吸附-吸收复叠式三效制冷循环

    引 言

    溴化锂吸收式制冷机可用低品位热能驱动,相比于电压缩式制冷机,可节电95%,且运动部件少、噪声低、无爆炸危险、冷量调节范围广、环境适应性强,加之无氟里昂问题,而被公认为绿色环保产品,在为空调或工艺过程提供冷源方面应用广泛.但以单位制冷量的一次能源消耗量相比,双效溴化锂吸收式制冷机仍高于电压缩式制冷机.为进一步提高吸收式制冷机的性能,实现能量的高效利用,重要的发展方向就是研制三效吸收式制冷机.双效溴化锂吸收式制冷机的性能系数(COP)约1.25,电压缩式制冷机的COP可达3.5以上,考虑到电厂的发电效率,若三效制冷循环的COP不小于1.5,其单位制冷量的一次能源消耗量便与电压缩式制冷机相当.

    提高溴化锂吸收式制冷机的COP,势必要提升溶液的温度.研究表明,当溶液高于170℃,现常用的缓蚀剂铬酸锂会分解而失效,溴化锂溶液对金属材料腐蚀剧烈.因而材料防腐蚀是研制三效溴化锂吸收式制冷机的首要技术难题.

    近年来,在寻找高温溴化锂水溶液中具有强耐腐蚀性的材料和性能优良的缓蚀剂方面取得了一些进展,然而新型吸收式制冷工质对和制冷循环仍然是吸收式制冷研究的主流.三效吸收式制冷循环成为国际上研究的热点,但迄今尚无商业化机组面世[1,2].

    Ziegler[3]等人于20世纪80年代曾提出了一个以沸石-水为工质对的单效固体吸附式单元为高温级,以单效溴化锂吸收式制冷单元为低温级的双效吸附-吸收复叠循环.实验表明,机组COP可达1.2. Satzger、Spinner[4~6]等人提出了以氯化镍-氨为工质对的化学吸附式单元为高温级、双效溴化锂吸收式制冷单元为低温级的多效吸附-吸收复叠循环,在理想条件下,机组COP可达1.6以上.化学吸附制冷循环一般可产生较大的浓度变化,其对应的制冷量和COP也较高,但多次化学吸附反应后会改变吸附剂的物理形态,从而削弱吸附剂的吸附性能.化学吸附工质对可以达到较高的解吸温度,能够利用高温热源加热.在较高的冷凝温度和吸附温度下,化学吸附式单元的COP也能达到较高值,这既可确保低温级吸收式单元的热源品质,也能增加整个复叠式系统的COP,但化学吸附存在明显的迟延现象,它往往在某个温度下解吸,其释放出的冷凝热和吸附热均表现出更为明显的非连续性和非稳定性[6].物理吸附则发生在一定的范围内,与氯化镍-氨为工质对的高温化学吸附式制冷系统相比,沸石/水组成的物理吸附式制冷系统在真空环境下运行,并具有长期稳定的性能[7].

    本文提出一种吸附-吸收复叠式三效制冷循环热力模型.该循环以沸石分子筛-水为工质对的固体吸附式制冷单元作为高温级、溴化锂水溶液为工质的双效吸收式制冷单元作为低温级.吸收式制冷与吸附式制冷的热力学本质一致,将两者复叠于同一系统,在工程上综合了两者的优点,不仅提高了系统的热力性能,而且不存在溶液高温腐蚀问题,可用常规材料制造,有效地克服了传统三效吸收式制冷循环的工艺困难,因而具有更为现实的可行性和应用前景.作者对该新型制冷循环的热力性能及影响因素进行了研究.