对影响扩散——吸收式冰箱COP热力参数的分析

    1　引　言

    扩散—吸收式冰箱是一种三工质的吸收式制冷机,其最大特点是无任何运转部件、无振动、无噪音,这些特点使其适合于在医院、家用厅房、高级宾馆等需要安静的 地方使用。此外,它还具有可以利用多种能源,工作比较稳定、运行可靠、维修费用低等特点。故目前已成为电冰箱的一种重要补充。尤其在目前氟利昂被禁用的情 况下,扩散—吸收式冰箱倍受重视。虽然扩散—吸收式冰箱有许多优点,但存在性能系数(COP)比较低的问题。在国内,对扩散—吸收式冰箱的研究不多,尤其 是以氦气为扩散气的扩散—吸收式冰箱研究更少。因此,有必要研究热力参数对COP的影响。

    2　流　程

    扩散—吸收式冰箱的流程如图1所示。

    进入热虹吸管的浓溶液1被加热至饱和状态,然后在一定的过热度下沸腾,此时虹吸管内是泡状流。出虹吸管后气相和液相分离,气相5进入精馏器,而液相2进入 发生器。在发生器内,氨水溶液继续蒸发,产生的气相3也进入精馏器,而在发生器的底部,蒸发终了的稀溶液7流向液体热交换器。气相3、5进入精馏器后,由 于受到精馏器壁面的冷却而部分冷凝,使氨气沿精馏器上升时浓度不断提高,最后获得纯度大于99.8%的氨气4,同时有回流液6流向发生器,参与发生器内的 蒸发。从精馏器出来的气态氨在冷凝器内冷凝至液氨8,液氨8有一定的过冷度。液氨8经气体热交换器再冷却至9点,然后和氨氦混合气15进入蒸发器,液氨将 向氨氦混合气中扩散。根据道尔顿分压力定理,由于氦气的扩散作用,使氨的分压力下降。因此,虽然蒸发器内的总压力仍然等于冷凝压力(忽略冷凝器和发生器之 间管路压力的损失),但由于氦气扩散平衡压力的作用,使氨的分压力远远小于系统的总压力。当氨的分压力小于液氨所对应的饱和压力时,液氨便得以蒸发产生制 冷效应。由蒸发器出来的氨氦混合气10在气体热交换器中被加热至11后,进入吸收器。从发生器出来的稀溶液7在液体热交换器中被冷却至13后也进入吸收 器。在吸收器中,氨氦混合气中氨的分压力比氨水溶液所对应的平衡气相中的分压力高,这使得氨水溶液吸收氨气的过程得以进行。吸收终了,氨氦混合气14经气 体热交换器冷却至15,浓溶液12经液体热交换器加热至1,进入热虹吸管。如此周而复始,构成循环。　　

    3　工质的物性模型

    为了利用计算机进行扩散—吸收式冰箱的热力计算,必须解决描述氨水二元混合物的热力特性的状态方程式及其汽液平衡条件的解析式,以及工质的其它热力性质和传递性质的数学表达式。

    由热力学基础可知,当独立变量选定为温度和压力后,特征函数就必然是自由焓。这时只要知道了G=f(T,P)的关系,其它一切热力学参数都可以通过热力学 普遍关系式而求得。Schulz方程就是以温度和压力为独立变量的自由焓的表达式。他在得到饱和气相和饱和液相方程的基础上,根据平衡相之间的化学势应相 等的条件将两相方程关联起来。