[科普中國]-吸收式制冷

結構

吸收式制冷裝置由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、循環(huán)泵、節(jié)流閥等部件組成，工作介質包括制取冷量的制冷劑和吸收、解吸制冷劑的吸收劑，二者組成工質對。

吸收式制冷機與往復式或離心式制冷機截然不同，它沒有運動的原動機。目前吸收式制冷機有兩種，即氨--水吸收式和溴化鋰—水吸收式。

溴化鋰--水吸收式制冷裝置主要由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器和吸收器4 個部分組成。這4 個部分分別裝在兩個圓柱形筒內(nèi)。冷凝器和發(fā)生器裝在上部圓筒內(nèi)；蒸發(fā)器和吸收器裝在下都的圓筒內(nèi)，兩圓筒之間用管路和泵連接。1

原理常用的工質對有氨水和水/溴化鋰。

吸收制冷的基本原理一般分為以下五個步驟：

（1）利用工作熱源（如水蒸氣、熱水及燃氣等）在發(fā)生器中加熱由溶液泵從吸收器輸送來的具有一定濃度的溶液，并使溶液中的大部分低沸點制冷劑蒸發(fā)出來。

（2）制冷劑蒸氣進入冷凝器中，又被冷卻介質冷凝成制冷劑液體，再經(jīng)節(jié)流器降壓到蒸發(fā)壓力。

（3）制冷劑經(jīng)節(jié)流進入蒸發(fā)器中，吸收被冷卻系統(tǒng)中的熱量而激化成蒸發(fā)壓力下的制冷劑蒸氣。

（4）在發(fā)生器A中經(jīng)發(fā)生過程剩余的溶液（高沸點的吸收劑以及少量未蒸發(fā)的制冷劑）經(jīng)吸收劑節(jié)流器降到蒸發(fā)壓力進入吸收器中，與從蒸發(fā)器出來的低壓制冷劑蒸氣相混合，并吸收低壓制冷劑蒸氣并恢復到原來的濃度。

（5）吸收過程往往是一個放熱過程，故需在吸收器中用冷卻水來冷卻混合溶液。在吸收器中恢復了濃度的溶液又經(jīng)溶液泵升壓后送入發(fā)生器中繼續(xù)循環(huán)。

吸收式制冷機利用溶液在一定條件下能析出低沸點組分的蒸氣，在另一條件下又能強烈地吸收低沸點組分蒸氣這一特性完成制冷循環(huán)。吸收式制冷機中多采用二元溶液作為工質，習慣上稱低沸點組分為制冷劑，高沸點組分為吸收劑，二者組成工質對。

人們經(jīng)過長期的研究，獲得廣泛應用的工質對只有氨——水和溴化鋰——水溶液，前者用于低溫系統(tǒng)，后者用于空調系統(tǒng)。具體有如下：

（1）以水作為制冷劑的工質對：水——溴化鋰、水——氯化鋰、水——碘化鋰、水——氯化鈣。

（2）以氨作為制冷劑的工質對：氨——水、乙胺——水、甲胺——水以及硫氰酸鈉——氨等。

（3）以醇作制冷劑的工質對：制冷劑通常選用甲醇，主要有甲醇——溴化鋰、甲醇——溴化鋅、及甲醇——溴化鋰——溴化鋅三元溶液工質對等。

（4）以氟利昂作為制冷劑工質對：其中主要是R21、R22與四乙醇二甲基乙醚等有機物組成的工質對。2

特點吸收式制冷以自然存在的水或氨等為制冷劑，對環(huán)境和大氣臭氧層無害；以熱能為驅動能源，除了利用鍋爐蒸氣、燃料產(chǎn)生的熱能外，還可以利用余熱、廢熱、太陽能等低品位熱能，在同一機組中還可以實現(xiàn)制冷和制熱（采暖）的雙重目的。整套裝置除了泵和閥件外，絕大部分是換熱器，運轉安靜，振動??；同時，制冷機在真空狀態(tài)下運行，結構簡單，安全可靠，安裝方便。在當前能源緊缺，電力供應緊張，環(huán)境問題日益嚴峻的形勢下，吸收式制冷技術以其特有的優(yōu)勢已經(jīng)受到廣泛的關注。

（1）無原動力，直接使用熱原理，因此機器堅固亦無震動，少噪音，能安裝于任何地點，從地室一直到屋頂均可。

（2）以水為制冷劑，獲得容易，安全性高。

（3）可直接利用熱源，它可利用低壓蒸汽、熱水，甚至廢汽、廢熱，耗電極少，只相當于同容量離心式機的2%--9%。

（4）變負荷容易，調節(jié)范圍廣(能在10%--100%范圍內(nèi)調節(jié)制冷量) 。

（5）結構簡單，運行方便。

其不足之處是，溴化鋰水溶液在大氣下對金屬有很強的腐蝕性，因而對設備管道的要求較高，另外冷卻負荷較大。

優(yōu)點

1、 夏天需供應冷氣，冬天需供應暖氣的全年候空氣調節(jié)地區(qū)，最適合使用吸收式系統(tǒng)。目前美國、日本的中央空調系統(tǒng)，吸收式系統(tǒng)的約占80% 以上。

2、 運轉安靜，可減少磨損至最小(除液體泵運轉外)，故障較少、維護簡單。

3、 不依賴電力。

4、 容量控制容易，僅需控制發(fā)生器的熱源。

5、 系統(tǒng)安全性高，無爆炸。

6、 系統(tǒng)滿載與輕載效果相同，當負載改變時，只需調節(jié)發(fā)生器熱源和水循環(huán)量即可。

7、 當蒸發(fā)溫度及壓力減低時，吸收式容量僅有限度地減少，運轉穩(wěn)定。

缺點

1、 以水為冷媒時，無法獲得低溫（水冰點為0℃）。

2、 操作不當時，溴化鋰易生結晶。2

種類溴化鋰型溴化鋰吸收式制冷機是以溴化鋰溶液為吸收劑，以水為制冷劑，利用水在高真空下蒸發(fā)吸熱達到制冷的目的。為使制冷過程能連續(xù)不斷地進行下去，蒸發(fā)后的冷劑水蒸氣被溴化鋰溶液所吸收，溶液變稀，這一過程是在吸收器中發(fā)生的，然后以熱能為動力，將溶液加熱使其水份分離出來，而溶液變濃，這一過程是在發(fā)生器中進行的。發(fā)生器中充有溴化鋰溶液，且壓力較低，稍加熱時，水便從溴化鋰溶液中蒸發(fā)由來(水比溴化鋰易蒸發(fā))。蒸發(fā)出來的水蒸汽在冷凝器中冷凝，成為制冷劑水，經(jīng)節(jié)流閥在蒸發(fā)器中蒸發(fā)。帶走箱內(nèi)的熱量，蒸發(fā)出的水氣又被吸收器中的溴化鋰溶液吸收(溴化鋰溶液特易吸收水氣)，此溶液再在發(fā)生器中加熱蒸發(fā)，就這樣不斷循環(huán)，實現(xiàn)制冷循環(huán)。發(fā)生器中得到的蒸汽在冷凝器中凝結成水，經(jīng)節(jié)流后再送至蒸發(fā)器中蒸發(fā)。如此循環(huán)達到連續(xù)制冷的目的。

可見溴化鋰吸收式制冷機主要是由吸收器、發(fā)生器、冷凝器和蒸發(fā)器四部分組成的。 從吸收器出來的溴化鋰稀溶液，由溶液泵(即發(fā)生器泵)，升壓經(jīng)溶液熱交換器，被發(fā)生器出來的高溫濃溶液加熱溫度提高后，進入發(fā)生器。在發(fā)生器中受到傳熱管內(nèi)熱源蒸汽加熱，溶液溫度提高直至沸騰，溶液中的水份逐漸蒸發(fā)出來，而溶液濃度不斷增大。單效溴化鋰吸收式制冷機的熱源蒸汽壓力一般為0.098MPa(表壓)。發(fā)生器中蒸發(fā)出來的冷劑水蒸氣向上經(jīng)擋液板進入冷凝器，擋液板起汽液分離作用，防止液滴隨蒸汽進入冷凝器。冷凝器的傳熱管內(nèi)通入冷卻水，所以管外冷劑水蒸氣被冷卻水冷卻，冷凝成水，此即冷劑水。

積聚在冷凝器下部的冷劑水經(jīng)節(jié)流后流入蒸發(fā)器內(nèi)，因為冷凝器中的壓力比蒸發(fā)器中的壓力要高。如：當冷凝器溫度為45℃時，冷凝壓力為9580Pa(71.9mmHg)；蒸發(fā)溫度為5℃時，蒸發(fā)壓力872Pa(6.45mmHg)。U型管是起液封作用的，防止冷凝器中的蒸汽直接進入蒸發(fā)器。

冷劑水進入蒸發(fā)器后，由于壓力降低首先閃蒸出部分冷劑水蒸氣。因蒸發(fā)器為噴淋式熱交換器，噴啉量要比蒸發(fā)量大許多倍，故大部分冷劑水是聚集在蒸發(fā)器的水盤內(nèi)的，然后由冷劑水泵升壓后送入蒸發(fā)器的噴淋管中，經(jīng)噴嘴噴淋到管簇外表面上，在吸取了流過管內(nèi)的冷媒水的熱量后，蒸發(fā)成低壓的冷劑水蒸氣。由于蒸發(fā)器內(nèi)壓力較低，故可以得到生產(chǎn)工藝過程或空調系統(tǒng)所需要的低溫冷媒水，達到制冷的目的。

例如蒸發(fā)器壓力為872Pa時，冷劑水的蒸發(fā)溫度為5℃，這時可以得到7℃的冷媒水。蒸發(fā)出來的冷劑蒸汽經(jīng)擋液板將其夾雜的液滴分離后進入吸收器，被由吸收器泵送來并均勻噴淋在吸收管簇外表的中間溶液所吸收，溶液重新變稀。中間溶液是由來自溶液熱交換器放熱降溫后的濃溶液和吸收器液囊中的稀溶液混合得到的。為保證吸收過程的不斷進行，需將吸收過程所放出的熱量由 熱管內(nèi)的冷卻水及時帶走。中間溶液吸收了一定量的水蒸氣后成為稀溶液，聚集在吸收器底部液囊中，再由發(fā)生器泵送到發(fā)生器，如此循環(huán)不已。

由上述循環(huán)工作過程可見，吸收式制冷機與壓縮式制冷機在獲取冷量的原理上是相同的，都是利用高壓液體制冷劑經(jīng)節(jié)流閥(或U型管)節(jié)流降壓后，在低壓下蒸發(fā)來制取冷量，它們都有起同樣作用的冷凝、蒸發(fā)和節(jié)流裝置。而主要區(qū)別在于由低壓冷劑蒸汽如何變成高壓蒸汽所采用的方法不同，壓縮式制冷機是通過原動機驅動壓縮機來實現(xiàn)的，而吸收式制冷機是通過吸收器，溶液泵和發(fā)生器等設備來實現(xiàn)的。

從吸收器出來的稀溶液溫度較低，而稀溶液溫度越低，則在發(fā)生器中需要更多熱量。自發(fā)生器出來的濃溶液溫度較高，而濃溶液溫度越高，在吸收器中則要求更多的冷卻水量。因此設置溶液交換器，由溫度較高的濃溶液加熱溫度較低的稀溶液，這樣既減少了發(fā)生器加熱負荷，也減少了吸收器的冷卻負荷，可謂一舉兩得。

溴化鋰吸收式制冷機除了上述冷劑水和溴化鋰溶液兩個內(nèi)部循環(huán)外，還有三個系統(tǒng)與外部相聯(lián)，這就是：①熱源系統(tǒng)；②冷卻水系統(tǒng)；③冷媒水系統(tǒng)。

熱源蒸汽(或熱水)通入發(fā)生器，在管內(nèi)流過，加熱管外溶液使其沸騰并蒸發(fā)出冷劑蒸汽，而熱源蒸汽放出汽化潛熱后凝結成水排出。一般情況下，應將該凝結水回收并送回鍋爐加以利用。

在吸收器中溶液吸收來自蒸發(fā)器的低壓冷劑蒸汽，是個放熱過程。為使吸收過程連續(xù)進行下去，需不斷加以冷卻。在冷凝器中也需冷卻水，以便將來自發(fā)生器的高壓冷劑蒸汽變成冷劑水。冷卻水先流經(jīng)吸收器后，再流過冷凝器，出冷凝器的冷卻水溫度較高，一般是通入冷卻水塔，降溫后再打入吸收器循環(huán)使用。3

蒸汽型蒸汽吸收式制冷系統(tǒng)是由發(fā)生器、冷凝器、制冷節(jié)流閥、蒸發(fā)器、吸收器、溶液節(jié)流閥、溶液熱交換器和溶液泵組成。整個系統(tǒng)包括兩個回路：一個是制冷劑回路，一個是溶液回路。系統(tǒng)中使用的工作流體是制冷劑和吸收劑，我們稱它為吸收是制冷的工質對。吸收劑使液體，它對制冷劑有很強的吸收能力。吸收劑吸收了制冷劑氣體后形成溶液。溶液加熱又能放出制冷劑氣體。因此，我們可以用溶液回路取代壓縮機的作用，構成蒸汽吸收式制冷循環(huán)。

制冷劑回路由冷凝器、制冷劑節(jié)流閥、蒸發(fā)器組成。高壓制冷劑氣體在冷凝器中冷凝，產(chǎn)生的高壓制冷劑液體經(jīng)節(jié)流后到蒸發(fā)器蒸發(fā)制冷。溶液回路由發(fā)生器、吸收器、溶液節(jié)流閥、溶液熱交換器和溶液泵組成。在吸收器中，吸收劑吸收來自蒸發(fā)器的低壓制冷劑氣體，形成富含制冷劑的溶液，將該溶液用泵送到發(fā)生器，經(jīng)過加熱是溶液中的制冷劑重新蒸發(fā)出來，送入冷凝器。另一方面，發(fā)生后的溶液重新恢復到原來的成分，經(jīng)冷卻、節(jié)流后成為具有吸收能力的吸收液，進入吸收器，吸收來自蒸發(fā)器的低壓制冷劑蒸汽。吸收過程中伴隨釋放吸收熱，為了保證吸收的順利進行，需要冷卻吸收液

在蒸汽吸收式制冷中，吸收器好比壓縮機的吸入側；發(fā)生器好比壓縮機的排出側；對發(fā)生器內(nèi)溶液進行加熱，提供提高制冷劑蒸汽壓力的能量。4