（工程热物理专业论文）氨水解吸压缩制冷循环的试验研究.pdf

一 氨水解吸一压缩制冷循环的试验研究 学位 答辩委 ：毖 疆【拶一、 指导教师签字：乏l 芝，么 员会成员嫁豳型生 毒獬 刁对步 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ( 洼；麴逡直基焦重要挂别童明的：奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：多ff j 、骖字日期：肼月如日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 刍- l ) 军 导师签字： 签字日期：加彤年月日 签字日期泐年多月孕日 氨水解吸一压缩制冷循环的试验研究 摘要 由于当今人们对环境的要求越来越高，并且随着传统的制冷剂一氟利昂， 对臭氧层的破坏越来越严重使得人们对氨制冷的研究越来越感兴趣。本文的研 究目的是在经过理论分析的基础上对氨水解吸一压缩制冷循环( a d a r 循环) 进行 试验样机的制作和对本循环中的关键技术进行试验研究，并通过整机试验数据 验证理论分析，从而验证该制冷方式的可行性。 本文的研究内容为：围绕着氨水解吸一压缩制冷循环中的关键技术对氨水在 高温高压的状态下进行了节流实验，对氨水在常压的状态下进行了升膜试验， 并将升膜技术应用到发生器当中，对氨水在低温低压的状态下进行了等温变压 和等压变温两种不同的试验方案并将两种方案产生的单位制冷量进行了比较， 为再以后的制冷循环系统的高效运行确定了可行发生方案，为该制冷系统的成 功运行奠定了基础，对氨水吸收器、低压发生器、氨冷凝器、油分离器、气液 分离器进行了设计加工。对氨水解吸一压缩制冷循环制冷系统进行了整机试验， 积累了大量的试验数据。 通过试验研究发现氨水在状态为1 1 m p a ，4 0 时，处于节流正效应，通过节 流过程能够实现降温降压；氨水在初始压力相同的情况下，氨水初始温度越高， 节流后压力越高，氨水的节流后温度越高；氨水在初始温度和节流后压力相同 的情况下，初始压力越高得到的节流温度越低。氨水在常压下能够在套丝网的 钢管中形成稳定的升膜，温差越大升膜效果越好；氨水在等温变压发生的单位 制冷量为1 2 4 2k j k g ，氨水等压变温发生的单位制冷量为1 4 4 2k j k g ，从而可 以看出等压变温发生的效果更加理想；对氨水整机进行的初步试验研究得出与 理论相近的实验数据虽然得到的试验c o p 与理论上有一定的差距，但是经过以 后的优化试验和对比试验应该具有很强的研究价值。 本文的研究为氨水解吸一压缩制冷系统的最终成功提供了一定的数据，为以 后的产品化有一定的参考意义。 关键词：氨水溶液；低压发生；氨水解吸一压缩制冷；节流 i l e x p e rim e n t ss t u d ie so fa m m o nia - w a t e rd e s o r p tio na n d a b s o rp tio nc o m p re s sio nr e f rig e r a tio nc y c ie a b s t r a c t w i mt h ec o n t i n u a li m p r o v e m e n ti np e o p l e sl i v i n gs t a n d a r d d e m a n d st ol i v i n g e n v i r o n m e n ta r em u c hh i g h e r , h o w e v e r , t h et r a d i t i o n a lr e f r i g e r a n t f r e o n ，g e n e r a t e s i n c r e a s i n g l ys e r i o u sd a m a g et ot h eo z o n el a y e r , s oa m m o n i ar e f r i g e r a t i o nh a sb e c o m e t h er e s e a r c hf o c u s t h eg o a lo ft h i sp a p e ri s ：w et a k et h er e s e a r c ho na m m o n i a - w a t e r d e s o r p t i o na n da b s o r p t i o nc o m p r e s s i o nr e f r i g e r a t i o nc y c l e ( a d a rc y c l e ) b a s e do n t h e t h e o r e t i c a la n a l y s i so fa m m o n i ar e f r i g e r a t i o n ；d e s i g n e da n de s t a b l i s h e da n e x p e r i m e n tp r o t o t y p e ；t a k et h ek e yt e c h n o l o g i e se x p e r i m e n t so fa d a rc y c l e ；t h e n w ev e r i f yt h ef e a s i b i l i t yo ft h i sr e f r i g e r a t i o nm e t h o dt h r o u g ht h ew h o l e m a c h i n et e s t t h ec o n t e n t so ft h i sp a p e r ：d o n et h er i s ef i l me x p e r i m e n to fa m m o n i a - w a t e ri nt h e n o r m a lp r e s s u r ea n dt h ec l i m b i n gf i l mt e c h n o l o g yb ea p p l i e dt ot h eg e n e r a t o r t w o d i f f e r e n tt e s tp r o g r a m s i s o t h e r m a l v a r i a b l ep r e s s u r ea n dc o n s t a n tp r e s s u r e - v a r i a b l e t e m p e r a t u r e a r ec o n d u c t e dw i t ht h ea m m o n i au n d e rl o wt e m p e r a t u r e l o wp r e s s u r e ， t h e nt h e s eu n i t er e f r i g e r a t i n gc a p a c i t i e sg e n e r a t e df r o mt h et w op r o g r a m sw i l lb e c o m p a r e d s ot h a tw ec a nc o n f i r mt h ef e a s i b l ea n de 艏c i e n tp r o g r a m si nt h ef u t u r e r e f r i g e r a t i o nc y c l es y s t e m a l s o ，t h et h r o t t l ee x p e r i m e n ti sc a r r i e do nw i t ha m m o n i a u n d e rh i g ht e m p e r a t u r ea n dh i g hp r e s s u r e ，w h i c hl a y st h ef o u n d a t i o nf o r t h es u c c e s s f u l o p e r a t i o no ft h er e f r i g e r a t i o ns y s t e m f i n a l l y , a m m o n i aa b s o r b e r , l o wp r e s s u r e g e n e r a t o r , a m m o n i ac o n d e n s e r , o i ls e p a r a t o ra n dg a s l i q u i ds e p a r a t o ra r ed e s i g n e da n d m a n u f a c t u r e d a tt h es a m et i m et h ew h o l em a c h i n et e s tf o rt h i ss y s t e mi sc o n d u c t e da n d al a r g ea m o u n to ft e s td a t aa r ea c c u m u l a t e d t h r o u g has e r i e so fe x p e r i m e n t s ，w ef i n dt h a t ：i nt h es t a t eo f1 1m p aa n d4 0 ， a m m o n i al o c a t e st h et h r o t t l e p o s i t i v e e f f e c t ，a n dt h ed e c r e a s i n gp r e s s u r ea n d t e m p e r a t u r ec a nb ea c h e i v e dt h r o u g ht h r o t t l i n gp r o c e s s u n d e rt h es a m ei n i t i a lp r e s s u r e ， t h eh i g h e rt h ei n i t i a lt e m p e r a t u r eo fa m m o n i a , t h eh i g h e rt h ep r e s s u r ea n dt h e t e m p e r a t u r ea f t e rt h et h r o t t l i n g w h i l e ，w i t ht h eh i g h e ri n i t i a lp r e s s u r e ，t h e l o w e r t h r o t t l i n gt e m p e r a t u r ew i t ht h es a m ei n i t i a lt e m p e r a t u r ea n d t h ep r e s s u r ea f t e rt h r o t t l i n g t h eh i g h e rt e m p e r a t u r ed i f f e r e n c eh a s t h eb e t t e r e f f e c to fc l i m b i n gf i l mb e c a u s e a m m o n i ac a nb ef r o m e ds t a b l ec l i m b i n gf i l mi nt h em e t a lw i r em e s hu n d e rn o r m a l p r e s s u r e m o r e o v e r , t h eu n i t er e f r i g e r a t i n gc a p a c i t yp r o d u c e db ya m m o n i ai s 12 4 2k j | 。 k gu n d e ri s o t h e r m a l v a r i a b l ep r e s s u r e w h i l et h ec a p a c i t yi s 14 4 2k j k gu n d e rc o n s t a n t p r e s s u r e v a r i a b l et e m p e r a t u r e ，t h e r e f o r e ，t h ee f f e c ti sb e t t e ru n d e rc o n s t a n tp r e s s u r e v a r i a b l et e m p e r a t u r er e s p e c t i v e l y 眦【et h eo v e r a l lp e r f o r m a n c et e s tf i n d ：a l t h o u g ht h e c o pi sl o w e r w i t ho p t i m i z a t i o nm e a s u r e sw i l lh a v eg r e a tp r o s p e c t t h er e s e a r c ho ft h i sp a p e rp r o v i d e dal o to fd a t af o rf u t u r ep r o d u c t ，a n di ti sv e r y s i g n i f i c a n t k e yw o r d s ：a m m o n i a - w a t e r ；l o wp r e s s u r ed e s o r p t i o n ；a m m o n i a 。w a t e r d e s o r p t i o na n da b s o r p t i o nc o m p r e s s i o nr e f r i g e r a t i o n ：t h r o t t l i n g i v 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 1 绪论j 1 1 1 选题背景1 1 2 氨水解吸压缩制冷循环原理介绍2 1 3 氨吸收制冷现状4 1 3 1 氨水吸收制冷的原理4 1 3 2 氨水吸收制冷主要类型5 1 3 3 氨水吸收制冷相关技术的研究现状1 0 1 4 研究内容及意义1 2 1 4 1 研究的目的1 2 1 4 2 研究的意义1 2 1 4 3 研究的内容。1 2 1 4 4 创新点1 3 1 5 本章小结1 3 2 氨水解吸压缩制冷循环的系统设计1 4 2 1a d a r 循环热力计算1 4 2 1 1 状态参数的确定1 4 2 1 2 热平衡计算1 6 2 1 3 物料平衡计算1 6 2 1 4 设备热负荷1 6 2 1 5 主要消耗1 7 2 1 6 计算实例1 7 2 2 传热计算18 2 2 1 吸收器1 8 2 2 2 发生器2 0 2 2 3 氨冷凝器2 2 2 2 4 板式换热器2 4 2 2 5 气液分离器2 4 2 2 6 油气分离器2 5 2 3 设备选型2 6 2 3 1 溶液泵2 6 2 3 2 板式换热器2 7 2 3 3 流量计2 7 2 3 4 压缩机2 7 2 4 整机系统的设计2 8 2 4 1 系统流程设计2 8 2 4 2 整机系统的测量2 9 v 2 4 3 整机系统中水系统的测试3l 2 4 4 设备的安装3 2 2 4 5 系统的检漏3 3 2 5 本章小结3 4 3 试验研究及结果分析3 5 3 1 氨水在套丝网管中升膜试验3 5 3 2 氨水节流试验3 6 3 2 1 氨水的性质介绍3 6 3 2 2 氨水焦耳汤姆逊系数的理论计算4 0 3 2 3 氨水节流试验装置和方法4 3 3 2 4 氨水溶液节流实验结果与分析4 3 3 3 低压发生试验4 7 3 3 1 变压等温发生试验4 7 3 3 2 单级节流降压冷量测试实验4 8 3 3 3 等压变温发生冷量测试实验4 9 3 3 4 试验结果与分析5 0 3 3 5 试验分析51 3 4 各级节流降压冷量测试试验5 4 3 4 1 等压变温发生冷量测试试验5 4 3 4 2 等压变温发生冷量测试试验结果5 5 3 4 3 等压变温发生冷量测试试验结果分析5 5 3 5 整机试验5 6 3 5 1 试验前准备5 6 3 5 2 整机试验5 8 3 5 3 整机试验结果5 9 3 6 本章总结6 0 4 总结6 l 4 1 主要结论6 1 4 2 存在的问题及课题展望6 l 参考文献6 3 v i 氨水解吸压缩制冷循环的试验研究 1 绪论 1 1 选题背景 在全球能源危机的大背景下，减少能耗，保护环境，实现可持续发展，成 为人类面临的最具挑战性的问题之一。近年来能源问题日益成为我国居民生活 乃至全社会关注的焦点，也成为中国战略安全的隐患和制约经济社会可持续发 展的瓶颈，而提高我国能源利用效率水平，研发节能技术才是开发新能源之外 最有效、最直接的解决能源问题的手段之一，也是落实我国节能减排和可持续 发展战略的重要措施。 我国能源消费最大的用途是工业用能。今后相当长时期内，工业用能仍将 在我国的能源消费中占最大的份额，工业部门节能十分重要。在目前经济技术 条件下，能源利用设备中会产生许多没有被利用的能源，也就是多余、废弃的 能源。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣 余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等多种，其 中最主要的是余热，我国在石油化工，轻工等行业中，存在着大量低温位工业 余热( 1 0 0 。c 以下) 。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的 一 1 7 0 0 - - - 6 7 ，可回收利用的余热资源约为余热总资源的6 0 。这些余热由于不能 被生产工艺过程所直接利用，大部分都被排放到了环境中，这不仅造成了巨大 的能源浪费，而且也造成了环境的热污染。所以进一步提高和改善制冷与空调 设备以及制冷循环系统的效率，以减少能源消耗，从而达到节约能源的目的， 同时开发和利用可再生能源的制冷和空调设备成为了当务之急。 随着生产的发展和人们生活水平的提高，制冷技术的应用也已经日益广 泛。同时人类面临着日益严重的全球气候变暖和环境破坏的威胁，臭氧层被破 坏已经引起人们的关注，是当今全球性环境问题之一，它对人类的生存环境造 成了巨大的危害，保护臭氧层已经成为世界各国的迫切任务。为了保护大气的 臭氧层，目前一些常用的氟利昂系列制冷剂的使用已开始受到控制，并逐渐地 被禁止使用，或由其他物质的制冷剂替代。因此，在当前的世界制冷业中，如 氨水解吸压缩制冷循环的试验研究 何实现c f c s 和h c f g 的完备替代，以免大气臭氧层继续遭受破坏和温室效应的 蔓延，在提高人们生活质量、改善居住条件的舒适性和不断改进食品保存环境 的同时，和谐地友好地和自然环境相处，可持续性的利用天然资源，保护生态 平衡成为当今制冷界的一个急需解决的问题。 目前常用的吸收式制冷系统为氨水吸收式制冷系统和溴化锂吸收式制冷系 统。溴化只用于空调或工业冷却，而氨水吸收制冷温度范围比较宽，一般在+ l0 一6 0 ，不仅可以用于空调，而且还可用于o 以下的普通制冷场合，因此，在 利用工业余热制冷系统中，氨水吸收式制冷机明显地优于溴化锂吸收式制冷系 统。氨水吸收式制冷机是一种以热能为动力的制冷机，其中氨是制冷剂，水是 吸收剂。早在十九世纪五十年代第一台氨水吸收式制冷机就已经被试制成功， 并在工业生产中得到应用。但是传统的氨水吸收式制冷机，因其系统中的设备 多，体积大，钢材消耗量大，制冷循环的c o p 值较低。因此如何克服氨水吸收 式制冷系统的缺点，提高氨水吸收式制冷系统的c o p 值，是在我国推广应用氨 水吸收式制冷系统进行余热制冷的关键所在。早期氨水吸收式制冷机发展缓慢， 这一方面是因为往复式压缩机运行可靠；另一方面则由于当时能源价格低廉的 原故以及氨的安全性和毒性等性质限制了其的使用【l 一1 。随着科学技术的进一步 发展，氨水吸收式制冷机在各方面日臻完善，所以氨水由于它具有环保和高效 性又重新回到人们的视野中。减少氨的充罐量，从而减少其危险性成为近来研 究的一个热点课题。 现有的氨制冷系统一般采用单一的氨蒸汽压缩制冷循环或氨水溶液吸收式 制冷循环。对于氨蒸汽压缩制冷循环，它是利用氨气的潜热制冷，所以其c o p 不是很理想，而且由于氨气量多，容易发生爆炸，所以安全性不是很高。对于 氨水溶液吸收式制冷循环由于设备复杂而且庞大，因此该系统的成本很高，不 利于推广。本文提出的氨水解吸压缩制冷循环系统不仅具有制冷系数高，同时 不破坏环境，制冷设备小等优点，因此本文在当今环境污染严重和能源危机的 世界中有很大的研究前景和价值。 1 2 氨水解吸压缩制冷循环原理介绍 氨水解吸一压缩制冷循环循系统如图1 - 1 所示，由低压发生器、压缩机、换 氨水解吸压缩制冷循环的试验研究 热器、吸收器、溶液换热器、溶液泵和节流装置组成。浓氨水溶液( 1 点) 通过 低压发生器时，温度升高，压力不变，同时吸收来自空调冷冻水的热量，不断 蒸发出低温过热氨蒸汽( 3 点) ，同时解析出氨气的稀氨水经过溶液泵进行升压 ( 8 点) 进入到板式换热器中与从吸收器出来的热氨水换热( 6 点) 。氨蒸汽由 发生器进入压缩机，压缩后的高温高压氨蒸汽( 4 点) ，进入吸收器被升压后的 稀氨水溶液( 6 点) 吸收，生成高压浓氨水溶液( 7 点) ，吸收过程放出的热量 被冷却水吸收。放热后的浓氨水溶液经溶液换热器换热降温( 9 点) 并经节流装 置降压后( 1 点) 进入低压发生器完成制冷循环，此循环实现了氨水溶液在低压 发生器中解吸吸热，在吸收器中向外放热的效果。 溶 图卜la d a r 循环系统原理图 在本循环中取发生压力0 3 4 m p a ，吸收压力1 1 4 m p a ，忽略泵功，冷源进口 温度1 2 c ，热源进口温度3 1 ，经过热力计算，循环倍率f = 6 2 3 ；压缩功 w = 1 6 2 6 k j k g ；发生器单位制冷量q d = 1 4 4 9 7k j k g ；制冷系数c o p = 8 9 2 。 同样选取5 蒸发、4 0 c 冷凝，对传统氨蒸汽压缩制冷循环和r 2 2 蒸汽压缩制冷 循环进行理论计算，所得的理论c o p 值分别为6 8 0 和6 6 3 。可见a d a r 循环与 这两种传统蒸汽压缩式制冷循环相比，具有较高的理论制冷系数，性能上更加 优越。 氨水溶液解吸一压缩制冷循环与传统压缩制冷循环在换热方式上的区别是， 以解吸制冷代替压缩制冷循环中的蒸发制冷，以吸收放热过程代替冷凝放热过 程，优点之一是解吸和吸收反应对应于高低温的循环压比小于压缩制冷的循环 氨水解吸压缩制冷循环的试验研究 压比；优点之二在同样的压比下，a d a r 循环解吸和吸收过程的解吸热和吸收热 比压缩制冷的蒸发热和冷凝热大。 以氨水溶液解吸一吸收过程取代氨的蒸发一冷凝过程是氨水解吸一压缩制冷 循环与传统压缩制冷循环的根本区别。这个区别在热力学理论上分析：蒸发一冷 凝是物理过程，而氨水溶液的低压解吸和吸收是物理化学过程，因此氨水溶液 的低压发生和吸收是受溶液动力学因素影响并伴有物质和热量迁移的物理化学 过程；而且氨水发生所吸收的热量是具有物理化学性质的发生热，其数值比氨 在相同温度下的汽化潜热要高。但是氨水解吸一压缩制冷循环相比于压缩式制冷 增加了循环泵功，尽管如此，在理论上氨水溶液解吸一压缩制冷循环比氨蒸汽压 缩制冷循环具有更大的单位制冷量和更高的制冷系数，具有一定的应用前景【2 9 】。 1 3 氨吸收制冷现状 制冷就是使自然界的某物体或某空间达到低于周围环境温度，并使之维持 这个温度。随着工业、农业、国防和科学技术现代化的发展，制冷技术在各个 领域中都得到了广泛的应用，特别是空气调节和食品冷藏，他们不但在制冷设 备需要量方面占很大的比重，而且在动力消耗方面也占有很大的比例。 现有的氨制冷方式主要有两种：一种为压缩式制冷，一种为吸收式制冷。 1 3 1 氨水吸收制冷的原理 膨胀阀 l j 图1 2 吸收式制冷原理图 吸收式制冷是液体气化制冷的一种形式，是利用液态制冷剂在低温低压下 气化以达到制冷的目的。与压缩式制冷不同的是吸收式制冷是依靠消耗热能来 4 氨水解吸压缩制冷循环的试验研究 完成这种非自发过程。 现有的吸收式制冷主要有氨水吸收式制冷和溴化锂吸收式制冷，其原理如 图1 2 。 由图1 2 可见，氨水吸收式制冷机主要由四个热交换设备组成，即发生器、 冷凝器、蒸发器、和吸收器，他们组成两个循环环路：制冷剂循环和吸收剂循 环。左半部是制冷剂循环，属逆循环，由冷凝器、节流装置和蒸发器组成。气 态氨在冷凝器中向冷却介质放热被凝结为液态氨后，经节流减压降温进入蒸发 器；蒸发器内，该液态氨被气化为低压气态氨，同时吸取被冷却介质的热量产 生冷效应。右半部为吸收剂循环( 图中的点画线部分) ，属于正循环，主要由吸 收器、发生器和溶液泵组成，相当于蒸汽压缩式制冷的压缩机。在吸收器中， 用稀氨水不断吸收蒸发器产生的低压气态氨，以达到维持蒸发器内低压的目的； 稀氨水吸收制冷剂氨蒸气形成的制冷剂吸收剂溶液，经溶液泵升压后进入发生 器；在发生器中该浓氨水被加热、沸腾，其中沸点低的氨气化形成高压气态氨， 进入冷凝器液化，而剩下的吸收制冷浓氨水溶液则返回吸收器再次吸收低压气 态氨1 4 1 。 同溴化锂水工质对相比，氨水工质对的显著优点是能制取0 以下冷量， 不结晶，可用于热泵供暖；氨水工质对铜、铝以外的金属基本无腐蚀性。缺点 是蒸发压力较高，大量泄漏时，对人体有害。此外，氨与水的沸腾温差较小， 需用精馏器以去除冷剂氨中的水蒸气，由于精馏过程存在不可逆传热传质损失， 因此，氨水吸收式循环的制冷效率较低i 5 1 。 1 3 2 氨水吸收制冷主要类型 早在1 8 2 4 年就已经为英国物理学家和化学家法拉第就已经发明了简单的氨 水吸收制冷。当时他使液氨蒸发产生冷效应，随后又在一个封闭的系统中用氯 化银将氨气吸收。1 8 5 0 年法国工程师凯利爱在巴黎制造出了第一台氨水吸收式 制冷机。凯利爱最初的制冷机是间歇工作的，两年后他又制成了连续运行的制 冷机，这比德国人林德制造的第一台氨压缩式制冷机约早2 0 年。但由于往复式 压缩机运行可靠，以及随后问世的氟利昂类工质性能优越导致吸收式制冷发展 非常缓慢。直到上世纪3 0 年代由于吸收式制冷机的系统和设备都得到改进，现 氨水解吸压缩制冷循环的试验研究 代化学工程的原理在系统中得以充分应用，特别是发展了氨水精馏，使氨水吸 收式制冷系统有所发展【1 1 。 氨水工质对也被用于家用及小型吸收式热泵中，如美国s e r v e l r o b u r 公司 自1 9 2 7 年就生产小型直燃式氨水吸收式制冷机，该公司在6 0 年代研制的风冷 式小型燃气氨水单效制冷机一直销售至今。吸收式制冷系统具有耗电少，能源 适应性强，制冷工质对环境无影响等优点。为了充分发挥吸收式制冷系统的优 势，提高循环的性能系数，扩大其使用范围，目前世界各国正在积极研究各种 新的吸收式制冷循环，以提高其性能系数，降低能源的消耗，并积极研究开发 各种新的制冷工质对，以期扩大吸收式制冷系统的使用范围，部分取代压缩式 制冷系统【6 1 。 下面主要介绍几种新型高性能系数氨吸收式制冷循环研究的最新进展。 ( 1 ) 复叠式吸收制冷循环 复叠式循环是由高温高压发生和中温中压两个氨水吸收式制冷循环复叠 而成。在高压发生器内加入高温热源，产生高压饱和氨蒸汽，因饱和压力的提 高，使氨蒸汽的冷凝温度也随之提高，从而中压发生器就可利用高压的氨冷凝 热来作为热源。冷凝后氨液经减压进入蒸发器内蒸发，吸收低温环境的热量也 就是制冷。蒸发后的氨蒸汽在吸收器内被低浓度氨水所吸收，所产生的吸收热 也作为中压发生器的热源。显然该级循环是利用高温热源的热量提取低温环境 的热量，获得比加入的高温热量更多的中温热量。在中压发生器内，利用高压 级循环中冷凝器和吸收器所排出的热量使发生器内的氨水分离，经中压冷凝 器冷凝后，减压进入同一台蒸发器内吸收低温环境的热量。蒸发后的氨蒸汽在 吸收器内被较高浓度氨水所吸收。在该级制中冷凝和吸收过程的热量被冷却水 带走【7 1 。 采用复叠式吸收制冷循环可以大幅度地提高制冷系统的性能系数。研究表 明当高、低压循环的放气范围在6 以上时，循环的c o p 能够达到1 o 以上。但 是由于该循环中发生器和冷凝器的工作压力都很高，所以不利于设备的制造与 加工，不利于降低设备的成本，也不利于系统运行的安全。许多国内外学者都 在复叠循环的基础上提出了新的各种类型的复叠循环。周湘江提出了一种双效 氨水吸收制冷流程，并对循环进行了简单的计算，预计其c o p 可达到1 0 左右。 大连理工大学的徐士鸣对中压双效吸收式氨水循环进行了计算，指出只有在冷 6 氨水解吸压缩制冷循环的试验研究 却水温度较低，制冷剂蒸发温度较高的条件下，才能显示其具有较高制冷系数 的优点。然而，在双效机组中冷凝热、吸收热等热量还是没有得到充分利用。 为了进一步提高c o p ，人们在双效循环的基础上，又提出了三效吸收循环。这 些三效循环一般是通过多次利用驱动热能来达到提高c o p 的目的。主要方法有： 多次利用冷凝热；多次利用吸收热；利用冷凝热的同时又利用吸收【8 i 。 ( 2 ) 复合式吸收制冷循环 提高制冷循环的性能系数和增大制冷的温度范围是采用复合式制冷循环有 两个主要目的。虽然水溴化锂吸收式制冷系统具有良好的性能被广泛地用于 中央空调系统，由于溴化锂吸收式制冷系统中采用水作为制冷剂，所以制冷温 度不能低于5 。c ，因此其使用范围受到极大的限制。为了扩大溴化锂制冷系统的 使用范围，因此将水溴化锂吸收式制冷循环和氨水吸收式制冷循环组成了 复合式制冷循环。低温级氨水吸收制冷循环的加热热量由水溴化锂吸收制冷 循环中冷凝热和吸收热均作为提供，但与复叠式吸收制冷循环不同的是，因水 溴化锂吸收式制冷系统不能在低于5 以下的场合工作，因而其制冷剂不能与 低温吸收式制冷系统在同一蒸发温度下蒸发，吸收低温热量。高温级制冷循环 制冷剂所吸收 节流阀l 节流阀2 图卜3 复合式吸收制冷循环原理图 的热量仅仅是低温级制冷循环制冷利冷凝所放出的热量，由于氨水制冷循环 制冷剂冷凝压力的降低，在冷却水温度不变的条件下，可使加入发生器内的热 源温度降低。目前已经在发展研究中的复合式吸收制冷循环包括单纯复合式吸 7 氨水解吸压缩制冷循环的试验研究 收制冷循环以及双级复合式制冷热泵循环。冷冻机工作时氨蒸汽在吸收器中被 氨水混合液吸收，在这一过程中同时伴随有传热和传质过程。作为吸收式制冷 循环，使用两种物质的混合物作为工作流体，其中相对较易蒸发的物质作为制 冷剂，另一方作为吸收剂。目前已提出的复合式制冷循环包括单纯复合式吸收 制冷循环以及双级复合式吸收制冷热泵循环。此外还可以采用除氨水工质对之 外的其他新型吸收式制冷工质对，如t f e n m p 、 t f e e 1 8 1 、r 2 2 e 1 8 1 、 r 1 2 3 a e t f e d 等【7 1 。 ( 3 ) g a x 吸收式制冷循环 所谓g a x ( g e n e r a t o ra b s o r b e rh e a te x c h a n g ec y c l e ) 吸收制冷循环就是在具 有高温热的条件下为了提高吸收式制冷循环的性能系数，将吸收过程所排出的 部分热量回收，作为发生过程的部分加热热量。对氨水吸收式制冷循环的研究 与分析表明，在制冷温度和冷却水温度一定的条件下，当放气范围达到一定值 后，单靠提高发生器内溶液温度，增大循环的放气范围，对提高制冷系统的性 能系数不仅不起任何作用，而且性能系数随放气范围的继续增大而略减少。这 是因为此时吸收制冷循环的吸收热并不随放气范围的增加而减少。因此，当具 有较高热源温度的条件下，在增大循环放气范围的同时，回收吸收过程的部分 热量作为发生器内的加热热量，以减少向环境的排热，使制冷系统的热力系数 有较大幅度的提高。由于g a x 循环由于能够利用氨水吸收式循环中的内部回热 减少了发生热，大大提高了循环的性能系数，因此已经成为氨水吸收式制冷研 究中的一个热点。c a x 吸收制冷循环包括直接g a x 循环、间接g a x 循环和分 支g a x 循环等。 当今国外对g a x 循环有：p h i l l i p s 于1 9 9 0 提出了较成熟的g a x 循环，该循 环结构在g a x 发生器及g a x 吸收器中均采用汽液逆流，以达到最佳传热、传 质工况，但该循环必须用一外加封闭热媒载流循环，以将g a x 发生器和g a x 吸收器联接起来，并将g a x 吸收器的吸收热通过热媒流循环传到g a x 发生器。 m o d a l l l 和h a y e s 于1 9 9 2 年提出了另一种g a x 基本循环结构，此结构省略了这 一外加封闭热媒载流循环，直接将g a x 发生器与g a x 吸收器结合为一体，这 样g a x 吸收器中仍为汽液逆流传热、传质，但g a x 发生器中溶液与冷剂蒸汽 间为顺流传热、传质。在基本g a x 循环的基础上，人们提出了许多改进的循环。 例如s t a i c o c i c i m d 提出p b r g a x 循环，一般认为p b r g a x 循环比简单g a x 8 氨水解吸压缩制冷循环的试验研究 循环效率提高3 0 州0 。而e r i e k s o n o c 提出了v x g a x 循环，认为v x g a x 循环比简单g a x 循环后者要提高5 0 以上。h y u n gh e eu n i v e r s i t y 的ytk a n g 等进行了新型混合g a x 循环( h g a x 循环) 的性能研究，提出了将氨水吸收式制 冷与氨蒸汽压缩式制冷结合起来的4 种循环，并作了分析比较。ark u m e r 等人 对h g a x 循环在空调工况下的性能进行了计算机模拟，得出了h g a x 循环比传统 g a x 循环的c o p 平均高出3 0 的结论。国内对g a x 循环研究也比较多，例如北 京化工大学的邓文宇对g a x 循环进行了模拟，对氨水单级循环试验与g a x 循 环进行了比较评价。东南大学的廖健敏对氨水吸收式制冷g a x 循环进行了性能 分析，从不同温度工况、不同循环类型对g a x 循环的热力性能进行了比较分析。 北京化工大学的郑丹星教授等分别对单级氨水吸收式制冷循环和g a x 循环进行 了计算机模拟，并在q h 图上对两个循环的热力学结构进行了分析，得出g a x 循环在制冷系数与火用效率上高于前者的结论和原斟7 1 l 】。 ( 4 ) 其他氨吸收制冷 0 b r u n i n 等人提出了压缩一吸收式热泵( c o m p r e s s i o n a b s o r b e rh e a tp u m p ) 的雏形一用发生器代替传统压缩式热泵( c o m p r e s s i o nh e a tp u m p ) 的蒸发器， 用吸收器代替冷凝器的热泵循环。随后对使用不同工质的c h p 循环与使用氨水 溶液为工质的c a h p 循环进行了工作区域讨论，得出了c a h p 循环工作区域大、 应用前景广的结论。m a g n u sh u l t e n ，t h o r eb e r n t s s o n 进一步进行了一系列研 究，包括影响c a h p 循环c o p 的因素，从新角度对比c a h p 循环与c h p 循环，c a h p 循环的设计方案改进。a l t e r k i c h 于1 9 5 0 年提出了一种带溶液回路的蒸汽压缩 式循环，并率先完成了其理论研究，这是一种吸收式与压缩式组合起来的新型循 环( c c s c 循环) 。c c s c 循环是将吸收式循环结合到传统的蒸汽压缩式循环中，即 这种组合起来的循环带有另一条溶液回路，该溶液由制冷剂以及能吸收制冷剂 的吸收剂组成工质对，用机械压缩和泵升压的能量补偿形式实现循环。在某些情 况下亦可用热量形式作为补偿。正如传统的压缩式制冷循环一样，它有四大件： 压缩机、吸收器( 冷凝器) 、膨胀装置与解吸器( 蒸发器) 。此外，还有带溶液泵 的辅助液体管路，使解吸器中的残余溶液回流到吸收器中。组合循环具有两股溶 液流：一股溶液靠部件间的压差经节流后回流至解吸器，另一股溶液则要用溶液 泵将溶液送到吸收器。研究发现这种组合循环可趋近l o r e n z 循环，从而具有很 大的节能潜力和良好的经济性。该种制冷循环与本文中所研究的制冷循环有一 9 氨水解吸压缩制冷循环的试验研究 定相似性【1 3 - 1 8 1 。在已有的研究中虽然涉及到将氨水吸收式制冷与氨蒸汽压缩式制 冷结合起来的循环，但主要的热交换设备仍为冷凝器和蒸发器，是对氨水吸收 式制冷的改进。他们都只是对该种制冷循环进行理论研究，并没有对其进行试 验样机的制作和试验分析，因此本文具有很大的研究意义。 1 3 3 氨水吸收制冷相关技术的研究现状 ( 1 ) 传热传质的研究 吸收式制冷机是热交换器的集合体，其效率的提高与价格的降低都与传热 和传质性能的高低密切相关。低肋管、螺纹管、纵槽管、微细多孔管、管内设 有来复线或填以钢丝的无缝钢管等高效传热管的采用，不仅可以增加传热面积， 更主要的是使溶液在管子表面形成涡流和对流，增强了扰动，有利于传热传质。 采用高效传热管后，不仅使机组的重量与体积大幅度减小，而且使机组溶液充 注量降低，提高了启动、运转性能。吸收式制冷机中吸收器是最关键的部件， 加强吸收机理的研究，进行吸收器新设计方法的探讨，对改善吸收式制冷机的 效率有着重要的作用。p a l m e 等研究了g a x 收器中的吸收过程，该吸收器采用 带芯的套管式换热器，称为v f t a 。其外管为光管，内管为沟槽管，芯棒起布液 作用。对吸收器模型进行了简化假设，并将吸收器沿管长方向划分为