太陽(yáng)能熱管吸收式空調(diào)制冷系統(tǒng)構(gòu)造及分析

1、第6卷第2期文章編號(hào)1007-7405(2001)02-0153-05太陽(yáng)能熱管吸收式空調(diào)制冷系統(tǒng)構(gòu)造及分析楊愛(ài)民(集美大學(xué)輪機(jī)工程學(xué)院,福建廈門(mén)361021)摘要分析了太陽(yáng)能熱管式集熱管的工作特性,吸收式制冷系統(tǒng)的工作特性,設(shè)想以熱管式真空管為集熱管,以溴化鋰2水為工質(zhì)對(duì)的吸收式制冷裝置,構(gòu)成太陽(yáng)能空調(diào)制冷系統(tǒng),并進(jìn)一步探討這一系統(tǒng)在工作時(shí)的性能和特點(diǎn).以節(jié)能、安全性為出發(fā)點(diǎn),分析了建造太陽(yáng)能熱管吸收式空調(diào)制冷系統(tǒng)的可行性和實(shí)用性.關(guān)鍵詞熱管;吸收式制冷;太陽(yáng)能集熱器;中圖分類號(hào)TB61+6A0引言,促使人們不斷深入地對(duì)它進(jìn)行研究.隨著太陽(yáng)能集熱器和制冷系統(tǒng)的材料、工質(zhì)、工藝制造、設(shè)計(jì)等應(yīng)用

2、技術(shù)的不斷改進(jìn),太陽(yáng)能空調(diào)制冷裝置的應(yīng)用將得到廣泛的運(yùn)用.以熱管為太陽(yáng)能集熱管,溴化鋰2水為工質(zhì)對(duì)的吸收式制冷空調(diào)系統(tǒng),不管是作為制冷量大的大型空調(diào),還是作為家用空調(diào)都有著現(xiàn)實(shí)意義和發(fā)展前途,特別是目前人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高,對(duì)環(huán)境的要求越來(lái)越高,無(wú)污染、低能耗、利用太陽(yáng)能作為動(dòng)力的空調(diào)將會(huì)受到人們的青睞.收稿日期2000-12-11作者簡(jiǎn)介楊愛(ài)民(1957-),男,講師,從事船舶機(jī)電研究.154集美大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第6卷1熱管熱管式集熱管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示.當(dāng)陽(yáng)光射在真空管內(nèi)的吸熱片上,熱管內(nèi)的工質(zhì)受熱沸騰汽化,蒸汽不斷沖向頂部的冷凝端,在冷凝端冷凝變成液體,冷凝的工質(zhì)沿管壁流回?zé)峁艿?/p>

3、蒸發(fā)段,完成一個(gè)循環(huán).這種在一端吸熱汽化而在另一端凝結(jié)放熱,通過(guò)內(nèi)部相變實(shí)現(xiàn)熱量傳遞的熱管,習(xí)慣稱為重力熱管.熱管的內(nèi)部沒(méi)有吸熱芯,凝結(jié)的液體從凝結(jié)段回流到蒸發(fā)段是依靠凝結(jié)液自身的重力,不需要外部動(dòng)力而自動(dòng)循環(huán),這就是熱管式真空管的集熱過(guò)程.由于熱管是依靠重力使工質(zhì)循環(huán)的,在使用中必須將蒸發(fā)段置于凝結(jié)段的下方.若蒸發(fā)段置于凝結(jié)段的上方,重力對(duì)凝結(jié)液的回流會(huì)起阻礙作用,熱管就不能工作.熱器,它可以將吸收的太陽(yáng)能熱量傳送至水箱,白天吸熱,晚上不放熱.,.2溴化鋰水溶液(LiBr2H2O)吸收式制冷裝置溴化鋰2水溶液吸收制冷的工作原理圖如圖2所示.當(dāng)發(fā)生器中的溶液被工作蒸汽或熱水加熱后,由于水的沸點(diǎn)

4、遠(yuǎn)低于溴化鋰,因此,溶液中的水分就會(huì)不斷地蒸發(fā)出來(lái),成為制冷劑水蒸汽,同時(shí)使發(fā)生器中剩余溶液的濃度增高.制冷劑水蒸汽經(jīng)分離器(圖中未示出)將其夾帶的液滴分離后進(jìn)入冷凝器,被冷卻水冷卻,凝結(jié)成制冷劑水,再經(jīng)膨脹閥節(jié)流降壓,然后進(jìn)入蒸發(fā)器中蒸發(fā)汽化,吸取蒸發(fā)器管中冷媒水的熱量,使冷媒水的溫度降低,產(chǎn)生冷效應(yīng).為使水蒸汽還原成液態(tài),同時(shí)也為了使發(fā)生器中由于析出了水分而濃縮的溶液(濃溶液)能繼續(xù)發(fā)揮作用,就需將發(fā)生器中的濃溶液和蒸發(fā)器中生成的水蒸汽部分送進(jìn)吸收器中,并用冷卻水降低它們的溫度,使得濃溶液具備“吸收”水分的條件.于是,當(dāng)水蒸汽與濃溶液接觸時(shí),水蒸汽便被吸收,同時(shí)使?jié)馊芤鹤兂蔀橄∪芤?然后由

5、溶液泵加壓,再送回發(fā)生器中加熱,從而完成一個(gè)封閉的制冷循環(huán).第2期楊愛(ài)民:太陽(yáng)能熱管吸收式空調(diào)制冷系統(tǒng)構(gòu)造及分析155溴化鋰是一種無(wú)色粒狀的結(jié)晶鹽,性質(zhì)穩(wěn)定,在大氣中不易變質(zhì)不易分解,沸點(diǎn)很高(1265),極易溶于水中,其水溶液具有強(qiáng)烈的吸濕性,而且,在常溫下飽和溴化鋰水溶液的濃度達(dá)60%,濃度越大,溫度越低,吸濕能力越強(qiáng).溴化鋰在空氣中對(duì)鋼鐵有很強(qiáng)的腐蝕作用,但在真空狀態(tài)下加入緩蝕劑,基本上不腐蝕金屬.以溴化鋰2水溶液為工作對(duì)的吸收式制冷系統(tǒng)主要缺點(diǎn)是:熱效率低,冷卻水消耗量大,設(shè)備的密封性要求較高,有一定的腐蝕性.但由于可以直接利用低參數(shù)的熱源作動(dòng)力,是利用太陽(yáng)能低品位熱源的理想的制冷裝置

6、;整個(gè)機(jī)組除功率較小的屏蔽泵外,無(wú)其它運(yùn)動(dòng)部件,運(yùn)轉(zhuǎn)安靜,運(yùn)行時(shí)基本上沒(méi)有噪音和振動(dòng);以溴化鋰2水作為工質(zhì)對(duì),無(wú)毒,無(wú)臭,求;,在20%100%的負(fù);,可在加熱蒸汽的壓力0.20.8MPa(、冷卻水溫度2035、冷媒水出水溫度515的范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn);機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,對(duì)安裝基礎(chǔ)的要求低,無(wú)需特殊的機(jī)座;體積小,用地省,制造管理容易,維護(hù)費(fèi)用亦較低廉;運(yùn)轉(zhuǎn)十分安全.3系統(tǒng)構(gòu)造及工作原理熱管式太陽(yáng)能空調(diào)制冷系統(tǒng)由太陽(yáng)能集熱器、溴化鋰吸收制冷系統(tǒng)、數(shù)臺(tái)循環(huán)泵、蓄熱的水箱、輔助電加熱器、兩個(gè)冷卻器和連接管路等輔助器件以及控制系統(tǒng)組成,如圖3所示.循環(huán)水由循環(huán)泵輸入水箱,熱管吸收太陽(yáng)能在水箱加熱循環(huán)水,水的

7、溫度升高,由另一臺(tái)循環(huán)泵輸送到溴化鋰吸收式制冷裝置的發(fā)生器(見(jiàn)圖2),將熱量釋放給發(fā)生器,水返回水箱.吸收器的冷卻水由循環(huán)水泵輸送到空氣冷卻器循環(huán)冷卻,冷凝器產(chǎn)生的熱量,由另一臺(tái)循環(huán)水泵輸送到另一個(gè)空氣冷卻器(大型的可考慮用冷卻塔).整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)由三個(gè)流通環(huán)路組成,即發(fā)生器流通環(huán)路、制冷水流通環(huán)路和冷卻水流通環(huán)路.各流通環(huán)路流量、溫度都由流量計(jì)與溫度傳感器測(cè)定.輔助電加熱器則是在夜間或集熱器工作不正常時(shí)加熱水以保證制冷效果.156集美大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第6卷4性能分析太陽(yáng)能集熱器是利用太陽(yáng)能制冷的關(guān)鍵部件,它的集熱性能好壞在很大程度上決定了系統(tǒng)制冷過(guò)程總的COP值.但是,實(shí)用性好的太陽(yáng)能集

8、熱器除了要考慮制冷過(guò)程的COP值,還要考慮工作時(shí)的穩(wěn)定性、安全性、維護(hù)管理難度以及使用壽命等因素.目前,家用型太陽(yáng)能集熱器,很大部分采用的是全玻璃真空集熱管的,它的突出特點(diǎn)是四季可用、保溫時(shí)間長(zhǎng)、使用壽命長(zhǎng)、產(chǎn)量大價(jià)格低.但是缺點(diǎn)也很明顯,主要體現(xiàn)在真空集熱管上.由于真空管一端封口,另一端插入水箱內(nèi),形成冷熱水均在管內(nèi)自然循環(huán),循環(huán)阻力相當(dāng)大.同時(shí),每支真空管內(nèi)容熱水大,不能放出加以利用,使得其平均熱效率低.真空管的空曬溫度最高可達(dá)270,如果空曬時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而突然加水,會(huì)由于溫度驟變,將玻璃真空管炸裂.真空管在夏季可將水溫升至90,因此管內(nèi)結(jié)垢嚴(yán)重,對(duì)吸熱和傳熱影響較大.如果把全玻璃真空集熱管用

9、作吸收式空調(diào)制冷裝置的太陽(yáng)能集熱管,熱效率低和生產(chǎn)的熱水溫度低(一般低),將使吸收式空調(diào)制冷系統(tǒng)制冷效果下降甚至不能制冷.于90熱管,雖然存在著價(jià)格相對(duì)較高;冷凝端會(huì)結(jié)垢,;,必須整體更換等缺點(diǎn)3.但是熱管內(nèi)不會(huì)走水,除;熱管內(nèi)的工質(zhì)很少,不易凍裂,1部份(熱管),具有較高的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性.,冷凝器與蒸發(fā)器的性能對(duì)系統(tǒng)的高效運(yùn)行亦非常重要.冷凝器的冷凝方式和結(jié)構(gòu)類型是一個(gè)不容忽視的部分,主要的冷凝方式為冷卻水在冷凝器吸熱,由水泵輸送到外部空氣冷卻器放熱,并往復(fù)循環(huán).對(duì)于冷凝器,可以采用較大口徑的高肋翅片管來(lái)強(qiáng)化冷卻制冷劑氣體,提高冷凝器冷凝效果.對(duì)蒸發(fā)器而言,其設(shè)計(jì)的好壞直接影響制冷效果.必須

10、使蒸發(fā)器具有足夠的換熱面積,保證蒸發(fā)器與冷媒水充分換熱4.太陽(yáng)能熱管吸收式空調(diào)制冷系統(tǒng)是間歇式系統(tǒng),不能夠連續(xù)制冷,不能滿足連續(xù)用能的需求,系統(tǒng)中加入一個(gè)輔助電加熱器以保證夜間也能連續(xù)制冷,不過(guò)也增加能耗,因而系統(tǒng)制冷過(guò)程總的COP值較低.但是,與純粹利用電能為動(dòng)力的壓縮式制冷系統(tǒng)相比,可以非常明顯節(jié)約電耗.太陽(yáng)能是典型的低品位不穩(wěn)定熱源,為保持制冷系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,可以對(duì)吸收式制冷循環(huán)進(jìn)行改進(jìn),采用兩級(jí)或更多級(jí)的吸收制冷循環(huán),使得系統(tǒng)具有較強(qiáng)的變工況適應(yīng)能力,但也使整個(gè)制冷裝置復(fù)雜化了,增加了管理維護(hù)的難度,制造成本也相應(yīng)提高了.制冷系統(tǒng)只是作為空調(diào)來(lái)使用,采用單級(jí)吸收制冷循環(huán)還是較為實(shí)用.

11、吸收式制冷工質(zhì)對(duì)有數(shù)十種之多,工質(zhì)對(duì)的特性從根本上決定著制冷系統(tǒng)的效率和性能,因而選擇適合于空調(diào)制冷系統(tǒng)的工質(zhì)對(duì),是熱管式太陽(yáng)能空調(diào)制冷系統(tǒng)實(shí)用化的關(guān)鍵.以溴化鋰2水為工質(zhì)對(duì)的吸收式制冷系統(tǒng),由于可以直接利用太陽(yáng)能低品位熱源作動(dòng)力而不需使用壓縮機(jī),溴化鋰2水(LiBr2H2O)無(wú)毒害和污染,沒(méi)有爆炸危險(xiǎn),運(yùn)行安全等特點(diǎn),作為熱管式太陽(yáng)能空調(diào)制冷系統(tǒng)的工質(zhì)對(duì)無(wú)疑是可行的,并且性能優(yōu)越5.相對(duì)于使用具有一定毒性的活性碳2甲醇、氯化鈣2氨為工質(zhì)對(duì)的制冷系統(tǒng),在以人為主要服務(wù)對(duì)象、特別強(qiáng)調(diào)安全性的空調(diào)來(lái)說(shuō),作為制冷系統(tǒng)的工質(zhì)對(duì)無(wú)疑是首選之一.第2期楊愛(ài)民:太陽(yáng)能熱管吸收式空調(diào)制冷系統(tǒng)構(gòu)造及分析1575

12、結(jié)論1)熱管式真空管技術(shù)的發(fā)展,為太陽(yáng)能吸收式制冷系統(tǒng)的廣泛利用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).太陽(yáng)能熱管吸收式制冷系統(tǒng)的實(shí)用化在很大程度上取決于太陽(yáng)能集熱器,采用熱管式真空管作為集熱器的具有極大優(yōu)越性.2)空調(diào)制冷系統(tǒng)采用溴化鋰2水為工質(zhì)對(duì),從安全性角度分析,無(wú)疑最佳的.溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)能充分利用低溫?zé)嵩醋鳛閯?dòng)力,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造管理容易,運(yùn)行時(shí)沒(méi)有噪音和振動(dòng),符合人們對(duì)空調(diào)性能的要求.3)熱管式太陽(yáng)能空調(diào)制冷系統(tǒng)是間歇式系統(tǒng),加入一個(gè)輔助電加熱器可以保證夜間也能連續(xù)制冷,構(gòu)造不復(fù)雜,性能可靠.但穩(wěn)定性較差,系統(tǒng)的COP值低.提高系統(tǒng)的COP值,實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)下的連續(xù)循環(huán)是空調(diào)制冷系統(tǒng)獲得廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵.

13、4),其實(shí)用化的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)仍在積極的探索研究中.參1王劍鋒,蔣家明.,1999,21(7):7211.2潘宗羿.:,1997.3施鋒,伊繼東.J.新能源,1998,20(11):5211.4金蘇敏.制冷技術(shù)及其應(yīng)用M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999.5陳光明,陳曙輝.國(guó)外吸收式制冷研究進(jìn)展J.制冷,1998,(4):18224.ConstructandAnalysisontheSolarAirConditioningRefrigerationSystemConstitutionofHeatPipe2GlassandRefrigerant2AbsorbentRefrigerationYANGAi2

14、min(MarineEngineeringInstitute,JimeiUniversity,Xiamen361021,China)Abstract:Thispaperanalysistheperformancecharacteristicsofheatpipe2glasssolarcollectorandrefrigerant2absorbentsystem,thoughttodesignsolarairconditioningrefrigerationsystemthisisweavedbycollectorwithheatpipe2glassandrefrigerant2absorbentsystemwithLiBr2H2Oworkingcouple,f