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(nèi)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(fā)生器,開啟閥門Vl,關(guān)閉閥門V2、V3,進行溶液的沸騰過程(即發(fā)生過程)。溶液在太陽集熱器內(nèi)受熱,升溫至沸點后在定壓下沸騰,氣態(tài)制冷劑從其中蒸發(fā)出來,進入冷凝器3冷凝成液態(tài),貯入蒸發(fā)器2內(nèi),而太陽集熱器中的溶液則逐漸變濃(以含吸收劑數(shù)量而言)。夜間,太陽集熱器用作吸收器,開啟閥門V2,關(guān)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(tǒng)中的壓力逐漸下降,蒸發(fā)器內(nèi)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(fā)器內(nèi)的液態(tài)制冷劑開始吸取冷藏室的熱量變成氣態(tài),從而達到制冷的目的。蒸發(fā)器內(nèi)形成的氣態(tài)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(shè)備的傳熱面積以及蒸發(fā)溫度和冷凝溫度有關(guān)外,還與充于太陽集熱器中的溶液濃度有關(guān)。溶液濃度過低,對發(fā)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(jù)溶液的種類不同,選取恰當?shù)臐舛取?/p>
二、連續(xù)作用的無泵吸收式制冷機
連續(xù)作用的無泵吸收式制冷機,當采用不同的工質(zhì)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(fā)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(fā)生器。稀溶液在發(fā)生器內(nèi)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(jīng)分離器分液后的高壓過熱水蒸汽進入冷凝器3,蒸發(fā)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(jīng)熱交換器6,再進入吸收器,吸收來自蒸發(fā)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(shù)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(shù)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(fā)壓力之差很大,為實現(xiàn)無泵氨-水吸收式制冷,不能采用上述系統(tǒng),而應采用擴散式系統(tǒng)。該系統(tǒng)除充灌氨-水溶液外,還充入中性氣體氫,以平衡系統(tǒng)中的壓力。根據(jù)道爾頓定律,系統(tǒng)中的總壓力等于各組成氣體分壓力之和。一般擴散式系統(tǒng)中的總壓力及高壓側(cè)壓力約為16kg/cm2,而系統(tǒng)低壓側(cè)總壓力的不足,則由氫氣來補足。氫氣雖然參與系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán),但它與氨和水都不起化學作用,因此,決定蒸發(fā)和吸收過程狀態(tài)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(tǒng)內(nèi)的循環(huán)。
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(tǒng)是由氨循環(huán)、氨-水溶液循環(huán)
和氫氣循環(huán)三部分組成,現(xiàn)分述如下。
1.氨循環(huán)(制冷循環(huán))
來自貯液器8的濃氨-水溶液,經(jīng)溶液熱交換器9升溫后,進入發(fā)生器1。濃氨-水溶液在發(fā)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(nèi),氨氣受壁面冷卻,析出其中殘存的水分,提高了純度,繼續(xù)上升進入冷凝器4冷凝成氨液,而析出的水分則回流至發(fā)生器。冷凝后的氨液在氨氣的節(jié)制下進入蒸發(fā)器5。氨液初進入蒸發(fā)器時它的分壓力很小,隨著氨的蒸發(fā),分壓力逐漸增加。由于氫氣的存在,蒸發(fā)器內(nèi)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(fā)溫度約為-2~-10℃,因此,氨液能夠吸熱蒸發(fā)進行制冷。
從蒸發(fā)器出來的氨氣與氫氣一起經(jīng)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(huán)
濃氨水在發(fā)生器內(nèi)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(fā)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(jīng)溶液熱交換器預熱,升溫,進入發(fā)生器,再次受熱沸騰。
3.氫氣循環(huán)
由蒸發(fā)器流出的氨氫混合氣體,經(jīng)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(fā)器超平衡壓力的作用。而貯氫器11可以在環(huán)境溫度有變化時,平衡系統(tǒng)內(nèi)的壓力,以保證該制冷機能夠常年穩(wěn)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(shù)低,只能用在小型醫(yī)療和家用冰箱。