吸收式制冷-無泵吸收式制冷
制冷量在1~2萬kcal/h以下的小型吸收式制冷機的主要特點是取消溶液泵,這種無泵
吸收式制冷機完全沒有運動部件,故機組簡單,使用方便。
一、周期作用的無泵吸收式制冷機
圖8-21是利用太陽能的周期作用無泵吸收式制冷原理圖。太陽集熱器4內裝有一定濃度的制冷劑-吸收劑溶液。白晝有日照時,太陽集熱器用作為發生器,開啟閥門Vl,關閉閥門V2、V3,進行溶液的沸騰過程(即發生過程)。溶液在太陽集熱器內受熱,升溫至沸點后在定壓下沸騰,氣態制冷劑從其中蒸發出來,進入冷凝器3冷凝成液態,貯入蒸發器2內,而太陽集熱器中的溶液則逐漸變濃(以含吸收劑數量而言)。夜間,太陽集熱器用作吸收器,開啟閥門V2,關閉閥門V1、V3,進行制冷過程(即吸收過程)。集熱器對天空進行輻射,溶液溫度逐漸下降,因而整個系統中的壓力逐漸下降,蒸發器內制冷劑的飽和溫度也相應降低。當該溫度降至低于冷藏室1的溫度時,蒸發器內的液態制冷劑開始吸取冷藏室的熱量變成氣態,從而達到制冷的目的。蒸發器內形成的氣態制冷劑通過閥門V2進入吸收器,被其中的濃溶液吸收,溶液逐漸變稀,以再次進行沸騰過程和制冷過程。
周期性無泵吸收式制冷機的制冷能力除與各設備的傳熱面積以及蒸發溫度和冷凝溫度有關外,還與充于太陽集熱器中的溶液濃度有關。溶液濃度過低,對發生過程有利,對吸收過程不利;濃度過高,則相反。因此,需要根據溶液的種類不同,選取恰當的濃度。
二、連續作用的無泵吸收式制冷機
連續作用的無泵吸收式制冷機,當采用不同的工質對時,其工作原理不同。
(一)無泵溴化鋰吸收式制冷機
圖8-22為無泵溴化鋰吸收式制冷機的原理圖。由于吸收器5的壓力低于發生器1的壓力,故兩者應有一定的高度差,才能保證稀溶液自流進入發生器。稀溶液在發生器內受熱沸騰,靠熱虹吸管7將水蒸汽和濃溶液的混合物一起提升至氣液分離器2。經分離器分液后的高壓過熱水蒸汽進入冷凝器3,蒸發器4進行制冷,而分離出來的濃溶液積存在分離器的下部,靠高度差流經熱交換器6,再進入吸收器,吸收來自蒸發器的低壓冷劑水蒸汽。這種無泵溴化鋰吸收式制冷機靠熱虹吸管輸送溶液,簡化了制冷裝置。但是,它的熱力系數受熱媒溫度影響較大,熱媒溫度過高或過低均使其熱力系數急劇降低。此外,它的制冷能力較小,目前國外最大者,制冷量約25000kcal/h。
(二)擴散吸收式制冷機
由于氨-水吸收式制冷機以氨作為制冷劑,冷凝壓力和蒸發壓力之差很大,為實現無泵氨-水吸收式制冷,不能采用上述系統,而應采用擴散式系統。該系統除充灌氨-水溶液外,還充入中性氣體氫,以平衡系統中的壓力。根據道爾頓定律,系統中的總壓力等于各組成氣體分壓力之和。一般擴散式系統中的總壓力及高壓側壓力約為16kg/cm2,而系統低壓側總壓力的不足,則由氫氣來補足。氫氣雖然參與系統內的循環,但它與氨和水都不起化學作用,因此,決定蒸發和吸收過程狀態變化特性的不是總壓力,而是氨的分壓力,就如同氫氣不存在一樣。再者,氫氣比重小,易于上浮,能促進氨氣在系統內的循環。
擴散式氨-水吸收式制冷機的工作原理如圖8-23所示。該系統是由氨循環、氨-水溶液循環
和氫氣循環三部分組成,現分述如下。
1.氨循環(制冷循環)
來自貯液器8的濃氨-水溶液,經溶液熱交換器9升溫后,進入發生器1。濃氨-水溶液在發生器中受熱,并在定壓下沸騰氣化。沸騰出的氨氣靠熱虹吸作用攜帶稀氨-水溶液沿熱虹吸管
2上升,分液后,氨氣進入分凝器3。在分凝器內,氨氣受壁面冷卻,析出其中殘存的水分,提高了純度,繼續上升進入冷凝器4冷凝成氨液,而析出的水分則回流至發生器。冷凝后的氨液在氨氣的節制下進入蒸發器5。氨液初進入蒸發器時它的分壓力很小,隨著氨的蒸發,分壓力逐漸增加。由于氫氣的存在,蒸發器內的總壓力仍約為16kg/c㎡,而其中氨的分壓力平均約為3~4kg/c㎡,相應蒸發溫度約為-2~-10℃,因此,氨液能夠吸熱蒸發進行制冷。
從蒸發器出來的氨氣與氫氣一起經氣相熱交換器6和氣-液熱交換器7,進入貯液器8和吸收器10,其中氨氣被吸收器中的稀氨水吸收,而氫氣被分離出來。
2.氨-水溶液循環
濃氨水在發生器內受熱沸騰變稀,隨氨氣一起沿熱虹吸管上升,與氨氣分離后的稀氨水先后流入溶液熱交換器9和氣-液熱交換器7,兩次被冷卻。冷卻降溫后的稀氨水流入吸收器10,一方面吸收來自蒸發器的氨氣,同時,向外散熱,而變成濃氨水,流入貯液器。貯液器中的濃氨水以高差為推動力,經溶液熱交換器預熱,升溫,進入發生器,再次受熱沸騰。
3.氫氣循環
由蒸發器流出的氨氫混合氣體,經氣相熱交換器和氣-液熱交換器,進入貯液器和吸收器。在吸收器中氨氣被吸收,氫氣比重既小,又不斷受熱,因而上升重新回至蒸發器超平衡壓力的作用。而貯氫器11可以在環境溫度有變化時,平衡系統內的壓力,以保證該制冷機能夠常年穩定運行,達到良好的制冷效果。
這種擴散式武吸收制冷裝置完全沒有運動部件,故使用壽命長,無振動和噪聲。其最大弱點是熱力系數低,只能用在小型醫療和家用冰箱。