吸收式制冷技术

吸收式制冷技术（精选7篇）

吸收式制冷技术 第1篇

吸收式低温余热制冷技术具有可灵活利用各种形式余热、废热资源作为驱动能源;安全可靠的运行方式;极低电能消耗及维护费用;完全环境友好的循环工质等特点, 对于粮食行业是一种非常有效的节能环保技术。本篇文章针对粮食干燥和粮食仓储的耗能特点, 分析研究采用吸收式低温余热制冷技术回收利用粮食干燥过程中废弃的烟气热量, 并产生出足够的制冷量, 应用于低温粮食储藏领域的可行性及经济性。

1 粮食行业现状分析

粮食是一个国家赖以生存与发展所必不可少的物质基础之一, 随着时代的发展, 粮食储藏和干燥在追求高质量、高效益的基础上, 还要加上低能耗以及低污染。

1.1 粮食储藏

根据储粮生态学, 大多数仓储害虫最适宜的生长环境是25~35℃, 极限低温是17℃。粮食呼吸的最适温度是25~35℃, 从粮食呼吸的最适温度到最低温度, 呼吸强度迅速下降。粮食内各种霉菌生存的最适温度为20~40℃, 通过控制温度在15℃以下, 辅以粮食水分的控制, 可以抑制大多数霉菌的生长。由此可见, 采用低温储粮可以在很大程度上抑制粮食自身呼吸, 限制粮食内部微生物的生命活动, 杀灭或控制仓储害虫的发展, 从而起到延缓粮食陈化和劣变的作用, 安全卫生的保持储粮品质。

目前实现低温储粮的途径主要有三种:自然低温储藏、冬季自然冷源机械通风以及谷物冷却机机械制冷。前两者需要依赖自然冷源, 受地理环境以及气候条件的制约极大, 后者降温速度快但反弹速度也快, 造成复冷时间间隔短, 能耗以及成本高, 限制了其在国内的大规模推广应用。因此这三种低温粮食技术均无法满足“高质量、高效益、低能耗、低污染”的绿色储粮技术要求。

1.2 粮食干燥

我国每年收获的粮食中有20%属于高水分, 约有1.2亿吨粮食需要干燥, 其中采用机械化干燥的不足4000万吨。因不能及时干燥到安全水分而造成的霉变、发芽损失, 已经占到了年产量的5%。据不完全统计, 干燥1吨谷物消耗0.07吨标准煤。如果采用常规能源干燥, 我国仅谷物一项就需耗用3000万吨以上标准煤, 相当于全国总能耗的1%。国外发达国家的粮食干燥效率较高, 单位能耗一般低于4600k J/kg (H2O) , 而我国的粮食干燥效率低, 单位能耗大, 在6700k J/kg (H2O) 左右。

粮食干燥作业按传热方式分类主要有对流、辐射和传导三类。对流干燥是目前我国绝大部分粮食干燥设备采用的主要方式, 通过过热空气或烟气为干燥介质对粮食加热和除湿。根据所采用介质温度的高低, 又分为高温 (80~300℃, 常称为热风干燥) 干燥和低温 (常温或高2~8℃) 干燥。辐射传热指利用电磁波的穿透力和粮食中水分对电磁波能量的吸收产生温升而达到干燥脱水的目的。主要有太阳能干燥技术、微波技术和红外线辐射技术。传导干燥是粮食直接与加热表面接触而获得热量蒸发水分, 如蒸汽式粮食干燥及等, 仅用于蒸汽富足的特定场合, 在粮食干燥中极为少见。此外, 正在研发的低温真空干燥和热泵干燥技术也有较好应用前景。

综合考虑粮食储藏与粮食干燥领域的不同能耗和能源需求方式、特点, 结合粮食行业能减排的需求, 采用吸收式低温余热制冷技术可以使这两个粮食环节有效结合。

2 吸收式制冷技术分析

2.1 吸收式循环特点

吸收式循环技术可回收利用余热、废热为驱动能源, 通过工质溶液吸收方式来实现制冷、制热功能, 通过循环冷热转换, 废弃的热量重新得到有效的利用, 大大节约能源消耗, 显著增加经济效益和社会效益。

2.2 吸收式循环的原理及分类

吸收式循环的原理是通过改变压力的方式, 从高温或中低温热源中获得驱动热能, 使溶液中制冷剂蒸发或溶入浓溶液中, 在改变溶液中制冷剂的浓度过程中, 以此来吸收、放出热量, 达到制冷或者制热的效果。

吸收式循环按用途不同可分为制冷、热泵 (又称增热型热泵AHP) 、升温型热泵 (又称热变换器AHT) 三类。

吸收式制冷系统按驱动热源的利用方式可分为单效型、双效型和多效型;按驱动热源的不同, 可分为蒸汽型、热水型和直燃型。

吸收式热泵的直接驱动能源为热能, 利用具有吸收特性的工质, 将热量从低温热源向高温热源转移, 适用于各种有大量中低温余热、废热的场合。第一类吸收式热泵AHP (增热型) , 以消耗高温热能为代价, 通过向系统内输送高温热源, 进而从低温热源中回收部分热能, 提高其品位, 从而产生大量有用的中温热能, 极大提高了热能的利用效率。第二类吸收式热泵AHT依靠中低温热能驱动, 利用大量中温废热和该废热源与低温热源的热势差, 制取热量少但温度却高于中温废热的热水或者蒸汽, 从而获取品位相对较高的热源。我们可以看出AHT整个工作过程与AHP正好相反。在AHP中, 蒸发器与吸收器处在相对低压区, 最高温度点在发生器, 而在AHT中, 蒸发器和吸收器处在相对高压区, 最高温度点在吸收器, 这是由于不同的驱动热源和操作方式造成的二者之间显著的差异。

对于粮食行业, 采用单效或双效吸收式制冷技术, 驱动热源可采用热水或蒸汽, 即可回收粮食干燥产生的废弃热量, 又可产生冷量应用于粮食仓储领域, 故吸收式制冷技术的研究应用, 对于粮食行业有着极大的经济和环保效益。

3 常用制冷剂/ 吸收剂组合

吸收式循环对制冷剂/吸收剂常用的组合有水和溴化锂、氨和水。

3.1 氨/ 水 (氨作制冷剂, 水作吸收剂)

此组合在很宽泛的工作温度、压力范围内都有极高的稳定性, 氨具有很高的汽化潜热, 其冰点为-77℃, 可用于低温系统。但是由于其具有挥发性, 系统就需要调节器去除与氨同时蒸发的水, 如果没有调节器, 水将会在蒸发器内积聚, 降低系统效率。另外, 此组合还有一些其他的缺点, 如高压、有毒;对铜、铜合金有腐蚀作用等等。氨与空气混合物不易燃, 但是当氨的体积百分比在15.5%~27%时具有爆炸性。

3.2 水/ 溴化锂 (水作制冷剂, 溴化锂作吸收剂)

此组合有两个非常突出的优势: (1) 溴化锂极其不易挥发 (不需调节器) ; (2) 水具有非常高的汽化潜热性能。然而, 用水作为制冷剂就限制了低温应用不能低于0℃, 并且系统必须工作在真空条件下。在浓度很高时, 溶液易于结晶, 加一种或多种盐类可以防止此类现象的发生, 这种添加第三种组成物的溶液可使正常工作的系统远离结晶的风险。因此浓溶液在换热器内可被冷却至接近吸收器的温度而不出现结晶现象, 便可改善系统效率达到0.7~0.9 (氨/水系统0.5~0.6) 。

针对粮食行业的特点, 综合考虑余热回收温度、制冷温度以及系统安全性等因素, 溴化锂/水毋庸置疑是最合适的循环溶液组合。

4 吸收式制冷技术应用方案

本文针对低温余热吸收式制冷技术在粮食行业的应用, 提出一套可行的应用方案, 即通过对粮食干燥过程产生的低品质烟气, 转换为低温热水作为吸收式制冷循环的驱动热源, 通过单效或双效循环机组, 蒸发器提供一定冷量, 供给粮食储藏所需的低温环境, 方案流程如图1。

粮食干燥后排放的烟气, 因其含有过多的谷壳、杂质, 所以直接利用烟气热量, 在实际中非常困难, 过多的杂质很容易堵塞管路, 所以需要经过中间介质, 如水, 从排放烟气中收集热量, 再将热水作为进入溴化锂/水吸收式制冷系统发生器的驱动热源。蒸发器释放的冷量同样需要水作为载冷剂, 输送至粮食储藏库, 再利用机械通风装置, 将仓库内空气与冷水进行热量交换, 达到降低仓库温度的目的。

5 经济性分析

以南方主要种植粮食作物稻为例分析, 每年6~9月为收割期, 同时需要进行大量的粮食干燥作业, 采用热水单效型低温余热吸收式制冷机回收干燥作业产生的余热资源的方案, 供给干燥后稻子的低温储藏的冷量, 需要制冷储藏时间为6、7、8、9月, 每天24小时运行。采用某温水型溴化锂吸收式制冷机组, 单台制冷量达到1160k W。

5.1 投资费用

初期设备主要投资大约需要71.8万元 (表1) 。

5.2 运行费用

每日运行费用见表2。

运行时间按照24h/d、电费0.7元/k Wh计算, 4个月的粮储制冷设备运行成本为:4x30x1310.4=157248元。

如采用其他的制冷设备, 如谷物冷却机、窗式空调制冷机等, 初期的设备投资费用很少, 约为吸收式制冷机的30%。相比之下, 吸收式制冷机的缺点即初期设备费用高, 粮食储藏现场的设备改造工作量多, 但在正常运行后, 同样具有谷物冷却机、窗式空调制冷机的“控温、控湿”的优点。

但是, 其他制冷设备都需要消耗较大量高位电能, 导致运行费用很高, 如按照上述制冷量计算, 诸如谷物冷却机、窗式空调制冷机的能效比COP一般只有2.0, 要达到1160k W的制冷量, 输入功率则需要580k W, 其运行费用日均约为9744元, 整个夏季约为117万元。从长期运营角度来考虑, 吸收式制冷机的经济优势就越明显。在设备维护方面, 因谷物冷却机、窗式空调制冷机等都具有较多机械部件, 运行期间需要频繁对设备进行维护、维修, 这类费用成本也远高于吸收式制冷机。从环保效益来看, 大量消耗电能, 会导致更多能源消耗, 增加更多的碳排放。

6 结论

通过对我国粮食储藏和干燥领域的能耗、技术、特点的分析研究, 吸收式低温余热制冷技术以其可灵活利用各种余热、废热作为驱动能源, 仅需消耗很少电能, 低廉的维护成本, 安全可靠的工作形式, 环境友好等特点, 可将粮食的储藏和干燥相结合, 符合我国粮食行业节能减排的发展趋势。

吸收式制冷技术 第2篇

我国是太阳能资源十分丰富的国家,大部分的地区年辐射总量大于5020MJ/m2,开发利用太阳能具有很大潜力。利用太阳能驱动空调系统不但大大减少不可再生能源及电力资源消耗,还减少因燃烧煤等常规燃料发电带来的环境污染问题。太阳能具有突出的环保效益和节电能力,特别是在我国中西部等缺乏电力的地区可以作为直接热源利用。太阳能为动力的吸收式和吸附式制冷原理相似并都具有广泛的应用前景。

1 制冷方式的工作原理

太阳能作为吸收式制冷的一种热源( 见图1) ,主要部件除了传统的发生器、吸收器、冷凝器、蒸发器、节流阀及溶液泵外,还需添设太阳能集热器和辅助热源。当发生器里的工质对溶液在获得由太阳能集热器提供的热量后,制冷剂温度达到饱和点并蒸发为气态,经过冷凝器中由冷却装置冷却为液态的制冷剂溶液。经历节流装置减压降温进入蒸发器。蒸发器中的低温制冷剂吸收外界大量热量完成制冷效果后,进入吸收器中,与发生器里返回的高浓度吸收剂溶液混合,由溶液泵打入发生器中完成制冷循环。因为太阳光具有时间性,所以夜间由辅助热源提供热量。

太阳能固体吸附式制冷的主要构成部件有吸附床、冷凝器、储液器、阀门和蒸发器( 见图2) 。与吸收式制冷相比其吸附床承担了发生器和吸收器的作用。白天阀门1开启,阀门2、阀门3关闭,利用吸附床吸收太阳辐射的热量,加热吸附床使得床内制冷剂达到饱和温度蒸发解附。解附后的制冷剂气体通过冷凝器凝结为较低温的液态进入储液器中。夜间阀门1关闭,阀门2、阀门3开启,制冷剂通过阀门2减压后进入蒸发器。夜间环境温度下降、吸附床的压力随之降低,在达到沸点后吸附剂开始吸收制冷剂。由于制冷剂液体大量蒸发,温度骤降,从而获得所需冷量。可看出太阳能吸附式制冷周期性的,这是该制冷方式的最大特点,同时也是应该改进的缺陷。

2 影响制冷系统性能的因素与改进

2. 1 制冷工质

2. 1. 1 吸收式制冷的工质对

对于吸收式制冷来说目前用途最广泛的工质对是Li Br-H2O与NH3-H2O。但由于利用太阳能作为动力的制冷系统蒸发温度、发生温度的限制和结晶的影响,限制了吸收式制冷的发展。因此,有学者提出用其 他工质对 代替传统Li Br-H2O和NH3-H2O工质对的想法。

对于利用中低温作为驱动力的制冷系统,在制冷剂方向上国内外目前主要围绕多元化溶液和有机化溶液进行研究。在对工质对的多元化研究中发现,将传统的NH3-H2O溶液与NH3-Li NO3混合成新的三元NH3-( H2O / Li NO3) 溶液无需精馏装置,并且在相同热源温度下与NH3-H2O和NH3-LiNO3相比可以获得更低的制冷温度[1]和更高的效率[2]。在有机溶液代替传统的制冷工质对的研究中,主要以卤代烃和烷烃为主。CH5N-H2O相比于Li Br-H2O和NH3-H2O工质对需要的蒸发压力与发生温度均比较低,有利于低品位热源的利用和材料的节约[3]。

2. 1. 2 吸附式制冷的工质对

对于太阳能固体吸附式制冷来说,常用的工质对有活性炭 - 甲醇、氯化钙( Ca Cl2) - 氨( NH3) 、硅胶 - 水等。新型工质对的研究主要集中在可利用低热源及提高COP上。混合式工质对是特指吸附式制冷而言,利用多种吸附质与一种吸收剂组成的制冷剂组合。在80℃驱动热源下Sr Cl2-NH4Cl /NH3工质对与Ca Cl2-Ba Cl2/ NH3两级制冷在85℃驱动热源以及同等的冷源与制冷温度条件下的数据相对比,驱动热源需求降低了,但COP、SCP均有所提高[4]。使用混合吸附剂工质对和适当控制循环时间也有利于提高系统效率。13X型沸石分子筛原粉和颗粒的混合物( 质量比为1∶3) 作为复合吸附剂原料的吸附质的有效导热系数明显高于烧结纯沸石颗粒和烧结纯沸石原粉[5]。对于Li NO3Si O2( SWS-9L) 工质对适当减少解附时间增加吸附时间,可以增加6% 的制冷量[6]。

2. 2 系统结构

2. 2. 1 吸收式制冷结构

太阳能吸收式制冷的结构较复杂,其发生器的发生温度对整个系统的COP有决定性影响。如果想提高发生温度就必须依赖高性能的太阳能集热器。单效吸收式制冷不同发生温度下的部件效率损失率如图3所示。从图3中可以看出,在发生温度一定的条件下,吸收器的火用损失最大,这是由于低温制冷剂与高温吸收剂浓溶液在其中混合时温差较大[7]。集热器的形状和材料会直接影响集热器集热效率。太阳能在PTC( 抛物面槽式集热器)的试验中发现[8],集热功率为0 ~ 3m2/ k W的PTC与其他形式集热器相比效率最高。以聚碳酸酯为材料的FPC( 平板集热器) 在空气层为10mm、适当增加质量流率的条件下能取得最大的效率[9]。添加纳米金属氧化物于集热器的流体内可以显著增加集热效率,并可使得集热器小型化[10]。

2. 2. 2 吸附式制冷结构

太阳能固体吸附式制冷相对吸收式制冷结构简单,其中吸附床做到了集热、解附、吸附一体化。因此,吸附床的性能很大程度上影响了整个制冷系统的效率。系统的效率损失如图4所示[11],反映了系统各部分的效率损失,可见吸附床的解吸过程损失最大。因此,研究如何实现吸附床的集热密集、内部高导热性和小体积。将平板反射器设置在吸附床的下侧和右侧,并将吸附床与水平线成45°时可以使集热效率提高13% ~ 60%[12]。在吸附床内布置的 肋片间距 和高度越 小越有利 于提高COP[13]。利用抛物面集热吸附床能够集中热流密度,从而使得集热设备小型化[14]。螺旋板吸附床的体积较壳管式吸附床减小、制冷效率提高,可以解吸出纯度很高的制冷剂[15]。太阳能吸附式制冷的工作周期较长。这不仅影响了制冷的工作效率也难以满足不间断制冷的要求。

2. 3 多效与多床系统的发展

2. 3. 1多效吸收式制冷系统

对于普通单效吸收式制冷系统来说,经过发生器产生的制冷蒸汽量比较少,效率比较低,并且产生的制冷剂的热量较高可以再次利用。因此,多发生器吸收式制冷系统应运而生。现在多效系统包括双效式和三效式。不同双效式系统与单效式系统的主要区别在于其发生器有两个,即高压发生器和低压发生器。高压发生器导出的高温制冷剂蒸汽的热量在低压发生器内被再次利用,加热从高压发生器中流入的稀制冷剂溶液,并让其再发生。三效式系统则有高压、中压和低压3个发生器。高压发生器离开的制冷剂进入中压发生器发生,中压发生器发生的制冷剂再进入低压发生器发生。3个发生器流出的制冷剂汇总于冷凝器。多效系统的级数越高,要求的集热温度也越高,对不同级的太阳能吸收式制冷系统而言,集热器的类型也大不相同。多效系统的性能如表1所示,不同系统的COP以及EER均有所不同。

在运用Li Br-H2O工质对、制冷量300k W的实验中[17]双效是单效系统COP的2倍,而三效大约为单效系统的3倍。并且三效系统在单位发生热量下获得的制冷剂质量最多。

2. 3. 2 多床吸附式制冷系统

相对太阳能吸收式制冷系统来说,太阳能吸附式制冷效率较低。运用多个吸附床来联合组成的吸附式系统可以有效缩短制冷周期并且提高系统COP。在3床双蒸发器的实验中[18],系统的工作时间如图5所示。制冷剂蒸汽先连接低压蒸发器再连接高压蒸发器,冷冻水则先通过高压蒸发器在流经低压蒸发器。工作中的3个吸附床分别处于:低压蒸发过程、高压蒸发过程和解吸—冷凝过程,这样便使得以往单床系统独立的吸附—解吸过程由3个吸附床分阶段承担。

不同热媒水进口温度下的COP影响如图6所示。双蒸发器三床系统较双床系统有较大提高。结果表明,冷冻水的温度波动较单床系统减小,并在冷冻水进出口温差较大时系统COP能够提高70% 。在多吸附床系统实验中发现,四床系统[19]在超过60℃的解吸温度下COP要高于双床吸附系统。六床系统[20]中,吸附床被分为吸附与解附两组。解附组床的热媒水依次经过高温解附床、中温解附床和低温解附床,吸附组的冷冻水也以同样的连级方式连接。结果表明: 这种方式能够有效利用40 ~ 95℃的低温热源。

3 结语

太阳能吸收式制冷和太阳能吸附式制冷在制冷方式上有着很多相同点,综合比较两者的工作原理和性能可以得出以下结论:

1) 太阳能吸收式制冷中用多元溶液或有机溶液代替传统工质对,可以有效减少溶液结晶和降低所需的发生温度。太阳能吸附式制冷可以用混合其附剂工质对提高COP与SCP。

2) 太阳能吸收式制冷系统在添加金属纳米颗粒的条件下可以实现集热设备的小型化。设置合适角度的反射器与添加肋片的吸附床有助于提高太阳能吸附式制冷的集热量。

3) 多效吸收式制冷需要的发生温度较高,但效率也较高。多床吸附式制冷系统能够克服吸附式制冷固有的不稳定性,改善了周期间断制冷的缺陷,极大地提升了制冷效率。

溴化锂吸收式制冷机换热管清洗探讨 第3篇

1 传热管的传热机理

溴冷机的传热面是由许许多多的换热管组成, 把换热管的管壁看作是平壁来分析其传热过程。如图一所示, 高温流体通过单层平壁, 将热量传给低温流体, 平壁的厚度为δ, 材料的导热系数为λ, 设热流体的温度为t1, 冷流体的温度为t2, 平壁两侧的温度分别为t1’和t2’, 平壁的面积为F, 则热量传递达到稳定后从热流体传给冷流体的热量Q, 根据传热学的基本原理, 在稳定情况下, 可得出下面三个传热方程式:

热流体的对流放热:

平壁导热:

冷流体的对流吸热:

求解得:

其中:K=1/α1+δ/λ+1/α2

称为单位平壁传热的总热阻。

即:传热系数。

如图1所示。

从 (4) 式以及对流传热过程的分析, 我们可以看出:对导热而言, F、Δt为定值时, 要强化传热, 必须提高λ和降低δ。对于定型设备而言, λ就是定值, δ也是一个定值, 但δ的值随机组运行, 传热管污垢产生来说, 它又是一个变量, 如何降低δ, 减轻、减薄污垢层厚度却是我们运行管理人员的工作所致。

2 污垢系数的影响

溴化锂吸收式冷水机组运转一段时间后, 在传热管内壁与外壁逐渐形成了一层污垢。污垢的影响若用污垢系数来度量的话, 则污垢系数越大, 热阻越大, 传热系数K越小, 传热性能越差, 机组的制冷量下降。

表1中污垢系数是0.043m2℃/kw时, 管内水侧较为清洁, 此时机组制冷量无衰减。当随着污垢系数的增大, 机组制冷量随之减小。

传热管污垢对机组性能的影响。

(1) 如果冷水出口温度一定, 随着污垢系数的增大, 制冷量下降, 燃料消耗量增加。

(2) 如果制冷量一定, 随着污垢系数增加, 冷水出口温度逐渐升高, 燃料消耗量也同样增加。

如图2:冷却水污垢系数与机组性能关系由图可知, 当污垢系数为0.4m2℃/kw时, 传热管内壁约有0.6mm厚的污垢, 制冷量下降至77%, 冷水出口温度上升2℃, 燃料消耗增加23%, 机组运行效率大为减低。水侧污垢的形成取决于馆内活动的水质, 水质的变化, 对机组性能有较大影响。特别是冷却水的水质, 除了使机组结垢外, 还使机组产生腐蚀, 影响机组正常运行和使用寿命。因此, 对换热管的检查、清洗是非常重要工作之一。

3 传热管的清洗

机组运行一段时间后, 传热管内内部就会结垢, 因此, 每隔一段时间, 即机组运行一个周期后就要清洗传热管。传热管的清洗有两种方法, 一种机械清洗, 一种化学清洗。每年常采用机械清洗能最大限度的保护传热管内壁, 增加使用寿命。

清洗步骤可分为如下。

如图3所示。

(1) 将水室排水口打开, 把水室内水排净。 (2) 打开水室端盖板。 (3) 将铁丝绕成圆形, 然后两端扣住尼龙刷, 尼龙刷选择要适宜, 刷子尺寸与传热管管径相当, 不宜过大, 也不宜过小。过大抽不出来, 过小清洗不到位。将尼龙刷从传热管一端拽至另一端, 从而可清除管内水垢。 (4) 往返2～3次后, 用0.6MPa～0.8MPa高压水枪进行自来水冲洗干净。 (5) 再用高压空气枪将传热管内的积水吹尽。 (6) 再用棉花球吹擦, 使管内保持干燥。 (7) 传热管清洗后, 水室端盖板均打开, 干燥保养。

4 清洗注意事项

(1) 清洗时, 一定要注意铁丝头不能裸在外, 以防划伤传热管。 (2) 清洗后, 一定要保证传热管内干燥无积水。 (3) 清洗时, 传热管与管板胀接口连接处控制用力, 避免胀接口损坏。

5 结语

溴化锂制冷机换热管保养、清理的好坏直接关系到冷机的效率和制冷量的衰减, 做好传热管的清洗、检查是机组每年检修必不可少的工作。

摘要：影响溴化锂吸收式制冷机效果的因素有很多, 其中换热管污垢的影响是不可忽视的。溴化锂吸收式制冷水机运行一段时间后, 在传热管内壁与外壁逐渐形成了一层污垢。从传热学角度来看:污垢系数越大, 则热阻越大, 传热性能越差, 机组的制冷量下降。溴化锂制冷机制冷量每年衰减约3%, 其根本原因就是污垢的影响。因此, 清洗传热管是非常必要的。

吸收式制冷技术 第4篇

太阳能制冷是近些年发展起来的一种新型太阳能利用技术,利用太阳能进行制冷可以有效降低常规制冷方式带来的巨大能源消耗,并减轻由于燃烧化石能源发电所带来的环境污染,符合我国提出的节能减排的基本政策[1]。

太阳能集热装置是一种特殊的能量转换装置,它可以将输入的太阳辐射能转换成热能,并将该热能传递给流体[2]。两级溴化锂吸收式制冷系统是以水作为制冷剂,溴化锂水溶液作为吸收剂的制冷系统,它可以在热源温度为75～86℃的温度范围内工作,热力系数为0.38以上。

结合太阳能集热技术和两级溴化锂吸收式制冷技术的优点,提出了一种新型太阳能吸收式制冷循环,该循环不仅可以在太阳能集热器所能提供的温度范围内制冷,还可以提高对热源的可利用温差,从而弥补了两级吸收式制冷循环的不足,提高了循环的整体效率。

1 循环流程

新型太阳能溴化锂吸收式制冷循环的原理图如图1所示。

其流程如下:

点1为低压吸收器出来的浓度为ρ1的溴化锂中间稀溶液,被溶液泵升压,经低温溶液换热器加热,达到点2,再经高温溶液换热器加热,达到点4,再与高压吸收器出来的浓度为ρ9的溶液混合,达到浓度为ρ13的中间溶液,进入高压发生器。在高压发生器中,溶液被热源热水加热到5点,浓缩为浓度ρ6的中间浓溶液,在此过程中产生的冷剂蒸汽进入冷凝器。从高压发生器流出的溴化锂中间浓溶液在高温换热器中放热降温后,达到点6,然后分为两路:其中一路进入低压发生器,被热源加热浓缩为浓度ρ8的浓溶液(点7),产生的水蒸气被高压吸收器所吸收,7点的溶液经低温换热器降温,达到点8,进入低压吸收器中吸收来自蒸发器的水蒸气;另一路浓度为ρ6的中间浓溶液进入高压吸收器,吸收来自低压发生器的水蒸气,成为浓度ρ9的稀溶液。进入冷凝器的水蒸气经冷却水换热降温,冷凝为液态水,进入蒸发器蒸发,实现制冷,得到的水蒸气被低压吸收器中溶液吸收,如此不断循环。

图2所示为新型太阳能吸收式制冷循环的焓浓图,图中Ph、Pm和Pl分别为高压发生器、低压发生器以及蒸发器压力。

2 循环特性分析

(1)热水的可利用温差大。

对于太阳能空调系统,热源的可利用温差是影响整个系统性能的重要因素,热源的可利用温差大,系统整体效率就高。该系统采用将热水依次通过高压发生器和低压发生器中加热溶液,热水温差可达25℃以上,大大提高了太阳能空调系统的热源可利用温差,进而提高了系统的热力系数。

(2)冷却水的循环流程。

在传统的两级吸收式制冷循环中,冷凝器、低压吸收器和高压吸收器的冷却水是并联提供的,这样会消耗大量的冷却水量。而该系统则采用串联与并联并行的方式,对冷凝器和低压吸收器分别供应冷却水,从低压吸收器出来的冷却水再进入高压吸收器。这样既保证了各设备中的传热温差,又适当地节省了冷却水量。

3 循环性能分析

该循环的基准计算状态为:热水进口温度为95℃,出口温度为60℃;冷媒水进口温度15℃,冷媒水出口温度10℃;冷却水进口温度30℃,冷却水出口温度36℃。

(1)中间压力变化对循环系统热力系数COP的影响。

图3所示为在保持蒸发压力和冷凝压力不变的情况下,改变低压发生器的压力,即中间压力,使其分别保持1800Pa、2200Pa、2400Pa、2600Pa、3000Pa和3400Pa时,该循环系统的热力系数的变化情况。由图3可以看出,对于新型太阳能吸收式制冷循环系统而言,随着中间压力的增大,系统的COP值也是逐渐增加的,没有出现极大值,但由于中间压力增加到一定值后系统将无法循环所以COP也不能无限增大。

(2)中间浓度变化对循环系统热力系数COP的影响

图4所示为在保持其他参数不变的情况下,改变高压吸收器的浓度,即中间浓度,使其分别保持57%、58%、59%、60%、61%和62%时,该循环系统的热力系数的变化情况。由图4可以看出,新型太阳能吸收式制冷循环系统的COP值随着中间浓度的增加,呈现上升趋势。但COP的值也不是无限上升的,要在循环系统的工作范围内变化。当浓度在57%～60%之间时,系统的COP值上升的速度明显,当浓度大于60%时,系统的COP值上升得较缓慢。

(3)中间压力变化对热源可利用温差的影响。

图5所示为在保持蒸发压力和冷凝压力不变的情况下,改变低压发生器的压力,即中间压力,使其分别保持1800Pa、2200Pa、2400Pa、2600Pa、3000Pa和3400Pa时,该循环系统的热源可利用温差的变化情况。由图5可知,随着中间压力的上升,新型太阳能吸收式制冷循环系统对热源的可利用温差是逐渐下降的。当中间压力为1800Pa时,系统的可利用热源温差为32.17℃,当中间压力上升为3400Pa时,系统的可利用热源温差就下降到了20℃。

4结论

综上所述,新型太阳能吸收式制冷循环的中间压力和中间浓度对该系统的热力系数和热源可利用温差有很大的影响。随着中间压力或中间浓度的增加,系统的热力系数是逐渐增加的,但不会无限制地增大,会受到冷凝压力或低压发生器的出口浓度的影响。同时,随着中间压力的增加,系统的热源可利用温差是逐渐减小的,这是因为,根据压力、温度、浓度三者间的关系,中间压力增加,必然会引起中间温度的增加,从而提高可利用的热源温度。新型太阳能吸收式制冷循环的热力系数明显高于传统的两级吸收式制冷循环,是一套节能经济环保的新型太阳能空调系统。

参考文献

[1]王默晗,姚易先,郝红宇.浅谈太阳能制冷技术的发展及应用[J].制冷与空调,2007,(1):100-103.

吸收式制冷技术 第5篇

吸收式制冷循环工质对的物理化学特性决定了其应用于循环的制冷性能,因此寻找合适的工质对成为了广大学者的研究热点。离子液体作为一种绿色溶剂,已经逐渐被应用于吸收式制冷循环中。将离子液体与水、醇类等制冷剂组合,即可成为新型吸收式制冷循环工质对。

1 离子液体

离子液体(Ionic Liquid)具有沸点高、无毒、可设计性等特点,一般由有机阳离子和无机阴离子组成[2]。目前研究较多的离子液体,按照其阳离子可分为季铵盐类[NRxH4-x]+、季磷盐类[PRxH4-x]+、烷基吡啶类[Rpy]+和烷基咪唑类。烷基咪唑类包括N,N-二烷基取代离子和2或4位亦被取代的离子,该类离子研究最多。按照阴离子主要分成两类,一类是多核阴离子,如Al2Cl7-、Al3Cl-10、Au2Cl7-、Fe2Cl7-、Sb2F-11、Cu2Cl3-、Cu3Cl4-,这类阴离子是由相应的酸制成的,一般对水和空气不稳定;另一类是单核阴离子,如BF4、PF6-、NO3-、NO2-、SO42-、CH3COO-等,这类阴离子是碱性的或中性的[3]。图1给出了常见的离子液体的阴、阳离子的结构。

2 吸收式循环工质对的研究

众所周知,适用于吸收式装置的制冷剂/吸收剂体系其工作温度范围应大些,且要求在工作温度内必须是稳定的。若综合考虑这些,吸收式装置采用的制冷剂可以分为水类、氨类、乙醇类、氟里昂类等四大类。人们正在思考的是表1列出的冷媒[4],认为是有希望的。

水因潜热大、无毒、化学稳定,又有实用经验,故为最适合的制冷剂。但是,空冷化时溴化锂有结晶问题,热泵化时不可能有0℃以下的蒸发温度,0℃以下不能使用是其致命的缺点。其次是氨,潜热较大,沸点低,从热力学观点看为优良的冷媒,是高性能循环不可缺少的,可是,有毒性和可燃性,在个别国家如日本很少采用。乙醇系凝固点低,适用于低温,但是有可燃性和黏性高等缺点[4]。

目前已有很多学者提出将离子液体作为吸收剂应用于制冷工质对中。Shiflett和Yokozeki[5]对HFCs、CO2和NH3在离子液体中的溶解性和扩散性进行大量研究后,提出以HFCs、NH3和H2O为制冷剂、离子液体为吸收剂进行配对,成为一种新型的吸收式工质对(如H2O/[Emim][BF4]、NH3/[DMEA][Ac]、(R134a)/[Emim][BEI])。Kim和Ziegler等人[6,7]提议将TFE/[Bmim][BF4]和TFE/[Bmim]Br两种溶液作为吸收式循环的工质对。从体系蒸气压测定的数据来看,[Bmim][Br]/TFE更优于[Bmim][BF4]/TFE。Seiler等人[8]提出采用水作制冷剂时,离子液体作为吸收剂应满足以下条件:与水完全互溶,不会出现结晶现象等。

3 含离子液体体系的分子模拟

尽管广大学者对离子液体进行了大量研究,但是含离子液体的多元混合体系的数据目前仍然非常缺乏。随着计算机的发展,采用分子模拟的方法计算含离子液体的混合体系的数据得到了广泛应用。

计算机分子模拟预测热力学性质的精度常取决于所用力场的质量。通常采用的力场有全原子力场(All-Atom force field,AA)和联合原子力场(UnitedAtom force field,UA)两种形式,前者显示体系中的所有原子,而后者对体系中部分基团由单个原子取代并对其参数作适当调整。全原子力场由于计算精度相对较高,在离子液体模拟中应用较广。Liu等人[9]对咪唑类离子液体的力场进行了全面而精细的调整,开发了一种基于AMBER力场的1-烷基、3-甲基咪唑型离子液体的AA力场。

Lynden-Bell课题组最早对含离子液体的体系进行了分子动力学模拟研究[10]。该课题组采用DL_POLY程序首先对纯离子液体、小分子在离子液体中的溶剂化以及离子液体与水的混合物等方面进行了较为系统的模拟研究。此外,汪文川等人[11]建立了咪唑类离子液体的全原子力场,并模拟了O2、N2、Ar、CH4和CO2等气体在离子液体中的溶解度。

Liu等人[l2]通过对几种离子液体不同组分间径向分布函数的分析,得到了阴离子和咪唑型阳离子上氢原子的作用强弱顺序为H5>H4>H1>HC,阴离子的强弱顺序为Cl->BF4->PF6-。并通过阴/阳离子间空间分布的分析,揭示了阴离子在阳离子周围的分布情况。

吴晓萍等人[13]通过分子模拟计算了[Bmim][BF4]和水的混合物,发现该混合物中各组分间的相互作用情况随[Bmim][BF4]摩尔分数的增加呈有规律的变化。Hanke和Lynden-Bell[14]用分子模拟着重研究了[Dmim]Cl和水以及[Dmim][PF6]和水的混合物的性质,发现咪唑类离子液体随着烷基链的增长其亲水性减弱,且阴离子越小,亲水性越强,并计算了两个二元体系的超额体积和混合焓。尽管混合过程能量的变化不大,但对[PF6]-和Cl-两种离子液体有质的不同,前者为正值,而后者的混合热为负值,这与实验观察到的Cl-型离子液体的亲水性及[PF6]-型离子液体的疏水性,经常表现为部分互溶的特性相一致。

4 结语

离子液体作为吸收剂应用于吸收式制冷循环工质对中是一项有前景的工作。虽然目前尚处于实验研究和分子模拟计算阶段,且关于含离子液体的工质对应用到吸收式循环中的研究较少,但随着各国学者研究的不断深入,对离子液体中典型的阴阳离子进行组合设计,通过实验手段和分子模拟手段探索吸收剂与离子液体间的作用规律,进而找到性能优良的适于吸收式循环的工质对,离子液体必将为吸收式制冷循环工质对的发展带来广阔的发展途径。

摘要：离子液体由于具有可设计性、饱和气压低、无腐蚀性、强亲水性等优良的性质,非常适宜作为吸收式循环工质对的吸收剂,具有广阔的应用前景。

吸收式制冷技术 第6篇

在实际的空调系统中, 由于用途、使用场所、年运转时间、负荷率、起停的频率、维护保养状况等各种条件及运转管理的适当与否的不同, 其使用寿命有很大区别。要提高溴化锂吸收式制冷机的使用寿命, 必须考虑从以下方面着手:

1.1 制造商从优化结构设计、增强自控功能、

提高生产工艺水平方面着手, 提高主机的可靠性、故障自诊断功能, 从而提高使用寿命。1.2使用者应该对溴化锂吸收式制冷机以及整个中央空调系统, 进行日常及定期的维护保养, 防患于未然, 从而提高溴化锂制冷机的使用寿命, 保证整个空调系统的长期高效运行。

2 从设计、制造方面考虑, 提高溴化锂中央空调的使用寿命

2.1 从设计、制造角度出发, 保证真空度, 提高使用寿命。

真空度是影响溴化锂吸收式制冷机使用寿命的主要决定因素, 一般是由于抽气不良、机器内漏入空气、机组内部产生的不凝性气体导致的。机组真空度下降, 不但影响使用寿命, 还能引起机组能力下降。对于抽气不良及内部产生的不凝性气体, 从开发改进抽气装置着手, 设计了高性能自动抽气装置, 在机组运行时, 液流引射装置自动地将机组内不凝气体引入贮气室, 通过钯管排出大部分不凝性气体, 并且通过抽气泵定期手动抽气, 保证机组的真空度。2.2机组自诊断功能的设计, 保证机组的高效运转, 提高使用寿命。为了保证机组的高效运转, 设计了故障预知及自诊断功能。包括真空状态预知、吸收液浓度预知、冷却水传热管污垢预知等。

3 从运行使用过程中的维护保养方面考虑, 提高溴化锂制冷机的使用寿命

3.1 维护保养的必要性。

预防保养, 是通过日常及定期待进行的维护保养, 经常检查、了解设备的机能及性能, 对机器整体及零部件的劣化状况进行确认, 通过有计划的妥当的处理防患于未然。3.2运行过程中的定期维护保养。系统运行过程中, 造成溴化锂吸收式制冷机能力下降的主要原因, 是冷却水传热管内壁的污垢、真空度下降, 冷媒的损失及污染, 吸收液中缓蚀剂的损耗待引起的。3.2.1水质管理。一般来说, 蒸发器传热管内的冷水, 基本上是使用密闭式循环系统, 水质问题较少。而吸收器和冷凝器传热管内的冷却水, 大多使用开放式冷却塔, 会产生水垢等附着在传热管壁上, 使传热性能下降, 有时还会产生腐蚀, 影响机组的运转效率和使用寿命。因此, 对于冷却系统, 要进行管路系统保养, 定期分析水质, 进行水质管理加入阴垢剂、防锈剂、灭藻剂等改善水质;定期清洗传热管污垢。3.2.2真空管理。试验证明, 蒸发器和吸收器容积的2%的不凝性气体, 能够使机组制冷能力下降10%, 因此必须严格管理机组的真空度, 每天观察机组的真空表, 定期进行必要的抽真空保养, 发现真空度变化较大时, 及时进行必要的检修;定期检查真空泵的抽气性能及泵油的乳化状况, 最大程度的保证机组的真空度, 提高机组的使用寿命。3.2.3吸收液及冷媒的管理。作为吸收液的溴化锂水溶液, 对钢和铜有腐蚀作用。为了防止腐蚀, 在溴化锂溶液中添加了缓蚀剂。缓蚀剂在钢板表面形成防蚀皮膜的过程中, 会慢慢地消耗, 因此要定期检测吸收液中缓蚀剂。

为了提高热交换器的换热效率, 制造商会在溴化锂溶液中添加表面活性剂 (如异辛醇) 降低表面张力, 提高机组的效率及能力。表面活性剂会由于抽气系统的工作而缓慢减少, 因此应该定期检测吸收液中表面活剂的浓度, 必要时进行补充。

另外极少量的冷媒会由于抽气系统而缓慢排了机外。在定期检查冷媒量的同时, 还要测定冷媒的比重。必要时补充冷媒, 并且进行冷媒净化保养, 保证机组的制冷能力, 保证机组的运行效率及使用权寿命。

摘要：在中央空调系统中, 溴化锂吸收式制冷机在投资上占有很大比重, 在功能上占有很重要的地位。因此, 在其使用寿命周期内, 进行性能维护管理, 对于整个中央空调系统的稳定、高效运行来说是至关重要的。

吸收式制冷技术 第7篇

1 热水二段溴化锂制冷机组主要设计参数

冷量为7 034k W (2 000RT) ;冷水量为1 208.7m3/h;冷却水量为2 282m3/h;热水进出口温度为120/70℃;热水工作压力为1.6MPa;热水量为153t/h;冷水供回水温度为8/13℃;冷水工作压力为1.6MPa;冷却水供回水温度为32/38℃;冷却水工作压力为1.0MPa。

2 热水二段溴化锂制冷机组工作原理

热水二段溴化锂吸收式制冷机组的内部循环主要包括2个相互独立的系统, 每一个独立的系统的循环过程都具有相同的循环过程[1]。吸收器中的稀溶液主要通过溶液泵送给发生器, 在这个途中需要流经热交换器。而进入发生器后的稀溶液则被管内热水的热量加热, 在发出冷剂蒸汽之后则浓缩成为浓溶液。浓溶液流过热交换器的传热管之间, 加热管内的则是流往发生器的稀溶液, 当温度降下来之后则进入到吸收器中。热水二段溴化锂吸收式制冷机组的具体工作流程见图1。

3 供冷温度达不到额定出力分析

3.1 冷却水进口温度的影响

图2为冷却水进口温度与制冷量的关系, 条件为冷水温度7~12℃, 冷却水进出口温度差5.5℃。由图2可知, 冷却水进口温度为32℃时, 相对制冷量为100%;冷却水进口温度每下降1℃, 制冷量上升3%~5%;反之, 冷却水进口温度每上升1℃, 制冷量下降5%~8%。值得注意的是, 冷却水进口温度过低, 将引起稀溶液温度过低, 浓溶液浓度升高, 两者均增加了浓溶液产生结晶的危险。反之, 冷却水进口温度过高, 吸收效果大幅下降, 制冷量降低, 严重的将会造成结晶。所以, 冷却水进口温度维持在32℃非常必要。

3.2 冷却水量的影响

图3为冷却水量与制冷量的关系, 条件为冷水温度7~12℃, 冷却水进口温度32℃。由图2可知, 冷却水量减少10%, 制冷量下降3%左右;反之, 制冷量上升2%。冷却水量一般不低于设定值的80%。但在部分负荷时, 可通过减少冷却水量的方法来调节机组运行工况。

3.3 热源温度的影响

热源的影响主要为热水进口温度对制冷量的影响。由图4可知, 在其他条件不变的情况下, 热水进口温度降低5℃, 制冷量下降10%~15%。运行中维持机组热水进口温度120℃是非常必要的。如果温度过高, 容易发生溴化锂溶液结晶事故。

3.4 冷水出入口温差影响

图5为冷水出入口温度与制冷量的关系, 条件为冷水出口温度7℃, 冷却水温度32~37.5℃。由图5可知, 当冷水出入口温度差为5℃时, 相对制冷量为100%。温差过大或过小都会对机组造成影响, 如冷水量过分降低, 会因管内流速降低, 使制冷量下降, 严重时引起传热管冻裂。因此, 冷水量不低于额定值80%。

此外, 还有表面活性剂、不凝性气体、溶液循环量、冷剂水纯度和污垢系数等因素对制冷量的影响。

3.5 热水二段溴化锂吸收式制冷机组真空影响

要让蒸发器内部形成并保持低压环境, 就必须要让吸收式制冷机始终保持在高真空的状态之下。只有这样, 才可以让冷媒水在低温 (4~5℃) 情况下仍然可以蒸发, 进而让制冷工况可以稳定地运行。如果是其中存在有空气, 那么空气分压力就会让机组内的压力上升, 导致冷媒蒸发温度升高, 而不能获得所需要的冷水温度与制冷能力, 影响吸热性能[2]。

4 热水二段溴化锂吸收式制冷机组的结晶

图6为Li Br溶液结晶情况, 其中横坐标为Li Br溶液浓度, 纵坐标为温度。一定温度下的溴化锂饱和水溶液, 当温度降低时, 由于溴化锂在水中溶解度的减小, 就会形成结晶现象, 造成事故。作为机组的工质, 溴化锂溶液应始终处于液体状态, 无论是运行或停机期间, 都必须防止溶液结晶, 这一点非常重要。

机组运行期间最容易结晶的部位是热交换器的浓溶液侧及浓溶液出口处。熔晶管发烫是溶液结晶的重要标志。但熔晶管发烫不都是结晶引起的, 溶液循环量不当也会使熔晶管发烫。如果结晶引起熔晶管发烫, 热交换器稀溶液出口温度、浓溶液喷淋温度及热交换器表面温度会降低。

5 热水二段溴化锂吸收式制冷机组结晶控制

5.1 热水二段溴化锂化锂机组冷却水流量调节

变频循环水泵运行正常, 根据运行情况, 1号溴化锂机组冷却水入口门保持10%开度, 冷却水入口压力0.1~0.2Mpa, 冷却水出入口温差6~8℃, 冷却水出口温度不大于38℃。如果出口温度大于38℃, 需要就地手动打开1号溴化锂机组冷却水入口电动门来调节冷却流量, 保证冷却效果。

5.2 1号溴化锂机组冷却水温度的恒定

溴化锂机组循环冷却水温度恒定是非常必要的。由于制冷系统和主机循环水共用机力塔水池, 没有独立的制冷循环水水池。这样循环水温度会受到主机负荷、机力塔风机运行情况、环境温度等影响, 从而引起溴化锂溶液结晶的事故。需要注意的是, 运行人员应时刻关注冷却水温度变化, 必要时稍开或稍关溴化锂机组冷却水入口电动门。

5.3 溴化锂机组熔晶方法

①机组手动控制, 重新启动, 稍开热水阀门;②停冷却水, 使得稀溶液温度升高, 控制在60℃, 不能超过70℃, 冷冻水出口温度高于进口温度后停冷冻水;③为使得溶液浓度降低, 或者吸收器液位不低, 可将冷剂水旁通阀缓慢打开, 使得部分冷剂水旁通到吸收器, 持续运行一般可以消除结晶;④如果结晶非常严重, 可采用蒸汽、热水、火烤等方法对结晶部位直接加热[3]。

摘要：结合北京京能未来燃气热电有限公司在夏季对北京市昌平区北七家镇未来科技城区域的供冷方式, 分析热水型溴化锂吸收式制冷机组达不到额定出力的原因, 介绍预防机组结晶的控制方法, 旨在节约能源, 提高机组运行效率。

关键词：溴化锂,冷却水,冷凝器,蒸发器

参考文献

[1]李乾波.热水二段型溴化锂吸收式冷水机组[J].中国建设信息供热制冷, 2009 (7) :70.

[2]杨燕燕.单效溴化锂吸收式制冷机组性能研究及其应用[D].大连:大连理工大学, 2013.