吸收式製冷

吸收式製冷裝置由發生器、冷凝器、蒸發器、吸收器、循環泵、節流閥等部件組成，工作介質包括製取冷量的製冷劑和吸收、解吸製冷劑的吸收劑，二者組成工質對。

吸收式製冷機與往復式或離心式製冷機截然不同，它沒有運動的原動機。吸收式製冷機有兩種，即氨--水吸收式和溴化鋰—水吸收式。

溴化鋰--水吸收式製冷裝置主要由發生器、冷凝器、蒸發器和吸收器4 個部分組成。這4 個部分分別裝在兩個圓柱形筒內。冷凝器和發生器裝在上部圓筒內；蒸發器和吸收器裝在下部的圓筒內，兩圓筒之間用管路和泵連接。 ^[1] 

常用的工質對有氨水和水/溴化鋰。

吸收製冷的基本原理一般分為以下五個步驟：

（1）利用工作熱源（如水蒸氣、熱水及燃氣等）在發生器中加熱由溶液泵從吸收器輸送來的具有一定濃度的溶液，並使溶液中的大部分低沸點製冷劑蒸發出來。

（2）製冷劑蒸氣進入冷凝器中，又被冷卻介質冷凝成製冷劑液體，再經節流器降壓到蒸發壓力。

（3）製冷劑經節流進入蒸發器中，吸收被冷卻系統中的熱量而激化成蒸發壓力下的製冷劑蒸氣。

（4）在發生器A中經發生過程剩餘的溶液（高沸點的吸收劑以及少量未蒸發的製冷劑）經吸收劑節流器降到蒸發壓力進入吸收器中，與從蒸發器出來的低壓制冷劑蒸氣相混合，並吸收低壓制冷劑蒸氣並恢復到原來的濃度。

（5）吸收過程往往是一個放熱過程，故需在吸收器中用冷卻水來冷卻混合溶液。在吸收器中恢復了濃度的溶液又經溶液泵升壓後送入發生器中繼續循環。

吸收式製冷機利用溶液在一定條件下能析出低沸點組分的蒸氣，在另一條件下又能強烈地吸收低沸點組分蒸氣這一特性完成製冷循環。吸收式製冷機中多采用二元溶液作為工質，習慣上稱低沸點組分為製冷劑，高沸點組分為吸收劑，二者組成工質對。

人們經過長期的研究，獲得廣泛應用的工質對只有氨——水和溴化鋰——水溶液，前者用於低温系統，後者用於空調系統。具體有如下：

（1）以水作為製冷劑的工質對：水——溴化鋰、水——氯化鋰、水——碘化鋰、水——氯化鈣。

（2）以氨作為製冷劑的工質對：氨——水、乙胺——水、甲胺——水以及硫氰酸鈉——氨等。

（3）以醇作製冷劑的工質對：製冷劑通常選用甲醇，主要有甲醇——溴化鋰、甲醇——溴化鋅、及甲醇——溴化鋰——溴化鋅三元溶液工質對等。

（4）以氟利昂作為製冷劑工質對：其中主要是R21、R22與四乙醇二甲基乙醚等有機物組成的工質對。 ^[2] 

吸收式製冷以自然存在的水或氨等為製冷劑，對環境和大氣臭氧層無害；以熱能為驅動能源，除了利用鍋爐蒸氣、燃料產生的熱能外，還可以利用餘熱、廢熱、太陽能等低品位熱能，在同一機組中還可以實現製冷和制熱（採暖）的雙重目的。整套裝置除了泵和閥件外，絕大部分是換熱器，運轉安靜，振動小；同時，製冷機在真空狀態下運行，結構簡單，安全可靠，安裝方便。在當前能源緊缺，電力供應緊張，環境問題日益嚴峻的形勢下，吸收式製冷技術以其特有的優勢已經受到廣泛的關注。

（1）無原動力，直接使用熱原理，因此機器堅固亦無震動，少噪音，能安裝於任何地點，從地室一直到屋頂均可。

（2）以水為製冷劑，獲得容易，安全性高。

（3）可直接利用熱源，它可利用低壓蒸汽、熱水，甚至廢汽、廢熱，耗電極少，只相當於同容量離心式機的2%--9%。

（4）變負荷容易，調節範圍廣(能在10%--100%範圍內調節制冷量) 。

（5）結構簡單，運行方便。

其不足之處是，溴化鋰水溶液在大氣下對金屬有很強的腐蝕性，因而對設備管道的要求較高，另外冷卻負荷較大。

1、 夏天需供應冷氣，冬天需供應暖氣的全年候空氣調節地區，最適合使用吸收式系統。美國、日本的中央空調系統，吸收式系統的約佔80% 以上。

2、 運轉安靜，可減少磨損至最小(除液體泵運轉外)，故障較少、維護簡單。

3、 不依賴電力。

4、 容量控制容易，僅需控制發生器的熱源。

5、 系統安全性高，無爆炸。

6、 系統滿載與輕載效果相同，當負載改變時，只需調節發生器熱源和水循環量即可。

7、 當蒸發温度及壓力減低時，吸收式容量僅有限度地減少，運轉穩定。

1、 以水為冷媒時，無法獲得低温（水冰點為0℃）。

2、 操作不當時，溴化鋰易生結晶。 ^[2] 

溴化鋰吸收式製冷機是以溴化鋰溶液為吸收劑，以水為製冷劑，利用水在高真空下蒸發吸熱達到製冷的目的。為使製冷過程能連續不斷地進行下去，蒸發後的冷劑水蒸氣被溴化鋰溶液所吸收，溶液變稀，這一過程是在吸收器中發生的，然後以熱能為動力，將溶液加熱使其水份分離出來，而溶液變濃，這一過程是在發生器中進行的。發生器中充有溴化鋰溶液，且壓力較低，稍加熱時，水便從溴化鋰溶液中蒸發由來(水比溴化鋰易蒸發)。蒸發出來的水蒸汽在冷凝器中冷凝，成為製冷劑水，經節流閥在蒸發器中蒸發。帶走箱內的熱量，蒸發出的水氣又被吸收器中的溴化鋰溶液吸收(溴化鋰溶液特易吸收水氣)，此溶液再在發生器中加熱蒸發，就這樣不斷循環，實現製冷循環。發生器中得到的蒸汽在冷凝器中凝結成水，經節流後再送至蒸發器中蒸發。如此循環達到連續製冷的目的。

可見溴化鋰吸收式製冷機主要是由吸收器、發生器、冷凝器和蒸發器四部分組成的。 從吸收器出來的溴化鋰稀溶液，由溶液泵(即發生器泵)，升壓經溶液熱交換器，被髮生器出來的高温濃溶液加熱温度提高後，進入發生器。在發生器中受到傳熱管內熱源蒸汽加熱，溶液温度提高直至沸騰，溶液中的水份逐漸蒸發出來，而溶液濃度不斷增大。單效溴化鋰吸收式製冷機的熱源蒸汽壓力一般為0.098MPa(表壓)。發生器中蒸發出來的冷劑水蒸氣向上經擋液板進入冷凝器，擋液板起汽液分離作用，防止液滴隨蒸汽進入冷凝器。冷凝器的傳熱管內通入冷卻水，所以管外冷劑水蒸氣被冷卻水冷卻，冷凝成水，此即冷劑水。

積聚在冷凝器下部的冷劑水經節流後流入蒸發器內，因為冷凝器中的壓力比蒸發器中的壓力要高。如：當冷凝器温度為45℃時，冷凝壓力為9580Pa(71.9mmHg)；蒸發温度為5℃時，蒸發壓力872Pa(6.45mmHg)。U型管是起液封作用的，防止冷凝器中的蒸汽直接進入蒸發器。

冷劑水進入蒸發器後，由於壓力降低首先閃蒸出部分冷劑水蒸氣。因蒸發器為噴淋式熱交換器，噴啉量要比蒸發量大許多倍，故大部分冷劑水是聚集在蒸發器的水盤內的，然後由冷劑水泵升壓後送入蒸發器的噴淋管中，經噴嘴噴淋到管簇外表面上，在吸取了流過管內的冷媒水的熱量後，蒸發成低壓的冷劑水蒸氣。由於蒸發器內壓力較低，故可以得到生產工藝過程或空調系統所需要的低温冷媒水，達到製冷的目的。

例如蒸發器壓力為872Pa時，冷劑水的蒸發温度為5℃，這時可以得到7℃的冷媒水。蒸發出來的冷劑蒸汽經擋液板將其夾雜的液滴分離後進入吸收器，被由吸收器泵送來並均勻噴淋在吸收管簇外表的中間溶液所吸收，溶液重新變稀。中間溶液是由來自溶液熱交換器放熱降温後的濃溶液和吸收器液囊中的稀溶液混合得到的。為保證吸收過程的不斷進行，需將吸收過程所放出的熱量由 熱管內的冷卻水及時帶走。中間溶液吸收了一定量的水蒸氣後成為稀溶液，聚集在吸收器底部液囊中，再由發生器泵送到發生器，如此循環不已。

由上述循環工作過程可見，吸收式製冷機與壓縮式製冷機在獲取冷量的原理上是相同的，都是利用高壓液體制冷劑經節流閥(或U型管)節流降壓後，在低壓下蒸發來製取冷量，它們都有起同樣作用的冷凝、蒸發和節流裝置。而主要區別在於由低壓冷劑蒸汽如何變成高壓蒸汽所採用的方法不同，壓縮式製冷機是通過原動機驅動壓縮機來實現的，而吸收式製冷機是通過吸收器，溶液泵和發生器等設備來實現的。

從吸收器出來的稀溶液温度較低，而稀溶液温度越低，則在發生器中需要更多熱量。自發生器出來的濃溶液温度較高，而濃溶液温度越高，在吸收器中則要求更多的冷卻水量。因此設置溶液交換器，由温度較高的濃溶液加熱温度較低的稀溶液，這樣既減少了發生器加熱負荷，也減少了吸收器的冷卻負荷，可謂一舉兩得。

溴化鋰吸收式製冷機除了上述冷劑水和溴化鋰溶液兩個內部循環外，還有三個系統與外部相聯，這就是：①熱源系統；②冷卻水系統；③冷媒水系統。

熱源蒸汽(或熱水)通入發生器，在管內流過，加熱管外溶液使其沸騰並蒸發出冷劑蒸汽，而熱源蒸汽放出汽化潛熱後凝結成水排出。一般情況下，應將該凝結水回收並送回鍋爐加以利用。

在吸收器中溶液吸收來自蒸發器的低壓冷劑蒸汽，是個放熱過程。為使吸收過程連續進行下去，需不斷加以冷卻。在冷凝器中也需冷卻水，以便將來自發生器的高壓冷劑蒸汽變成冷劑水。冷卻水先流經吸收器後，再流過冷凝器，出冷凝器的冷卻水温度較高，一般是通入冷卻水塔，降温後再打入吸收器循環使用。 ^[3] 

蒸汽吸收式製冷系統是由發生器、冷凝器、製冷節流閥、蒸發器、吸收器、溶液節流閥、溶液熱交換器和溶液泵組成。整個系統包括兩個迴路：一個是製冷劑迴路，一個是溶液迴路。系統中使用的工作流體是製冷劑和吸收劑，我們稱它為吸收是製冷的工質對。吸收劑使液體，它對製冷劑有很強的吸收能力。吸收劑吸收了製冷劑氣體後形成溶液。溶液加熱又能放出製冷劑氣體。因此，我們可以用溶液迴路取代壓縮機的作用，構成蒸汽吸收式製冷循環。

製冷劑迴路由冷凝器、製冷劑節流閥、蒸發器組成。高壓制冷劑氣體在冷凝器中冷凝，產生的高壓制冷劑液體經節流後到蒸發器蒸發製冷。溶液迴路由發生器、吸收器、溶液節流閥、溶液熱交換器和溶液泵組成。在吸收器中，吸收劑吸收來自蒸發器的低壓制冷劑氣體，形成富含製冷劑的溶液，將該溶液用泵送到發生器，經過加熱是溶液中的製冷劑重新蒸發出來，送入冷凝器。另一方面，發生後的溶液重新恢復到原來的成分，經冷卻、節流後成為具有吸收能力的吸收液，進入吸收器，吸收來自蒸發器的低壓制冷劑蒸汽。吸收過程中伴隨釋放吸收熱，為了保證吸收的順利進行，需要冷卻吸收液

在蒸汽吸收式製冷中，吸收器好比壓縮機的吸入側；發生器好比壓縮機的排出側；對發生器內溶液進行加熱，提供提高製冷劑蒸汽壓力的能量。 ^[4]