制冷与低温技术原理—第5章 吸收式制冷(氨水)

第七章 吸收式制冷吸收式制冷是液体气化制冷的另一种形式，它和蒸气压缩式制冷一样，是利用液态制冷剂在低温低压下气化以达到制冷目的的。

所不同的是：蒸气压缩式制冷是靠消耗机械功（或电能）使热量从低温物体向高温物体转移，而吸收式制冷则依靠消耗热能来完成这种非自发过程。

第一节 吸收式制冷的基本原理一、基本原理对于吸收剂循环而言，可以将吸收器、发生器和溶液泵看作是一个“热力压缩机”，吸收器相当于压缩机的吸入侧，发生器相当于压缩机的压出侧。

吸收剂可视为将已产生制冷效应的制冷剂蒸气从循环的低压侧输送到高压侧的运载液体。

二、吸收式制冷机的热力系数蒸气压缩式制冷机用制冷系数ε评价其经济性，由于吸收式制冷机所消耗的能量主要是热能，故常以“热力系数”作为其经济性评价指标。

热力系数ζ是吸收式制冷机所获得的制冷量0φ与消耗的热量g φ之比。

gφζφ=(7-1)图7-1 吸收式与蒸气压缩式制冷循环的比较 （a ）蒸气压缩式制冷循环 （b ）吸收式制冷循环 (b )(a )0g a k e P φφφφφ++=+=(7-2) 00g e S S S S ∆=∆+∆+∆≥ (7-3)0gegeS T T T φφφ∆=--+≥(7-4)g e e ggT T T T P T T φφ--≥- (7-5))()(000T T T T T T e g e g g --≤=φφζ (7-6)最大热力系数ζmax 为c c 0max εηζ=--=T T T T T T e ge g(7-6a)热力系数ζ与最大热力系数ζmax 之比称为热力完善度ηa ，即maxa ζηζ=(7-7)第二节 二元溶液的特性一、二元溶液的基本特性B A v v V )1(1ξξ-+=(7-8)两种液体混合前的比焓k蒸发器冷媒环境发生器热媒图7-2 吸收式制冷系统与外界的能量交换图7-3 可逆吸收式制冷循环B A h h h )1(1ξξ-+=(7-9)混合后的比焓ξξξξq h h q h h B A ∆+-+=∆+=)1(12(7-10)溴化锂与水混合，以及水与氨混合时都会放热，即混合热为负值。

氨吸收式制冷机组的原理氨吸收式制冷机组是一种利用氨和水之间的吸收性作用来实现制冷的装置。

其主要原理是通过氨与水的吸收作用使氨气从蒸发器中吸收，形成稀薄的溶液，然后通过稀薄的溶液将热量带到吸收器中，再通过水的蒸发来释放这些热量。

氨吸收式制冷机组的主要组成部分包括蒸发器、冷凝器、吸收器、发生器、泵和膨胀阀等。

首先，高温高压氨气进入冷凝器，通过与外界空气的接触，氨气冷却凝结，释放热量，并转化为高压液态氨。

然后，高压液态氨经过膨胀阀降压，进入蒸发器中，由于蒸发器内部的低压环境，使氨气迅速蒸发，吸收周围物体的热量，从而形成冷气。

因此，蒸发器是实现制冷效果的关键组件。

蒸发器中的冷气与水在吸收器中进行接触和混合，形成氨气通过吸收作用被水吸收，生成浓缩溶液。

在吸收器中，水的吸收能力较强，能够迅速吸收氨气，形成富氨溶液。

富氨溶液被泵送到发生器中，通过加热使其分解，氨气从溶液中释放出来，并以蒸汽的形式进行排出。

而回流的水则返回吸收器，与进入吸收器的冷气继续进行吸收作用，形成循环。

在发生器中，氨气进一步加热，使其与浓缩溶液分离，然后以气体的形式排出，而浓缩溶液则经过降温器冷却，并返回到吸收器，与冷气继续进行吸收作用。

整个过程中，氨气在蒸发器中吸收空气中的热量，然后在吸收器中被水吸收和分离，通过发生器中的加热和分解，再次释放出来。

而水在吸收器中吸收氨气，并在发生器中与氨气分离，形成浓缩溶液。

相较于传统的压缩式制冷机组，氨吸收式制冷机组具有一定的优势。

首先，氨吸收式制冷机组采用的是吸收作用，不需要使用动力机械来压缩气体，因此能够减少能源的消耗。

其次，氨吸收式制冷机组不需要使用氟利昂等对臭氧层有害的物质，符合环保的要求。

此外，氨吸收式制冷机组还能够利用低温废热或余热来提供热源，实现能源的再利用，具有较高的能量效率。

总之，氨吸收式制冷机组是一种利用氨和水之间的吸收性作用来实现制冷的机组。

通过氨与水的吸收作用，使氨气蒸发吸收周围物体的热量，然后通过水的蒸发来释放热量，实现制冷效果。

4.1.1 吸收式制冷工作原理1. 吸收式制冷工作原理 吸收式制冷是用热能做动力的制冷方法，他也是利用制冷剂汽化吸热来实现制冷的。

因此，他与蒸汽压缩式制冷有类似之处，所不同的是两者实现把热量从低温处转移到高温处所用的补偿方法不同，蒸汽压缩式制冷用机械功补偿，而吸收式制冷用热能补偿。

为了比较，图4-1同时给出了吸收式和蒸汽压缩式制冷机的工作原理图。

吸收式制冷机所用的工质是由两种沸点不同的物资组成的二元混合物（溶液）。

低沸点的物质是制冷剂，高沸点的物质是吸收剂。

吸收式制冷机中有两个循环------制冷剂循环和溶液循环。

吸收式制冷循环是有发生器、吸收器、冷凝器、蒸发器、溶液泵以及节流器等组成。

1） 制冷剂循环的完成过程。

由发生器G 出来的制冷剂蒸气（可能含有少量的吸收剂蒸气）在冷凝器C 中冷凝成高压液体，同时释放出冷凝热量；高压液体经膨胀阀EV 节流到蒸发压力，进入蒸发器E 中。

低压制冷剂液体在蒸发器中蒸发成低压蒸汽，并同时从外界吸取热量（实现制冷）。

a)b )CE EV EVG A E C EV COP图4-1 吸收式和蒸发压缩式制冷机工作原理a)吸收式制冷机b)蒸汽压缩式制冷机E-蒸发器C-冷凝器EV-膨胀阀CO 压缩机G-发生器A-吸收器P-溶液泵低压制冷剂蒸气进入吸收器A中，而后由吸收器、发生器组成的溶液循环将低压制冷剂蒸气转变成高压蒸气。

2)溶液循环过程。

在吸收器中，由发生器来的稀溶液（若溶液的浓度以制冷剂的含量计）吸收蒸发器来的制冷剂蒸气，而成为浓溶液，吸收过程释放出来的热量用冷却水带走。

由吸收器出来的浓溶液经溶液泵P提高压力，并输送到发生器G中。

在发生器中利用外热源对浓溶液加热，其中低沸点的制冷剂蒸气被蒸发出来（可能有少量的吸收剂蒸气被蒸发出来），而浓溶液成为稀溶液。

溶液经吸收器→发生器→吸收器的循环，实现了将低压制冷蒸气转变为高压制冷剂蒸气。

不难看到，吸收式制冷机中制冷剂循环的冷凝、蒸发、节流三个过程与蒸汽压缩式制冷机是相同的，所不同的是低压蒸气转变为高压蒸气的方法，蒸气压缩式制冷是利用压缩机来实现的，消耗机械能；吸收式制冷机是利用吸收器、发生器等组成的溶液循环来实现的，消耗热能。

第5章吸收式制冷5．l 概述吸收式制冷和蒸气压缩式制冷都是利用制冷剂的汽化潜热制取冷量，图5－1示出吸收式制冷机与蒸气压缩式制冷机工作原理的比较。

由图可见，它们的共同点是高压制冷剂蒸气在冷凝器R中冷凝后，经节流元件J节流，温度和压力降低，低温、低压液体在蒸发器Z内汽化，实现制冷。

它们的不同点是：(a) 蒸气压缩式制冷机(b) 蒸气吸收式制冷机图5－1 蒸气压缩式制冷机与蒸气吸收式制冷机工作原理比较A—压缩机；R—冷凝器；J—节流阀；Z—蒸发器a—发生器；b—节流阀；c—吸收器；d—溶液泵(1) 提供的能量不同。

蒸气压缩式制冷机消耗机械功，吸收式制冷机消耗热能。

(2) 吸取制冷剂蒸气的方式不同。

利用液体蒸发连续不断地制冷时，需不断地在蒸发器内产生蒸气。

蒸气压缩式制冷机用压缩机A吸取此蒸气，吸收式制冷机用吸收剂在吸收器c中吸取制冷剂蒸气。

(3) 将低压制冷剂蒸气变为高压制冷剂蒸气时采取的方式不同。

蒸气压缩式制冷机通过原动机驱动压缩机A完成，吸收式制冷机则是通过吸收器c、溶液泵d、发生器a和节流阀b完成。

5．1．1 制冷剂与吸收剂吸收式制冷机利用溶液在一定条件下能析出低沸点组分的蒸气，在另一种条件下又能吸收低沸点组分的蒸气这一特性完成制冷循环。

目前吸收式制冷机中常用二组分溶液，习惯上称低沸点组分为制冷剂，高沸点组分为吸收剂。

对于制冷剂的要求，第3章中已有详细介绍。

对于吸收剂，它应有如下特性：(1) 有强烈吸收制冷剂的能力；(2) 在相同压力下，它的沸腾温度应比制冷剂的沸腾温度高得多；(3) 不应有爆炸、燃烧的危险，并对入体无毒害；(4) 不参加化学反应，对金属材料的腐蚀性小；(5) 价格低，易获得。

可供考虑使用的制冷剂－吸收剂溶液很多，按溶液中含有的制冷剂种类区分，可分为水类、氨类、醇类和氟利昂类四大类。

使用水类溶液的吸收式制冷机早在20世纪40年代就已问世。

当时将溴化锂水溶液用于一台空调用冷水机组。

1.1.4.4.2 氨吸收式制冷循环系统中的压力和温度吸收式制冷系统也被分为高压侧和低压侧两部分。

蒸发器和吸收器属于低压侧。

蒸发器内的压力由所希望的蒸发温度确定，该温度必须稍低于被冷却介质的温度；吸收器内压力稍低于蒸发压力，一方面是因为在它们之间存在着管道等的流动阻力，另一方面也是溶液吸收蒸气所必须具有的推动力。

冷凝器和发生器属于高压侧，冷凝器内的压力是根据冷凝温度而定的，该温度必须稍高于冷却介质的温度；发生器内的压力由于要克服管道阻力等的影响而应稍高于冷凝器的压力。

在进行下面的讨论时将忽略这些压差，然而在实际情况下，这种压差（尤其是蒸发器和吸收器之间的压差）必须加以考虑，特别是在低温装置中，蒸发器和吸收器之间的较小压差就能引起浓度的较大差别。

由于冷凝器和吸收器是用相同的介质（通常为水）来冷却的，如果冷却水平行地通过吸收器和冷凝器，它们的温度可近似地认为是一致的；如果冷却水选通过吸收器，再通过冷凝器时，冷凝器内的温度将高于吸收器内的温度。

发生器内溶液的温度取决于加热介质的温度，该温度稍低于加热介质温度。

单级氨水吸收式制冷机的循环过程在氨水吸收式制冷机中，由于氨和水在相同压力下的气化温度比较接近（例如在一个标准大气压力，氨与水的沸点分别为 －33.4℃和100℃，两者仅相差133.4℃），因而对氨水溶液加热时，产生的蒸气中也含有较多的水分。

氨蒸气浓度的高低直接影响到整个装置的经济性和设备的使用寿命。

为了提高氨蒸气的浓度，必须进行精馏。

精馏原理已在前面"吸收式制冷机的溶液热力学基础"章节中作了介绍。

实际上，精馏程是在精馏塔设备内进行的。

精馏塔进料口以下发生热、质交换的区域叫提馏段，进料口以上发生热、质交换的区域叫精馏段。

精馏塔还有一个发生器（又称再沸器）和回流冷凝器，前者用来加热氨水浓溶液，产生氨和水蒸气，供进一步精馏用；后者用来产生回流液，也供精馏过程使用。

图1为单级氨水吸收式制冷机的流程图浓度为 的浓溶液（点1a）进入精馏塔，在精馏塔内的发生器中被加热，吸收热量 后，部分溶液蒸发，产生的蒸气经过提馏段，得到浓度为 的氨蒸气(1+R)kg，随后经过精馏段和回流冷凝器，使上升的蒸气得到进一步的精馏和分凝，浓度提高到 (点5'' )，由塔顶排出，排出的蒸气质量为1kg。

制冷技术1、吸收式制冷吸收式制冷是利用某些具有特殊性质的工质对，通过一种物质对另一种物质的吸收和释放，产生物质的状态变化，从而伴随吸热和放热过程。

吸收式制冷的原理：常用的工质对有氨水和水/溴化锂。

吸收制冷的基本原理一般分为以下五个步骤：（1）利用工作热源（如水蒸气、热水及燃气等）在发生器中加热由溶液泵从吸收器输送来的具有一定浓度的溶液，并使溶液中的大部分低沸点制冷剂蒸发出来。

（2）制冷剂蒸气进入冷凝器中，又被冷却介质冷凝成制冷剂液体，再经节流器降压到蒸发压力。

（3）制冷剂经节流进入蒸发器中，吸收被冷却系统中的热量而激化成蒸发压力下的制冷剂蒸气。

（4 ）在发生器A中经发生过程剩余的溶液（高沸点的吸收剂以及少量未蒸发的制冷剂）经吸收剂节流器降到蒸发压力进入吸收器中，与从蒸发器出来的低压制冷剂蒸气相混合，并吸收低压制冷剂蒸气并恢复到原来的浓度。

（5 ）吸收过程往往是一个放热过程，故需在吸收器中用冷却水来冷却混合溶液。

在吸收器中恢复了浓度的溶液又经溶液泵升压后送入发生器中继续循环。

吸收式制冷机利用溶液在一定条件下能析出低沸点组分的蒸气，在另一条件下又能强烈地吸收低沸点组分蒸气这一特性完成制冷循环。

目前吸收式制冷机中多采用二元溶液作为工质，习惯上称低沸点组分为制冷剂，高沸点组分为吸收剂，二者组成工质对。

原理图：K1倚单吸收氏制冲系统循环吸收式制冷的特点:吸收式制冷以自然存在的水或氨等为制冷剂，对环境和大气臭氧层无害；以热能为驱动能源，除了利用锅炉蒸气、燃料产生的热能外，还可以利用余热、废热、太阳能等低品位热能，在同一机组中还可以实现制冷和制热(采暖)的双重目的。

整套装置除了泵和阀件外，绝大部分是换热器，运转安静，振动小；同时，制冷机在真空状态下运行，结构简单，安全可靠，安装方便。

在当前能源紧缺，电力供应紧张，环境问题日益严峻的形势下，吸收式制冷技术以其特有的优势已经受到广泛的关注。

(1) 无原动力，直接使用热原理，因此机器坚固亦无震动，少噪音，能安装于任何地点，从地室一直到屋顶均可。

吸收式制冷技术吸收式制冷是利用某些具有特殊性质的工质对，通过一种物质对另一种物质的吸收和释放，产生物质的状态变化，从而伴随吸热和放热过程。

目前常用的工质对有氨水和水/溴化锂。

其基本工作原理（以溴化锂制冷机为例）如下图。

吸收式制冷循环吸收式制冷装置由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、循环泵、节流阀等部件组成，工作介质包括制取冷量的制冷剂和吸收、解吸制冷剂的吸收剂，二者组成工质对。

稀混和溶液在发生器中被加热，分离出一定流量的冷剂蒸气进入冷凝器中，蒸气在冷凝器中被冷却，并凝结成液态；液态冷剂经过节流降压，进入蒸发器，在蒸发器内吸热蒸发，产生冷效应，冷剂由液态变为气态，再进入吸收器中；另外，从发生器流出的浓溶液经换热器和节流降压后进入吸收器，吸收来自蒸发器的冷剂蒸气，吸收过程产生的稀溶液由循环泵加压，经换热器吸热升温后，重新进入发生器，如此循环制冷。

吸收式制冷以自然存在的水或氨等为制冷剂，对环境和大气臭氧层无害；以热能为驱动能源，除了利用锅炉蒸气、燃料产生的热能外，还可以利用余热、废热、太阳能等低品位热能，在同一机组中还可以实现制冷和制热（采暖）的双重目的。

整套装置除了泵和阀件外，绝大部分是换热器，运转安静，振动小；同时，制冷机在真空状态下运行，结构简单，安全可靠，安装方便。

在当前能源紧缺，电力供应紧张，环境问题日益严峻的形势下，吸收式制冷技术以其特有的优势已经受到广泛的关注。

目前，吸收式制冷正在向着小型化、高效化的方向发展，各国对吸收式技术的开发研究主要集中在联合循环、余热利用、吸收式热泵、吸收和发生过程的机理研究、换热结构和换热表面、界面活性剂及缓蚀剂、机组优化设计及经济性分析、系统的特性仿真等方面。

吸收式制冷已经成为制冷技术的主要发展方向之一，有着非常广阔的前景。

热电冷联供系统采用“热电联产、集中供热、提高能源利用率，发展热能阶梯利用技术，热电冷联产技术…”已列入我国《节约能源法》，热电冷三联产技术是一种能源综合利用技术，因其节约能源和减轻环境污染的优势在全世界范围得以发展。

吸收式冰箱制冷原理：一般用氨做制冷剂，水作吸收剂，其制冷过程是：使液氨在蒸发器内低分压下蒸发向氦中扩散，生成的氨氦混合气中的氨气在吸收器中被水吸收成氨水，再进入发生器经加热氨水中释放出氨气。

氨气经冷凝器冷却成液氨，液氨再进入蒸发器蒸发，同时从外部吸收热量，达到制冷目的，从而形成连续扩散吸收制冷循环。

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