淺談吸收式制冷技術(shù)及所使用工質(zhì)對(duì)

王夢(mèng)容 王碩 李會(huì)燕

摘 要：本文主要介紹了吸收式制冷機(jī)組的工作過程以及所使用的制冷工質(zhì)對(duì)，通過分析使用水-溴化鋰和氨-水傳統(tǒng)工質(zhì)對(duì)的吸收式制冷機(jī)組，并指出其在使用過程中存在的一些問題，突出今后所研究的新型制冷工質(zhì)對(duì)應(yīng)具備的特點(diǎn)，最后對(duì)吸收式制冷技術(shù)提出發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：吸收式制冷;工作過程;傳統(tǒng);新型;工質(zhì)對(duì)

隨著我國經(jīng)濟(jì)和科技的不斷進(jìn)步，能源危機(jī)日益嚴(yán)重，使得節(jié)能環(huán)保的吸收式制冷得到重視和廣泛應(yīng)用，同時(shí)，出現(xiàn)一系列著名品牌。吸收式制冷系統(tǒng)不僅可以采用對(duì)環(huán)境無破壞作用的制冷工質(zhì)，還可以將余熱、廢熱、可再生能源等分級(jí)處理，使其得到再利用，創(chuàng)造價(jià)值的同時(shí)，還緩解了環(huán)境和能源兩方面的壓力。目前，在實(shí)際生產(chǎn)生活中，吸收式制冷技術(shù)采用最多的工質(zhì)對(duì)仍為溴化鋰-水溶液和氨-水溶液，但由于其存在眾多不利因素，使得越來越多的國內(nèi)外學(xué)者開始研制新型工質(zhì)對(duì)，吸收式制冷機(jī)組的性能不僅受到工質(zhì)對(duì)的影響，還與整個(gè)系統(tǒng)制冷循環(huán)方式有關(guān)，曾有學(xué)者對(duì)吸收式制冷循環(huán)的循環(huán)方式做過詳細(xì)描述。[1]

1 吸收式制冷技術(shù)基本工作原理

在吸收式制冷系統(tǒng)中，其推動(dòng)能源為熱能，系統(tǒng)從高溫?zé)嵩次鼰?，其能量增加，彌補(bǔ)了整個(gè)循環(huán)由于低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩捶艧岫斐傻哪芰繐p失。整個(gè)系統(tǒng)主要包括兩個(gè)循環(huán)：制冷劑循環(huán)和溶液循環(huán)，在兩個(gè)循環(huán)中工作的流體稱分別為制冷劑和吸收劑，這兩種物質(zhì)組成的二元溶液稱為工質(zhì)對(duì)存在于系統(tǒng)中。通常要求工質(zhì)對(duì)的沸點(diǎn)相差很大。使制冷劑更容易依靠吸收劑濃度的變化來完成制冷循環(huán)，在制冷劑循環(huán)過程中，發(fā)生器中低沸點(diǎn)的制冷劑在熱能驅(qū)動(dòng)作用下生發(fā)出來，脫離工質(zhì)對(duì)，變成高溫高壓氣態(tài)制冷工質(zhì)，再進(jìn)入冷凝器釋放熱量被冷凝為液體，之后進(jìn)入蒸發(fā)器并吸收周圍物體的熱量變成氣態(tài)，達(dá)到制冷效果，最后進(jìn)入吸收器被濃溶液吸收，使溶液恢復(fù)為起始狀態(tài)。溶液循環(huán)中，發(fā)生器在熱能作用下將稀溶液轉(zhuǎn)變?yōu)闈馊芤翰⑺屯掌?，在吸收器吸收制冷劑蒸氣，回到稀溶液狀態(tài)后被送回發(fā)生器完成循環(huán)。

2 對(duì)使用不同工種對(duì)的制冷機(jī)組的研究

2.1 溴化鋰溶液制冷機(jī)組

溴化鋰-水是0℃以上降溫設(shè)備中常用工質(zhì)對(duì)，溴化鋰水溶液為吸收劑，水為制冷劑，溴化鋰和水的沸點(diǎn)相差巨大，有拉烏爾定律可知，二元溶液氣相區(qū)幾乎是純水蒸氣，不需要蒸餾塔等設(shè)備，由于溴化鋰水溶液具有強(qiáng)烈腐蝕性，該機(jī)組一般在真空下使用，同時(shí)加入緩蝕劑，影響制冷機(jī)性能的主要原因是溶液結(jié)晶問題，所以要求溴化鋰水溶液溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過60%，溴化鋰制冷機(jī)的制冷量大、換熱設(shè)備多、體積大，不能應(yīng)用于任何場合，因此機(jī)組小型化的發(fā)展越來越引起人們的重視。2018年，華北電力大學(xué)朱茂川等學(xué)者，研制出一款新型的小型溴化鋰吸收式制冷機(jī)組，以毛細(xì)管網(wǎng)作為其末端處理設(shè)備，并探尋運(yùn)行正式工況。[2]2019年，華北電力大學(xué)朱茂川等學(xué)者，研究發(fā)現(xiàn)超聲波對(duì)提高溴化鋰小型制冷機(jī)組性能有很大影響。[3]

2.2 氨水溶液制冷機(jī)組

氨水吸收式制冷系統(tǒng)憑借其較低的蒸發(fā)溫度，氨作為制冷劑，水作為吸收劑，發(fā)生過程中不易結(jié)晶、可室外安裝維修方便、噪聲小、可以與水以任何比例互溶等優(yōu)點(diǎn)，曾被廣泛使用，但永遠(yuǎn)難有強(qiáng)烈刺激性氣味和毒性，加之近幾年氨系統(tǒng)爆炸事故頻發(fā)，限制了其使用。由于氨和水的沸點(diǎn)相差僅100多度，使得氨制冷蒸汽中含有較多的水蒸氣，所以必須進(jìn)行精餾、提鎦處理，增加冷凝設(shè)備，同時(shí)熱源溫度不能過低，使得設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

2.3 新型工質(zhì)對(duì)制冷機(jī)組

大量實(shí)踐表明，溴化鋰制冷機(jī)組存在嚴(yán)重的易結(jié)晶問題，氨水吸收式制冷機(jī)組存在安全隱患問題，為解決和避免傳統(tǒng)工質(zhì)對(duì)的這些不利因素，國內(nèi)外許多學(xué)者開始研究新型制冷工質(zhì)對(duì)，以期提高機(jī)組制冷性能，對(duì)此，新型工質(zhì)對(duì)應(yīng)具有無毒、無害、不腐蝕設(shè)備、沸點(diǎn)相差較大、制冷劑溶解性好、穩(wěn)定性好、在任何使用條件下均不容易結(jié)晶的特性。[4]西安交通大學(xué)張垚等學(xué)者，采用單效式循環(huán)，使用烯烴類物質(zhì)作為制冷劑與三種混合離子液體組成工質(zhì)對(duì)，通過建立熱力學(xué)模型，獲得最適工況。[5]中山大學(xué)趙天宇等學(xué)者，將無毒害作用的CO2作為制冷劑，具有氨基功能的離子液體作為吸收劑，分別采用單效和雙效循環(huán)來分析其性能，發(fā)現(xiàn)在單效循環(huán)中其性能由于氨水。[6]

3 結(jié)論

吸收式制冷技術(shù)憑借其無做功部件，又可利用余熱、廢熱等低品位熱能，越來越得到人們的認(rèn)可和關(guān)注，但由于其換熱設(shè)備復(fù)雜、種類多、體積大等缺點(diǎn)，限制了其使用領(lǐng)域，所以將吸收式制冷機(jī)組小型化將成為今后的發(fā)展趨勢(shì)，另外，機(jī)組制冷工質(zhì)對(duì)的選取關(guān)系著整個(gè)系統(tǒng)所采用的循環(huán)方式、驅(qū)動(dòng)熱源、設(shè)備材料等，直接影響到制冷機(jī)性能和系統(tǒng)效率，就目前而言，大多數(shù)新型工質(zhì)對(duì)仍處于研究階段，并未真正應(yīng)用于實(shí)際，因此研究新型更具有潛力的制冷工質(zhì)對(duì)并使其應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)領(lǐng)域，將成為今后主要發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳光明，石玉琦.吸收式制冷（熱泵）循環(huán)流程研究進(jìn)展[J].制冷學(xué)報(bào)，2017，（7）.

[2]朱茂川，周國兵.毛細(xì)管網(wǎng)為末端的小型溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)變工況實(shí)驗(yàn)研究[J].化工進(jìn)展，2018，（12）.

[3]朱茂川，周國兵.超聲強(qiáng)化小型溴化鋰吸收式制冷機(jī)性能實(shí)驗(yàn)研究[J].化工進(jìn)展，2019，（3）.

[4]劉紹文，劉益才，雷斌義，等.工質(zhì)對(duì)R134a/[Emim]BF_4-NMP應(yīng)用于車載吸收式制冷系統(tǒng)的理論研究[D].2018.

[5]張垚，王曉波，孫艷軍，等.采用R1234ze（E）/離子液體工質(zhì)對(duì)的吸收式制冷循環(huán)性能分析[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，（5）.

[6]趙天宇，郭開華，皇甫立霞，等.氨基離子液體/CO_2高溫高效吸收式制冷循環(huán)研究[J].制冷學(xué)報(bào)，2019，（1）.

作者簡介：王夢(mèng)容（1997-），女，河北石家莊人，本科，學(xué)生，河北農(nóng)業(yè)大學(xué)海洋學(xué)院，研究方向：空調(diào)與制冷方向。