毕业论文范文——回顾扩散吸收式制冷技术

回顾扩散吸收式制冷技术摘要 文章对于扩散吸收式制冷技术的研究阐述了它在制冷过程、 应用、 工作流体、 方面的发展趋势和局限性以及与其他制冷方式的不同。在该领域，经过超过70种出版物分析得出扩散吸收式制冷技术成为制冷量较小情况下，由于制冷和空调设备需求日益增长，制冷技术领域另一种补充和可行的选择的结论。关键词：制冷;扩散吸收式; 泡沫泵; copAbstractA review of diffusionabsorption refrigeration technologies has been done in this work in order topromote their main characteristics in terms of the refrigeration process, their applications, workuids, current trends and limitations, among others. Over 70 publications in the eld were analyzed concluding that diffusionabsorption technology represents a complementary and viable alternative in the eld of refrigeration technologies for small cooling capacity, due to an increase in the current demand of refrigeration and air-conditioning devices.Keywords: Refrigeration, Diffusionabsorption, Bubble pumps, COP1.引言在过去几十年里制冷和空调设备不断增加以满足在社会不同阶层的基本需要。蒸气压缩式制冷技术是世界上领先的技术，但它使用的制冷剂也是造成温室效应的一个间接原因。它会占用世界接近 30%能量1 。此外，发展中国家继续使用压缩式制冷系统，这会破坏消耗臭氧层，加剧全球升温变暖趋势。为寻求更好的选择减少对环境的破坏，出现了一些新的技术。这些技术的特点是利用活化能，如可再生能源包括太阳能、 地热能、 残余热等，可以减少温室气体排放量而且他们使用的制冷剂不会造成全球变暖。 这些技术包括吸收式制冷系统是最常用的制冷和空调应用 2，有些研究已证明在相同的制冷能力下吸收制冷系统的总能量消耗和总成本小于蒸汽压缩系统 3。科梅在世界各地设计了一大批制冷能力在1000千瓦的吸收制冷机组 4 。小容量吸收式制冷系统出现问题的溶液泵，使得制冷系统的能效比较低。扩散吸收式制冷系统已对这类问题的做出回应。这种类型的技术其制冷过程中使用三种工作液，这些液体是 NH3/H2O/H2 。这项技术的特点是氨作为制冷剂用，水被用作吸附剂氢作为辅助气体。扩散吸收式制冷系统第一次被开发和申请专利是在20 世纪 20 年代5 生产数以百万计的制冷设备用于家用、 汽车-阿旺斯、 营地、 娱乐的车辆、 酒店客房和没电地区。这些设备可以利用来自石油气 （LPG）、 天然气或煤油的活化能。即这些系统可以运行许多连续小时，但其应用仅限于小容量冰箱。他们有低的工件 ；基于此技术传统冰箱提供冷却容量 200 和 400 W，cop系数0.2 和 0.25 之间。因此研究已经多年来提高能源利用率的方法6-8，但最出色的发现已是约0.3 9。泡沫泵在扩散吸收式系统研究的组件之间，是一个最关键的组件，在系统的能源利用具有正面的效果。其他研究显示几何参数和流量体系也是影响效率的因素10-15。基于后者，这项工作的主要目标是提供关于扩散吸收式制冷技术知识、基于现有的工作研究制冷和空调的主要特性、 应用和发展趋势。此论文将允许研究人员和开发人员理解和改进这项技术，以及在这一领域提供更大的可能被视为可行的办法，2.冷却过程和组件图 1 显示了扩散吸收式制冷系统 (DAR) 原理图。DAR 系统的主要组成部分是： 泡沫泵、 冷凝器、 蒸发器、 热交换器 （SHE）、 气换热器 （GHX）、 水箱和吸收剂。此系统可以分为三个工作电路称为： 制冷电路、 溶解电路和气体电路。在基于局部压力的多尔顿的法律原则下运作周期和每个点的系统中的压力保持不变的使用一种气体辅助。DAR操作中系统运行在两个压力水平，类似于常规的制冷系统。图1.扩散吸收制冷系统启动系统，为启动加热的部件，有丰富的制冷剂；由生成器提供少量的蒸气泡沫液体直到它们分开的。溶液热交换器产生热的制冷剂，然后送到减振器制冷剂流向中的丰富水汽然后流到到冷凝器，通过放热过程，之后进入蒸发器 。由于蒸发器装载，液体的部分压力迅速减少，因此低温蒸发开始，生产的制冷的效果。出蒸发器实现气体热交换，换热器的制冷剂和载冷剂气流的混合物其目标是要减少气体的温度。在吸收塔被吸收，吸收制冷剂和热释放由水从外部冷却；因为气体的密度低于制冷剂，它是分离，并发送回气换热器以继续循环和制冷。因为它的发明扩散吸收式制冷系统曾被用于小型制冷能力场合 (迷你吧）。其主要的优点是它并不需要泵从吸收塔到发生器，它并没有移动部件，它是噪声小、 便携、 安全、 低成本 16。泡沫泵是扩散吸收式系统的心脏。此组件是制冷剂分开的部件 ；因此系统的最重要的是泡沫泵 17 的特性。设计和建造的泡沫泵基于同心换热器管的流在外管内管在制冷剂流的部件。为了在整流器和冷凝器散热，同心管用于作为换热器设备。冷的生产过程中的蒸发器，由两个同轴管在小室中混合制冷剂和载冷剂的形成发生了。最后，减振器的目的是吸收尽可能多制冷剂。同轴换器被广泛用作换热设备和传热过程通过自然对流与周围的环境 （由空气冷却系统）。在设备具有更大的容量 （0.53 千瓦)、 壳体和管的热换器也可使用。他们用水作为辅助。在某些实验原型采用了板或同轴换热器的使用来减少热量损失和并增加其工件大小，因此提高系统的效率183.主要工作液NH3/H2O 混合吸收式制冷系统在扩散吸收式制冷系统中的使用。这是由于这混合物在较大温度和压力范围下化学上是稳定的。此外，氨具有较高潜在蒸发热和低凝固点 (表 1），使它能够在需要低蒸发温度制冷系统中使用它。由于 NH3/H2O 是挥发性的，rectier 应通常用来单独与氨，这会增加热量损失，降低了全球能源工件的蒸发的水。此外，NH 3 / H 2 O具有不影响环境的优点，并且其生产成本要比合成制冷剂少102019表 1惰性气体的热物性物质比热电导率粘性密度氢14.3120.17699.0110.0823氦5.1930.155319.8500.1635氖1.0300.049331.9260.8242氩0.5210.017722.6241.6330采用NH3 / H 2 O作为工作流体的缺点是它的操作压力高，毒性及在铜或铜合金的腐蚀性，限制了它的使用环境。在扩散吸收式制冷系统中，氢气通常被用作惰性气体，以平衡系统中的压力。惰性气体应符合下列要求：非常低的密度和粘度，低比热和热导率，非水溶性和非粘性6 。然而它的可燃性问题限制使用这种气体超出400 W以下制冷容量为了排除上述问题，并提高制冷能力的可能性，氦被提出作为一个理想的替代氢6 ，24 ， 25 ， 26 和 27。附加的惰性气体如氖和氩被研究作为可能的替代氢在这些类型的应用，达到与使用NH3/H2O/H2混合物非常相似的效率27 。在表1中，四个惰性气体的热物理性质总结。如可以观察到，氢呈现最低的粘度和密度，从而降低了内部损耗，并在该混合物的吸收过程简化了分离。但是其较高的比热和热导率的结果减少了其吸收能力和增加的热损失。即使氦呈现几乎两倍的密度，并具有10倍以上的粘度，其比热和热导率使得它可以吸收制冷剂的量较大，并减少内部损失。虽然氩气和氖气替代氢气和氦气会导致的吸收热量和非常低的热容量，它们呈现的传热系数低，这将导致在该混合物中（制冷/气体）的吸收器中的分离过程中出现问题。即使NH 3 / H 2 O/ H 2已被用作在扩散吸收式制冷系统的工作流体多年，几个研究已经完成寻找新的工作的混合物，这将最小化活化能。普法夫等人28表明，溴化锂/ H 2O混合物可以用来作为在扩散吸附系统的工作流体。需要输入温度在66C和78C的生成，激活气泡泵，使得太阳能得以利用。这是众所周知的，使用水作为制冷剂的流体时，它的蒸发温度要超过0，这导致水制冷剂在制冷系统的限制。该混合物的优点是，该吸收性是不挥发的，因此使用的整流器在NH3/H2O/H2系统中不是必须的。该混合物的缺点是在真空压力。此外，溴化锂的存在下作为吸收剂具有高浓度结晶问题。因为盐是高腐蚀性的，铜需要被用作结构材料在这些类型的制冷系统中安装。添加剂通常用于避免腐蚀问题和增加传热使用29 。热物理属性可以从不同的方面来获得30 ，31 ，32 ，33 和 34 。氨和一些盐的二元混合物也进行了研究，以确定该化合物是最合适的，以减少活化温度和提高系统的能量利用效率35 。结果表明，NH 3 /硫氰酸钠混合物比常规NH更高效。阿库纳等人36已经将混合物：NH 3 ，其结果证实，这些混合物降低活化温度。此外，NH 3 的混合物分别约为50，硫氰酸钠在相同的操作条件比常规的NH 3 / H 2 O和H2效率提高27，。，NH 3 /硫氰酸钠混合物是由新罕布什尔州的方特费雷拉得到的37 。氟致冷剂被大量使用，由于其与有机溶剂，如N-二甲基甲酰胺（DMF）和N-二甲基乙酰胺（DMAC）具有良好的溶解性。相比于氨，这些制冷剂有较低毒性的优点，同时与水相比，这些制冷剂冷凝温度可以达到低于0的温度下。它们在化学上是稳定的，无腐蚀性的，完全混溶在很宽的温度范围内38，39 。DMF是常见的，因为在吸收式制冷系统的吸收性广泛使用，是已经在上述扩散吸收系统被使用的另一种化合物。与前面的卤烃类相结合的低氧分压。类似的NH 3 / H 2 O和溴化锂/ H 2 O混合溶液，所以如果氧气存在使用DMF作为吸收剂，一定必须采取预防措施，以避免泄漏系统时二甲基甲酰胺可以与某些金属反应。卤代烃制冷剂结合DMF的性能已经开发了许多研究者40 ，41 ，42 和 43 。Koyfman等人44进行了使用R22/DMF作为工作液的实验研究。低于0C蒸发温度分别实现了与50和90下活化温度，这达到了0.35能量效率。琐等人45使用DMF作为吸收剂在所有情况下，其结果是有效的针对不同工作条件下结合R32，R124，R125和R134a的制冷剂，以他们的分析。作者表明，这些混合物可以在较低的温度（150）被激活，但这traduced中的性能系数相比NH 3 / H 2 O混合物在较低和较高的冷凝和蒸发温度时较低。DMAC是市售的，并且被认为是吸收剂制冷系统良好的制冷剂之一，由于其与另一有机化合物良好的溶解性 42 。该化合物易溶于扩散吸收与卤代烃制冷剂混合。因为在这两种化合物之间的沸腾温度的差异非常小，这导致还正在蒸发的发生器一定量的DMAC，导致需要使用一个整流器，以避免DMAC的被冷凝，这导致冷却能力降低并增加了制造成本。埃津等人47表明，R124/DMAC是一个良好的工作，因为一对低蒸气压比在80和180的二甲基甲酰胺和活化温度的混合物可以得到，这使得它们理想与太阳能电池被激活能源，地热，余热或其他。轻质烃类有机溶剂，也可以在文献中找到46 和 48 。这些混合物可以在温度120150之间被激活，但其性能系数有时不如先前已经描述的那些的混合物。2,2,2 -三氟乙醇（TFE）和四乙二醇二甲醚（TEGDME）的二元混合物，也被称为E18，已经在理论上应用在扩散吸收式制冷系统中49 。表2.多种工作液的特性 图2. DAR系统 图3. 一种新型的制冷系统该化合物是非常稳定的，具有低腐蚀指数和附带的材料，如不锈钢和铜兼容。TFE的缺点是它的毒性和易燃性，但该制冷剂比氨的毒性要小，并且不需要使用一个整流器。TFE与TEGDME的组合给出了液-气两相之间更好的平衡。Long等人49已经发现，TFE / TEGDME混合物是大约12，比常规的氨/水混合物中更有效。然而，当系统被冷却水，活化温度降低到120和性能系数提高了多达18。低于0的蒸发温度可以通过两种混合即可到达，但是这个，是体现在能量效率在系统中丢失。值比循环原因更高被发现为EL TFE / TEGDME在一定范围内的活化温度为120至190，从而导致增加了溶液的磁通的流向发生器的数量与该管的尺寸。它们的热物理性质可以在不同的研究中发现67 68 。因此，此前已还描述工作流体的更完整的评论可以在Sun等人的工作中找到。50 。表2示出了在扩散吸收式制冷系统中采用的工作流体的概要。此外，它包括活化温度（范围 克），其类型的系统（R =制冷Y AC =空调）和能量效率（COP）。4.气泡泵配置最相关的扩散吸收式制冷系统的工作都集中在寻找最佳的组件和参数，以最大限度地提高系统的能量效率图。第一套扩散吸收式制冷系统，这是在瑞典引入市场由伊莱克斯公司，也被称为多美达51 。在该系统中，发电机和气泡泵是完全连接的，因此该热量被传递到同心管，其中包含通过外管，在其上差的溶液循环吸收液。此外，冷凝器是低温冷却进入蒸发器，其耦合到所述气体热交换器之前。即使在系统不使用泵来循环溶液和副冷却的情况下，这些系统具有约0.2的低能量效率。图4.气泡棒与多管连接图5.太阳能驱动实例图6.不同的气泡棒配置5.扩散吸收式循环的建模造型已经成为评价中的扩散吸收式制冷领域的设备或全球体系的充满活力的行为非常重要的工具。根据质量，能量和物质守恒方程热力学或物理模型是最发达和文献报道35 ，36 ，53 ，55 ，56 和 57 。这些模型是基于从它们各自是系统的一部分的组件的表征获得的非线性方程系统。其中最常用的软件编程这些类型的模型是EES （工程方程求解）的Matlab 。既然已经提及本一个基于方程质量守恒定律和能量，并考虑运行参数的模型在这之前的作品，这导致了在20和30的理论结果的偏差（由于能量的损失）相比，实验结果17。斯特拉奇和德PASCALIS 58因此，开发了一种新的模式，认为热损失的产生。其结果可适当地预测系统的行为，获得的仅2之间的偏差和8。其他车型考虑输入参数，它允许描述的扩散吸收式制冷循环的一个更现实的方式操作条件的一个更大的数字。因为气泡泵是在扩散吸收式制冷系统的主要组成部分，从已发现实验的观点来看，这种设备是更有效的制度60 ，此外发生器的管的直径是限于使用奇泽姆的方程61 ，它确定管道芯子之间的流量过渡的管理。其他作者开发了基于质量，动量和能量守恒方程，以获得最佳的模型10和所需的最低热通量激活气泡泵在不同工作条件下11 和 12 。通量模式和相位条件的变化是通过泡沫泵管，使得它可以为模型进行近似实际情况考虑。然而，不便之处在于它是绝热的磁通的条件下完成的。出于这个原因，计算工具如CFD（计算流体动力学）可以是一个可行的选择，设计和升级这些系统。这主要是由于这样的事实，CFD是一个强大的工具，它结合模型VOF（流体体积），以研究相现象复杂的变化，热与质量传递，这已被用来预测空隙率并以这种方式理解通量条件在系统内的开发70 ， 71 和 72。热力学模型评估系统的充满活力的行为无论是在全球或单独（每个设备），输入大多数的机型的操作条件，因此其结果可以是那些已通过实验获得。在一般情况下，这种类型的分析模型的几何参数，如直径的管中，浸没比和驱动头和长度。被通量的模式，并在气泡泵能量传递了研究。目前的发展和趋势6.扩散吸收式循环的发展在寒冷的和环境可持续性的地方扩散吸收式制冷系统作为一个有吸引力的技术在制冷和空调应用领域。关于制冷，商业制冷系统大都在400 W的容量以外，商用空调和制冷设备用在1千瓦和5千瓦，在市场上可用的冷却能力。对于这种类型的应用常规系统（蒸气压缩）是常用的，但它们具有增加的环境问题的缺点和电网的过载，因此定位扩散吸收系统的发展和应用，用于冷却能力1-5千瓦。按照评审文献，额外目前的趋势是备用系统，可与余热或太阳能被的发展59 。考虑扩散吸收技术作为一种可行的建议，在理论和实验与商用冰箱小型冷却能力及与太阳能技术7 ，62 和 63 ，其能量效率作为一个共同点。在教育机构的实验原型设计用于冷却的2.5千瓦太阳能气候适应性的系统64 ，65 和 66 。就混合物而言，正在使用的物质可以降低系统的活化温度，从而获得增加的太阳能利用这种类型的技术用于可持续系统在制冷和空调领域。使用冷冻的混合物可以被认为是对于这种趋势一个可行的选择35 ，36 和 49 ，这主要是因为不需要使用一个整流器。此外，混合物进行了研究，以分析其对系统的能量效率的影响。不用说，已经研究了一些的混合物组成的全球变暖的高值物质的潜力45 ，46 ，47 和 69 ，因此本工作参考搜索或物质的发展在制冷流体领域中的使用，根据这具有降低全球变暖的趋势73 。最近，一种实验研究，在蒸发器的出口处制冷气体采用了喷射器对系统的能效利用率生成节能高达20的工作条件，74 。显然，将新的配置继续研究，这将有助于提高效率，克服这是这项技术的主要缺点。7.结论本文就扩散吸收式制冷技术的技术现状进行了研究，提出了在这项技术发展包括制冷过程中，主要的工作流体，基本设备和当前的趋势。可以得出结论，该技术是有吸引力的，因为它较小的冷却能力的常规蒸汽压缩，因为它们不具有移动部件，避免噪音和较低的成本在市场上有优势。然而，已经证实，该技术大约比传统的吸收系统效率较低40。从分析的各种工程，可以得出结论，即影响系统的能量效率的最重要的参数是流量制度，活化热，气泡泵的直径和长度，及浸没比例。商业上最常用的工作混合物是氨/水与氢或氦作为辅助气体。然而就不同的混合物进行了研究，以获得更高的效率和找到不同的输入能量的来源，如太阳能。本文目的是进一步研究该技术，提高系统能效比和开发新的能源。参考文献171 Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). 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