1、小型太陽能氣泡泵吸收式制冷機研究小型太陽能氣泡泵吸收式制冷機研究摘要： 本文確定了設計計算參數下小型太陽能氣泡泵吸收式制冷機制冷循環(huán)中各狀態(tài)點參數，進行了發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、溶液熱交換器的熱負荷計算和加熱熱水、冷水、冷卻水、稀溶液等循環(huán)介質的流量計算。進行了發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、溶液熱交換器等換熱設備所需的傳熱面積計算。根據求得的傳熱面積確定了各換熱設備的傳熱管數，計算了熱水進出口配管、冷卻水進口配管、冷媒水進口配管的內徑尺寸，為開發(fā)小型吸收式制冷機提供了一定的理論和實踐基礎。關鍵詞： 太陽能 氣泡泵 吸收式制冷機 傳熱計算1 1 簡介簡介太陽能吸收式空調在我國目前應用很

2、廣泛。它將常規(guī)的溴化鋰或氨水吸收式空調與太陽能熱水相結合，實現夏季空調、冬季供熱或全年供熱水功能。雖然吸收式空調采用溴化鋰制冷機方案技術已相對成熟，但系統(tǒng)成本若不能大幅度降低，推廣前景并不樂觀。日本矢崎株式會社已商品化生產小型無泵循環(huán)溴化鋰制冷機，有制冷量 4000W 到 174000W 系列產品。我國尚未實現小功率溴化鋰制冷機生產，現有的廠家生產成本過高，功率偏大，同時輔助熱源又不可缺少，管理難度大。因此，開發(fā)生產低成本的系列制冷機，如無泵溴化鋰制冷機、小型氨水制冷機及其循環(huán)泵等，并實現其商品化生產已成為當務之急。圖 1 是小型太陽能吸收式制冷機組成的太陽能空調和供熱系統(tǒng)的原理圖。本系統(tǒng)主要

3、有太陽能集熱器、蓄熱槽、輔助熱源、熱水型吸收式制冷機、冷卻塔、空調器和控制系統(tǒng)等組成。圖 1 小型太陽能空調、供熱系統(tǒng)太陽能吸收式制冷機的加熱熱源是 7595的熱水。熱水在發(fā)生器管中作強制對流換熱，加熱溶液產生蒸汽，一般設計成單效。該機無溶液泵與冷劑泵，溶液的循環(huán)靠氣泡泵來實現。2 2 熱力計算熱力計算設計計算參數：吸收式制冷機額定制冷量為 2.0；經蒸發(fā)器的冷凍水進口溫度 12.015.0、出口溫度 9.011.0；經吸收器或冷凝器的冷卻水進口溫度 30.032.0，出口溫度 34.038.0；加熱熱水溫度 75.090.0。2.12.1 設計工況計算設計工況計算取冷凍水進口溫度14，冷凍水

4、出口溫度9；冷卻水進口溫度29.5，冷卻水出口溫度34.5；加熱熱水進口溫度，加熱熱水出口溫度。2.22.2 選定設計參數選定設計參數圖 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，查溴化鋰溶液的結晶曲線，其結晶溫度約為 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)點參數值各狀態(tài)點參數值根據上述所選取的參數，可確定制冷循環(huán)中各狀態(tài)點的比焓值以及溫度、壓力和質量分數。循環(huán)中各狀態(tài)點號見圖 2。各狀點參數值見表 1。2.42.4 各換熱設備的熱負荷計算各換熱設備的熱負荷計算各換熱設備的熱負荷計算見表 2。由蒸發(fā)器的單位熱負荷，可求得冷劑水的循環(huán)量：kg/h熱平衡計算得：5471.83kJ/kg，5471.87kJ/kg 相差很小，熱平衡。熱力系數計算：表 1 各狀態(tài)點參數表序號名 稱狀態(tài)點比焓值（kJ/kg）溫度（）壓力（Pa）質量分數（）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 各換熱設備的熱負荷計算表設備名稱單位熱負荷計算公式單位熱負荷（kJ/kg）熱負荷計算公式熱負荷值（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 各工作介質的流量計算各工作介質的流量計算2.5.1 加熱熱水流量加熱水的溫度從 86降到 80，則產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 傳熱面積計算傳熱面積計算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，其余換熱設備均采用紫銅管。對于發(fā)生器采用整體軋制低翅片管，其傳熱系數可以達到 130

8、01600，這里取為 1300。由于冷凝器的傳熱系數比較高，在機組中占的空間也較小，相對而言強化傳熱的要求就不迫切。采用光管時的傳熱系數就可達 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，傳熱系數的值一般在 22002500之間，這里取=2300。對于吸收器采用目前國內使用較多的 F 管，也稱為斜槽管，在合適的運行條件及造作參數下，F 管的傳熱系數可達 1500，但是 F 管易出現冷量衰減的情況。這里取1200。對于溶液熱交換器，設計流速為0.40.5m/s 時，傳熱系數可達 450580，這里取580。3.2

9、3.2 傳熱系數校核傳熱系數校核傳熱系數可用下式校核：式中：以原管外表面積為基準的傳熱系數，；、管內、外表面換熱系數，；、管內、外表面單位面積上的污垢熱阻，；、圓內、管外徑，m；圓管材料的熱導系數，。計算傳熱系數的關鍵在于如何求得圓管內、外兩側的表面換熱系數。對于發(fā)生器，以熱水為熱源，可按下式計算管內對流表面?zhèn)鳠嵯禂担菏街校簜鳠峁軆葻崴牧魉?，；熱水在進出口平均溫度下的導熱系數，；熱水在進出口平均溫度下的運動粘性系數，；熱水在進出口平均溫度下的普朗特數。發(fā)生器中溴化鋰溶液在管外沸騰，對于噴淋式發(fā)生器，可用下式估算：式中是噴淋密度，試驗范圍為 0.0220.035。文中，設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 傳熱面積計算傳熱面積計算各設備傳熱面積計算見表 3。表 3 制冷機各設備所需的傳熱面積設備名稱傳熱系數(W/m2K)計 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 結構計算結構計算設計太陽能吸收式制冷機，還要進行結構計算。結構計算的內容包括：各換熱設備的結構尺寸，配管大小，傳熱

11、管的數量，工作介質在系統(tǒng)中的流速，阻力損失，主要零部件強度剛度和溫差熱力計算以及溴化鋰溶液需要量的估算等。4.14.1 各換熱設備傳熱管數各換熱設備傳熱管數 n n 的計算的計算根據求得的傳熱面積用下式確定傳熱管數：式中：換熱設備所需總管子數；換熱設備傳熱面積；傳熱管的有效長度(m)；傳熱管外徑（m）。各換熱設備傳熱管數計算結果見表 4。表 4 各換熱設備傳熱管數計算設備傳熱管外徑（m）傳熱管有效長度（m）所需總管子根數冷凝器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 配管尺寸計算配管尺寸

12、計算配管尺寸由下式計算：式中：配管內徑（m）；配管中介質流速。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.則熱水進出口配管內徑為 0.012m。取冷卻水進口配管流速 1.5m/s。計算得配管內徑為 0.013m。取冷媒水進口配管流速 1m/s。計算得冷媒水進口配管內徑為 0.011m。5 5 總結總結溴化鋰吸收式制冷機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。在設計時，應酌情考慮提高冷媒水出口溫度，降低冷去水進出口溫度。優(yōu)化設計及變工況條件下最佳運行參數的調整越來