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冷却方法
一些制冷方法简介
人工制冷的方法很多,主要有相变制冷、气体膨胀制冷、热电制冷等。相变制冷中除以消耗机械能(或电能)作为补偿过程的蒸气压缩式制冷外,尚有消耗热能的吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷、吸附式制冷等。蒸气压缩式制冷前面已作过详细论述,下面将对其它制冷方式作简要介绍。
4.1 吸收式制冷
吸收式制冷机是一种以热能为主要动力的制冷机,它的工作原理早在十八世纪七十年代就已提出,直到1859年才试制成功第一台吸收式制冷机。
早期的吸收式制冷循环用氨水溶液作工质,其中氨为制冷剂,水为吸收剂,并使用水蒸汽为热源。它是一种蒸发温度较低的吸收式制冷循环。当热源温度在100~150℃范围内,冷却水温度为10~30℃时,蒸发温度可达-30℃
随着制冷技术的发展,1945年美国开利公司试制出第一台制冷量为523kW的单效溴化锂吸收式制冷机,开创了吸收式制冷机的新局面。1966年我国的上海第一冷冻机厂试制出了制冷量1160kW的单效溴化锂吸收式制冷机。溴化锂吸收式制冷循环以水为制冷剂,以溴化锂溶液为吸收剂,蒸发温度较高(0℃以上)适用于空调,这种工质无毒、无臭、无味,对人体也无害。溴化锂吸收式制冷机可用一般的低压蒸汽或60℃以上的热水作为热源,因而在利用低温热能及太阳能制冷方面具有独特的作用。当前由于限制使用CFCs
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作动力的制冷方法,它也是利用制冷剂汽化吸热来实现制冷的。因此,它与蒸气压缩式制冷有类似之处,所不同的是两者实现把热量由低温处转移到高温处所用的补偿方法不同,蒸气压缩式制冷用机械功补偿,而吸收式制冷用热能来补偿。为了比较,图4-1同时给出了吸收式和蒸气压缩式制冷机的工作原理图。吸收式制冷机中所用的工质是由两种沸点不同的物质组成的二元混合物(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。
图4-1 吸收式和蒸汽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 一蒸发器 C 一冷凝器 EV 一膨胀阀 CO 一压缩机 G 一发生器 A 一吸收器 P 一溶液泵
吸收式制冷循环是由发生器、吸收器、冷凝器、蒸发器以及溶液泵、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,进人蒸发器E中。低压制冷剂液体在蒸发器中蒸发成低压蒸气,并同时从外界吸取热量(实现制冷)。
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(可能有少量吸收剂蒸气同时被蒸发出来),而浓溶液成为稀溶液。溶液由吸收器→发生器→吸收器的循环实现了将低压制冷剂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、节流三个过程与蒸气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。很显然,发生器—吸收器组起着压缩机的作用,故称为“热化学压缩器”。
吸收式制冷机中所用的二元混合物主要有两种—氨水溶液和溴化锂水溶液。氨水溶液中氨为制冷剂,水为吸收剂。溴化锂水溶液中水为制冷剂,溴化锂为吸收剂。在空调工程中目前普遍采用的是溴化锂水溶液,这种制冷机称为溴化锂吸收式制冷机。本章将主要讨论这种制冷机的热力循环、结构与性能。
2.吸收式制冷循环的热力系数和热力完善度
1)热力系数是吸收式制冷机的效率,热力系数的定义为
=
式中 ——吸收式制冷机的制冷量,即蒸发器中吸取的热量(KW);
——发生器中消耗的热量(KW)。
2)最大热力系数是指制取冷量所需的最少热量,可由热力学第二定律求得
==ηc·εc
式中 ηc——卡诺循环热效率;
εc——逆卡诺循环制冷系数。
由于实际循环中的不可逆性的存在,所以实际循环热力系数<,热力系数与最大热力系数之比称为热力完善度,以表示,其数值永远小于1。
=/
4.1.2 吸收式制冷机的工质对
吸收式制冷循环工质的选择要求
吸收式制冷以两种沸点相差很大的物质组成的二元溶液作为工质。其中沸点低的物质在温度较低时容易被沸点高的物质吸收;而在温度较高时,沸点低的物质又容易汽化(或称挥发)从溶液里分离出来在吸收式
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