太阳能驱动的风冷氨水吸收式制冷系统循环特性

　　0 前言

　　随着化石能源日益枯竭、地球环境不断恶化，采用氯氟烃 CFC、氢氯氟烃 HCFC、氢氟烃 HFC 类制冷工质蒸汽压缩制冷机的使用已受到越来越多限制，而以溴化锂溶液或氨水为工质对的吸收制冷机受到更多重视。吸收式制冷机可实现对低品位能源如太阳能、地热等可再生能源的有效利用，制冷工质氨或水是对环境友好的优良自然工质，具有节能和环保优点。可是，溴化锂水溶液吸收制冷机的制冷温度在0 ℃ 以上，只能用于空调领域，其使用场合受到较大限制，氨水吸收式制冷机可获得 0 ℃ 以下制冷温度，使用领域较广[1 -4]。然而，传统的氨水吸收式制冷机系统设备多，体积大，钢材消耗量大，制冷循环的性能因数( COP) 较低，机组风冷化困难，且需要发生温度较高，这就大大限制了氨水吸收式制冷机对低温热源的有效利用[5 -6]。本文对传统的氨水吸收式制冷系统加以改进，设置精馏器提纯氨蒸气，并有效回收系统精馏热和吸收热，实现机组风冷化及太阳能等低品位能源的有效利用，达到改善系统循环性能的目的。

　　1 系统工作原理

　　低温热源驱动的风冷氨水吸收制冷机工作原理如图 1 所示，包括氨循环和氨水溶液循环。氨循环过程为: 浓氨水在发生器 A 内被加热，所产生过热的氨水蒸汽依次经过发生器 A 内填料层 P 提馏和第1溶液换热器 M 换热，再经精馏器 B 精馏提纯氨蒸汽和排出精馏热，进入冷凝器 C 冷凝成液氨、经回热器D 过冷后成为过冷液氨，之后经节流部件 E 节流降压进入蒸发器 F 吸热蒸发制冷，然后再经回热器 D进入低温吸收器 G 和中温吸收器 H。氨水溶液循环过程为: 浓氨水在发生器 A 内被加热器 L 加热，变成稀氨水后进入第 1 溶液换热器 M 换热，再经节流阀 K 节流降压后进入中温吸收器 H，吸收来自低温吸收器 G 的氨蒸气，吸收热被中温吸收器 H 内的第 2 溶液换热器 N 内的浓氨水带走，之后进入低温吸收器 G 进一步吸收来自回热器 D 的氨蒸气，溶液浓度至最大而温度降至最低，吸收热由风冷式冷却器 J带走。低温吸收器 G 内的低温浓溶液经溶液泵 I 增压后进入精馏器 C 内第 3 溶液换热器 O 吸收精馏热，之后进入中温吸收器 H 内第 2 溶液换热器 N 吸收稀氨水吸收氨蒸气所释放的吸收热，然后进入发生器 A 中冷却，第 1 溶液换热器 M 内的稀溶液再流回发生器 A 的底部。至此完成一个完整的循环过程。

　　在该系统中，从低温吸收器中出来的低温浓溶液，经溶液泵升压后先回收精馏器中的精馏热，之后采用 GAX 循环，使吸收式制冷系统中发生器与吸收器进行内部回热，回收吸收过程中的部分吸收热，并将该分热量作为发生热的一部分，从而减少了发生热，使效率得以提高，改善循环性能[7 -8]。使吸收器流出的并经溶液泵加压后的高压浓溶液，在回收精馏热后再与该 GAX 换热器进行换热，高压浓溶液在 GAX 换热器中吸收了部分稀溶液在吸收过程中所放出的热量，提高了发生器入口处浓溶液的焓值，减少了发生器的加热量，从而可以明显提高系统的性能系数，同时实现了对太阳能的有效利用[9]。由于 GAX 对吸收热的回收，吸收器的热负荷减小，可以通过风冷换热器排出，实现机组风冷化。