6.2.2 吸收式制冷的基本原理（2）在线视频

在吸收式制冷循环中

制冷剂进行了

被发生 冷凝 蒸发和被吸收四个过程

从压力分布来看

发生和冷凝的压力接近 且为高压区域

蒸发和吸收的压力相近 且为低压区域

为降低相近压力的两个设备之间的压力损失

常常 将发生器和冷凝器 作成一个整体

将蒸发器和吸收器作成一个整体

首先

我们来看看 发生和冷凝过程

发生器中的压力 略高于冷凝器中的压力

在发生器中 加热过程

产生的高压冷剂水蒸气

在水蒸气的压差驱动下

进入到冷凝器中

被冷凝成液态水

我们注意到

在这个过程中

提供给发生器 使冷剂水气化的热量Qg

与冷凝器中液化放出的热量Qc 近似相等

即 Qg≈Qc

对于蒸发和吸收过程

蒸发器中的冷剂水蒸气压力

略高于 吸收器中的水蒸气压力

因此

蒸发器吸热产生的低压冷剂水蒸气

通过压差 被输送到吸收器中

再被溴化锂浓溶液吸收

同时

我们也注意到

蒸发器中 冷剂水的蒸发吸热量

即制冷量Qe

与在吸收器中转化为液态水时的排热量Qa

近似相等

即 Qe≈Qa

我们现在 来考察一下

整个吸收式制冷系统的能流关系

可以看出

进入系统的能量为 发生器中消耗的热量Qg

从蒸发器中吸取的制冷量Q0

以及 溶液泵和蒸发泵等泵体消耗的电能

而排出系统的能量为 吸收器中的吸收热Qa

和冷凝器中的冷凝热Qc

根据能量守恒定律可知

系统消耗的热量Qg

加上制冷量Q0

加上泵功P

等于冷凝负荷1 即Qa

加冷凝负荷2 Qc

与蒸气压缩式制冷机类似

吸收式制冷机

也有类似于制冷系数的经济性评价指标

由于吸收式制冷机所消耗的能量 主要是热能

故 常以热力系数（ζ） 作为其经济性评价指标

它也是产出与付出的比值

由于 泵耗相对于制冷量而言非常小

当忽略各种泵耗时

系统的热力系数ζ

或者是 能效比COP可定义为

吸收式制冷机 所制取的制冷量Q0

与消耗的热量Qg之比

下面 我们来看看

吸收式制冷系统的热力系数问题

如果我们用Tg 表示发生器的发生温度

Te 表示蒸发温度

Tw 表示冷却水或者是环境温度

注意 这些温度都是大写的

就是绝对温标

根据热力学第一定律和热力学第二定律

我们可以写出 整个系统的能量守恒方程

和各个部件的熵增方程

为了保证系统能够运行

其系统的熵增 必须大于等于0

当熵增为0时

即为可逆过程

其热力系数最大

根据上述公式和热力系数的定义

可以获得 吸收式制冷机的热力系数的表达式

即这个不等式

我们注意观察

发现 右边这个式子可以写成

工作在发生温度Tg和环境温度Tw

之间的卡诺循环的热效率ηc

与工作在蒸发温度Te

和环境温度Tw之间的

逆卡诺循环的制冷系数εc的乘积

当系统可逆时

其热力系数取得最大值

即 ηc和εc的乘积

换句话说

一个理想吸收式制冷机

相当于一个 用可逆热机输出的功量P

驱动的逆卡诺制冷机 构成的一个联合制冷机

根据前面的分析

由于 Qg≈Qc

Qe≈Qa

似乎不存在一个功量P

在系统中（也）看不到热机输出功量的膨胀机

和制冷机所必需的压缩机

那这个功量 在哪儿呢

我们再仔细分析一下 吸收式制冷循环的工作过程

在溶液发生和溶液吸收过程中

存在有溶液的浓度变化

因此

我们可以认为

这个功量 是以吸收剂浓差的形式存在于系统中

而这个浓差

可以用 高品位的溶液的自由能来描述

因此

我们可以认为

吸收式制冷机与

由热机直接驱动的压缩式制冷机相比

在对外界能量交换的关系上来看 是等效的

从这个最大热力系数的表达式中 可以看出

最大热力系数ζmax

或者是 最大能效比的数值可能

小于1 等于1 或者是大于1

取决于 这三个温度的高低

而与吸收式制冷循环

是单效 多效 或者是多级

等具体形式无关

最大热力系数公式

对能效和环保等工程问题的解决

具有重要的指导意义

在能效方面

吸收式制冷机的最大效率是

卡诺热机的效率与逆卡诺制冷机效率的乘积

欲提高吸收式制冷机的效率

则需要 提高卡诺循环和逆卡诺循环的效率

因此

应尽量提高热机的热源温度

和制冷机的蒸发温度

另一方面

在比较吸收式制冷机与蒸气压缩式制冷机

哪种方案的效率更高时

则应该比较 实际吸收机的能效比

与蒸气压缩式制冷机的能效比

乘以发电效率后的综合效率的大小

在环保方面

如果采用锅炉生产的蒸气 热水

或者燃料燃烧 直接驱动吸收式制冷机

其锅炉燃烧所排出的污染物

则不容易进行高标准的排放处理

而采用大功率发电后生产的电能

驱动蒸气压缩式制冷机的话

发电锅炉 更容易进行高效燃烧

实现NOx和SOx的低污染排放

因此 后者的环保效益则更优

上述结论

是在吸收式制冷机的“热机-制冷机等效模型”

基础上分析获得的

然而

吸收式制冷机内部的真实现象是

热量从发生器传递到冷凝器

在热量品位降低的同时

溶液被浓缩

其中 发生器投入的热量

近似等于 冷凝器排出的热量

同理

对于蒸发-吸收过程

在浓溶液的作用下

热量自低温的蒸发器 提升到较高温度的吸收器

其中 吸收器吸收的热量

也近似等于 蒸发器投入的热量

对于“热机-制冷机等效模型”而言

我们也提到过 没有看到功量的转移

而是以溶液的浓缩

或者是稀释 来关联这两个过程

即 以溶液的浓度差的自由能方式

进行了高品位能量的传递

有学者 基于吸收式热泵内部

实际发生的物理过程

建立了不同于“热机-制冷机等效模型”的

吸收式制冷或吸收式热泵的“理想模型”

并提出了 用热量的品位提升系数ϕ

和制冷COP两个相对独立的参数

来刻画吸收式制冷理想过程的基本性能

并给出了单效 多效吸收式制冷机的

温度提升系数ϕ和理想COP的表达式

吸收式制冷机的温度提升系数ϕ

是低压侧温差与高压侧温差之比

即 吸收温度与蒸发温度之差

与发生温度与冷凝温度之差的比值

前者 为提升的收益

后者 是驱动温差

ϕ值越大

表示 吸收式制冷机提升温度的能力越强

基于理想溶液特性的理论分析表明

温度提升系数ϕ还可以表示为

吸收温度与蒸发温度的乘积

与发生温度和冷凝温度的乘积的比值

请注意

这里的温度 是以绝对温度来表示的

能效比COP是

蒸发器中的制冷量Qe

与发生器输入的能量Qg之比

对于单效吸收式（制冷）循环而言

其最大能效比 COPmax=1

同时 还可以推导出

双效循环的制冷系数 不大于2

n效制冷机的COP 不大于n

但 此时的温度提升系数ϕ则是单效的1/n

可见

对于多效的吸收式制冷机而言

其制冷能效比（COP） 随着效数n的增加 而成倍地增加

而温度提升系数ϕ

则随着效数n的增加 呈反比例减小

因此

多效循环获得了较高的COP

却是以 品位提升能力降低为代价的

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