混合吸收式制冷循环的火用分析

    1 前言

    在对吸收式制冷系统进行分析时,通常从热力学第一定律出发,得出热效率和各种过程效率、装置效率、热回收效率、制冷效率等,这种分析方法是基于能量的/量0上衡算,只适用于定质量系统,其对比的相对基准是卡诺理论热效率。但是由于在具体的实际过程中,各个过程几乎都是不可逆过程,与卡诺循环在实践中的意义不大,而热力学第二定律为基础的效率则是基于能量的“量”和“质”的综合,效率法是针对不可逆性所带来的能量损耗而提出的,它是对热效率法的改进,但又有实质性的不同。效率是以第二定律为主要内容,但同时又兼顾热力学第一定律,是两个定律的结合。文献[1]提出的混合吸收式制冷系统,简单说即工作于高温温度、制冷空间温度和环境温度间的制冷系统,分析制冷机性能时,仅分析制冷系数是不够的,还必须进一步的运用分析法,分析系统的效率以及各个部件的损,能够准确地揭示吸收式制冷系统及其设备热力过程的完善程度[2],找到影响系统性能的薄弱环节,为系统的改进及优化指明了方向[3]。

    2 混合吸收式循环的分析

    设其温度从T1变到T2,由热力学第一、第二定律可以得到,此时的热量为:

    对于恒温过程,热量为:

    图1所示为新型太阳能混合吸收式制冷循环的分析流程图,AHG为附加高压发生器,HG为高压发生器,HA为高压吸收器,LG为高压吸收器,LA为低压吸收器,E为蒸发器,C为冷凝器,HE1为溶液热交换器Ⅰ,HE2为溶液热交换器Ⅱ。为了分析结果简便,提出如下假设:

    (1)从发生器出来的浓溶液是饱和的;

    (2)从吸收器出来的稀溶液是饱和的;

    (3)从冷凝器和蒸发器出来的冷剂水和冷剂气体是饱和的;

    (4)忽略热损失及阻力损失。

    图中所示的混合吸收式制冷循环中,损失的种类很多;除系统内的冷凝器和吸收器中由冷却水带走的未被利用的能量作为系统的外部损失外,系统内各设备在能量交换过程中还存在着温差传热、节流过程和混合过程等不可逆过程所产生的损失,这些都属于设备内部损失[55]。了解在制冷过程中,系统内各设备损失的大小及该设备损失占系统总损失的比率,就有助于分析寻找制冷系统能量转换过程最薄弱的环节,以便在吸收式制冷系统的优化设计中对该环节引起充分重视。

    混合吸收式循环系统中各设备的损失。符号说明,公式中e为物流,ΔE为损,D表示水流量,g为LiBr溶液的流量,s表示熵,T表示温度,其下标表示如图1所示的各状态点。Tu为环境温度,Eo为收益(冷量),Qcl,Qcl分别为高、低压吸收器的冷凝热量,QE为制冷量,Qg1,Qg2,Qg3分别为附加高压发生器,高压发生器和低压发生器的发生热量。