[科普中国]-吸收式制冷

结构

吸收式制冷装置由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、循环泵、节流阀等部件组成，工作介质包括制取冷量的制冷剂和吸收、解吸制冷剂的吸收剂，二者组成工质对。

吸收式制冷机与往复式或离心式制冷机截然不同，它没有运动的原动机。目前吸收式制冷机有两种，即氨--水吸收式和溴化锂—水吸收式。

溴化锂--水吸收式制冷装置主要由发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器4 个部分组成。这4 个部分分别装在两个圆柱形筒内。冷凝器和发生器装在上部圆筒内；蒸发器和吸收器装在下都的圆筒内，两圆筒之间用管路和泵连接。1

原理常用的工质对有氨水和水/溴化锂。

吸收制冷的基本原理一般分为以下五个步骤：

（1）利用工作热源（如水蒸气、热水及燃气等）在发生器中加热由溶液泵从吸收器输送来的具有一定浓度的溶液，并使溶液中的大部分低沸点制冷剂蒸发出来。

（2）制冷剂蒸气进入冷凝器中，又被冷却介质冷凝成制冷剂液体，再经节流器降压到蒸发压力。

（3）制冷剂经节流进入蒸发器中，吸收被冷却系统中的热量而激化成蒸发压力下的制冷剂蒸气。

（4）在发生器A中经发生过程剩余的溶液（高沸点的吸收剂以及少量未蒸发的制冷剂）经吸收剂节流器降到蒸发压力进入吸收器中，与从蒸发器出来的低压制冷剂蒸气相混合，并吸收低压制冷剂蒸气并恢复到原来的浓度。

（5）吸收过程往往是一个放热过程，故需在吸收器中用冷却水来冷却混合溶液。在吸收器中恢复了浓度的溶液又经溶液泵升压后送入发生器中继续循环。

吸收式制冷机利用溶液在一定条件下能析出低沸点组分的蒸气，在另一条件下又能强烈地吸收低沸点组分蒸气这一特性完成制冷循环。吸收式制冷机中多采用二元溶液作为工质，习惯上称低沸点组分为制冷剂，高沸点组分为吸收剂，二者组成工质对。

人们经过长期的研究，获得广泛应用的工质对只有氨——水和溴化锂——水溶液，前者用于低温系统，后者用于空调系统。具体有如下：

（1）以水作为制冷剂的工质对：水——溴化锂、水——氯化锂、水——碘化锂、水——氯化钙。

（2）以氨作为制冷剂的工质对：氨——水、乙胺——水、甲胺——水以及硫氰酸钠——氨等。

（3）以醇作制冷剂的工质对：制冷剂通常选用甲醇，主要有甲醇——溴化锂、甲醇——溴化锌、及甲醇——溴化锂——溴化锌三元溶液工质对等。

（4）以氟利昂作为制冷剂工质对：其中主要是R21、R22与四乙醇二甲基乙醚等有机物组成的工质对。2

特点吸收式制冷以自然存在的水或氨等为制冷剂，对环境和大气臭氧层无害；以热能为驱动能源，除了利用锅炉蒸气、燃料产生的热能外，还可以利用余热、废热、太阳能等低品位热能，在同一机组中还可以实现制冷和制热（采暖）的双重目的。整套装置除了泵和阀件外，绝大部分是换热器，运转安静，振动小；同时，制冷机在真空状态下运行，结构简单，安全可靠，安装方便。在当前能源紧缺，电力供应紧张，环境问题日益严峻的形势下，吸收式制冷技术以其特有的优势已经受到广泛的关注。

（1）无原动力，直接使用热原理，因此机器坚固亦无震动，少噪音，能安装于任何地点，从地室一直到屋顶均可。

（2）以水为制冷剂，获得容易，安全性高。

（3）可直接利用热源，它可利用低压蒸汽、热水，甚至废汽、废热，耗电极少，只相当于同容量离心式机的2%--9%。

（4）变负荷容易，调节范围广(能在10%--100%范围内调节制冷量) 。

（5）结构简单，运行方便。

其不足之处是，溴化锂水溶液在大气下对金属有很强的腐蚀性，因而对设备管道的要求较高，另外冷却负荷较大。

优点

1、 夏天需供应冷气，冬天需供应暖气的全年候空气调节地区，最适合使用吸收式系统。目前美国、日本的中央空调系统，吸收式系统的约占80% 以上。

2、 运转安静，可减少磨损至最小(除液体泵运转外)，故障较少、维护简单。

3、 不依赖电力。

4、 容量控制容易，仅需控制发生器的热源。

5、 系统安全性高，无爆炸。

6、 系统满载与轻载效果相同，当负载改变时，只需调节发生器热源和水循环量即可。

7、 当蒸发温度及压力减低时，吸收式容量仅有限度地减少，运转稳定。

缺点

1、 以水为冷媒时，无法获得低温（水冰点为0℃）。

2、 操作不当时，溴化锂易生结晶。2

种类溴化锂型溴化锂吸收式制冷机是以溴化锂溶液为吸收剂，以水为制冷剂，利用水在高真空下蒸发吸热达到制冷的目的。为使制冷过程能连续不断地进行下去，蒸发后的冷剂水蒸气被溴化锂溶液所吸收，溶液变稀，这一过程是在吸收器中发生的，然后以热能为动力，将溶液加热使其水份分离出来，而溶液变浓，这一过程是在发生器中进行的。发生器中充有溴化锂溶液，且压力较低，稍加热时，水便从溴化锂溶液中蒸发由来(水比溴化锂易蒸发)。蒸发出来的水蒸汽在冷凝器中冷凝，成为制冷剂水，经节流阀在蒸发器中蒸发。带走箱内的热量，蒸发出的水气又被吸收器中的溴化锂溶液吸收(溴化锂溶液特易吸收水气)，此溶液再在发生器中加热蒸发，就这样不断循环，实现制冷循环。发生器中得到的蒸汽在冷凝器中凝结成水，经节流后再送至蒸发器中蒸发。如此循环达到连续制冷的目的。

可见溴化锂吸收式制冷机主要是由吸收器、发生器、冷凝器和蒸发器四部分组成的。 从吸收器出来的溴化锂稀溶液，由溶液泵(即发生器泵)，升压经溶液热交换器，被发生器出来的高温浓溶液加热温度提高后，进入发生器。在发生器中受到传热管内热源蒸汽加热，溶液温度提高直至沸腾，溶液中的水份逐渐蒸发出来，而溶液浓度不断增大。单效溴化锂吸收式制冷机的热源蒸汽压力一般为0.098MPa(表压)。发生器中蒸发出来的冷剂水蒸气向上经挡液板进入冷凝器，挡液板起汽液分离作用，防止液滴随蒸汽进入冷凝器。冷凝器的传热管内通入冷却水，所以管外冷剂水蒸气被冷却水冷却，冷凝成水，此即冷剂水。

积聚在冷凝器下部的冷剂水经节流后流入蒸发器内，因为冷凝器中的压力比蒸发器中的压力要高。如：当冷凝器温度为45℃时，冷凝压力为9580Pa(71.9mmHg)；蒸发温度为5℃时，蒸发压力872Pa(6.45mmHg)。U型管是起液封作用的，防止冷凝器中的蒸汽直接进入蒸发器。

冷剂水进入蒸发器后，由于压力降低首先闪蒸出部分冷剂水蒸气。因蒸发器为喷淋式热交换器，喷啉量要比蒸发量大许多倍，故大部分冷剂水是聚集在蒸发器的水盘内的，然后由冷剂水泵升压后送入蒸发器的喷淋管中，经喷嘴喷淋到管簇外表面上，在吸取了流过管内的冷媒水的热量后，蒸发成低压的冷剂水蒸气。由于蒸发器内压力较低，故可以得到生产工艺过程或空调系统所需要的低温冷媒水，达到制冷的目的。

例如蒸发器压力为872Pa时，冷剂水的蒸发温度为5℃，这时可以得到7℃的冷媒水。蒸发出来的冷剂蒸汽经挡液板将其夹杂的液滴分离后进入吸收器，被由吸收器泵送来并均匀喷淋在吸收管簇外表的中间溶液所吸收，溶液重新变稀。中间溶液是由来自溶液热交换器放热降温后的浓溶液和吸收器液囊中的稀溶液混合得到的。为保证吸收过程的不断进行，需将吸收过程所放出的热量由 热管内的冷却水及时带走。中间溶液吸收了一定量的水蒸气后成为稀溶液，聚集在吸收器底部液囊中，再由发生器泵送到发生器，如此循环不已。

由上述循环工作过程可见，吸收式制冷机与压缩式制冷机在获取冷量的原理上是相同的，都是利用高压液体制冷剂经节流阀(或U型管)节流降压后，在低压下蒸发来制取冷量，它们都有起同样作用的冷凝、蒸发和节流装置。而主要区别在于由低压冷剂蒸汽如何变成高压蒸汽所采用的方法不同，压缩式制冷机是通过原动机驱动压缩机来实现的，而吸收式制冷机是通过吸收器，溶液泵和发生器等设备来实现的。

从吸收器出来的稀溶液温度较低，而稀溶液温度越低，则在发生器中需要更多热量。自发生器出来的浓溶液温度较高，而浓溶液温度越高，在吸收器中则要求更多的冷却水量。因此设置溶液交换器，由温度较高的浓溶液加热温度较低的稀溶液，这样既减少了发生器加热负荷，也减少了吸收器的冷却负荷，可谓一举两得。

溴化锂吸收式制冷机除了上述冷剂水和溴化锂溶液两个内部循环外，还有三个系统与外部相联，这就是：①热源系统；②冷却水系统；③冷媒水系统。

热源蒸汽(或热水)通入发生器，在管内流过，加热管外溶液使其沸腾并蒸发出冷剂蒸汽，而热源蒸汽放出汽化潜热后凝结成水排出。一般情况下，应将该凝结水回收并送回锅炉加以利用。

在吸收器中溶液吸收来自蒸发器的低压冷剂蒸汽，是个放热过程。为使吸收过程连续进行下去，需不断加以冷却。在冷凝器中也需冷却水，以便将来自发生器的高压冷剂蒸汽变成冷剂水。冷却水先流经吸收器后，再流过冷凝器，出冷凝器的冷却水温度较高，一般是通入冷却水塔，降温后再打入吸收器循环使用。3

蒸汽型蒸汽吸收式制冷系统是由发生器、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组成。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，我们称它为吸收是制冷的工质对。吸收剂使液体，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，我们可以用溶液回路取代压缩机的作用，构成蒸汽吸收式制冷循环。

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，产生的高压制冷剂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，形成富含制冷剂的溶液，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

在蒸汽吸收式制冷中，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，提供提高制冷剂蒸汽压力的能量。4