吸收式制冷原理

第25讲吸收式制冷原理（1）

根据热力学第二定律，热量从低温物体（或空间）向高温物体（或空间）的转移是一个非自发的过程。实现这个过程必须消耗一定的能量，即必须实现一个消耗能量的补偿过程。用于补偿过程的能量可以是电能、机械能或热能等。通常压缩式制冷循环是以消耗电能作为能量的补偿，而吸收式制冷循环则以消耗热能作为能量的补偿过程。吸收式制冷机和蒸汽压缩式制冷机都是利用制冷剂的汽化潜热制取冷量的。右图为两者工作原理的比较图。其共同点是高压制冷剂蒸气在冷凝器中冷凝后，经节流机构节流降压，再进入蒸发器，在低压下液态制冷剂气化，从而达到制冷的目的。蒸气压缩式与吸收式制冷机工作原理比较图A－压缩机；R－冷凝器；J－节流阀；Z－蒸发器；a－发生器；b－节流阀；c－吸收器；d－溶液泵它们的不同点是：1）提供的能量不同。蒸汽压缩式制冷机消耗机械功，吸收式制冷机消耗的是热能；2）吸取制冷剂蒸气的方式不同。利用液体蒸发连续不断地制冷时，需不断地在蒸发器内产生蒸气。蒸汽压缩式用压缩机A吸取此蒸气，吸收式制冷机用吸收剂在吸收器内吸取制冷剂蒸气；3）将低压制冷剂蒸气变为高压制冷剂蒸气时采取的方式不同。蒸气压缩式制冷机通过原动机驱动压缩机完成，吸收式制冷机则是通过吸收器、溶液泵、发生器和节流阀完成；4）蒸气压缩式制冷循环一般采用单一制冷剂，如R717、R22等，吸收式制冷循环则使用两种沸点相关较大的物质组成的二元溶液（工质对），其中低沸点组分为制冷剂，高沸点组分为吸收剂。在吸收式制冷循环中，冷凝器、蒸发器和节流阀的作用与压缩式制冷循环基本相同，只是能量补偿部分的设备改变了，能量补偿部分的设备由发生器、吸收器、节流阀和溶液泵组成。4.1吸收式制冷方法与制冷原理4.1.1吸收式制冷方法吸收式制冷循环就是利用热能制取冷量的制冷循环，吸收式制冷和蒸汽压缩式制冷一样，都是利用液体在汽化时要吸收汽化潜热这一物理特性来实现制冷。所不同的是蒸气压缩式制冷是靠消耗机械功或电能，使热量从低温热源转移到高温热源，吸收式制冷则是靠消耗热能来完成这种非自发过程的。吸收式制冷可以利用低温热源制取冷量，因此它特别适用于有余热可供利用的场合。吸收式制冷方法也是目前常用的一种制冷方式，吸收式制冷使用的工质是两种沸点相差较大的物质组成的二元溶液，其中沸点低的物质为制冷剂，沸点高的物质为吸收剂，通常成为“工质对”。目前常用的吸收式制冷装置有：氨水吸收式制冷装置和溴化锂吸收式制冷装置。早期吸收式制冷循环用氨水溶液做工质（其中氨为制冷剂，水为吸收剂），并使用水蒸汽为热源。溴化锂水溶液吸收式制冷循环以水为制冷剂，溴化锂溶液为吸收剂，工质对沸点差大，溴化锂制冷机装置简单，工质无毒、无臭、无味，对人体无害。4.1.2吸收式制冷循环原理4.1.2.1吸收式制冷循环基础（1）制冷剂与吸收剂吸收式制冷机循环就是利用溶液在一定条件下能析出低沸点组分的蒸汽，在另一种条件下又能吸收低沸点组分这一特性来完成的制冷循环。与压缩式制冷循环不同，吸收式制冷循环的工质除了制冷剂外，还需要有吸收剂。制冷剂用来产生冷效应。吸收利用来吸收产生冷效应的制冷剂蒸汽，以实现对制冷剂的“热化学”压缩过程。制冷剂与吸收剂组成工质对。吸收式制冷循环的工质对，通常采用两种不同沸点的物质组成的二元溶液，以低沸点（或易挥发）的组分为制冷剂，高沸点组分为吸收剂，两组分统称“工质对”。最常用的工质对有溴化锂水溶液和氨水溶液。在中央空调中常用的溴化锂吸收式制冷循环中，制冷剂为水，吸收剂为溴化锂，制取0℃以上的空调用冷水。对制冷剂的选择要求：吸收式制冷循环中制冷剂的选择要求与蒸汽压缩式制冷循环基本相同，例如蒸发潜热大、工作压力适中、成本低、毒性小、不爆炸及不腐蚀等性质。对吸收剂的选择则要求应有如下的一些特性：a．有强烈吸收制冷剂的能力。吸收能力越强，所需要的吸收剂循环量就越少；发生器工作热源的加热量、吸收器中冷却介质带走的热量以及溶液泵耗功率也随之减少；b．在相同压力下，其沸点温度应比制冷剂的沸点温度高，且相差越大越好。吸收剂的沸点越高，越难挥发，在发生器中汽化的制冷剂蒸汽纯度就越高。否则，发生后的制冷剂蒸汽中会夹带部分吸收剂蒸汽，必须通过精馏的方法将这部分吸收剂除去，以免影响制冷效果。使用精馏方法将吸收剂与制冷剂分开，这不仅需要专用的精馏设备，另外由于精馏效率的存在会降低制冷循环的工作效率；c．导热系数要大，密度、粘度及比热要小，以提高制冷循环的工作效率；d．化学稳定性和安全性要好，对金属材料的腐蚀性小；e．吸收式制冷循环工质对所组成的二元溶液，必须是非共沸溶液。共沸溶液不能作为吸收式制冷循环的工质对；f．价格低廉，容易得到。二元溶液根据两个组份沸点相差的程度，可分为如下三类：a．两个组份沸点相差大，溶质可看作是不挥发的。在溶液沸腾时，它的气相只是沸腾点的组分，例如溴化锂水溶液；b．两个组份沸点相差不大。在溶液沸腾时，它的气相中除了沸点较低的组分外，还包括有沸点较高的组分，例如氨水溶液；c．共沸溶液。例如酒精水溶液的t-x图。图中气-液两相的曲线除在两端相交外，还在M点相切，即有一极点。当溶液具有此点的成分时，它将在一个恒定的温度下沸腾，且气、液相成分完全相同，这样的溶液称为共沸溶液。酒精-水溶液的t-x图采用第一类溶液作为工质效果最佳，如溴化锂吸收式制冷机采用的工质效果就较好。采用第二类溶液作为工质时必须通过蒸馏的方法来获得纯的制冷剂成分，如氨吸收式制冷机中就有精馏塔装置来蒸馏氨蒸气中夹带的水分。对于第三类气-液两相的成分相同的共沸溶液，不能采用蒸馏的方法获得纯组分，故不能用来作为吸收式制冷循环的工质。（2）常见的吸收式制冷循环工质对按溶液中含有的制冷剂种类区分，可分为水类、氨类、乙醇类和氟里昂类。吸收式制冷循环的工质对随制冷剂的不同大致可分为如下四类。a．以水作为制冷剂的工质对主要有溴化锂-水（H2O-LiBr）溶液及水-氯化锂（H2O-LiCl）、水-碘化锂（H2O-LiI）、水-溴化锂-硫氰酸锂（H2O-LiBr-LiSCN）溶液等。b．以氨作为制冷剂的工质对主要有氨-水（NH3-H2O）、甲胺-水（CH3NH2-H2O）、乙胺-水（C2H5NH2-H2O）以及硫氰酸钠-氨（NaSCN-NH3）溶液等。

c．以醇作为制冷剂的工质对主要有甲醇-溴化锂（CH3OH-LiBr）、甲醇-溴化锌（CH3OH-ZnBr2）、甲醇-溴化锂-溴化锌（CH3OH-LiBr-ZnBr2）、乙醇-溴化锂（C2H5OH-LiBr）、乙醇-溴化锂-溴化锌（C2H5OH-LiBr-ZnBr2）溶液等。d．以氟利昂为制冷剂的工质对主要有氯二氟甲烷-二甲替甲酰胺（R22-DMF）、氯二氟甲烷-四甘醇二甲醚（R22-E181）、氯二氟甲烷-酞酸二丁酯（R22-DBP）等。（或单位制冷量（或消耗的单位热能）之比

是吸收式制冷循环中获得的制冷量热力系数（3）吸收式制冷循环的热力系数和热力完善度）与消耗的热能是衡量吸收式制冷循环性能的一个重要指标，它反映了从驱动热源输出的热量与制冷机制冷量之间的关系，但它不能反映循环中存在的不可逆损失。热力系数具有最大的数值

热力系数与最大热力系数之比称为热力完善度，以表示，其值永远小于1。吸收式制冷机的能量转换关系图4.1.2.2吸收式制冷循环原理吸收式制冷基本循环系统是由发生器、冷凝器、制冷节流阀、蒸发器、吸收器、溶液节流阀、溶液热交换器和溶液泵等组成，如下图所示。它采用由高沸点的吸收剂和低沸点的制冷剂混合组成的工质对。吸收式制冷基本循环系统图1－发生器，2－冷凝器，3－膨胀阀，4－蒸发器，5－吸收器，6－膨胀阀（辅），7－热交换器，8－溶液泵整个系统包括两个回路：一个是制冷剂回路，一个是溶液回路。系统中使用的工作流体是制冷剂和吸收剂，我们称之为吸收式制冷的工质对。吸收剂是液体，它对制冷剂有很强的吸收能力。吸收剂吸收了制冷剂气体后形成溶液。溶液加热又能放出制冷剂气体。因此，通过溶液回路取代了蒸汽压缩式制冷循环中压缩机的作用，构成蒸气吸收式制冷循环。制冷剂回路由冷凝器、制冷剂节流阀、蒸发器组成。高压制冷剂气体在冷凝器中冷凝成液体经节流后到蒸发器蒸发制冷。溶液回路由发生器、吸收器、溶液节流阀、溶液热交换器和溶液泵组成。在吸收器中，吸收剂吸收来自蒸发器的低压制冷剂气体，形成含制冷剂的溶液，将该溶液用泵送到发生器，经过加热是溶液中的制冷剂重新蒸发出来，送入冷凝器。另一方面，发生后的溶液重新恢复到原来的成分，经冷却、节流后成为具有吸收能力的吸收液，进入吸收器，吸收来自蒸发器的低压制冷剂水蒸汽。吸收过程中伴随释放吸收热，为了保证吸收的顺利进行，需要冷却吸收液。在吸收式制冷循环中，吸收器好比压缩机的吸入侧；发生器好比压缩机的排出侧；对发生器内溶液进行加热，提供提高制冷剂水蒸汽压力的能量。（1法）霞制冷烛剂循册环：枯蒸发奏器内己制冷通剂在关蒸发什压力闪，蒸渴发温胖度毫下气戚化萌，从碍被冷递却对清象中光吸取雨热量级。气堵化后谈的低纺温低煤压蒸望气被赢吸收篇器内井浓度自较高旱的吸连收剂侨溶液旋所吸戒收，券形成储吸收提剂稀苏溶液圈，并到由溶孤液泵慨加压鱼至冷诸凝压施力赛，经艰热交铜换器嚷换热视进入暂发生罚器。答在发戏生器妨内被辨外界棍热源勇加热梢，吸不收剂铜稀溶伙液析照出制蓄冷剂致蒸气匠，高蹲温高选压（快相对乏低温罩低压蚀而言组）的镰制冷董剂蒸割气进序入冷料凝器迫，把晶热量绕交给吧环境专介质渔，首荐先被密冷却绑然后津被冷4.虏1.冰3呼吸收条式制条冷循页环工雨作过睬程吸收油式制艇冷循村环工瞒作过棚程包间括制独冷剂误循环青过程违和吸已收剂著循环捎过程罗。制遮冷剂莫循环牧过程惕如下起图所有示。吸收茅式制狭冷基林本循炊环中卫制冷腹剂的瓦循环凝为吃高压桐常温驻的制下冷剂慕液体消，液慰体通勤过节奋流降竖压装坊置膨最胀阀串，降敲压降蛙温为迅湿蒸州气进湖入蒸肚发器陶，完偶成制颜冷循非环。（2衣）吸更收剂滨循环吉：吸门收器皆内吸踏收剂城浓溶贝液吸裂收低衔温低裹压的汤制冷淘剂蒸燃气后特变为诉稀溶符液，罪由溶戒液泵舍加压陷经热闭交换莫器换住热进殊入发庄生器亏，在夸发生蠢器内子吸收虫剂稀功溶液茄受热山析出桃制冷描剂蒸超气，头吸收弊剂稀脉溶液漠变为何浓溶欣液，芬再经基热交执换器伴换热牙并节陪流降尸压进撒入吸哄收器栗进行软新一剑轮的方吸收势过程摊。故整貌个吸择收式吃制冷愁循环尽的工戏作过睁程是渗：在约发生兔器1杰中工犁作热修源（章如水伐蒸汽逗、热纠水及性燃气判等）服加热途由溶盗液泵利7从盏吸收惭器5肌输送煌来的剪溶液玻，使净溶液沟中的超大部争分低督沸点炎制冷池剂汽清化并激输送痰到冷月凝器役2中洲被冷添却介瞧质冷烤却冷协凝成姨制冷毅剂液深体。跌该液寄体经禽制冷恶剂节并流器糠3降访压至布蒸发莲压力达后进艺入蒸忌发器箭4中玩汽化链吸收汇被冷栽却系宣统中途的热茅量，薄成为谣蒸发匠压力庭下的两低压扩制冷们剂水翻蒸汽含。在遭发生倡器1笋中经疑发生过列程，咬剩余举的溶值液（绵吸收奴剂以既及少齐量未踏蒸发汗的制发冷剂钞）由拐吸收辛剂节师