用于高環(huán)境溫度的住宅吸收式制冷機(jī)

本文提出了一種獨(dú)立、緊湊、熱驅(qū)動(dòng)的氨水吸收式制冷機(jī)設(shè)計(jì)。該制冷機(jī)設(shè)計(jì)用在高于40℃的環(huán)境溫度下提供10.5 kW的冷卻能力。新設(shè)計(jì)的熱質(zhì)交換器結(jié)構(gòu)緊湊，并最小化相應(yīng)的幾何形狀及物理尺寸。這項(xiàng)研究將高效換熱器設(shè)計(jì)的優(yōu)化與微型換熱器技術(shù)相結(jié)合，展示了氨水吸收式冷卻器的緊湊高效性，同時(shí)在較高的排熱溫度下，該冷卻器能夠提供較高的性能系數(shù)（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(xiàng)式擬合數(shù)據(jù)曲線顯示系統(tǒng)性能系數(shù)COP存在一個(gè)明顯的最大值，對應(yīng)于162℃的熱源溫度，這證明了非絕熱蒸餾塔式解吸器設(shè)計(jì)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(guān)的能值增加都會(huì)導(dǎo)致效率降低。

圖2（下）是不同實(shí)驗(yàn)條件下蒸發(fā)器和冷凝器的冷卻負(fù)荷，COP和耦合流體溫度相關(guān)性。對于實(shí)驗(yàn)編號1～4，是以7.5℃的溫度供應(yīng)冷卻水，然后以13.5℃的溫度返回蒸發(fā)器。對于實(shí)驗(yàn)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。灰色條表示系統(tǒng)正在運(yùn)行的熱升過程。可以看出，在幾乎所有條件下，性能系數(shù)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(shí)驗(yàn)編號5）下，COP為0.67時(shí)，冷卻負(fù)荷也達(dá)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(shù)的關(guān)系（上）；系統(tǒng)不同測試點(diǎn)的相關(guān)參數(shù)（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(jìn)行評估得出以下結(jié)論：在設(shè)計(jì)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(fù)荷，性能系數(shù)為0.63。這證明了新型蒸汽發(fā)生裝置設(shè)計(jì)和微通道技術(shù)從概念驗(yàn)證到住宅應(yīng)用的可擴(kuò)展性。該原型系統(tǒng)在各種環(huán)境條件下均表現(xiàn)出強(qiáng)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(huì)嚴(yán)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(yùn)行，從而提供全年服務(wù)。

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(biāo)題：A residential absorption chiller for high ambient temperatures

原作者：Girish Kini, Sriram Chandrasekaran, Michael Tambasco & Srinivas Garimella