单压吸收式制冷循环

    1 前言

    目前使用的吸收式制冷装置中大部分是双压循环,由两种工质组成工质对,系统的双压是通过溶液泵来实现和维持的。双压循环具有许多优点,但也存在诸多不足之处,比如溶液泵增加了设备的成本,限制了设备的灵活性,降低了运行的可靠性,而且必须使用电能。

    1928年,瑞典Baltzar Carl Von Platen和CarlGeorg Munters发明了一种单压吸收式制冷循环[1]。1930年,当时仍在德国的爱因斯坦等人对该循环进行了一系列改进,并申请了美国专利[2]。1995年,美国Sam V1Shelton、Andrew Delano和LauraA1Schaefer对爱因斯坦提出的制冷循环进行了进一步的完善,设计建立了一台实验装置。在使用21℃的水进行冷凝的情况下,实现的蒸发温度为-3℃,实验装置稳定、静音地运行了200多个小时,证明了改进的单压吸收式制冷循环的可行性[3]。

    单压吸收式制冷循环与双压吸收式制冷循环存在的最大差别是采用制冷剂、吸收剂和压力平衡剂三工质完全换热系统,使用热驱动的气泡泵代替溶液泵,整个系统的运行无需电能。它可以利用低品位热能,如工厂中的余热资源(低压蒸汽、热水、烟道气以及某些工艺气体)、太阳能资源、低温地热资源等,非常适用于缺电地区的制冷设备以及处于特殊地理环境的视讯遥控站设备。对此循环进行研究和开发实用装置具有现实意义。

    2 循环原理

    单压吸收式制冷循环以道尔顿分压定律为理论基础[4]。通过改变压力平衡剂在制冷剂蒸气中的浓度来改变制冷剂的分压力从而改变制冷剂的饱和温度,使其在低温下蒸发,在高温下冷凝。

    图1为改进的单压吸收式制冷循环原理图[3]。系统主要由蒸发器、复合式吸收器/冷凝器、发生器以及贮液器组成。为了提高装置的性能系数COP,系统中增加了两个回热器:发生器内部的回热器和蒸发器外部的回热器。

    本循环存在三个回路:(1)制冷剂在蒸发器和吸收器/冷凝器之间形成一个回路;(2)压力平衡剂在发生器、蒸发器和吸收器/冷凝器之间形成一个回路;(3)吸收液在发生器、贮液器和吸收器之间形成一个回路。

    制冷剂的具体循环回路为:制冷剂从吸收器/冷凝器流出(1点),经过回热器流入蒸发器(2点);在蒸发器中,通入的压力平衡剂降低了液面上制冷剂蒸气的分压力,因此液态制冷剂必须从外部吸收热量在分压力对应的饱和温度下蒸发,来维持压力平衡关系;压力平衡剂)制冷剂混合蒸气流出蒸发器(3点)经过回热器流入吸收器/冷凝器(6点);在吸收器/冷凝器中,混合蒸气中的压力平衡剂被吸收剂吸收后,制冷剂蒸气的分压力增至系统全压,在全压的饱和温度(高于蒸发器中制冷剂分压力下的饱和温度)下冷凝;制冷剂和吸收剂在吸收器/冷凝器的温度和压力下因互不相溶而自然分离,液态制冷剂流出吸收器/冷凝器(1点)后返回蒸发器,至此形成了一个完整的回路(1→2→3→6)。吸收器/冷凝器用常温循环水冷却。