附式。由于传统吸收制冷循环或吸附制冷循环存在着一些难以克服的缺点,如性能系数低,对热源的质和量有很强的依赖性。如果用太阳能作为热源,则当太阳能系统不能满足制冷系统的要求时制冷系统的性能要发生严重的恶化。从另一角度看,太阳能系统的性能受季节、地理位置、时间、天气等的影响。上述矛盾严重地影响了太阳能的推广。从中可以清楚地看出太阳能系统集热量Qu和集热器出口温度两者在一天内随时间的变化关系。从能源学的角度出发,采用自然界中的天然能源是今后发展的趋势。从循环的角度出发,通过循环的设计来弥补自然能源先天的缺陷是一种可行的方法。为此本文提出了一种新的循环思路:压缩吸收联合式循环,并将它用于太阳能制冷。该循环能适用于热源特性经常变化的场合,尤其是用太阳能做热源的场合。

  一天太阳能系统集热量、集热器出口温度t随时间s的变化2传统循环的不足与潜力用太阳能等热源作为源动力的制冷循环一般都采用吸收式,但吸收式和压缩式相比还是有不足之处的。下面就循环经济性的角度来对吸收式制冷循环和压缩式制冷循环进行一下比较。由于压缩式制冷机消耗功,吸收式制冷机消耗热,功比热的品味高,产生功的成本也高。对两个数值进行比较时必须考虑电站内蒸汽装置中的热交换情况。假定产生并输送电功的平均效率为0.35,环境温度为35 Q冷源温度为0C,压缩式制冷循环的制冷系数为41,但它的当量热力系数应该是0.35X41= 1.435;氨水吸收式制冷机在同样的环境温度和冷源温度下,假定热源温度为130C它的热力系数为0.55.就燃料的利用而言,应该用1.435与0.55比较,而不应该拿41和0.55比较。由以上数据可以看出,吸收式制冷机的热力系数低于压缩式的当量热力系数,原因在于吸收式系统的运行过程中存在着更多的热力不可逆过程。

  如果用热力完善度来比较两个系统之间的差别,问题就会变得更为清楚。假定热源温度Th为130C环境温度为35C冷源温度Tc为一20C对压缩式制冷循环而言,逆卡诺循环制冷系数为:9,循环的热力完善度为:对于工作在上述温度内的联合循环,其最高热力系数为:而吸收式制冷循环的热力系数c为0.4循环的热力完善度为:由以上的计算可以看出,当蒸发温度和冷凝温度之间的差值增大时,与压缩式系统比较吸收式的性能有很大的改善,两者的热力完善度相当地接近。

  从两个系统的运行费用来看,在较低的蒸发温度下,采用吸收式系统似乎更为合适,特别是在有高温加热介质可以利用的情况下更是如此。从以上的分析可以看出,如果有一种系统,当外界没有高温加热介质可以利用时,采用压缩式制冷,而当外界有高温加热介质时,则循环切换至吸收式制冷。这样的话,无论是从循环的热力系数,还是从循环的能源利用(节能)的角度而言,都可以达到一个最佳的结合点。

  3新循环及其热力学模型如所示,与传统吸收循环相比,新循环较传统循环多了一个压缩机,其工作原理如下:当外界天气是阴天,或者阳光不充足等原因导致集热器吸收外界热量不够时,循环就变为纯粹的压缩循环。当循环开始运作时,阀门5关闭,压缩机从发生器抽取制冷剂,当压缩机内的气体压力达到一定的高度时,阀门2、3关闭。整个制冷循环就是一个压缩循环。当外界天气是晴天,或者天气慢慢好转,达到阳光充足的条件时,循环就改变为一个改良的吸收式循环。循环运作过程为:阀门2、3、5打开,阀门4关闭。此循环与传统的吸收式制冷循环稍有不同。因为它比传统循环多了一个压缩机,所以循环也有所改变。其改变为从发生器出来的制冷剂蒸气被分为两路,一路直接进入冷凝器,另一路先经过压缩机进行压缩,然后进入发生器传入管内。由于这一路气体的压力已被升高,因此它能在发生器管内冷凝放热。冷凝后的饱和液体进入溶液热交换器,再经过一个节流阀节流后到冷凝器,与那里的冷剂蒸气一起在冷凝器里降温冷凝。循环的其余部分与传统循环相在改良的吸收式循环中,压缩机实际上起一个热变换器的作用。这个热变换器从发生器的发生蒸汽中吸取热量,在发生器传热管内放热给发生器里的溶液。由于传热管内与管外传热的温差很小,即该热变换器所需提升的温升很小。因此具有很高的效率从而实现了电能的高效利用。另一方面,由于到冷凝器的冷剂蒸气量的减少,因此冷凝器的热负荷也随之减少,冷却水的耗量相应减小,从而也降低了部分运行费用。

  4循环数值模拟和讨论新循环和传统循环相比,不仅仅是简单的压缩式与吸收式的比较。而应该从整体来进行综合比较。当没有外部太阳能进行利用时,就采用效率比较高的压缩式,而当有太阳能可以利用时,则采用改良的吸收式循环。可以明显地提高COP值。关于改良吸收式循环COPnl与传统吸收式循环的COP0的比较可以通过以下的数值模拟得出。

  以氨水工质为例进行计算。工质的物性参数根据制冷工程设计手册给出的公式计算求得,不计及漏热及阻力损失,此外还进行如下假=―Q°本文取0.给出了蒸发温度为5C时,传统循环CCP0与改良的吸收式循环CCPnl的计算结果。

  5结论。流太阳能驱动的蓄能型除湿蒸发冷却(DEC)系统及各种新型循环方面的研究。通讯地址:210096江苏南京东南大学0301

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