太陽能噴射式制冷系統(tǒng)研究

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展及研究動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)簡單，運行穩(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研究進展及研究動向制冷工質(zhì)的研究新型噴射器的研究進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等對環(huán)境有害的制冷劑；隨著環(huán)保意識的增強，R124b、R123、R134a、R245af、水等綠色環(huán)保的制冷劑成為了研究的焦點；利用太陽能驅(qū)動噴射制冷系統(tǒng)、發(fā)生溫度為80℃左右時,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、混合室和擴壓室組成?；旌鲜矣址譃槲胧液秃砉堋毫^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,在擴壓室內(nèi)隨著動能逐漸轉(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)計法2023/2/4改進噴射器的關(guān)鍵部件—噴嘴、混合室收縮段以及擴壓室的設(shè)計,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,避免了擴壓室內(nèi)速度的突變,消除擴壓室內(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)溫度對其影響相對最小。2023/2/44系統(tǒng)性能提高方法設(shè)置增壓器帶回?zé)岬膬杉墖娚湎到y(tǒng)全天候工作的改進

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械壓縮裝置,如圖所示，以提高噴射器的引射壓力,進而提高整個系統(tǒng)的性能的制冷循環(huán)系統(tǒng)。它綜合了機械壓縮式制冷循環(huán)和蒸汽噴射式制冷循環(huán)的優(yōu)點,既能利用低焙熱源,又具有較高的熱經(jīng)濟性。4.2帶回?zé)岬膬杉墖娚湎到y(tǒng)加入回?zé)崞?使得能量的利用率達到最大,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)的效率將會提升;采用兩個噴射器串聯(lián)的形式來代替單級的噴射器,提高噴射系數(shù),使得整個系統(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?、蓄熱器、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)運行的穩(wěn)定性,使制冷機的進口熱水溫度不受太陽輻照度瞬時變化的直接影響。從太陽能集熱器出來的熱水不能直接進入制冷機,而是首先進入蓄熱水箱,再由蓄熱水箱向制冷機供熱。同時,根據(jù)太陽輻照度在一天內(nèi)變化的特點,蓄熱水箱還可以把太陽輻射能高峰時暫時用不了的能量以熱水的形式儲存起來以備后用。2023/2/44.3.2蓄冷水箱

傳統(tǒng)的制冷系統(tǒng)的儲能裝置除了將從太陽吸收來的熱量儲存在儲熱水裝置中,在夜間將儲存的熱水通過噴射制冷機產(chǎn)生冷量,以供空調(diào)所用，還可以在太陽輻射較強的時候利用制冷機產(chǎn)生多余的冷量,通過儲冷水箱將冷量儲存起來,這樣在需要的時候,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,因為它具有啟動快、污染小、便于自動控制等優(yōu)點。在白天太陽輻射能不足和夜間需要繼續(xù)用冷或用熱時,即可通過控制系統(tǒng)自動啟動燃油鍋爐,以確保系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運行。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。時間上

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