两级复合吸收式制冷循环研究

    1 引言

    目前最常用的是水P溴化锂和氨P水吸收式制冷系统,前者虽然可以获得较高的COP值,但是蒸发温度受到制冷剂的限制,不能低于5℃。一般仅用于中央空调和部分工艺制冷场合;后者虽然制冷温度范围较大,除可以用于空调外,还可以用于0℃以下的制冷场合,但循环COP值较低。采用两级复合吸收式制冷循环可充分发挥这两种吸收式制冷的优点[1、2]。

    通过对两级复合吸收式制冷循环的研究,可以分析该循环的运行参数和COP值在某些设计参数改变时所发生的变化来说明该循环的特点、使用范围、COP值的变化规律等关键问题,并对此循环的应用前景加以评述。

    2 两级复合吸收式制冷循环

    两级复合吸收式制冷循环是由水P溴化锂吸收式制冷循环和氨P水吸收式制冷循环复合而成。图1是在P-t图上表述的两级复合吸收式制冷循环。高温热源加入到高温级(Ò级)循环(以水P溴化锂为工质)的发生器内(11y12),产生水蒸气,并利用该级循环的冷凝热和吸收热作为低温级(Ñ级)循环(以氨P水为工质)发生器(1y2)的发生热。Ò级循环蒸发器所吸收的热量是Ñ级循环冷凝器所放出的部分热量。显然,Ò级循环实际上是一个Ñ类热泵,它利用高温热源的热量来提取来自Ñ级循环的部分冷凝热,从而获得比加入Ò级循环高温热量更多的中温热量加入到Ñ级循环的发生器中。

    在两级复合吸收式制冷循环中,由于Ñ级循环的加热量Qg1来自Ò级循环的冷凝热和吸收热,所以当Ñ级循环每产生1kg制冷剂(NH3)时,Ò级循环产生的制冷剂(H2O)的量(kg)应是:

    式中 qg1—Ⅰ级循环制取1kg制冷剂(NH3)所需消耗的热量

    计算发现,Ⅱ级循环的蒸发器无法完全回收Ñ级循环冷凝器向外排出的热量。因此,除了Ñ级循环的吸收器需向外排热以外,Ñ级循环的冷凝器也需要向外排出部分热量。

    Ⅱ级循环的发生热:

    Qg2=mh2qg2(2)

    式中 qg2—Ⅱ级循环制取1kg制冷剂(H2O)所需消耗的热量

    两级复合吸收式制冷循环的COP值为:

    COP=qe1PQg2(3)

    3 热力计算方法

    由于循环中的蒸发器、吸收器、发生器、冷凝器等换热设备的热量变化都可由循环工质的焓值变化求得,因此在计算循环性能系数之前,应首先确定各循环状态点。

    3.1 循环状态点的确定

    根据已知的设计条件(制冷剂蒸发温度te和冷却水入口温度tw,i)并设定传热温差后,可直接确定Ⅰ级循环蒸发器出口状态(5),吸收器出口状态(4),冷凝器出口状态(6)和Ò级循环蒸发器出口状态(9)。给定Ⅰ级循环放气范围($N1),可确定Ⅰ级发生器发生开始和终了的溶液状态(1,2)。再给定Ⅰ级溶液热交换器的冷端温差,从而确定Ⅰ级溶液热交换器出口稀溶液状态(3)。根据级溶液热交换器的热平衡计算,得出Ⅰ级溶液热交换器出口浓溶液状态(1a),这样就确定了Ⅰ级循环的各个状态点。