吸收式制冷系統(tǒng)及其理論研究

曹敬盼 于米滿

摘要：通過(guò)對(duì)吸收式制冷系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)的分析以及對(duì)不同熱源和制冷工質(zhì)條件下運(yùn)行特點(diǎn)的比較可見(jiàn)吸收式制冷系統(tǒng)的優(yōu)越性、廣泛適用性及其用途的多樣性。以小型單效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)為例，通過(guò)對(duì)吸收式制冷系統(tǒng)組成及工作原理進(jìn)行論述和分析可得，吸收式制冷系統(tǒng)的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)為制冷工質(zhì)在發(fā)生器中的發(fā)生壓力以及與之正相關(guān)的發(fā)生溫度。

關(guān)鍵詞：吸收式制冷系統(tǒng);熱源; 制冷工質(zhì);工作原理

前言

吸收式制冷首次應(yīng)用于第二次世界大戰(zhàn)末期。熱能驅(qū)動(dòng)的溴冷技術(shù)開始蓬勃發(fā)展的標(biāo)志是Carrier公司首次研制出以蒸汽或熱水為熱源的單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)。迄今為止，日本掌握著世界最先進(jìn)的溴化鋰溶液吸收式制冷技術(shù)。中國(guó)致力吸收式制冷技術(shù)的研究工開始于20世紀(jì)60年代初，雖然應(yīng)用范圍廣，但民用化程度低。吸收式制冷技術(shù)作為一種以熱能為驅(qū)動(dòng)力、對(duì)臭氧層無(wú)破壞作用的制冷方式，近年來(lái)越來(lái)越受到工業(yè)界及相關(guān)科研工作者的重視。吸收式制冷循環(huán)是利用相變過(guò)程伴隨的吸、放熱來(lái)獲取低溫，以消耗熱能為動(dòng)力的制冷方式，其中吸收式制冷循環(huán)中工質(zhì)的化學(xué)和熱物理性質(zhì)對(duì)系統(tǒng)性能起著關(guān)鍵性作用[1，2]。

1.吸收式制冷系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

以熱能驅(qū)動(dòng)的吸收式制冷循環(huán)和以機(jī)械能驅(qū)動(dòng)的壓縮式制冷循環(huán)都以制冷劑液體的蒸發(fā)氣化來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷，但與壓縮式相比，吸收式制冷系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)部件少，安全可靠。除了泵和閥件外，絕大部分是換熱器，運(yùn)行時(shí)振動(dòng)和噪聲小，安裝時(shí)無(wú)特殊要求，維護(hù)管理方便。

（2）可以大量節(jié)約用電，平衡熱電站的熱電負(fù)荷，在空調(diào)季節(jié)削減電網(wǎng)的峰值負(fù)荷。

（3）可以利用各種熱能驅(qū)動(dòng)。除利用鍋爐節(jié)汽的熱能、燃料產(chǎn)生的熱能外，還可利用廢熱、廢氣、廢水和太陽(yáng)能等低品位熱能，熱電站和氣電共生系統(tǒng)等集中供應(yīng)的熱能，從而節(jié)省初級(jí)能源的消耗。

（4）以水或氨等為制冷劑，其 ODP、GWP=O，對(duì)環(huán)境和大氣臭氧層無(wú)害。5）性能系數(shù)COP低于壓縮式制冷循環(huán)。

2.不同形式吸收式制冷系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)

吸收式制冷系統(tǒng)的存在及其表現(xiàn)形式具備多樣性，主要與熱源的選擇和制冷工質(zhì)有關(guān)[3，4]，如風(fēng)冷噴射-吸收式制冷循環(huán)、太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)雙工質(zhì)對(duì)吸收式制冷系統(tǒng)、氨-水-溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)、太陽(yáng)能溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)、磷酸燃料電池與吸收式制冷機(jī)復(fù)合系統(tǒng)等。僅以太陽(yáng)能吸收式制冷系統(tǒng)和冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)以及燃料電池與吸收式制冷系統(tǒng)之間的耦合系統(tǒng)為例，對(duì)不同種類吸收式制冷系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。太陽(yáng)能吸收式制冷因?yàn)榭捎行У乩玫推肺粺嵩春涂稍偕茉矗蔀榱私陙?lái)吸收式制冷技術(shù)研究的重點(diǎn)。但由于受熱源溫度的限制，太陽(yáng)能吸收式制冷系統(tǒng)的制冷系數(shù)不能得到有效提高，從而得到廣泛應(yīng)用。隨著人們對(duì)生活質(zhì)量要求的提高，空調(diào)制冷用電占的用用電比例日益增長(zhǎng)，因此節(jié)能減排就顯得越來(lái)越重要。冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)是一種可以同時(shí)產(chǎn)生可利用的冷能、熱能和電能的能源系統(tǒng)。由于燃料電池具有清潔、可再生以及便于獲得等特點(diǎn)，吸收式制冷以熱能為動(dòng)力且對(duì)臭氧層沒(méi)有破壞，所以該系統(tǒng)可以采用燃料電池來(lái)發(fā)電，采用吸收式制冷系統(tǒng)進(jìn)行制冷和制熱。

3.吸收式制冷系統(tǒng)組成及工作原理

僅以小型單效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)為例，對(duì)整個(gè)小型單效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)由四個(gè)回路組成，分別為：溶液回路、熱源水回路、冷卻水回路和蒸發(fā)器冷媒水回路，其中的冷卻水回路為串聯(lián)通道，先后經(jīng)過(guò)吸收器和冷凝器。從電加熱器出來(lái)的熱源水與來(lái)自吸收器的稀溶液在溶液熱交換器換熱，溫度升高后的稀溶通過(guò)旋流器的噴嘴切向進(jìn)入到發(fā)生室，由于溶液的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使旋流器中的發(fā)生壓力降低，由于發(fā)生壓力與發(fā)生溫度正相關(guān)，所以發(fā)生溫度也會(huì)降低，使溶液變?yōu)檫^(guò)熱狀態(tài)，從而產(chǎn)生冷劑蒸汽，溶液則被濃縮，濃縮后的濃溶液即為吸收劑。濃溶液則通過(guò)節(jié)流閥降壓后送往吸收器，冷劑蒸汽則靠壓差進(jìn)入冷凝器凝結(jié)成冷劑水，冷劑水經(jīng)節(jié)流閥降壓變?yōu)榈蜏氐蛪籂顟B(tài)，進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)吸取冷媒水熱量進(jìn)行制冷。吸收器入口的濃溶液通過(guò)噴淋裝置在頂端噴淋到吸收器換熱管上吸收來(lái)自蒸發(fā)器的冷劑蒸汽，水蒸氣汽化潛熱的熱量由換熱管內(nèi)的冷卻水帶走，最后在吸收器底部聚集了低溫溴化鋰稀溶液，由溶液泵不斷將其不斷送進(jìn)溶液熱交換器中換熱升溫，以此重復(fù)循環(huán)。

4.總結(jié)

（1）通過(guò)對(duì)吸收式制冷系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)的分析以及對(duì)不同熱源和制冷工質(zhì)條件下運(yùn)行特點(diǎn)的比較，可見(jiàn)吸收式制冷系統(tǒng)的優(yōu)越性、廣泛適用性和用途的多樣性。

（2）通過(guò)與壓縮式制冷系統(tǒng)進(jìn)行比較對(duì)吸收式制冷系統(tǒng)的優(yōu)越性進(jìn)行了分析和總結(jié)。

（3）通過(guò)對(duì)吸收式制冷系統(tǒng)組成及工作原理進(jìn)行論述和分析可得，確保吸收式制冷系統(tǒng)高效運(yùn)行的關(guān)鍵在于控制制冷工質(zhì)在發(fā)生器中的發(fā)生壓力以及與之正相關(guān)的發(fā)生溫度。

參考文獻(xiàn)

[1]張曉暉，伍金泉.吸收式制冷機(jī)特性規(guī)律研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2010，46（02）：119-125.

[2]張浩陽(yáng).吸收式制冷節(jié)能技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].電子測(cè)試，2020（08）：93-94.

[3]王曉坡，杜家浩，陳建林，等.不同制冷劑/離子液體工質(zhì)對(duì)的吸收式制冷循環(huán)性能分析[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2021，52（06）：1817-1825.

[4]徐孟飛，殷勇高，張小松.基于雙工質(zhì)對(duì)的吸收式制冷循環(huán)熱力分析[J].化工學(xué)報(bào)，2014，65（S2）：19-24.