6.2.1 吸收式制冷的基本原理（1）在线视频

下面

我们来学习 吸收式制冷的基本原理

吸收式制冷 与蒸气压缩式制冷的基本原理

完全相同

都是 液体吸热气化实现制冷效应的

让我们先来回忆一下 蒸气压缩式制冷循环

我们知道

蒸气压缩式制冷循环 包括制冷剂的

压缩 冷凝 节流和蒸发四个过程

其中

压缩机 通过向制冷剂蒸气

提供一定的电能 或者是机械能

连续不断地从蒸发器中

将吸热气化后的低温低压制冷剂蒸气 抽吸回来

同时 提高制冷剂的压力

使其压力提高至冷凝压力

以便于使气态制冷剂

能够在自然环境中液化 放热

大家再来看看 吸收式制冷循环

我们从其原理图中 可以看出

两种制冷循环的左半部分 是完全相同的

即在吸收式制冷循环中

也具有冷凝器 节流装置和蒸发器

各个部件的功能 也是完全相同的

所不同的是 两种循环的右半侧

存在有显著的差异

蒸气压缩式制冷循环 只有一台简单的压缩机

而吸收式制冷循环 则很复杂

包含了发生器 吸收器

溶液循环泵和溶液减压阀等部件

吸收式制冷循环中的工质

包含有 制冷剂和吸收剂两个组分

我们 以水为制冷剂

溴化锂溶液为吸收剂的吸收机为例

来看看 吸收式制冷循环右半部的工作过程

吸收器 负责从蒸发器中抽吸（在蒸发器中产生的）

低温 低压的气态制冷剂

溴化锂溶液 吸收了水分

使其溶液变稀

溶液泵呢 负责将吸收器中的稀溶液增压

并送入发生器中

稀溶液 在发生器中吸收热量

生产制冷剂蒸气 即水蒸气

并送入冷凝器

同时 稀溶液从这里释放出制冷剂蒸气后

变成浓溶液

发生器中的浓溶液 经过减压阀 进入到吸收器

使其具有 再次吸收从蒸发器的水蒸气的能力

可见 在这一部分

溴化锂溶液 是没有进入冷凝器中的

溶液只经历了从吸收器到溶液泵 到发生器

再到吸收器的流程

于是 就形成了吸收剂的循环回路

从总体效果来看

吸收式循环的右半部 起到了提高溶液的压力

产生高压制冷剂蒸气 并送入到冷凝器

抽吸蒸发器中的低压蒸气的效果

它像一台蒸气压缩制冷循环中的压缩机一样

基于这个类比

我们可以将这一部分看作成一台

“热力压缩机”

吸收式制冷机 包含了两个循环回路

一个回路 是吸收剂回路

由吸收器 溶液泵 发生器和减压阀组成

通过溶液的浓度差变化

产生了高压制冷剂蒸气

抽吸了低压制冷剂蒸气

另一个是 制冷剂的回路

流经了热力压缩机 冷凝器 节流装置和蒸发器

实现了制冷循环

对比两种制冷循环

从压缩机的功能上来看

两种压缩机 存在有如下的区别

第一 在蒸气压缩制冷循环中

制冷压缩机 实际上有三种功能

第一个功能是 利用压缩机的容积减小等方式

实现制冷剂的增压

第二个功能是 通过压缩机的抽吸作用

维持蒸发器中的低压

第三个作用（功能）呢 是根据热力学第二定律可知

要想实现热量从低温向高温的转移

必须消耗高品位的能量

压缩机 就是这样一种向制冷剂蒸气

提供机械能等高品位能量的设备

而在吸收式制冷机中

这三个功能 分别由溶液泵 吸收器

和发生器三个设备独立承担的

第一 利用溶液泵增压

第二 通过吸收器中的浓溶液

吸收蒸发器中产生的水蒸气

以维持蒸发器中的低压

第三 通过发生器提供高品位的热能

使溶液中的制冷剂吸热 蒸发

产生高压制冷剂蒸气

通过上述分析和比较

我们不难看出

蒸气压缩式制冷和吸收式制冷 既有相同点

也有不同点

相同点在于

二者的基本原理 完全相同

都是利用 液态制冷剂在低温 低压下

吸热气化进行制冷的

而不同点 则在于两个方面

从驱动动力上看

吸收式制冷系统的驱动动力 是热能

包括蒸汽 热水 高温余热和燃料燃烧产生的热能

而蒸气压缩式制冷 需要的驱动动力

则是高品位的机械能或者是电能

从制冷工质上看

吸收式制冷需要采用

沸点相差很大的两种物质

组成的二元溶液 作为工质对

低沸点物质是制冷剂

高沸点物质的溶液是吸收剂

不会进入制冷循环

例如

LiBr溶液和水 就是一个工质对

其中 水的沸点是100℃

LiBr的沸点是1265℃

因此

水是制冷剂

LiBr溶液是吸收剂

而蒸气压缩式制冷 则需要采用单质制冷剂

即使是混合制冷剂

也要求各组分物质的沸点应相差很小

从而构成近共沸 或者是非共沸制冷剂

而且 所有的组分都会参与制冷循环

上面 我们简要地介绍了

吸收式制冷循环的基本构成

但还是停留在概念层面上

那么

同学们不禁会问

你能否以目前使用最多的

溴化锂吸收式制冷系统为例

说明它 到底是如何实现制冷的呢

下面 我将回答这个问题

我们在“第3讲 制冷工质”中

介绍了制冷剂的分类方法

其中 按照物质的物性特点不同

将制冷剂分为了高温 中温和低温制冷剂

或低压 中压和高压制冷剂三种类型

其中

标准蒸发温度

也就是物质的沸点 高于0℃以上的制冷剂

为高温制冷剂 或者叫做低压制冷剂

由于水的沸点是100℃

显然

它是一种低压制冷剂

相变物质的沸点高低与压力有关

水也一样

例如

在1个大气压下

水的沸点为100℃

如果需要水在5℃时沸腾

那就需将其压力降低至872Pa

同理

如果要让水蒸气在45℃时冷凝液化

此时的压力呢 则为8984Pa

与蒸气压缩式制冷的原理 完全相同

吸收式制冷的原理 也是利用液态水蒸发为蒸气

从而 吸收蒸发潜热而实现制冷的

如果 一台吸收式冷水机组

需要制取7℃的冷冻水

同时 向32℃的冷却水排放冷凝热

此时 我们就需要冷剂水的蒸发温度比7℃低

冷凝温度比32℃高

如果系统的蒸发温度为5℃ 冷凝温度为45℃

它们对应的蒸发压力为 872Pa

冷凝压力为 8984Pa

二者都远低于1个大气压

由此可见

吸收式制冷系统 在实际运行时的冷凝压力

和蒸发压力都非常低

整个系统 处于高度的真空状态

溴化锂吸收式制冷系统中 有三种水

即冷却水 冷冻水和冷剂水

其中

冷却水 是排放冷凝热和吸收热的冷却介质

冷冻水 是被冷却介质

是我们需要从蒸发器中制取的低温冷水

而冷剂水呢 则是制冷系统的制冷剂

上面的内容

是我们学习吸收式制冷原理的基础知识

下面 我将正式进入吸收式制冷原理的讲解

这里给出了一个

溴化锂吸收式制冷的基本原理图

最下面这一部分 是热力压缩机

它将从蒸发器中 抽吸低压的制冷剂蒸气

通过吸收剂循环

产生高压制冷剂蒸气

在吸收器中

从发生器返回的 作为吸收剂的LiBr浓溶液

连续不断地 吸收蒸发器中产生的低压气态制冷剂

从而形成稀溶液

经溶液泵增压后 再进入发生器

在这个过程中

水蒸气转化为了液态水

释放出了冷剂水的气化潜热

如不及时排出

LiBr溶液 将失去吸收水份的能力

因此

这里产生的吸收热 需要由冷却水及时地排出

从这个角度上看

吸收器 也是一个类似于冷凝器的排热设备

稀溶液在发生器中 被热源加热 沸腾

使低沸点的冷剂水 气化为高压的气态制冷剂

并与吸收剂溶液分离 进入了冷凝器

浓缩后的吸收剂溶液

经减压阀降压后 返回到吸收器

再次吸收 蒸发器中产生的低压气态制冷剂

原理图中的上面这个部分

与蒸气压缩式制冷完全相同

由发生器产生的高压冷剂水蒸气 进入冷凝器

将热量 排放到冷却水中

并冷凝成高压液态制冷剂

再经节流阀节流降压 进入到蒸发器

在蒸发器中 蒸发吸热制取冷冻水

蒸发后的低压冷剂水蒸气

再返回热力压缩机的吸收器中

由于吸收式制冷机内部的压力非常低

即使有很小的液柱

也会产生与蒸发压力相同数量级的静压

必将导致蒸发温度的大幅度提高

因此

制取冷冻水的蒸发器 不能采用

蒸气压缩式制冷系统中的满液式蒸发器

而需采用喷淋式蒸发器

用蒸发泵 将低温的冷剂水

循环喷淋到蒸发器的盘管上

一部分 被气化为低压的气体

同时吸取冷冻水的热量 产生制冷效应

未被蒸发的液态冷剂水

再经蒸发器泵 循环喷淋到蒸发器的盘管上

所以

这个蒸发器泵

实际上是一种 强化蒸发传热的技术措施

我们再看看 冷却水的流程

吸收式制冷机的吸收器和冷凝器

都需要排放水蒸气的液化潜热

因此 需要用冷却水将之带走

吸收机的冷却水 可以采用串联方式

即 顺序经过吸收器和冷凝器

也可以采用 并联方式

即 冷却水分两股 分别进入吸收器和冷凝器中

在这个原理图中 采用了冷却水的串联方式