小型太陽(yáng)能氣泡泵吸收式制冷機(jī)研究

1、小型太陽(yáng)能氣泡泵吸收式制冷機(jī)研究小型太陽(yáng)能氣泡泵吸收式制冷機(jī)研究摘要： 本文確定了設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)下小型太陽(yáng)能氣泡泵吸收式制冷機(jī)制冷循環(huán)中各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)，進(jìn)行了發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、溶液熱交換器的熱負(fù)荷計(jì)算和加熱熱水、冷水、冷卻水、稀溶液等循環(huán)介質(zhì)的流量計(jì)算。進(jìn)行了發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、溶液熱交換器等換熱設(shè)備所需的傳熱面積計(jì)算。根據(jù)求得的傳熱面積確定了各換熱設(shè)備的傳熱管數(shù)，計(jì)算了熱水進(jìn)出口配管、冷卻水進(jìn)口配管、冷媒水進(jìn)口配管的內(nèi)徑尺寸，為開發(fā)小型吸收式制冷機(jī)提供了一定的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞： 太陽(yáng)能 氣泡泵 吸收式制冷機(jī) 傳熱計(jì)算1 1 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介太陽(yáng)能吸收式空調(diào)在我國(guó)目前應(yīng)用很

2、廣泛。它將常規(guī)的溴化鋰或氨水吸收式空調(diào)與太陽(yáng)能熱水相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)夏季空調(diào)、冬季供熱或全年供熱水功能。雖然吸收式空調(diào)采用溴化鋰制冷機(jī)方案技術(shù)已相對(duì)成熟，但系統(tǒng)成本若不能大幅度降低，推廣前景并不樂(lè)觀。日本矢崎株式會(huì)社已商品化生產(chǎn)小型無(wú)泵循環(huán)溴化鋰制冷機(jī)，有制冷量 4000W 到 174000W 系列產(chǎn)品。我國(guó)尚未實(shí)現(xiàn)小功率溴化鋰制冷機(jī)生產(chǎn)，現(xiàn)有的廠家生產(chǎn)成本過(guò)高，功率偏大，同時(shí)輔助熱源又不可缺少，管理難度大。因此，開發(fā)生產(chǎn)低成本的系列制冷機(jī)，如無(wú)泵溴化鋰制冷機(jī)、小型氨水制冷機(jī)及其循環(huán)泵等，并實(shí)現(xiàn)其商品化生產(chǎn)已成為當(dāng)務(wù)之急。圖 1 是小型太陽(yáng)能吸收式制冷機(jī)組成的太陽(yáng)能空調(diào)和供熱系統(tǒng)的原理圖。本系統(tǒng)主要

3、有太陽(yáng)能集熱器、蓄熱槽、輔助熱源、熱水型吸收式制冷機(jī)、冷卻塔、空調(diào)器和控制系統(tǒng)等組成。圖 1 小型太陽(yáng)能空調(diào)、供熱系統(tǒng)太陽(yáng)能吸收式制冷機(jī)的加熱熱源是 7595的熱水。熱水在發(fā)生器管中作強(qiáng)制對(duì)流換熱，加熱溶液產(chǎn)生蒸汽，一般設(shè)計(jì)成單效。該機(jī)無(wú)溶液泵與冷劑泵，溶液的循環(huán)靠氣泡泵來(lái)實(shí)現(xiàn)。2 2 熱力計(jì)算熱力計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)：吸收式制冷機(jī)額定制冷量為 2.0；經(jīng)蒸發(fā)器的冷凍水進(jìn)口溫度 12.015.0、出口溫度 9.011.0；經(jīng)吸收器或冷凝器的冷卻水進(jìn)口溫度 30.032.0，出口溫度 34.038.0；加熱熱水溫度 75.090.0。2.12.1 設(shè)計(jì)工況計(jì)算設(shè)計(jì)工況計(jì)算取冷凍水進(jìn)口溫度14，冷凍水

4、出口溫度9；冷卻水進(jìn)口溫度29.5，冷卻水出口溫度34.5；加熱熱水進(jìn)口溫度，加熱熱水出口溫度。2.22.2 選定設(shè)計(jì)參數(shù)選定設(shè)計(jì)參數(shù)圖 2 單效吸收式制冷循環(huán) h-假定不考慮的影響。 蒸發(fā)溫度7，則蒸發(fā)壓力1001pa； 吸收器壓力，取80pa，則920pa； 冷凝器和吸收器的冷卻水用并流動(dòng)方式，冷凝溫度38.0，冷凝壓力5631pa； 發(fā)生器出口濃溶液溫度82.0； 吸收器出口稀溶液溫度38.0； 根據(jù)壓力，和溫度，在圖上查得：56，60，可得4.0。 溶液熱交換器出口濃溶液溫度，取17，則55。由60，查溴化鋰溶液的結(jié)晶曲線，其結(jié)晶溫度約為 39。55-3916，因此選取17是可行的。由

5、得式中，可得kJ/kg，則62。2.32.3 各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)值各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)值根據(jù)上述所選取的參數(shù)，可確定制冷循環(huán)中各狀態(tài)點(diǎn)的比焓值以及溫度、壓力和質(zhì)量分?jǐn)?shù)。循環(huán)中各狀態(tài)點(diǎn)號(hào)見圖 2。各狀點(diǎn)參數(shù)值見表 1。2.42.4 各換熱設(shè)備的熱負(fù)荷計(jì)算各換熱設(shè)備的熱負(fù)荷計(jì)算各換熱設(shè)備的熱負(fù)荷計(jì)算見表 2。由蒸發(fā)器的單位熱負(fù)荷，可求得冷劑水的循環(huán)量：kg/h熱平衡計(jì)算得：5471.83kJ/kg，5471.87kJ/kg 相差很小，熱平衡。熱力系數(shù)計(jì)算：表 1 各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)表序號(hào)名 稱狀態(tài)點(diǎn)比焓值（kJ/kg）溫度（）壓力（Pa）質(zhì)量分?jǐn)?shù)（）1蒸發(fā)器出口冷劑蒸汽12933.847100102蒸發(fā)器中冷劑水14

6、48.467100103吸收器出口稀溶液2255.5938920564冷凝器出口冷劑水3578.1438563105冷凝器進(jìn)口冷劑蒸汽32990.4079563106發(fā)生器出口濃溶液4326.82825631607發(fā)生器中開始沸騰溶液5317.60725631568吸收器進(jìn)口濃溶液6272.3547920609溶液熱交換器出口稀溶液7293.65625610溶液熱交換器出口濃溶液8282.835560表 2 各換熱設(shè)備的熱負(fù)荷計(jì)算表設(shè)備名稱單位熱負(fù)荷計(jì)算公式單位熱負(fù)荷（kJ/kg）熱負(fù)荷計(jì)算公式熱負(fù)荷值（kw）發(fā)生器3116.132.65冷凝器2412.262.05蒸發(fā)器2355.702.60

7、吸收器3059.612.00溶液熱交換器615.90.522.52.5 各工作介質(zhì)的流量計(jì)算各工作介質(zhì)的流量計(jì)算2.5.1 加熱熱水流量加熱水的溫度從 86降到 80，則產(chǎn)生單位冷劑蒸汽的加熱量為：25.20kJ/kg，考慮 15的熱損失裕量，則加熱熱水量435.4kg/h2.5.2 冷水量0.352.5.3 冷卻水量冷卻水帶走的熱量為：4.05kw冷卻水量為：0.6972.5.4 稀溶液循環(huán)量0.0283 3 傳熱面積計(jì)算傳熱面積計(jì)算3.13.1 k k 值的選取值的選取傳熱管的材料，除發(fā)生器采用不銹鋼管外，其余換熱設(shè)備均采用紫銅管。對(duì)于發(fā)生器采用整體軋制低翅片管，其傳熱系數(shù)可以達(dá)到 130

8、01600，這里取為 1300。由于冷凝器的傳熱系數(shù)比較高，在機(jī)組中占的空間也較小，相對(duì)而言強(qiáng)化傳熱的要求就不迫切。采用光管時(shí)的傳熱系數(shù)就可達(dá) 41005200，本文取為 4500。蒸發(fā)器采用噴淋形式，因此噴淋密度，噴淋方式對(duì)傳熱性能有較大的影響。以銅管為傳熱管的蒸發(fā)器，傳熱系數(shù)的值一般在 22002500之間，這里取=2300。對(duì)于吸收器采用目前國(guó)內(nèi)使用較多的 F 管，也稱為斜槽管，在合適的運(yùn)行條件及造作參數(shù)下，F(xiàn) 管的傳熱系數(shù)可達(dá) 1500，但是 F 管易出現(xiàn)冷量衰減的情況。這里取1200。對(duì)于溶液熱交換器，設(shè)計(jì)流速為0.40.5m/s 時(shí)，傳熱系數(shù)可達(dá) 450580，這里取580。3.2

9、3.2 傳熱系數(shù)校核傳熱系數(shù)校核傳熱系數(shù)可用下式校核：式中：以原管外表面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)，；、管內(nèi)、外表面換熱系數(shù)，；、管內(nèi)、外表面單位面積上的污垢熱阻，；、圓內(nèi)、管外徑，m；圓管材料的熱導(dǎo)系數(shù)，。計(jì)算傳熱系數(shù)的關(guān)鍵在于如何求得圓管內(nèi)、外兩側(cè)的表面換熱系數(shù)。對(duì)于發(fā)生器，以熱水為熱源，可按下式計(jì)算管內(nèi)對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：式中：傳熱管內(nèi)熱水的流速，；熱水在進(jìn)出口平均溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)，；熱水在進(jìn)出口平均溫度下的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，；熱水在進(jìn)出口平均溫度下的普朗特?cái)?shù)。發(fā)生器中溴化鋰溶液在管外沸騰，對(duì)于噴淋式發(fā)生器，可用下式估算：式中是噴淋密度，試驗(yàn)范圍為 0.0220.035。文中，設(shè)2，0.015m，0.

10、016m，0.0001，0.00008，紫銅管550.94，0.676，0.353，2.13，0.028，把上述值代入式（3.2.1）、(3.2.2)、(3.3.3)中可得1305，所選值合適。3.33.3 傳熱面積計(jì)算傳熱面積計(jì)算各設(shè)備傳熱面積計(jì)算見表 3。表 3 制冷機(jī)各設(shè)備所需的傳熱面積設(shè)備名稱傳熱系數(shù)(W/m2K)計(jì) 算 公 式傳熱外表面積（）冷凝器45000.087蒸發(fā)器23000.268發(fā)生器13000.476吸收器12000.237溶液熱交換器5800.0484 4 結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)太陽(yáng)能吸收式制冷機(jī)，還要進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。結(jié)構(gòu)計(jì)算的內(nèi)容包括：各換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸，配管大小，傳熱

11、管的數(shù)量，工作介質(zhì)在系統(tǒng)中的流速，阻力損失，主要零部件強(qiáng)度剛度和溫差熱力計(jì)算以及溴化鋰溶液需要量的估算等。4.14.1 各換熱設(shè)備傳熱管數(shù)各換熱設(shè)備傳熱管數(shù) n n 的計(jì)算的計(jì)算根據(jù)求得的傳熱面積用下式確定傳熱管數(shù)：式中：換熱設(shè)備所需總管子數(shù)；換熱設(shè)備傳熱面積；傳熱管的有效長(zhǎng)度(m)；傳熱管外徑（m）。各換熱設(shè)備傳熱管數(shù)計(jì)算結(jié)果見表 4。表 4 各換熱設(shè)備傳熱管數(shù)計(jì)算設(shè)備傳熱管外徑（m）傳熱管有效長(zhǎng)度（m）所需總管子根數(shù)冷凝器0.0160.434蒸發(fā)器0.0160.4412發(fā)生器0.0160.8012吸收器0.0160.4012溶液熱交換器0.0100.3844.24.2 配管尺寸計(jì)算配管尺寸

12、計(jì)算配管尺寸由下式計(jì)算：式中：配管內(nèi)徑（m）；配管中介質(zhì)流速。水在配管中的流速一般為 1.53.0m/s。由于熱水流量較小，可以取更小值。這里取加熱熱水配管流速 1.0m/s.則熱水進(jìn)出口配管內(nèi)徑為 0.012m。取冷卻水進(jìn)口配管流速 1.5m/s。計(jì)算得配管內(nèi)徑為 0.013m。取冷媒水進(jìn)口配管流速 1m/s。計(jì)算得冷媒水進(jìn)口配管內(nèi)徑為 0.011m。5 5 總結(jié)總結(jié)溴化鋰吸收式制冷機(jī)在不同的熱源溫度下工作。隨著熱水溫度的降低，發(fā)生器溫度和溶液循環(huán)量隨之減少，熱水溫度對(duì)制冷量的影響較大，因此存在最適宜的集熱溫度，目前該溫度一般為 8090。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)酌情考慮提高冷媒水出口溫度，降低冷去水進(jìn)出口溫度。優(yōu)化設(shè)計(jì)及變工況條件下最佳運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整越來(lái)