扩散吸收式制冷系统的理论优化及实验研究

　　0 引言

　　在环境与资源困扰人类发展的今天，绿色制冷已成为新世纪制冷行业可持续发展的一个热点议题。专家预计，世界能源消费在24年内(2001年~2025年)将增加58%，全球能源消费总量预计从2001年的4.3×1017kJ增加到2025年的6.8×1017kJ[1]。吸收式制冷由于采用对环境无害的工质，并能以燃气、燃油、热水等多种热能形式为驱动动力，尤其是能够利用太阳能、余热、废热等低品位热源，而被国际上公认为未来制冷机发展的重要方向之一。扩散吸收式制冷机以运动部件少，运行时所产生的振动与噪声低，使用寿命长、运行成本低、可靠性高，对能源的适应性强，而在近些年来又受到了越来越多的关注。

　　当前的研究大都集中于氨-水吸收式系统以及LiBr-H2O吸收式系统，不过由于氨-水吸收式系统热力系数较低，且需要设置精馏装置，因而设备比较复杂。而LiBr-H2O吸收式系统其制冷温度只能在0℃以上，仅能满足空调的需要而不能满足冰箱等冷藏冷冻的需要。硫氰酸钠-氨(NaSCN-NH3)扩散吸收式制冷系统作为一种新型的制冷系统，因其省去精馏装置并可制取零度以下的温度而受到重视。理论分析表明，NaSCN-NH3扩散吸收系统的性能优于NH3-H2O 系统。因此，本文将以工质对NaSCN-NH3为例，对扩散吸收式制冷系统做进一步的实验研究及优化分析[2]。

　　1 扩散-吸收式制冷系统介绍

　　扩散-吸收式制冷系统的基本组成部件包括发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液热交换器以及溶液循环泵等，与传统的吸收式制冷系统相比，由于引入辅助平衡气体提供压力从而使整个循环压力相等。这样，可以使用各种低品位热能驱动内部循环，扩大了能源利用面，缓解了如今存在的能源紧张的问题，符合当今节能和环保的要求。

　　图1为扩散-吸收式制冷系统工作流程的示意图。为了强化传质效果，从吸收器底部出来的浓氨溶液和从发生器过来的稀氨溶液相混合，混合后的溶液经过溶液泵后分为两部分：一部分通过冷却器冷凝后被送到吸收器中，被喷淋雾化后吸收氨气变为浓氨溶液;另一部分经过溶液热交换器被加热后进入发生器，在这里被进一步加热至沸腾状态，大量的氨气分离出来，由于氨与硫氰酸钠的沸点相差很大,溶液的气相可认为是100%的氨气, 与此同时溶液在发生器里经不断蒸发，在发生器底部形成稀氨溶液，通过溶液热交换器和吸收器过来的浓氨溶液换热，再回到吸收器底部[3]。

　　从发生器中蒸发出来的纯氨气进入冷凝器中，冷凝成有一定过冷度的液氨，然后进入蒸发器顶部被喷淋下来，蒸发器中有一定量的平衡气氢，根据道尔顿分压力定律，氨气在氨氢混合气中分压低，所以使得一部分氨液在氢的作用下扩散蒸发，产生制冷效应。另一部分未扩散的氨液通过溶液泵进入换热器换热，然后被重新送到蒸发器中喷淋扩散。这样吸收了大量氨的氢气就变为氢氨溶液(气态的氨氢混合物)，然后氢氨溶液进入吸收器和内部的稀氨溶液进行物质交换，氨被稀氨溶液吸收，而氢氨溶液变成氢气重新回到蒸发器中吸收氨气。这样，系统完成了一个循环。