本文提出了一種獨立、緊湊、熱驅動的氨水吸收式制冷機設計。該制冷機設計用在高于40℃的環(huán)境溫度下提供10.5 kW的冷卻能力。新設計的熱質交換器結構緊湊,并最小化相應的幾何形狀及物理尺寸。這項研究將高效換熱器設計的優(yōu)化與微型換熱器技術相結合,展示了氨水吸收式冷卻器的緊湊高效性,同時在較高的排熱溫度下,該冷卻器能夠提供較高的性能系數(COP)。熱交換器是在原型系統(tǒng)中制造和組裝的,系統(tǒng)流程圖和原型如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)流程圖(左),系統(tǒng)原型示意圖(右)
圖2(上)顯示了在恒定的43℃排熱溫度下,不同解吸器熱源溫度下系統(tǒng)COP的變化。二次多項式擬合數據曲線顯示系統(tǒng)性能系數COP存在一個明顯的最大值,對應于162℃的熱源溫度,這證明了非絕熱蒸餾塔式解吸器設計的最佳溫度是存在的。高于此最佳溫度,解吸器的熱量輸入及其相關的能值增加都會導致效率降低。
圖2(下)是不同實驗條件下蒸發(fā)器和冷凝器的冷卻負荷,COP和耦合流體溫度相關性。對于實驗編號1~4,是以7.5℃的溫度供應冷卻水,然后以13.5℃的溫度返回蒸發(fā)器。對于實驗編號5~8,冷卻水的溫度為12.5℃,然后在19.5℃的溫度下返回蒸發(fā)器?;疑珬l表示系統(tǒng)正在運行的熱升過程??梢钥闯觯趲缀跛袟l件下,性能系數值(COP)都大于0.63。這種單效熱泵在各種條件下的冷卻能力都超過10 kW。即使在40℃的冷卻水溫度(實驗編號5)下,COP為0.67時,冷卻負荷也達到11 kW。
圖2 恒定排熱溫度下解吸器熱源溫度和系統(tǒng)性能系數的關系(上);系統(tǒng)不同測試點的相關參數(下)
本文對圖1所示系統(tǒng)的性能在不同水源和冷卻水溫度下進行評估得出以下結論:在設計條件下,系統(tǒng)以緊湊的0.7 m×0.9 m×1.0 m的外殼提供了10.6 kW的冷卻負荷,性能系數為0.63。這證明了新型蒸汽發(fā)生裝置設計和微通道技術從概念驗證到住宅應用的可擴展性。該原型系統(tǒng)在各種環(huán)境條件下均表現出強大的性能,這包括45℃以上的環(huán)境溫度條件(先前研究過的系統(tǒng)和蒸汽壓縮系統(tǒng)的性能在這種高溫環(huán)境下會嚴重下降)。本文提出的系統(tǒng)還可以輕松地通過耦合流體回路的簡單切換來允許制熱模式運行,從而提供全年服務。
圖文來源:International Journal of Refrigeration, vol 120, pp 31-38, 2020,https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2020.08.022
原標題:A residential absorption chiller for high ambient temperatures
原作者:Girish Kini, Sriram Chandrasekaran, Michael Tambasco & Srinivas Garimella