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厚）告常见可的吸氏收式摔制冷雅循环沃工质妈对按溶葡液中岩含有获的制战冷剂幻玉种类得区分深，可习分为榨水类等、氨督类、誓乙醇吴类和谨氟里呈昂类安。吸椅收式谁制冷将循环矛的工判质对妙随制蜡冷剂喂的不锋同大跪致可问分为面如下斩四类蚊。a．鹅以水炭作为勾制冷谢剂的喜工质滔对主要蹦有溴算化锂灭-水疼（H2O-榆Li趋Br友）溶绞液及矛水-筛氯化雕锂（馆H2O-唉Li栋Cl进）、扎水-谨碘化绕锂（哭H2O贷-L刷iI庭）、脆水-事溴化解锂-尤硫氰扫酸锂毛（H2O-般Li珍Br绍-L袜iS惊CN移）溶首液等哪。b．替以氨亡作为记制冷桑剂的跌工质央对主要墓有氨薯-水瓣（N笨H3-H2O）谈、甲睛胺-榜水（渔CH3NH2-H2O）尚、乙尚胺-电水（宴C2H5NH2-H2O）粗以及歪硫氰激酸钠盈-氨会（N胳aS纯CN吃-N盈H3）溶占液等吴。c．卵以醇装作为朱制冷耀剂的建工质前对主要俗有甲坏醇-豪溴化泳锂（铅CH3OH怨-L淹iB掌r）米、甲栗醇-常溴化递锌（睛CH3OH捧-Z辜nB颗r2）、沉甲醇凑-溴畜化锂控-溴浸化锌弹（C篮H3OH帐-L涌iB赶r-马Zn戏Br2）起、乙班醇-烈溴化俗锂（杰C2H5OH打-L刑iB启r）越、乙纵醇-接溴化巧锂-丙溴化捷锌（罢C2H5OH遮-L丝式iB冻r-汽Zn趟Br2）溶谈液等刑。d．爱以氟练利昂倚为制捎冷剂润的工肠质对主要旦有氯筝二氟霜甲烷议-二厦甲替够甲酰少胺（屑R2秋2-丘DM暗F）标、氯剩二氟鉴甲烷宗-四梁甘醇料二甲音醚（锁R2辜2-稻E1反81茄）、裤氯二申氟甲武烷-剃酞酸冻二丁然酯（魂R2愉2-假DB耗P）板等。（或桨单位驼制冷拼量（或玻消耗饱的单卖位热带能）之滤比是吸弱收式爹制冷深循环位中获蝇得的场制冷笨量热力搏系数（3纳）蜡吸收背式制喇冷循引环的稳热力汗系数晚和热扇力完派善度）与搬消耗的热贯能是衡饱量吸衔收式哨制冷近循环聚性能帅的一都个重京要指繁标，穗它反激映了顾从驱锐动热精源输摩出的朋热量猪与制退冷机夜制冷亦量之椅间的悼关系必，但滩它不商能反葱映循晌环中遭存在牛的不虽可逆剑损失趁。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。吸收穷式制墙冷机户的能俱量转候换关脸系图4.壶1.杜2.犯2炊吸收舱式制针冷循妇环原桥理吸收写式制涨冷基封本循朋环系贩统是兼由发攻生器净、冷放凝器犁、制堵冷节嘱流阀扮、蒸颤发器畏、吸径收器胆、溶报液节甩流阀怠、溶碌液热颤交换趟器和践溶液坟泵等勿组成航，如悼下图翻所示赴。它泻采用区由高己沸点萌的吸疤收剂毙和低续沸点防的制器冷剂曾混合互组成品的工绩质对竖。吸收喉式制血冷基泳本循盲环系吗统图1－彩发生宋器，吃2－富冷凝庸器，故3－绣膨胀去阀，警4－重蒸发应器，辱5－茶吸收镇器，武6－驶膨胀责阀（披辅）蚂，7芳－热知交换钱器，缘瑞8－选溶液提泵整个扇系统稻包括灶两个济回路卧：一卵个是恼制冷睛剂回滩路，吉一个总是溶搅液回覆路。消系统洽中使弹用的币工作战流体央是制巷冷剂朗和吸陵收剂标，我乱们称四之为鹿吸收羞式制僚冷的丈工质烟对。您吸收转剂是士液体呜，它亿对制戴冷剂江有很雁强的践吸收便能力俊。吸杨收剂秋吸收遭了制租冷剂恳气体锻后形蜻成溶床液。影溶液搬加热酒又能畅放出形制冷泡剂气蹦体。食因此巨，通巷过溶啊液回颂路取牺代了碗蒸汽我压缩刻式制闭冷循搁环中兽压缩畜机的昼作用埋，构帐成蒸调气吸哥收式趣制冷驶循环决。制冷巡寿剂回璃路由鉴冷凝震器、刘制冷度剂节合流阀砍、蒸见发器伐组成免。高呀压制摩冷剂挑气体牛在冷陕凝器耕中冷益凝成贼液体石经节弹流后执到蒸差发器仰蒸发猴制冷潜。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释）恳制冷趁剂循面环：裁蒸发冤器内紫制冷边剂在央蒸发令压力勺，蒸认发温傅度溉下气伸化报，从邪被冷浩却对错象中营吸取圾热量鸟。气顽化后壮的低侦温低沸压蒸轨气被锦吸收困器内素浓度倦较高妹的吸受收剂雷溶液泼所吸蛮收，协形成需吸收庸剂稀冻溶液哈，并帜由溶伪液泵百加压兄至冷余凝压肠力晃，经止热交蓝换器呜换热丑进入困发生弯器。晶在发悉生器穴内被逐外界仔热源岭加热浊，吸静收剂碍稀溶度液析哄出制桐冷剂陵蒸气播，高姑温高驶压（印相对抓低温榴低压圆而言找）的婶制冷辣剂蒸奏气进斥入冷必凝器师，把津热量编交给肥环境拢介质艳，首衣先被碰冷却布然后掠被冷4.脸1.版3膜吸收畅式制宜冷循衰环工童作过随程吸收授式制司冷循戏环工祥作过津程包叛括制浸冷剂睬循环学过程粒和吸互收剂辅循环药过程政。制闷冷剂流循环记过程事如下恐图所草示。吸收积式制老冷基麦本循巨环中邪制冷清剂的沈循环凝为默高压惰常温崇的制扯冷剂掏液体美，液馒体通耽过节色流降牧压装灭置膨光胀阀团，降默压降盗温为纪湿蒸侧气进拾入蒸挨发器北，完视成制吼冷循迟环。（2悉）吸恼收剂纽奉循环公：吸扩收器按内吸响收剂施浓溶佛液吸明收低根温低勇压的仍制冷混剂蒸神气后葛变为遍稀溶寒液，舌由溶南液泵抱加压纺经热苏交换夸器换军热进骄入发重生器愿，在溜发生撒器内渐吸收纱剂稀桨溶液盾受热叙析出涝制冷发剂蒸炭气，品吸收膨剂稀至溶液捆变为通浓溶犁液，继再经该热交黎换器愤换热避并节迫流降执压进陕入吸不收器保进行况新一怪轮的纵吸收齐过程搞。故整垫个吸岂收式庸制冷喇循环床的工泽作过计程是迎：在亦发生孔器1隔中工筑作热末源（估如水终蒸汽醋、热戚水及武燃气祝等）走加热宣由溶醋液泵猜7从题吸收墓器5感输送程来的浅溶液崖，使讯溶液革中的浓大部懒分低匹沸点倘制冷辅剂汽某化并猜输送皇到冷贫凝器课2中稀被冷惠却介来质冷斯却冷这凝成艰制冷冈剂液艳体。焰该液透体经滑制冷巾剂节奖流器访3降适压至建蒸发落压力熄后进泼入蒸眠发器递4中绞汽化本吸收特被冷纺却系尊统中冈的热疾量，猫成为剑蒸