浅谈吸收式制冷技术及所使用工质对

王梦容 王硕 李会燕

摘 要：本文主要介绍了吸收式制冷机组的工作过程以及所使用的制冷工质对，通过分析使用水-溴化锂和氨-水传统工质对的吸收式制冷机组，并指出其在使用过程中存在的一些问题，突出今后所研究的新型制冷工质对应具备的特点，最后对吸收式制冷技术提出发展方向。

关键词：吸收式制冷;工作过程;传统;新型;工质对

随着我国经济和科技的不断进步，能源危机日益严重，使得节能环保的吸收式制冷得到重视和广泛应用，同时，出现一系列著名品牌。吸收式制冷系统不仅可以采用对环境无破坏作用的制冷工质，还可以将余热、废热、可再生能源等分级处理，使其得到再利用，创造价值的同时，还缓解了环境和能源两方面的压力。目前，在实际生产生活中，吸收式制冷技术采用最多的工质对仍为溴化锂-水溶液和氨-水溶液，但由于其存在众多不利因素，使得越來越多的国内外学者开始研制新型工质对，吸收式制冷机组的性能不仅受到工质对的影响，还与整个系统制冷循环方式有关，曾有学者对吸收式制冷循环的循环方式做过详细描述。[1]

1 吸收式制冷技术基本工作原理

在吸收式制冷系统中，其推动能源为热能，系统从高温热源吸热，其能量增加，弥补了整个循环由于低温热源向高温热源放热而造成的能量损失。整个系统主要包括两个循环：制冷剂循环和溶液循环，在两个循环中工作的流体称分别为制冷剂和吸收剂，这两种物质组成的二元溶液称为工质对存在于系统中。通常要求工质对的沸点相差很大。使制冷剂更容易依靠吸收剂浓度的变化来完成制冷循环，在制冷剂循环过程中，发生器中低沸点的制冷剂在热能驱动作用下生发出来，脱离工质对，变成高温高压气态制冷工质，再进入冷凝器释放热量被冷凝为液体，之后进入蒸发器并吸收周围物体的热量变成气态，达到制冷效果，最后进入吸收器被浓溶液吸收，使溶液恢复为起始状态。溶液循环中，发生器在热能作用下将稀溶液转变为浓溶液并送往吸收器，在吸收器吸收制冷剂蒸气，回到稀溶液状态后被送回发生器完成循环。

2 对使用不同工种对的制冷机组的研究

2.1 溴化锂溶液制冷机组

溴化锂-水是0℃以上降温设备中常用工质对，溴化锂水溶液为吸收剂，水为制冷剂，溴化锂和水的沸点相差巨大，有拉乌尔定律可知，二元溶液气相区几乎是纯水蒸气，不需要蒸馏塔等设备，由于溴化锂水溶液具有强烈腐蚀性，该机组一般在真空下使用，同时加入缓蚀剂，影响制冷机性能的主要原因是溶液结晶问题，所以要求溴化锂水溶液溶质的质量分数不超过60%，溴化锂制冷机的制冷量大、换热设备多、体积大，不能应用于任何场合，因此机组小型化的发展越来越引起人们的重视。2018年，华北电力大学朱茂川等学者，研制出一款新型的小型溴化锂吸收式制冷机组，以毛细管网作为其末端处理设备，并探寻运行正式工况。[2]2019年，华北电力大学朱茂川等学者，研究发现超声波对提高溴化锂小型制冷机组性能有很大影响。[3]

2.2 氨水溶液制冷机组

氨水吸收式制冷系统凭借其较低的蒸发温度，氨作为制冷剂，水作为吸收剂，发生过程中不易结晶、可室外安装维修方便、噪声小、可以与水以任何比例互溶等优点，曾被广泛使用，但永远难有强烈刺激性气味和毒性，加之近几年氨系统爆炸事故频发，限制了其使用。由于氨和水的沸点相差仅100多度，使得氨制冷蒸汽中含有较多的水蒸气，所以必须进行精馏、提镏处理，增加冷凝设备，同时热源温度不能过低，使得设备结构复杂。

2.3 新型工质对制冷机组

大量实践表明，溴化锂制冷机组存在严重的易结晶问题，氨水吸收式制冷机组存在安全隐患问题，为解决和避免传统工质对的这些不利因素，国内外许多学者开始研究新型制冷工质对，以期提高机组制冷性能，对此，新型工质对应具有无毒、无害、不腐蚀设备、沸点相差较大、制冷剂溶解性好、稳定性好、在任何使用条件下均不容易结晶的特性。[4]西安交通大学张垚等学者，采用单效式循环，使用烯烃类物质作为制冷剂与三种混合离子液体组成工质对，通过建立热力学模型，获得最适工况。[5]中山大学赵天宇等学者，将无毒害作用的CO2作为制冷剂，具有氨基功能的离子液体作为吸收剂，分别采用单效和双效循环来分析其性能，发现在单效循环中其性能由于氨水。[6]

3 结论

吸收式制冷技术凭借其无做功部件，又可利用余热、废热等低品位热能，越来越得到人们的认可和关注，但由于其换热设备复杂、种类多、体积大等缺点，限制了其使用领域，所以将吸收式制冷机组小型化将成为今后的发展趋势，另外，机组制冷工质对的选取关系着整个系统所采用的循环方式、驱动热源、设备材料等，直接影响到制冷机性能和系统效率，就目前而言，大多数新型工质对仍处于研究阶段，并未真正应用于实际，因此研究新型更具有潜力的制冷工质对并使其应用于实际生产领域，将成为今后主要发展方向。

参考文献：

[1]陈光明，石玉琦.吸收式制冷（热泵）循环流程研究进展[J].制冷学报，2017，（7）.

[2]朱茂川，周国兵.毛细管网为末端的小型溴化锂吸收式制冷系统变工况实验研究[J].化工进展，2018，（12）.

[3]朱茂川，周国兵.超声强化小型溴化锂吸收式制冷机性能实验研究[J].化工进展，2019，（3）.

[4]刘绍文，刘益才，雷斌义，等.工质对R134a/[Emim]BF_4-NMP应用于车载吸收式制冷系统的理论研究[D].2018.

[5]张垚，王晓波，孙艳军，等.采用R1234ze（E）/离子液体工质对的吸收式制冷循环性能分析[J].西安交通大学学报，2019，（5）.

[6]赵天宇，郭开华，皇甫立霞，等.氨基离子液体/CO_2高温高效吸收式制冷循环研究[J].制冷学报，2019，（1）.

作者简介：王梦容（1997-），女，河北石家庄人，本科，学生，河北农业大学海洋学院，研究方向：空调与制冷方向。