吸收式制冷系统及其理论研究

曹敬盼 于米满

摘要：通过对吸收式制冷系统优点的分析以及对不同热源和制冷工质条件下运行特点的比较可见吸收式制冷系统的优越性、广泛适用性及其用途的多样性。以小型单效溴化锂吸收式制冷系统为例，通过对吸收式制冷系统组成及工作原理进行论述和分析可得，吸收式制冷系统的关键运行参数为制冷工质在发生器中的发生压力以及与之正相关的发生温度。

关键词：吸收式制冷系统;热源; 制冷工质;工作原理

前言

吸收式制冷首次应用于第二次世界大战末期。热能驱动的溴冷技术开始蓬勃发展的标志是Carrier公司首次研制出以蒸汽或热水为热源的单效溴化锂吸收式制冷机。迄今为止，日本掌握着世界最先进的溴化锂溶液吸收式制冷技术。中国致力吸收式制冷技术的研究工开始于20世纪60年代初，虽然应用范围广，但民用化程度低。吸收式制冷技术作为一种以热能为驱动力、对臭氧层无破坏作用的制冷方式，近年来越来越受到工业界及相关科研工作者的重视。吸收式制冷循环是利用相变过程伴随的吸、放热来获取低温，以消耗热能为动力的制冷方式，其中吸收式制冷循环中工质的化学和热物理性质对系统性能起着关键性作用[1，2]。

1.吸收式制冷系统的优点

以热能驱动的吸收式制冷循環和以机械能驱动的压缩式制冷循环都以制冷剂液体的蒸发气化来实现制冷，但与压缩式相比，吸收式制冷系统有以下优点：

（1）结构简单，运动部件少，安全可靠。除了泵和阀件外，绝大部分是换热器，运行时振动和噪声小，安装时无特殊要求，维护管理方便。

（2）可以大量节约用电，平衡热电站的热电负荷，在空调季节削减电网的峰值负荷。

（3）可以利用各种热能驱动。除利用锅炉节汽的热能、燃料产生的热能外，还可利用废热、废气、废水和太阳能等低品位热能，热电站和气电共生系统等集中供应的热能，从而节省初级能源的消耗。

（4）以水或氨等为制冷剂，其 ODP、GWP=O，对环境和大气臭氧层无害。5）性能系数COP低于压缩式制冷循环。

2.不同形式吸收式制冷系统的运行特点

吸收式制冷系统的存在及其表现形式具备多样性，主要与热源的选择和制冷工质有关[3，4]，如风冷喷射-吸收式制冷循环、太阳能驱动双工质对吸收式制冷系统、氨-水-溴化锂吸收式制冷系统、太阳能溴化锂吸收式制冷系统、磷酸燃料电池与吸收式制冷机复合系统等。仅以太阳能吸收式制冷系统和冷热电联供系统以及燃料电池与吸收式制冷系统之间的耦合系统为例，对不同种类吸收式制冷系统的运行特点进行说明。太阳能吸收式制冷因为可有效地利用低品位热源和可再生能源，成为了近年来吸收式制冷技术研究的重点。但由于受热源温度的限制，太阳能吸收式制冷系统的制冷系数不能得到有效提高，从而得到广泛应用。随着人们对生活质量要求的提高，空调制冷用电占的用用电比例日益增长，因此节能减排就显得越来越重要。冷热电联供系统是一种可以同时产生可利用的冷能、热能和电能的能源系统。由于燃料电池具有清洁、可再生以及便于获得等特点，吸收式制冷以热能为动力且对臭氧层没有破坏，所以该系统可以采用燃料电池来发电，采用吸收式制冷系统进行制冷和制热。

3.吸收式制冷系统组成及工作原理

仅以小型单效溴化锂吸收式制冷系统为例，对整个小型单效溴化锂吸收式制冷系统由四个回路组成，分别为：溶液回路、热源水回路、冷却水回路和蒸发器冷媒水回路，其中的冷却水回路为串联通道，先后经过吸收器和冷凝器。从电加热器出来的热源水与来自吸收器的稀溶液在溶液热交换器换热，温度升高后的稀溶通过旋流器的喷嘴切向进入到发生室，由于溶液的旋转运动，使旋流器中的发生压力降低，由于发生压力与发生温度正相关，所以发生温度也会降低，使溶液变为过热状态，从而产生冷剂蒸汽，溶液则被浓缩，浓缩后的浓溶液即为吸收剂。浓溶液则通过节流阀降压后送往吸收器，冷剂蒸汽则靠压差进入冷凝器凝结成冷剂水，冷剂水经节流阀降压变为低温低压状态，进入蒸发器蒸发吸取冷媒水热量进行制冷。吸收器入口的浓溶液通过喷淋装置在顶端喷淋到吸收器换热管上吸收来自蒸发器的冷剂蒸汽，水蒸气汽化潜热的热量由换热管内的冷却水带走，最后在吸收器底部聚集了低温溴化锂稀溶液，由溶液泵不断将其不断送进溶液热交换器中换热升温，以此重复循环。

4.总结

（1）通过对吸收式制冷系统优点的分析以及对不同热源和制冷工质条件下运行特点的比较，可见吸收式制冷系统的优越性、广泛适用性和用途的多样性。

（2）通过与压缩式制冷系统进行比较对吸收式制冷系统的优越性进行了分析和总结。

（3）通过对吸收式制冷系统组成及工作原理进行论述和分析可得，确保吸收式制冷系统高效运行的关键在于控制制冷工质在发生器中的发生压力以及与之正相关的发生温度。

参考文献

[1]张晓晖，伍金泉.吸收式制冷机特性规律研究[J].机械工程学报，2010，46（02）：119-125.

[2]张浩阳.吸收式制冷节能技术在生产中的应用[J].电子测试，2020（08）：93-94.

[3]王晓坡，杜家浩，陈建林，等.不同制冷剂/离子液体工质对的吸收式制冷循环性能分析[J].中南大学学报（自然科学版），2021，52（06）：1817-1825.

[4]徐孟飞，殷勇高，张小松.基于双工质对的吸收式制冷循环热力分析[J].化工学报，2014，65（S2）：19-24.