新型太阳能吸收式制冷循环系统性能分析

刘 丽 孔 兵 张迪凡

（巢湖学院机械与电子工程学院，安徽 巢湖 238000）

新型太阳能吸收式制冷循环系统性能分析

刘 丽 孔 兵 张迪凡

（巢湖学院机械与电子工程学院，安徽 巢湖 238000）

在传统两级溴化锂吸收式制冷循环的基础上，从增大热源可利用温差考虑，提出了一种由太阳能驱动的新型吸收式制冷循环，分析计算了低压发生器压力（中间压力）和中间溶液浓度变化对系统热力系数COP和热源可利用温差的影响。结果表明，在发生热源温度85℃～95℃的范围内，中间压力在1.6KPa（12mmHg）和2.2KPa（16.5mmHg）之间取值新型循环有较高的热力系数和较大的热源可利用温差。

太阳能；吸收式制冷；溴化锂；热源可利用温差；热力系数COP

随着能源短缺和环境污染的加剧，开发利用太阳能这种清洁无污染的可再生能源对节能减排具有重要意义［1］。近几十年来，太阳能的开发利用为吸收式制冷技术提供了广阔的发展前景，吸收式制冷以热能为驱动力，可以采用高品位热能驱动，也可以采用低品位热能驱动。目前能够利用低温热源的只有单效和两级循环，单效循环所需热源温度90℃左右，热源可利用温差10℃以下，其热力系数COP约为0.6左右，这将大大限制机组实际利用太阳能的运行时间。而两级循环所需热水温度较低，约为70-80℃，但在热水温度较高时段也会造成浪费，两级循环的效率较低，仅为0.3～0.4［2］，这就需要更多的集热器面积，经济性较差，冷水消耗量也比单效机组大，从而增大设备总费用。因此，设计一种能够利用平板集热器即可获得制冷所需热源温度且有较大热源可利用温差的循环有着重要意义。

1 太阳能吸收式制冷循环的过程

图1所示为新型吸收式制冷循环的原理方框图。

该循环采用串联流程，冷却水先进入冷凝器再进入低压吸收器和高压吸收器，因为高压发生器的压力由冷凝温度决定，冷凝温度会影响发生的初始温度，冷却水先进入冷凝器使得发生压力相对较低。图2为循环的焓浓图。2点为低压吸收器1点和高压收器8点出来的两股溴化锂稀溶液的混合，这两股溶液混合后成为浓度为ε2的溴化锂溶液，经低温热交换器加热，达到点22，再经高温热交换器加热达到点4进入高压发生器，4-5是溶液在高压发生器中的加热过程，浓度增大到ε5，此过程产生的冷剂水蒸汽（蒸汽状态点用1g表示）进入冷凝器，5-6为溶液在高温热交换器中的放热降温过程，浓度不变到6点，然后分成两路，其中一路6-7是溶液在低压发生器中的发生过程，溶液被热源加热浓度增大到ε7，此过程产生的水蒸气（蒸汽状态点用2g表示）被高压吸收器吸收，7-9为溶液经低温换热器的降温过程，浓度不变进入低压吸收器吸收来自蒸发器的水蒸气；另一路6-8是溶液在高压吸收器中的吸收过程，吸收低压发生器来的水蒸气，成为浓度为ε8的稀溶液。由高压发生器来的水蒸汽进入冷凝器经冷却水换热降温，冷凝为液态水，经过节流元件进入蒸发器蒸发，实现制冷，得到的水蒸气被低压吸收器中溶液吸收，如此不断循环。

图1 新型循环的原理方框图

图2 新型循环的焓浓图

2 循环过程相关参数的变化分析

该循环过程相关参数计算状态设定为：热水进口温度90℃，出口温度为65℃，冷媒水进口温度15℃，出口温度为10℃，冷却水进口温度32℃，出口温度为38℃，高压发生器的压力Ph与冷凝温度有关，也等于冷凝器的压力，取6.27KPa，低压吸收器的压力Pl等于蒸发器的蒸发压力，与蒸发温度有关，取1.057KPa。中间压力变化范围Pm为1.2KPa～3.0KPa。

2.1 改变中间压力对循环系统热力系数COP的影响

保持蒸发压力和冷凝压力不变，改变低压发生器的压力，即中间压力，使其由1.2KPa变化到3.0KPa时，该循环系统的热力系数COP的变化情况。由图3可以看出，新型循环系统的COP值随着中间压力的增大会逐渐增大，但不会无限增大，中间压力增加使高压循环部分减小，热源可利用温差减小，到一定值后系统循环将无法继续。

图3 COP随中间压力变化曲线

2.2 改变中间压力对热源可利用温差的影响

溴化锂吸收式制冷循环的热源可利用温差定义为发生器中溴化锂溶液的最高温度与最低温度之差［4］，保持蒸发压力和冷凝压力不变，改变低压发生器的压力，当中间压力由1.2KPa变化到3.0KPa时，该循环系统的热源可利用温差的变化情况。由图4可知，随着中间压力的上升，新型太阳能吸收式制冷循环系统对热源的可利用温差是逐渐下降的。受冷媒水温度的限制中间压力不能过低至少应达到1.07KPa（8mmHg）以上。

图4 热源可利用温差随中间压力变化曲线

2.3 改变中间浓度对热源可利用温差和COP的影响

溴化锂溶液浓度ε2分别为53%、54%、55%、56%时，保持高压发生器的放气范围不变，ε2的变化会使ε5相应改变，在中间压力为1.87KPa时，随着中间浓度的变化热源可利用温差的变化状况如图5所示，由图可见热源可利用温差随着中间浓度的增大而略有增大，ε2由53%变化到55%时热源可利用温差近似不变，达到55%后随着中间浓度的增加热源可利用温差的变化呈增加趋势，同时COP不断增大，如图6，但受热源进口温度的限制，ε2不应超过56%，中间压力在1.07KPa（8mmHg）和2.13KPa（16mmHg）之间取值热源可利用温差在23℃-35℃之间变化。

图5 ε2变化时可利用温差变化曲线

图6 ε2变化时COP变化曲线

3 小结

该循环的分析计算是在制冷过程无冷损和热损等理想情况下进行的，在密闭的容器中溶液的浓度、温度和压力三者之间是相互影响相互制约的。溴化锂溶液浓度越高则发生温度越高。对浓度相同的溶液，压力越高则对应的溶液温度就越高［4］。发生温度直接影响着驱动热源可利用温差的大小，因此要提高吸收式制冷机的效率增大可利用温差必须尽量的减小发生器中的发生压力，减小发生器中的溴化锂溶液的浓度。新型循环经理论上分析计算中间压力在 1.6KPa（12mmHg）和2.2KPa（16.5mmHg）之间取值热源可利用温差在21℃-27℃之间变化，COP在0.44-0.57之间，系统性能较好。

［1］宛超，刘益才，等.太阳能吸收式制冷系统概述［J］.真空与低温，2009，（15）：137-141.

［2］王永刚，钟水库.太阳能溴化锂吸收式制冷技术的研究进展［J］.能源研究与信息，2009，（25）：160-165.

［3］谭军毅，余国保，等.国内外太阳能空调研究现状及展望［J］.制冷与空调，2013，（27）：393-399.

［4］万忠民，舒水明，等.太阳能混合吸收式制冷空调系统的性能研究［J］.华中科技大学学报（自然科学版），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

陈 侃

TK512

A

1672-2868（2015）03-0040-04

2014-09-09

安徽省教育厅科学研究项目（项目编号：KJ2013B158）

刘丽（1962-），女，山东平度人。巢湖学院电子工程与电气自动化学院，副教授。研究方向：电子技术。