吸收循环冷水大温差系统理论效率分析

    0 引言

    近年来,随着吸收循环技术应用领域的迅速扩展以及产品竞争的日趋激烈,吸收循环制冷设备采用大温差系统的越来越多。已有学者对冷水大温差系统的能耗、经济性、运行特性及工程设计等方面进行了探讨[14]。本文试图从热力学循环效率角度探讨吸收循环冷水大温差系统的节能途径,并对实际工程设计提供参考意见。

    1 吸收式制冷机效率理论推导

    从热力学角度分析吸收式制冷机是基于热机和热泵的联合循环原理工作的,高品位的热能通过热机循环向环境排放的同时对外有功的输出,这部分功被注入热泵循环,用于从目标系统提取部分热量,同时维持目标系统温度低于环境温度,达到制冷的目的。吸收式制冷机只是将热量传递过程产生的功以化学能的形式储存于循环工质对中,并以工质对为载体,通过溶液吸收/解吸作用以及制冷剂的发生/凝结作用,使能量在循环中传递和转化。因此,本文采用等效的热机驱动热泵的联合可逆卡诺循环,对吸收式制冷机进行热力学分析。以单效吸收式制冷机为例,分别就实现冷水大温差的3个循环方案讨论如下。

    1.1 方案1(简单吸收循环)

    利用简单吸收循环,通过降低蒸发温度以降低供水温度或提高制冷机回水温度,可以实现冷水大温差运行。实际循环示意图及其联合卡诺循环模型如图1所示。根据理想卡诺热机循环及逆卡诺热泵循环原理,通过

WA= W1+ W2(1)

    式中 W为工质循环内部流动的功,下角标与图中各点相对应,可以导出

    式中 TG,TC,TA,TE分别为吸收式制冷机中发生器、冷凝器、吸收器和蒸发器的温度;QC,QE,QG分别为冷凝器、蒸发器和发生器的传热量。

    则

    式中 COP1为方案1吸收循环的性能系数。

    1.2 方案2(双蒸发器循环)

    冷水大温差系统中冷水温差的增大使系统在不同蒸发温度上实现分级制冷,存在减小由于冷水与制冷剂工质温差较大造成的不可逆损失的可行性;同时由式(3)可看出,降低蒸发温度会导致COP的下降,蒸发温度升高,则会改善系统的COP,由此在方案2中增加1个高温蒸发器。具体做法是将冷凝器出来的冷凝水分流为两股,分别进入高温蒸发器和低温蒸发器,低温蒸发器压力与方案1中的蒸发器相同,高温蒸发器压力稍高,冷水先后流经高温蒸发器和低温蒸发器。定义

    式中 WB为高温蒸发器温度与吸收器温度下虚拟卡诺循环做功。

    采用与方案1类似的处理方法,导出