吸收式制冷机的现状与发展

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1、合肥通用职业技术学院毕业设计论文题 目：吸收式制冷机的现状与发展系 另机械工程系专 业： 制冷与冷藏技术学 制: 三年制姓名：学号：指导教师：二 O 一五 年 四 月 五 日摘要简单回顾了吸收式制冷技术的发展背景；较详细地介绍了国内外吸收式制冷 技术的研究热点，主要包括对新工质对、吸收循环、传热与传质、智能化控制方 式等几方面的研究。目前，溴化锂吸收式机组已经被广泛地应用于空调系统，本 文对其在国内外的应用现状进行了详细介绍，主要包括热电冷联产、直燃型吸收 式冷热水机组、蒸汽型吸收式冷水机组、热水型吸收式冷水机组、太阳能吸收式 机组等。最后对吸收式制冷技术的前景进行了展望。 关键词：吸收式制冷

2、技术； 溴化锂； 节约能源； 保护环境目录前言5第1章 吸收式制冷技术的主要种类61.1氨水吸收式制冷机61.2溴化锂吸收式制冷机7第2章 吸收式制冷技术的研究92.1 新工质对的研究92.2吸收循环的研究92.3传热与传质的研究102.4智能化控制方式的研究11第3章吸收式制冷技术的应用123.1热电冷联产123.2直燃型吸收式冷热水机组133.3蒸汽型吸收式冷水机组133.4热水型吸收式冷水机组133.5太阳能吸收式机组13结语15参考文献16t1前言能源与环境是现代经济与技术发展的基础与推动力。吸收式技术也是在能源 与环境问题日益突出的情况下得以迅速发展。吸收式制冷机组，因为能够利用廉

3、价能源和低品位热能解决电力供应不足、不含CFC类对臭氧层有破坏的物质，而 得到广泛的推广应用。1973 年的中东石油危机，推动了能源利用技术的发展，使利用低品位热能的 吸收式热泵技术、热电冷联产技术等吸收式冷热源设备的研究，进入了实用化的 开发阶段。1987 年蒙特利尔协议签订后，由于吸收式制冷技术可采用对环境无破 坏作用的天然制冷剂，它作为一种现实可行的替代制冷技术得到了进一步的发展。 氨-水工质对也随之得到了科学界的重新认识和推广应用。在 20 世纪 90 年代， 随着吸收式制冷机性能的显著提高，直燃型多效溴化锂吸收式制冷机、高效氨-水 GAX 循环吸收式制冷机，以及小型氨-水吸收式制冷机

4、进入了商业化开发阶段。各 种吸收式机组在余热利用、总能系统和区域集中供热（冷）方面得到了进一步推 广应用。第1章 吸收式制冷技术的主要种类1.1氨水吸收式制冷机用氨水溶液作为工质，其中氨用作制冷剂，水用作吸收剂。单级（只单级氨 水吸收式制冷机的系统有一个吸收器）氨水吸收式制冷机单级氨水吸收式制冷机 的系统图的工作原理与吸收式制冷机的工作原理相同，只是根据氨水溶液的特性 在发生器的上部装有精馏塔和分凝器，用来提高氨蒸气的纯度。单级氨水吸收式 制冷机的蒸发温度一般可达-30C左右；两级吸收（用两个吸收器）的蒸发温度则 更低，可达-60C。氨水吸收式制冷机由于蒸发温度较低，可用于冷藏和工业生产 过程

5、，在化学工业中曾被广泛应用。但这种制冷机设备较笨重，金属消耗量大， 需要使用较高压力的加热蒸气；且氨有毒性，对有色金属起腐蚀作用，故应用日 渐减少。在家用冰箱中还使用一种吸收-扩散式制冷机，它也用氨水溶液作为工质， 并充有氢气起平衡压力的作用。这种制冷机可用电或煤油加热，无运动部件，使 用方便，且无噪声。1.2溴化锂吸收式制冷机用溴化锂水溶液为工质，其中水为制冷剂，溴化锂为吸收剂。溴化锂属盐类, 为白色结晶，易溶于水和醇，无毒，化学性质稳定，不会变质。溴化锂水溶液中 有空气存在时对钢铁有较强的腐蚀性。溴化锂吸收式制冷机因用水为制冷剂，蒸 发温度在oc以上，仅可用于空气调节设备和制备生产过程用的

6、冷水。这种制冷机 可用低压水蒸汽或75C以上的热水作为热源，因而对废气、废热、太阳能和低温 位热能的利用具有重要的作用。由于溴化锂水溶液本身沸点很高，极难挥发，所以可认为溴化锂饱和溶液液 面上的蒸汽为纯水蒸汽；在一定温度下，溴化锂水溶液液面上的水蒸气饱和分压 力小于纯水的饱和分压力;而且浓度越高，液面上的水蒸气饱和分压力越小。所以 在相同的温度条件下，溴化锂水溶液浓度越大，其吸收水分的能力就越强。这也 就是通常采用溴化锂作为吸收剂，水作为制冷剂的原因。溴化锂吸收式制冷机主要由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、换热器、循 环泵等几部分组成。在溴化锂吸收式制冷机运行过程中，当溴化锂水溶液在发生器内受

7、到热媒水 的加热后，溶液中的水不断汽化；随着水的不断汽化，发生器内的溴化锂水溶液 浓度不断升高，进入吸收器；水蒸气进入冷凝器，被冷凝器内的冷却水降温后凝 结，成为高压低温的液态水；当冷凝器内的水通过节流阀进入蒸发器时，急速膨 胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，从而达到降温制冷 的目的；在此过程中，低温水蒸气进入吸收器，被吸收器内的溴化锂水溶液吸收, 溶液浓度逐步降低，再由循环泵送回发生器，完成整个循环。如此循环不息，连 续制取冷量。由于溴化锂稀溶液在吸收器内已被冷却，温度较低，为了节省加热 稀溶液的热量，提高整个装置的热效率，在系统中增加了一个换热器，让发生器 流出的高温浓

8、溶液与吸收器流出的低温稀溶液进行热交换，提高稀溶液进入发生 器的温度。溴化锂吸收式制冷机的发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器可布置在一个筒体 内（称单筒式），也可布置在两个筒体内（称双筒式）。双筒溴化锂吸收式制冷 机为双筒式溴化锂吸收式制冷机的系统，它的工作原理与吸收式制冷机的工作原 理相同，而差别在于使用蒸发器泵和吸收器泵，它们的作用是使冷剂水（制冷 机）和吸收液分别在蒸发器和吸收器中循环流动，以强化与冷媒水（载冷剂）和 冷却水的换热；（2）在冷凝器至蒸发器的冷剂水管路和发生器至吸收器的吸收液管 路上均无节流阀，这是因为溴化锂吸收式制冷机高压部分与低压部分的压差很小， 利用U型管中的水封和吸收液

9、管路中的流动阻力即可将高低压力分开。在单筒式 制冷机中，冷凝器与蒸发器之间甚至可以不用U型管，而用一个短管或几个喷嘴 代替。溴化锂吸收式制冷机是1945年研制成功的，它可以利用低温位热能，又有 较高的热力系数（单级的热力系数在0.7左右），故发展较快，在一些国家中已被普 遍用于空气调节等方面。溴化锂吸收式制冷机有多种类型，如两级发生的溴化锂吸收式制冷机，它可 有效地利用高压加热蒸汽；两级吸收的溴化锂吸收式制冷机，它可有效地利用低 温位热能；直燃式溴化锂吸收式制冷机，可利用油或煤气的燃烧直接加热等。溴 化锂吸收式制冷机还可与背压式汽轮机组成联合装置，利用汽轮机的排汽作为溴 化锂吸收式制冷机的加热

10、蒸汽，这样不但可提高水蒸汽的利用率，且同时可以满 足几种要求，例如制冷和发电。根据这一想法已经设计出溴化锂吸收式制冷机与 离心式氟利昂制冷机联合工作的制冷机组。它用背压式汽轮机直接驱动离心压缩 机，并利用其排汽向溴化锂吸收式制冷机加热。这种机组可生产较大的冷量，也 可在不同的蒸发温度下生产冷量。这种机组不但经济性好（汽耗率低），而且低 负荷特性好，即在部分负荷时仍能保持较高的经济性。第2 章 吸收式制冷技术的研究由于 20 世纪 70 年代世界性能源危机的影响，世界各国都十分重视吸收式 制冷技术的研究。从 1982年开始，平均每两年就专门召开一次关于吸收式制冷技 术的国际会议，这也加速了吸收式

11、制冷技术的发展。目前，该技术的研究热点主 要集中在新工质对的研究、吸收循环的研究、传热与传质的研究、智能化控制方 式的研究等几方面。2.1 新工质对的研究氨-水工质对在欧美广为使用，缺点是热效率低，且有毒性与爆炸性；溴化锂 -水工质对的使用较为普遍，缺点是以水为制冷剂，不能制取oc以下的冷源，腐 蚀性强，对设备真空度要求高。因此为提高吸收式制冷机的热效率，其途径之一 是进行新工质对的研究。目前国际上主要研究与开发的新型吸收式制冷工质对见表 1。在国内，2001 年，大连理工大学徐士鸣等人对 TFE-NMP 工质对进行了数值模拟研究；2003年， 大连理工大学苏保国等人对 TFE-TEGDME

12、工质对进行了数值模拟研究；2006 年， 北京科技大学的靳华栋等人对氨-硝酸锂工质对进行了研究。在国外，2004年，西 班牙 M.Venegas 等 人对氨-硝酸锂工质对进行了数值模拟研究；2006 年，德国 E. C.Ihmels 和阿塞拜疆 J.T. Safarov 对甲醇-硝酸锂工质对进行了实验研究，2007 年，又对甲醇-碘化锂工质对进行了研究。2.2吸收循环的研究双效溴化锂吸收式制冷机中，溶液的循环方式大致有串联、倒串联、并联、 串并联四种。目前国外机组仍以串联流程为主。为提高溴化锂吸收式制冷机的热 效率，达到节省能耗的目的，国外提出了三效、多效溴化锂吸收式制冷机的设想, 并进行研制

13、。这种多效机组提高循环热效率的方法，目前主要有两种：（1）冷剂 蒸汽凝结热的多次利用；（2）利用冷剂蒸汽被溶液吸收时产生的吸收热。为了充分发挥吸收式制冷系统的优势，目前世界各国正在积极研究各种新的 吸收式制冷循环。其目的有两个：（1）提高循环的性能系数，以降低能源的消耗； （2）扩大其功能，以增加其应用范围。前者主要包括复叠循环、复合循环、GAX循 环及辅助循环等；后者主要有利用夜间电力的吸收-压缩循环、附有发电机的循环、 常温热输送系统和浓度差蓄能系统等。在国内，2005年,天津大学马利蓉等人对复叠循环进行了理论研究；2006年, 大连理工大学夏梦心等人对采用氨水溶液的蓄能制冷与压缩制冷复合

14、循环系统进 行了数值模拟研究。在国外，2006年，西班牙Jos Ferndndez-Seara等人对吸 收-压缩复叠循环进行了数值模拟研究；2007年印度A. Ramesh Kumar等人对 GAX循环进行了数值模拟研究。2.3传热与传质的研究2.3.1 高效传热管的研究与开发吸收式制冷机为热交换器的集合体，其热效率的提高与价格的降低无不与传热 管的性能相关。高效传热管的采用，不仅增加了传热面积，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，有利于传热与传质。采用高效传热管后 不仅使机组的质量与体积大幅度减小，而且使机组溶液充注量降低，提高了起动 运转性能。2004年，上海电力学院陈

15、达卫等人对高效传热管进行了实验研究。2.3.2 活性剂的研究活性剂的作用是减少溶液在管子表面的张力，产生马拉各尼效应，增强传热效 果。2005年，我国大连海事大学高洪涛等人对几种界面活性剂进行了实验研究。 2007年，日本Jin-Kyeong Kim等人对氨-水吸收式制冷中的表面活性剂和微观 粒子进行了实验研究。俄罗斯进行了氟化醇活性剂的试验研究，由于氟化醇与溴 化锂水溶液的互溶性较好，因而起到了较好的增强传热的效果。然而迄今为止， 人们对活性剂增强传热的作用机理尚未完全了解清楚。2.3.3 吸收机理的研究吸收器是吸收式制冷机中最关键的部件，因而国外一直注重吸收机理方面的 研究，进行吸收器新设

16、计方法的探讨，从传热传质的观点考虑传热面积与管排合 理配置等。1997年，日本H. Daiguji等人对溴化锂-水吸收式制冷的吸收机理 进行了研究。2.4 智能化控制方式的研究控制方式的研究是使机组操作简便、稳定可靠运行的重要保证。国外在 20 世 纪 80 年代后期实现了吸收式制冷机的智能化。目前国内大多数吸收式制冷机均 装备了微机控制、屏幕显示、菜单提示、触摸屏操作的智能化控制系统。第3章吸收式制冷技术的应用吸收式制冷与蒸汽压缩制冷的原理相同，都是利用液态制冷剂在低温、低压条 件下，蒸发、汽化吸收载冷剂的热负荷，产生制冷效应。不同的是，吸收式制冷 是利用制冷剂与吸收剂组成的二元溶液为工质对完成制冷循环的。可供考虑使用 的制冷剂与吸收剂溶液很