新型太陽能吸收式制冷循環系統性能分析

劉 麗 孔 兵 張迪凡

（巢湖學院機械與電子工程學院，安徽 巢湖 238000）

新型太陽能吸收式制冷循環系統性能分析

劉 麗 孔 兵 張迪凡

（巢湖學院機械與電子工程學院，安徽 巢湖 238000）

在傳統兩級溴化鋰吸收式制冷循環的基礎上，從增大熱源可利用溫差考慮，提出了一種由太陽能驅動的新型吸收式制冷循環，分析計算了低壓發生器壓力（中間壓力）和中間溶液濃度變化對系統熱力系數COP和熱源可利用溫差的影響。結果表明，在發生熱源溫度85℃～95℃的范圍內，中間壓力在1.6KPa（12mmHg）和2.2KPa（16.5mmHg）之間取值新型循環有較高的熱力系數和較大的熱源可利用溫差。

太陽能；吸收式制冷；溴化鋰；熱源可利用溫差；熱力系數COP

隨著能源短缺和環境污染的加劇，開發利用太陽能這種清潔無污染的可再生能源對節能減排具有重要意義［1］。近幾十年來，太陽能的開發利用為吸收式制冷技術提供了廣闊的發展前景，吸收式制冷以熱能為驅動力，可以采用高品位熱能驅動，也可以采用低品位熱能驅動。目前能夠利用低溫熱源的只有單效和兩級循環，單效循環所需熱源溫度90℃左右，熱源可利用溫差10℃以下，其熱力系數COP約為0.6左右，這將大大限制機組實際利用太陽能的運行時間。而兩級循環所需熱水溫度較低，約為70-80℃，但在熱水溫度較高時段也會造成浪費，兩級循環的效率較低，僅為0.3～0.4［2］，這就需要更多的集熱器面積，經濟性較差，冷水消耗量也比單效機組大，從而增大設備總費用。因此，設計一種能夠利用平板集熱器即可獲得制冷所需熱源溫度且有較大熱源可利用溫差的循環有著重要意義。

1 太陽能吸收式制冷循環的過程

圖1所示為新型吸收式制冷循環的原理方框圖。

該循環采用串聯流程，冷卻水先進入冷凝器再進入低壓吸收器和高壓吸收器，因為高壓發生器的壓力由冷凝溫度決定，冷凝溫度會影響發生的初始溫度，冷卻水先進入冷凝器使得發生壓力相對較低。圖2為循環的焓濃圖。2點為低壓吸收器1點和高壓收器8點出來的兩股溴化鋰稀溶液的混合，這兩股溶液混合后成為濃度為ε2的溴化鋰溶液，經低溫熱交換器加熱，達到點22，再經高溫熱交換器加熱達到點4進入高壓發生器，4-5是溶液在高壓發生器中的加熱過程，濃度增大到ε5，此過程產生的冷劑水蒸汽（蒸汽狀態點用1g表示）進入冷凝器，5-6為溶液在高溫熱交換器中的放熱降溫過程，濃度不變到6點，然后分成兩路，其中一路6-7是溶液在低壓發生器中的發生過程，溶液被熱源加熱濃度增大到ε7，此過程產生的水蒸氣（蒸汽狀態點用2g表示）被高壓吸收器吸收，7-9為溶液經低溫換熱器的降溫過程，濃度不變進入低壓吸收器吸收來自蒸發器的水蒸氣；另一路6-8是溶液在高壓吸收器中的吸收過程，吸收低壓發生器來的水蒸氣，成為濃度為ε8的稀溶液。由高壓發生器來的水蒸汽進入冷凝器經冷卻水換熱降溫，冷凝為液態水，經過節流元件進入蒸發器蒸發，實現制冷，得到的水蒸氣被低壓吸收器中溶液吸收，如此不斷循環。

圖1 新型循環的原理方框圖

圖2 新型循環的焓濃圖

2 循環過程相關參數的變化分析

該循環過程相關參數計算狀態設定為：熱水進口溫度90℃，出口溫度為65℃，冷媒水進口溫度15℃，出口溫度為10℃，冷卻水進口溫度32℃，出口溫度為38℃，高壓發生器的壓力Ph與冷凝溫度有關，也等于冷凝器的壓力，取6.27KPa，低壓吸收器的壓力Pl等于蒸發器的蒸發壓力，與蒸發溫度有關，取1.057KPa。中間壓力變化范圍Pm為1.2KPa～3.0KPa。

2.1 改變中間壓力對循環系統熱力系數COP的影響

保持蒸發壓力和冷凝壓力不變，改變低壓發生器的壓力，即中間壓力，使其由1.2KPa變化到3.0KPa時，該循環系統的熱力系數COP的變化情況。由圖3可以看出，新型循環系統的COP值隨著中間壓力的增大會逐漸增大，但不會無限增大，中間壓力增加使高壓循環部分減小，熱源可利用溫差減小，到一定值后系統循環將無法繼續。

圖3 COP隨中間壓力變化曲線

2.2 改變中間壓力對熱源可利用溫差的影響

溴化鋰吸收式制冷循環的熱源可利用溫差定義為發生器中溴化鋰溶液的最高溫度與最低溫度之差［4］，保持蒸發壓力和冷凝壓力不變，改變低壓發生器的壓力，當中間壓力由1.2KPa變化到3.0KPa時，該循環系統的熱源可利用溫差的變化情況。由圖4可知，隨著中間壓力的上升，新型太陽能吸收式制冷循環系統對熱源的可利用溫差是逐漸下降的。受冷媒水溫度的限制中間壓力不能過低至少應達到1.07KPa（8mmHg）以上。

圖4 熱源可利用溫差隨中間壓力變化曲線

2.3 改變中間濃度對熱源可利用溫差和COP的影響

溴化鋰溶液濃度ε2分別為53%、54%、55%、56%時，保持高壓發生器的放氣范圍不變，ε2的變化會使ε5相應改變，在中間壓力為1.87KPa時，隨著中間濃度的變化熱源可利用溫差的變化狀況如圖5所示，由圖可見熱源可利用溫差隨著中間濃度的增大而略有增大，ε2由53%變化到55%時熱源可利用溫差近似不變，達到55%后隨著中間濃度的增加熱源可利用溫差的變化呈增加趨勢，同時COP不斷增大，如圖6，但受熱源進口溫度的限制，ε2不應超過56%，中間壓力在1.07KPa（8mmHg）和2.13KPa（16mmHg）之間取值熱源可利用溫差在23℃-35℃之間變化。

圖5 ε2變化時可利用溫差變化曲線

圖6 ε2變化時COP變化曲線

3 小結

該循環的分析計算是在制冷過程無冷損和熱損等理想情況下進行的，在密閉的容器中溶液的濃度、溫度和壓力三者之間是相互影響相互制約的。溴化鋰溶液濃度越高則發生溫度越高。對濃度相同的溶液，壓力越高則對應的溶液溫度就越高［4］。發生溫度直接影響著驅動熱源可利用溫差的大小，因此要提高吸收式制冷機的效率增大可利用溫差必須盡量的減小發生器中的發生壓力，減小發生器中的溴化鋰溶液的濃度。新型循環經理論上分析計算中間壓力在 1.6KPa（12mmHg）和2.2KPa（16.5mmHg）之間取值熱源可利用溫差在21℃-27℃之間變化，COP在0.44-0.57之間，系統性能較好。

［1］宛超，劉益才，等.太陽能吸收式制冷系統概述［J］.真空與低溫，2009，（15）：137-141.

［2］王永剛，鐘水庫.太陽能溴化鋰吸收式制冷技術的研究進展［J］.能源研究與信息，2009，（25）：160-165.

［3］譚軍毅，余國保，等.國內外太陽能空調研究現狀及展望［J］.制冷與空調，2013，（27）：393-399.

［4］萬忠民，舒水明，等.太陽能混合吸收式制冷空調系統的性能研究［J］.華中科技大學學報（自然科學版），2006，（34）：62-64.

ON THE PERFORMANCE ANALYSIS OF A NEW ABSORPTION REFRIGERATION CYCLE SYSTEM FOR SOLAR ENERGY

LIU Li KONG Bing ZHANG Di-fan
（College of Mechanical and Electronic Engineering，Chaohu College，Chaohu Anhui 238000）

On the basis of the traditional two-level lithium bromide absorption refrigeration cycle，considering that the heat can be increased by the temperature difference，this paper proposes a new absorption refrigeration cycle driven by solar energy to analyze and calculate the influence of the system thermal coefficient COP as well as available temperature difference made by the heat source under the low-voltage generator pressure（intermediate pressure）and intermediate solution concentration change.The results show that，within the scope of the occurrence of the heat source temperature of 85℃-95℃，the intermediate pressure between 1.6KPa（12mmHg）and 2.2KPa（16.5mmHg）can obtain the new value which has a higher thermodynamic cycle coefficient and the temperature difference of a larger heat source.

solar energy；absorption refrigeration；lithium bromide；available temperature difference of heat resource；thermal coefficient COP

陳 侃

TK512

A

1672-2868（2015）03-0040-04

2014-09-09

安徽省教育廳科學研究項目（項目編號：KJ2013B158）

劉麗（1962-），女，山東平度人。巢湖學院電子工程與電氣自動化學院，副教授。研究方向：電子技術。