弦月形通道在太阳能空调系统中的强化传热研究

    1 引言

    随着人们对工作与生活环境舒适性要求的不断提高,家用户式小型空调的需求量在不断扩大。然而,空调机的大量电能消耗、日益严重的室外噪音污染以及R12、R502等氟里昂制冷剂泄漏造成的臭氧层破坏,都迫使人类寻求新的/绿色制冷0方式,以适应可持续发展的需要。

    太阳能是一种清洁无污染能源,而且夏季强烈的太阳辐射恰好与迫切的制冷需求相匹配,用太阳能制冷,进行空气调节,最能发挥自然资源的优势。以太阳能替代常规能源,以太阳能热水驱动的小型吸收式太阳能空调系统,不仅可以节约大量的电力资源,而且以Li-Br吸收式制冷系统代替氟里昂制系统,具有节能和环保的双重意义。此外,该种制冷方式无机械运动部件,无噪声污染。

    目前,我国太阳能热水器已经实用地走进了千家万户,而太阳能空调由于集热器产生的驱动热水温度的限制,以及其他方面技术上原因,始终停留在实验阶段。无泵溴化锂吸收式制冷机在前苏联、美国、日本均有研究,80年代中期在日本就出现了用太阳能热水为驱动热源的无泵溴化锂吸收式制冷机,其制冷量为7kW,但要求的热源温度均在90℃左右,效率也较低,这对太阳能集热器提出了较高的要求,因为在高温下运行的太阳能集热器的效率很低,而且一天中只有在太阳辐射很强的时候才能达到温度要求。采用固体吸附甲醇的方法,利用太阳能制冷,通常热水温度要求在100~120℃之间,一般不适合太阳能的利用。

    在现有太阳能加热水温度范围内,如何实现溴化锂水溶液的沸腾与提升,成为当前研究的重点。采用弦月形加热通道强化传热的方法,有效降低了溶液沸腾换热的过热度,实现了较低加热水温度下(70~80℃)溴化锂水溶液的沸腾与提升,比现行发生器所需热源加热水温度降低10~15℃。

    2 无泵溴化锂太阳能吸收式空调系统

    小型无泵溴化锂太阳能吸收式空调系统是利用太阳能集热器产生的热水从内外管同时加热弦月形通道内的溴化锂稀溶液,使Li-Br溶液在通道内受热沸腾,靠热虹吸管进行提升,成为系统正常循环的动力,其原理图如图1所示。

    Li-Br稀溶液在溶液提升管4内受热沸腾,利用热虹吸现象将水蒸气与浓溶液的混合物提升至汽液分离器5中,分离出来的高压过热水蒸气进入冷凝器6冷却成冷剂水,再经U形管7节流降压后进入蒸发器8,在蒸发器中低压冷剂水蒸发吸热,与管内的冷媒水进行热交换,成为低压蒸汽;从分离器中分离出来的高温浓溶液积存在汽液分离器5的底部,靠高度差,借助重力流入溶液回热器10中,将吸收器中流向溶液提升管的稀溶液加热,自身温度降低后进入吸收器9,通过喷淋吸收来自蒸发器8的低压冷剂水蒸汽,完成一个循环。由于吸收器中的压力低于溶液提升管内的压力,因而吸收器要有一定的高度,以保证稀溶液的顺利回流。