以空气为携热介质的开式太阳能吸收式制冷循环研究与分析

    1引言

    当前对太阳能空调系统的研究和开发正方兴未艾,其原因是,一方面夏季空调系统电能消耗已占总电能消耗相当大的比重,采用太阳能空调系统对节能和环保都具有十分重要的意义;另一方面夏天强烈的太阳辐射恰好与迫切的制冷需求一致,利用太阳能来驱动空调系统可充分利用自然条件这一特点[1]。

    目前正在研究开发的吸收式太阳能空调系统的工作循环形式有两种:闭式循环和开式循环,两种循环各有其特点。从查阅的各种文献资料中发现,国内所研究、开发的吸收式太阳能空调系统大都采用常规的闭式循环[1~4]。闭式循环的优点是技术比较成熟,已大量应用在吸收式中央空调系统中。缺点是当冷却水温度较高时要求有较高的加热温度,这会使太阳能集热器的造价急剧升高。而采用常规的太阳能集热器难以驱动单级循环吸收式制冷机,需要采用两级循环,会使制冷循环复杂,循环COP值降低,制冷系统造价升高[4]。这些也许是目前太阳能空调系统难以推广使用的原因之一。开式循环是在制冷循环中省却了冷凝器,制冷剂(水)直接进入蒸发器内蒸发产生冷量,水蒸气被工作溶液吸收后进入发生器内被加热分离,分离出的水蒸气直接排向环境[5,6]。由于水的价格便宜,来源丰富,又不影响环境,所以用水作为制冷剂的制冷系统允许采用开式系统。且水的汽化潜热较大,对于一般的太阳能空调系统,开式系统的耗水量非常有限。开式系统的最大好处是整个太阳能空调系统(包括太阳能集热器和制冷装置)的总造价比闭式系统低很多。主要缺点是技术尚未完全成熟,要使其得到推广使用还需要做深入的研究和开发工作。

    本文提出一种新的太阳能开式吸收式制冷循环系统,利用造价较低的太阳能空气集热器来加热空气,以空气作为携热介质加热工作溶液并作为携带水蒸气的介质。采用这种方式可以部分解决开式吸收式制冷循环的某些缺点。

    2开式制冷循环和系统描述

    本文提出的以空气为携热介质的开式太阳能吸收式制冷循环方式,是利用太阳能加热空气,并以热空气代替传统闭式循环中的加热蒸汽或热水,通过溶液与空气之间的热、质交换完成溶液的再生过程。这样就避免了产生高温热水所需加压流体对太阳能集热板的压力,或溶液对太阳能集热板的腐蚀,从而降低了对太阳能集热板结构和材料的要求,使得集热板和制冷系统的造价大大降低,为太阳能空调系统的普及和应用奠定了基础。该系统如图1所示。

    图1中,经除尘处理后的环境空气(a1)进入太阳能集热板,利用太阳能加热使其升高到一定温度后(a2),流经空气P溶液热交换器与稀溶液进行热量交换,温度有所降低。然后空气(a3)进入开式发生器内与进入喷淋发生器的稀溶液进行热、质交换,使溶液中的水分进入空气中,溶液中的溴化锂浓度提高完成再生过程。从发生器出来的湿空气(a4)排入环境。空气在循环中的焓P湿变化过程如图2所示。