喷射热泵与吸收式制冷复合循环初探

    1 前言

    随着人们对环境保护意识的增强,全球气候变暖和臭氧层破坏越来越受到重视。溴化锂吸收式制冷对于能源综合利用,保护大气环境都有极其重要的意义。但目前的溴化锂吸收式制冷循环并不尽人意。主要因单效的COP太低,双效吸收式制冷机尽管比单效有高得多的效率,但它的初投资高出单效的约115倍,在高温高压下易结晶,使循环受到一定的影响。本文介绍的这种循环既有双效的高效率,又保持了单效初投资少的优点。它与双效制冷机相比高温下不易结晶,循环更可靠,对环境的热损失更少[1~7]。

    2 循环及热效率分析

    2.1 循环描述

    喷射式热泵与吸收式制冷复合制冷循环流程如图1所示。其流程与传统单效吸收式相似。从吸收器出来的溴化锂稀溶液首先由溶液泵经过热交换器送入发生器。在发生器中受到蒸汽的加热,直至沸腾,溶液中部分水分开始蒸发。溶液在蒸发过程中温度不断上升,浓度不断增大。蒸发出的水蒸气一部分进入冷凝器,另一部分成为喷射器的被引射蒸汽。进入冷凝器的冷剂水蒸气被冷却水冷凝成冷剂水。进入喷射器的被引射蒸汽在喷射器中被来自蒸汽发生器的工作蒸汽增压、增温后一同进入发生器,在发生器放热后冷凝成水,一部分进入冷凝器用作冷剂水,另一部分经给水泵进入蒸汽发生器。冷凝器中的冷剂水经节流阀进入蒸发器,吸收冷媒水的热量后蒸发成蒸汽,进入吸收器被溶液吸收。发生器中的浓溶液经热交换器进入吸收器吸收蒸发器出来的水蒸气后变成稀溶液。

    喷射式热泵与吸收式制冷复合理论循环中水和水蒸气循环的温)熵图如图2所示。高压工作蒸汽1等熵膨胀至1a,与8(8状态的蒸汽为发生压力Pg下的过热蒸汽)处的被引射蒸汽混合至1b,混合后的蒸汽经扩压室压缩至2(状态1a、1b为喷射器内部过程),进入发生器冷凝至3,发生器的水一部分经给水泵到蒸汽发生器加热到1,另一部分进入冷凝器。1→1a→1b→2→3→1表示工作蒸汽的循环过程。8→1b→2→3→4→5→8代表被引射蒸汽在复合制冷循环中的工作过程。蒸发器出口5状态的冷剂蒸汽被吸收器吸收后,进入发生器产生8状态的水蒸气。图2中5至8的状态过程是在吸收器与发生器中进行的。

    图3为喷射热泵与溴化锂吸收制冷复合循环的溶液循环h—ξ图。6→7→7´→9→10→6完成了溴化锂溶液的循环:溴化锂溶液在发生器中浓缩,而在吸收器中稀释。7´→9溶液浓缩过程蒸发出的蒸汽8一部分经冷凝器被冷凝至4,然后节流至蒸发器;另一部分蒸汽8被引入喷射器,同工作蒸汽1在喷射器内混合至2,混合蒸汽流经发生器放热后,冷凝至3(该状态的冷凝水由两部分组成),被引射的部分节流进入冷凝器;工作蒸汽部分经给水泵送回蒸汽发生器。4→5过程产生冷量,冷剂蒸汽5进入吸收器被溴化锂溶液吸收。在本文的循环中一部分冷剂蒸汽被喷射器增温增压后,进入发生器释放热量再节流进入冷凝器。这一部分蒸汽的效果与传统的双效吸收循环高压发生器中的冷剂蒸汽作用相类似,本该在冷凝器中冷凝的这部分冷剂水蒸汽在发生器中放热得到冷凝,这样就减少了冷凝器中冷却水的流量,减少了冷凝器的热负荷,降低了对环境的热损失,增加了发生器的供热量,也就减少了工作蒸汽量,增加了出气量。