溴化锂填料吸收器中绝热吸收过程的实验研究

    0 引言

    吸收式制冷机组具有无环境公害、使用能源种类多等优点, 被公认为绿色环保制冷空调设备。吸收器作为吸收式制冷机的最重要部件, 其性能对机组性能影响很大。目前, 吸收式系统绝大多数采用降膜式吸收器, 其换热部件采用铜管束, 管内为冷却水, 溴化锂溶液在管外吸收水蒸气并将吸收过程产生的热量通过铜管传递给冷却水, 使溴化锂溶液总处于比较低的温度, 从而达到持续吸收水蒸气的目的。为了提高吸收器内的传热传质性能, 降低吸收式制冷机的成本, 国内外许多学者对水平或垂直降膜式吸收过程进行过研究。这些研究虽然使得吸收器性能有所提高, 但仍不够理想, 吸收器仍然占到吸收式制冷系统约 25%~40%的重量, 是造成吸收式制冷系统成本高、体积和重量大的主要原因[1]。

    德国的 M.Flamensbeck[24]等人在 1998 年设计了以氢氧化钠 / 水溶液为工质对的双效吸收式热泵, 吸收器采用绝热喷射式, 吸收溶液采用板式换热器冷却, 使吸收器具有更高的效率和更小的换热面积; 在国内, 陈光明等[3]进行了溴化锂水溶液在竖直管管外的绝热吸收过程研究, 分析了溶液浓度、温度、吸收压力等对水蒸气吸收效率的影响及添加表面活性剂后对系数性能的影响。但总的来说, 这方面的研究同非绝热吸收过程的研究相比还很少, 特别是蒸汽- 溴化锂水溶液绝热吸收过程的研究更是少见。

    本文以采用传热传质分离的填料吸收器为研究对象, 采用理论分析和实验研究相结合的方法, 分析了溶液进口温度、浓度、吸收器的喷淋密度对吸收器的传质效果的影响。

    1 传热传质分离的填料吸收器

    根据已有的传热、传质学理论, 传热、传质具有相异性, 能够将传质视为溴冷机吸收过程必须进行的过程, 而传热仅为伴随现象, 故溴冷机吸收热、质过程可以分开进行。如采用预冷器来冷却溴化锂溶液, 使溶液吸收过程的吸收热在预冷器中释放( 即进行等浓度传热过程) , 则吸收器中从理论上只进行传质绝热过程, 从而也就实现了热、质分离( 图 1) 。

    在吸收器中加入各种形式的填料层,相对于空腔等型式的吸收器, 可以扩展溴化锂溶液与冷剂蒸汽的接触面积, 也就增加了 吸 收器内热量、质量传递、交换的表面与空间[4]。另外, 考虑到平板式的填料层加工工艺简单, 费用成本较低, 并且易于建立数学模型等优点, 本文选用以带平板式填料层的吸收器为实验研究对象( 图 2) 。

    2 试验方法及试验装置介绍

    对填料吸收器中绝热吸收过程的研究采用实验装置, 在已有的一台双效溴化锂吸收式制冷机组的基础上, 重新设计并加工搭建的一个专门研究传热传质分离的填料吸收器实验台, 实验装置的示意图见图 3。