吸收式制冷系統及其理論研究

曹敬盼 于米滿

摘要：通過對吸收式制冷系統優點的分析以及對不同熱源和制冷工質條件下運行特點的比較可見吸收式制冷系統的優越性、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為例，通過對吸收式制冷系統組成及工作原理進行論述和分析可得，吸收式制冷系統的關鍵運行參數為制冷工質在發生器中的發生壓力以及與之正相關的發生溫度。

關鍵詞：吸收式制冷系統;熱源; 制冷工質;工作原理

前言

吸收式制冷首次應用于第二次世界大戰末期。熱能驅動的溴冷技術開始蓬勃發展的標志是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。迄今為止，日本掌握著世界最先進的溴化鋰溶液吸收式制冷技術。中國致力吸收式制冷技術的研究工開始于20世紀60年代初，雖然應用范圍廣，但民用化程度低。吸收式制冷技術作為一種以熱能為驅動力、對臭氧層無破壞作用的制冷方式，近年來越來越受到工業界及相關科研工作者的重視。吸收式制冷循環是利用相變過程伴隨的吸、放熱來獲取低溫，以消耗熱能為動力的制冷方式，其中吸收式制冷循環中工質的化學和熱物理性質對系統性能起著關鍵性作用[1，2]。

1.吸收式制冷系統的優點

以熱能驅動的吸收式制冷循環和以機械能驅動的壓縮式制冷循環都以制冷劑液體的蒸發氣化來實現制冷，但與壓縮式相比，吸收式制冷系統有以下優點：

（1）結構簡單，運動部件少，安全可靠。除了泵和閥件外，絕大部分是換熱器，運行時振動和噪聲小，安裝時無特殊要求，維護管理方便。

（2）可以大量節約用電，平衡熱電站的熱電負荷，在空調季節削減電網的峰值負荷。

（3）可以利用各種熱能驅動。除利用鍋爐節汽的熱能、燃料產生的熱能外，還可利用廢熱、廢氣、廢水和太陽能等低品位熱能，熱電站和氣電共生系統等集中供應的熱能，從而節省初級能源的消耗。

（4）以水或氨等為制冷劑，其 ODP、GWP=O，對環境和大氣臭氧層無害。5）性能系數COP低于壓縮式制冷循環。

2.不同形式吸收式制冷系統的運行特點

吸收式制冷系統的存在及其表現形式具備多樣性，主要與熱源的選擇和制冷工質有關[3，4]，如風冷噴射-吸收式制冷循環、太陽能驅動雙工質對吸收式制冷系統、氨-水-溴化鋰吸收式制冷系統、太陽能溴化鋰吸收式制冷系統、磷酸燃料電池與吸收式制冷機復合系統等。僅以太陽能吸收式制冷系統和冷熱電聯供系統以及燃料電池與吸收式制冷系統之間的耦合系統為例，對不同種類吸收式制冷系統的運行特點進行說明。太陽能吸收式制冷因為可有效地利用低品位熱源和可再生能源，成為了近年來吸收式制冷技術研究的重點。但由于受熱源溫度的限制，太陽能吸收式制冷系統的制冷系數不能得到有效提高，從而得到廣泛應用。隨著人們對生活質量要求的提高，空調制冷用電占的用用電比例日益增長，因此節能減排就顯得越來越重要。冷熱電聯供系統是一種可以同時產生可利用的冷能、熱能和電能的能源系統。由于燃料電池具有清潔、可再生以及便于獲得等特點，吸收式制冷以熱能為動力且對臭氧層沒有破壞，所以該系統可以采用燃料電池來發電，采用吸收式制冷系統進行制冷和制熱。

3.吸收式制冷系統組成及工作原理

僅以小型單效溴化鋰吸收式制冷系統為例，對整個小型單效溴化鋰吸收式制冷系統由四個回路組成，分別為：溶液回路、熱源水回路、冷卻水回路和蒸發器冷媒水回路，其中的冷卻水回路為串聯通道，先后經過吸收器和冷凝器。從電加熱器出來的熱源水與來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旋流器的噴嘴切向進入到發生室，由于溶液的旋轉運動，使旋流器中的發生壓力降低，由于發生壓力與發生溫度正相關，所以發生溫度也會降低，使溶液變為過熱狀態，從而產生冷劑蒸汽，溶液則被濃縮，濃縮后的濃溶液即為吸收劑。濃溶液則通過節流閥降壓后送往吸收器，冷劑蒸汽則靠壓差進入冷凝器凝結成冷劑水，冷劑水經節流閥降壓變為低溫低壓狀態，進入蒸發器蒸發吸取冷媒水熱量進行制冷。吸收器入口的濃溶液通過噴淋裝置在頂端噴淋到吸收器換熱管上吸收來自蒸發器的冷劑蒸汽，水蒸氣汽化潛熱的熱量由換熱管內的冷卻水帶走，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溶液熱交換器中換熱升溫，以此重復循環。

4.總結

（1）通過對吸收式制冷系統優點的分析以及對不同熱源和制冷工質條件下運行特點的比較，可見吸收式制冷系統的優越性、廣泛適用性和用途的多樣性。

（2）通過與壓縮式制冷系統進行比較對吸收式制冷系統的優越性進行了分析和總結。

（3）通過對吸收式制冷系統組成及工作原理進行論述和分析可得，確保吸收式制冷系統高效運行的關鍵在于控制制冷工質在發生器中的發生壓力以及與之正相關的發生溫度。

參考文獻

[1]張曉暉，伍金泉.吸收式制冷機特性規律研究[J].機械工程學報，2010，46（02）：119-125.

[2]張浩陽.吸收式制冷節能技術在生產中的應用[J].電子測試，2020（08）：93-94.

[3]王曉坡，杜家浩，陳建林，等.不同制冷劑/離子液體工質對的吸收式制冷循環性能分析[J].中南大學學報（自然科學版），2021，52（06）：1817-1825.

[4]徐孟飛，殷勇高，張小松.基于雙工質對的吸收式制冷循環熱力分析[J].化工學報，2014，65（S2）：19-24.