太阳能制冷技术的特点与现状

　第25卷第1期　2009年2月

上海电力学院学报

Vol.25,No.1Feb.　2009

Journal　of　Shanghai　University　of　Electric　Power

　　文章编号:1006-4729(2009)01-0075-04

太阳能制冷技术的特点与现状

段　芮

(上海电力学院能源与环境工程学院,上海　200090)

摘　要:太阳能制冷具有环保节能的优点.介绍了各种太阳能制冷技术的原理、特点及存在问题,指出提高太阳能的利用效率和降低成本是其实用化的关键所在.关键词:太阳能;制冷技术;特点;现状中图分类号:TK511.3　　　文献标识码:A

CharacteristicsSolarRefrigeration

DUANRui

(ofThermalPower&EnvironmentalEngineering,Shanghai

UniversityofElectricPower,Shanghai　200090,China)

Abstract:　Solarrefrigeratorsareenergysaversthatareenvironmentfriendly.Themechanismandcharacteristicsandshortcomingsofseveraltypesofsolarrefrigerationsystemsareintroduced.Increasingefficiencyofsolarenergyuseandreducingcostsarethecruxinpromotingtheapplicationofsolarrefrigeration.

Keywords:　solarenergy;refrigerationtechnology;characteristics;currentsituation

　　太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁、可再生绿色能源.国家发改委《可再生能源发展“十一五”规划》提出,到2010年可再生能源在能源消费中的比重达到10%,比2005年提高2.5个百分点,全国可再生能源年利用量达到3亿吨标准煤.利用太阳能制冷是太阳能应用的一个重要方面,是一个极具发展前景的领域,也是当今制冷界技术研究的热点之一.军用、航空、气象、沿海岛屿、远洋捕捞等领域对太阳能制冷有着迫切的需求.

实现太阳能制冷主要有两条途径:一是光热转换,以热制冷,如吸收式制冷、吸附式制冷;二是光电转换,以电制冷,如光电制冷、热电制冷

[1,2]

应用较少;以热制冷方式由于其相对廉价而备受青睐.以热制冷主要有3种方式,即:太阳能吸收式制冷;太阳能吸附式制冷;除湿蒸发冷却.

1　太阳能吸收式制冷

太阳能吸收式制冷系统采用平板或热管型真空管集热器来收集太阳能,用来驱动单效、双效或双级吸收式制冷机,工质主要采用LiBr2H2O,如图1所示.当太阳能不足时可采用燃油或燃煤锅炉进行辅助加热.

其工作原理是利用太阳能集热器采集热量加热水.再以热水加热发生器中的溶液,产生冷凝蒸汽,制冷剂经过冷却、冷凝和节流降压在蒸发器中由液体汽化吸热实现制冷,之后制冷剂蒸汽被吸

.

光电转换的制冷方法由于成本较高,实际推广和

　　收稿日期:2008-06-04

作者简介:段芮(1979-),女,讲师,安徽宿州人.主要研究方向为强化传热及太阳能制冷.E2mail:fall1979@http://www.77cn.com.cn.

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收器中的吸收溶液吸收,吸收完成后再由泵加压

将含有制冷剂的溶液送入发生器进行加热蒸发,完成一个制冷循环

.吸附床中的固体吸附(如活性炭)对制冷剂(如甲醇)的周期性吸附、解吸附过程实现制冷循环,即当无阳光暴晒加热时,吸附剂在较低温度下对制冷剂进行吸附压缩,导致液态的制冷剂在蒸发器内汽化吸热,从而使包含蒸发器的空间温度下降,达到制冷的目的.此过程一般在夜间进行.当吸附剂处于阳光曝晒的加热状态时,夜间被吸附的气态制冷剂受热脱附,离开吸附床,过冷凝器时凝结为液体,流回蒸发器中,等待下一循环的蒸发、吸热过程的开始.通常,吸附剂装入吸附床(集热器)中,以接近垂直的角度接收太阳光线的辐射加热,制冷剂装入蒸发器中

.

图1　太阳能吸收式制冷系统

　　吸收式制冷技术是出现最早的制冷方法,技

术相对成熟,已有很多成功的实例.例如我国首座

[1]

大型太阳能空调系统,制冷能力可达100kW,冷媒水温度6～9℃,热源水温在60～75℃,能很正常地制冷,COP初步预算大于0.4,可以满足面

2

积超过600m的办公和会议室的空调需求.发展,源温度只需60℃以上的COP值可达到0.7;80℃,可用其驱动双效吸收式制冷机,则系统的COP值约为0.35.

目前,商用溴化锂吸收式制冷机虽然存在易结晶、腐蚀性强及蒸发温度只能在0℃以上等缺[3,4]陷,但仍在空调领域得到大量应用.另一种常用工质对———氨水工质对———具有互溶极强、液氨蒸发潜热大、可以得到很低的蒸发温度等优点,至今仍被广泛应用于各类吸收式制冷机.但氨水工质有一些致命的缺陷,如COP较溴化锂小,工作压力高,具有一定的危险性,有毒,氨和水之间沸点相差不够大,需要精馏等.

吸收式空调采用溴化锂或氨水制冷机方案,虽然技术相对成熟,但目前我国尚未实现小功率溴化锂制冷机商品化生产,现有产品功率偏大,与其配套的太阳能热水系统面积太大,同时辅助能源又不可缺少,以致系统成本比压缩式高,主要用于大型空调如中央空调等.

图2　太阳能吸附式制冷系统

　　该系统有两种形式:一种为利用昼夜交替实

现自然循环的间歇式太阳能吸附式制冷系统,通常用于夜间制冰,但生产周期较长;另一种是连续性太阳能吸附式制冷系统,即利用多个吸附床交替地进行吸附和脱附、并在吸附床之间发生热交换的连续性回热式循环制冷系统.

作为一种不采用氟利昂制冷剂的制冷技术,太阳能固体吸附式制冷成为制冷界研究的热门课题之一,同时它具有结构简单、运行效率高、不消耗常规能源(如煤、电和化石燃料等),而且具有噪音小、寿命长、安全性好,以及无需考虑腐蚀问题等优点.大量研究结果表明:许多先进的固体吸附式制冷循环(如连续回热循环、热波循环和对

[4]

流热波循环等)具有良好的特性,但系统的性能并未达到实际应用的要求.

目前太阳能固体吸附式制冷系统制冷效率较低,难以与其他形式的制冷系统相比,虽然不断有各种制冷样机研制成功的报道,但离商业化应用仍有较大差距.因此,吸附床传热、传质性能如何进一步强化;吸附床/集热器白天的集热和夜间的

2　太阳能吸附式制冷

一个基本的吸附式制冷系统由吸附床(集热器)、冷凝器、蒸发器和阀门等构成,如图2所示.

太阳能吸附式制冷系统的制冷原理,是利用

　　　　　　　　　　　　　　　　　　段　芮:太阳能制冷技术的特点与现状77

散热之间的关系如何有效地解决;如何提高集热器的集热效率;工质对的选取研究工作;如何将夜间的制冷量有效地贮存到白天使用;对于以甲醇和水等低蒸汽压吸附质作为制冷剂的负压系统,如何长期维持系统的真空度等.这些都是需要进一步解决的关键问题.

太阳能冷管型制冷系统主要由太阳能冷管、集热箱、制冷箱、蓄冷器、冷却水回路等组成.由于太阳能吸附式制冷是间歇式的,因此增设一个蓄冷器.

4　太阳能除湿蒸发冷却空调系统

太阳能除湿蒸发冷却制冷方式分为固体除湿蒸发冷却和液体除湿蒸发冷却两种.由于固体除湿存在系统庞大、再生温度高、系统相对比较复杂等缺点,溶液除湿蒸发冷却制冷越来越受到重视,清华大学、东南大学等高校分别在此领域进行了比较深入的研究.

溶液除湿蒸发冷却空调系统利用溶液除湿剂对湿空气进行除湿干燥,气

..

3　太阳能冷管

针对以甲醇和水等低蒸汽压吸附质作为制冷剂的负压系统,难以长期维持系统的真空度问题,

[5]

上海交通大学刘震炎教授等在国际上率先提出并负责研制成功了“太阳能冷管”.以玻璃管代替金属材料,在一根管子内完成 …… 此处隐藏：6155字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……