太陽能噴射式制冷技術(shù)SoutheastUniversity主要內(nèi)容研究背景太陽能噴射式制冷系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理太陽能噴射式制冷的研究進(jìn)展及研究動(dòng)向太陽能噴射式制冷系統(tǒng)性能提高方法太陽能噴射式制冷系統(tǒng)應(yīng)用新型太陽能噴射式制冷技術(shù)展望2023/2/42023/2/41研究背景太陽能是清潔且用之不盡的能源，是解決能源可持續(xù)發(fā)展的重要出路之一。若用于制冷，可降低巨額能耗，且減輕環(huán)境污染。噴射式制冷結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定。隨著太陽能的利用開發(fā)，制冷技術(shù)的發(fā)展，太陽能噴射式制冷有著廣泛的應(yīng)用前景。2系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理2023/2/4太陽能噴射式制冷系統(tǒng)由太陽能集熱器、發(fā)生器、循環(huán)泵、蒸汽噴射器、蒸發(fā)器、冷凝器及膨脹閥組成,分為太陽能集熱系統(tǒng)和噴射制冷循環(huán)系統(tǒng)兩大部分,如圖所示。3研究進(jìn)展及研究動(dòng)向制冷工質(zhì)的研究新型噴射器的研究進(jìn)展太陽能噴射式制冷系統(tǒng)系能影響因素探究2023/2/43.1制冷工質(zhì)的研究一開始大多使用氟里昂制冷劑，如R11、R12等對(duì)環(huán)境有害的制冷劑；隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，R124b、R123、R134a、R245af、水等綠色環(huán)保的制冷劑成為了研究的焦點(diǎn)；利用太陽能驅(qū)動(dòng)噴射制冷系統(tǒng)、發(fā)生溫度為80℃左右時(shí),采用R134a為工質(zhì)可以使系統(tǒng)的COP最高。2023/2/43.2噴射器2023/2/4噴射器的基本結(jié)構(gòu)如圖所示,它主要由噴嘴、混合室和擴(kuò)壓室組成?；旌鲜矣址譃槲胧液秃砉?。壓力較高的工作流體經(jīng)拉伐爾噴嘴加速形成超音速射流,速度升高,壓力降低,進(jìn)入噴射器的混合室,工作流體和引射流體在混合室中不斷進(jìn)行質(zhì)量和能量的傳遞,工作流體的速度不斷減小,引射流體的速度不斷升高,兩者的速度在喉管出口處漸趨一致,在擴(kuò)壓室內(nèi)隨著動(dòng)能逐漸轉(zhuǎn)換為壓力能,流體的壓力不斷升高到一定背壓后排出噴射器。新型噴射器——等馬赫數(shù)梯度設(shè)計(jì)法2023/2/4改進(jìn)噴射器的關(guān)鍵部件—噴嘴、混合室收縮段以及擴(kuò)壓室的設(shè)計(jì),使其母線呈流線型變化,即壁面的變化緊隨流體馬赫數(shù)的變化而變化,使流體能更好地貼附在壁面上,實(shí)現(xiàn)噴射器內(nèi)速度的均勻變化,減少噴嘴出口及混合段內(nèi)渦流損失、壁面摩擦損失等,避免了擴(kuò)壓室內(nèi)速度的突變,消除擴(kuò)壓室內(nèi)激波的產(chǎn)生及由此引起的邊界層分離現(xiàn)象。從而提高了工作流體的抽吸性能及混合流體的速度能向壓力能轉(zhuǎn)化的效率,從而有利于噴射器內(nèi)混合流體的排出,可有效提高噴射器的工作效率。3.3系統(tǒng)性能影響因素

冷凝溫度變化對(duì)噴射器的抽吸率及系統(tǒng)COP值的影響最大,其次是發(fā)生溫度,而蒸發(fā)溫度對(duì)其影響相對(duì)最小。2023/2/44系統(tǒng)性能提高方法設(shè)置增壓器帶回?zé)岬膬杉?jí)噴射系統(tǒng)全天候工作的改進(jìn)

蓄熱水箱蓄冷水箱輔助加熱系統(tǒng)2023/2/44.1增壓器2023/2/4Sokolov等在1990年提出了太陽能增壓噴射式制冷系統(tǒng)。它是在常規(guī)噴射式制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器和噴射器之間加一機(jī)械壓縮裝置,如圖所示，以提高噴射器的引射壓力,進(jìn)而提高整個(gè)系統(tǒng)的性能的制冷循環(huán)系統(tǒng)。它綜合了機(jī)械壓縮式制冷循環(huán)和蒸汽噴射式制冷循環(huán)的優(yōu)點(diǎn),既能利用低焙熱源,又具有較高的熱經(jīng)濟(jì)性。4.2帶回?zé)岬膬杉?jí)噴射系統(tǒng)加入回?zé)崞?使得能量的利用率達(dá)到最大,在平均放熱溫度不變的情況下,增加了工質(zhì)的平均吸熱溫度,所以系統(tǒng)的效率將會(huì)提升;采用兩個(gè)噴射器串聯(lián)的形式來代替單級(jí)的噴射器,提高噴射系數(shù),使得整個(gè)系統(tǒng)的性能提高。2023/2/42023/2/4如圖所示，8—9和8—11是工作蒸氣在噴嘴中的膨脹過程,9—2、1—2、11—12和10~M2是噴射器1和噴射器2兩部分蒸氣的混合過程,2—10和12—13是在擴(kuò)壓管中的升壓過程,13—14是在回?zé)崞髦械睦鋮s過程,15—4是在冷凝器中的冷卻過程。此后制冷劑液體分成兩部份,一部經(jīng)節(jié)流閥降溫降壓進(jìn)入蒸發(fā)器中制冷,在圖上用4—3—1表示,另一部份經(jīng)工質(zhì)泵加壓后經(jīng)回?zé)崞鳌⑿顭崞?、蒸氣發(fā)生器中形成工作蒸氣,用4—5—6—7—8表示。4.3.1蓄熱水箱

蓄熱水箱是為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,使制冷機(jī)的進(jìn)口熱水溫度不受太陽輻照度瞬時(shí)變化的直接影響。從太陽能集熱器出來的熱水不能直接進(jìn)入制冷機(jī),而是首先進(jìn)入蓄熱水箱,再由蓄熱水箱向制冷機(jī)供熱。同時(shí),根據(jù)太陽輻照度在一天內(nèi)變化的特點(diǎn),蓄熱水箱還可以把太陽輻射能高峰時(shí)暫時(shí)用不了的能量以熱水的形式儲(chǔ)存起來以備后用。2023/2/44.3.2蓄冷水箱

傳統(tǒng)的制冷系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置除了將從太陽吸收來的熱量儲(chǔ)存在儲(chǔ)熱水裝置中,在夜間將儲(chǔ)存的熱水通過噴射制冷機(jī)產(chǎn)生冷量,以供空調(diào)所用，還可以在太陽輻射較強(qiáng)的時(shí)候利用制冷機(jī)產(chǎn)生多余的冷量,通過儲(chǔ)冷水箱將冷量儲(chǔ)存起來,這樣在需要的時(shí)候,直接以冷凍水供空調(diào),其效果相當(dāng)于節(jié)省了中央空調(diào)的耗能。2023/2/44.3.3輔助燃油鍋爐太陽能系統(tǒng)的運(yùn)行不可避免地要受到氣候條件的影響。為了保證系統(tǒng)可以全天候發(fā)揮空調(diào)、供暖的功能,常規(guī)的輔助能源系統(tǒng)是必不可少的。燃油熱水鍋爐較好,因?yàn)樗哂袉?dòng)快、污染小、便于自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)。在白天太陽輻射能不足和夜間需要繼續(xù)用冷或用熱時(shí),即可通過控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)燃油鍋爐,以確保系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。2023/2/4全天候工作系統(tǒng)流程圖2023/2/45太陽能噴射式制冷系統(tǒng)應(yīng)用地域上

系統(tǒng)COP在0.16一0.24之間,其中最高效率出現(xiàn)在太陽能資源豐富的拉薩地區(qū);在太陽能資源一般地區(qū),系統(tǒng)的平均總效率隨著緯度的降低而降低,大部分地區(qū)平均系統(tǒng)COP在0.18以上。時(shí)間上

以上海市為例,對(duì)用于辦公空調(diào)的太陽能噴射制冷系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化特性進(jìn)行了深入的分析與討論。得到了從上午8時(shí)到下午4時(shí),太陽能噴射制冷系統(tǒng)能穩(wěn)定工作在COP為0.17一0.22