太阳能喷射式制冷系统研究

太阳能喷射式制冷技术SoutheastUniversity主要内容研究背景太阳能喷射式制冷系统的基本构成及原理太阳能喷射式制冷的研究进展及研究动向太阳能喷射式制冷系统性能提高方法太阳能喷射式制冷系统应用新型太阳能喷射式制冷技术展望2023/2/42023/2/41研究背景太阳能是清洁且用之不尽的能源，是解决能源可持续发展的重要出路之一。若用于制冷，可降低巨额能耗，且减轻环境污染。喷射式制冷结构简单，运行稳定。随着太阳能的利用开发，制冷技术的发展，太阳能喷射式制冷有着广泛的应用前景。2系统的基本构成及原理2023/2/4太阳能喷射式制冷系统由太阳能集热器、发生器、循环泵、蒸汽喷射器、蒸发器、冷凝器及膨胀阀组成,分为太阳能集热系统和喷射制冷循环系统两大部分,如图所示。3研究进展及研究动向制冷工质的研究新型喷射器的研究进展太阳能喷射式制冷系统系能影响因素探究2023/2/43.1制冷工质的研究一开始大多使用氟里昂制冷剂，如R11、R12等对环境有害的制冷剂；随着环保意识的增强，R124b、R123、R134a、R245af、水等绿色环保的制冷剂成为了研究的焦点；利用太阳能驱动喷射制冷系统、发生温度为80℃左右时,采用R134a为工质可以使系统的COP最高。2023/2/43.2喷射器2023/2/4喷射器的基本结构如图所示,它主要由喷嘴、混合室和扩压室组成。混合室又分为吸入室和喉管。压力较高的工作流体经拉伐尔喷嘴加速形成超音速射流,速度升高,压力降低,进入喷射器的混合室,工作流体和引射流体在混合室中不断进行质量和能量的传递,工作流体的速度不断减小,引射流体的速度不断升高,两者的速度在喉管出口处渐趋一致,在扩压室内随着动能逐渐转换为压力能,流体的压力不断升高到一定背压后排出喷射器。新型喷射器——等马赫数梯度设计法2023/2/4改进喷射器的关键部件—喷嘴、混合室收缩段以及扩压室的设计,使其母线呈流线型变化,即壁面的变化紧随流体马赫数的变化而变化,使流体能更好地贴附在壁面上,实现喷射器内速度的均匀变化,减少喷嘴出口及混合段内涡流损失、壁面摩擦损失等,避免了扩压室内速度的突变,消除扩压室内激波的产生及由此引起的边界层分离现象。从而提高了工作流体的抽吸性能及混合流体的速度能向压力能转化的效率,从而有利于喷射器内混合流体的排出,可有效提高喷射器的工作效率。3.3系统性能影响因素

冷凝温度变化对喷射器的抽吸率及系统COP值的影响最大,其次是发生温度,而蒸发温度对其影响相对最小。2023/2/44系统性能提高方法设置增压器带回热的两级喷射系统全天候工作的改进

蓄热水箱蓄冷水箱辅助加热系统2023/2/44.1增压器2023/2/4Sokolov等在1990年提出了太阳能增压喷射式制冷系统。它是在常规喷射式制冷系统的蒸发器和喷射器之间加一机械压缩装置,如图所示，以提高喷射器的引射压力,进而提高整个系统的性能的制冷循环系统。它综合了机械压缩式制冷循环和蒸汽喷射式制冷循环的优点,既能利用低焙热源,又具有较高的热经济性。4.2带回热的两级喷射系统加入回热器,使得能量的利用率达到最大,在平均放热温度不变的情况下,增加了工质的平均吸热温度,所以系统的效率将会提升;采用两个喷射器串联的形式来代替单级的喷射器,提高喷射系数,使得整个系统的性能提高。2023/2/42023/2/4如图所示，8—9和8—11是工作蒸气在喷嘴中的膨胀过程,9—2、1—2、11—12和10~M2是喷射器1和喷射器2两部分蒸气的混合过程,2—10和12—13是在扩压管中的升压过程,13—14是在回热器中的冷却过程,15—4是在冷凝器中的冷却过程。此后制冷剂液体分成两部份,一部经节流阀降温降压进入蒸发器中制冷,在图上用4—3—1表示,另一部份经工质泵加压后经回热器、蓄热器、蒸气发生器中形成工作蒸气,用4—5—6—7—8表示。4.3.1蓄热水箱

蓄热水箱是为了保证系统运行的稳定性,使制冷机的进口热水温度不受太阳辐照度瞬时变化的直接影响。从太阳能集热器出来的热水不能直接进入制冷机,而是首先进入蓄热水箱,再由蓄热水箱向制冷机供热。同时,根据太阳辐照度在一天内变化的特点,蓄热水箱还可以把太阳辐射能高峰时暂时用不了的能量以热水的形式储存起来以备后用。2023/2/44.3.2蓄冷水箱

传统的制冷系统的储能装置除了将从太阳吸收来的热量储存在储热水装置中,在夜间将储存的热水通过喷射制冷机产生冷量,以供空调所用，还可以在太阳辐射较强的时候利用制冷机产生多余的冷量,通过储冷水箱将冷量储存起来,这样在需要的时候,直接以冷冻水供空调,其效果相当于节省了中央空调的耗能。2023/2/44.3.3辅助燃油锅炉太阳能系统的运行不可避免地要受到气候条件的影响。为了保证系统可以全天候发挥空调、供暖的功能,常规的辅助能源系统是必不可少的。燃油热水锅炉较好,因为它具有启动快、污染小、便于自动控制等优点。在白天太阳辐射能不足和夜间需要继续用冷或用热时,即可通过控制系统自动启动燃油锅炉,以确保系统持续稳定运行。2023/2/4全天候工作系统流程图2023/2/45太阳能喷射式制冷系统应用地域上

系统COP在0.16一0.24之间,其中最高效率出现在太阳能资源丰富的拉萨地区;在太阳能资源一般地区,系统的平均总效率随着纬度的降低而降低,大部分地区平均系统COP在0.18以上。时间上

以上海市为例,对用于办公空调的太阳能喷射制冷系统的动态变化特性进行了深入的分析与讨论。得到了从上午8时到下午4时,太阳能喷射制冷系统能稳定工作在COP为0.17一0.22