1.1.2 吸收式制冷原理與制冷循環

1.基本原理

在溴化鋰吸收式制冷機中，制冷效應是怎樣產生的，溴化鋰溶液又是起什么作用的呢？為了說明這個問題，先介紹一個簡單的試驗裝置。設有A和D兩個容器，如圖1-3所示，用一條玻璃管C連接組成一個密閉系統。容器D中充以溴化鋰溶液，就可以用來產生制冷效應了，其操作過程如下。

首先，把D放在電加熱器F上加熱，并把A放在水槽E中冷卻，如圖1-3（a）所示。D內的溶液溫度升高后，水分不斷蒸發出來，經過C進入A內進行冷凝。于是使D內的液面降低，而A中出現了冷卻水，液面逐漸升高。當D中溴化鋰溶液的濃度達到與A內的冷凝壓力相對應的平衡濃度時，停止加熱，并把D移入E，把A移入水槽B中，如圖1-3（b）所示。由于D被冷卻，其中溴化鋰溶液吸收水蒸氣的能力增強，于是D中的水蒸氣被濃度較高的溴化鋰溶液吸收，壓力下降，A中的水蒸發，而把水槽B中的熱量帶走，產生制冷效應，使水的溫度降低。但當D中的溴化鋰溶液達到與其溫度相對應的飽和濃度時，過程又停止了。反復進行上述操作，就能把水槽B中的熱量帶走，達到制冷的目的。

由上述可知，為了實現吸收制冷效應，需先從溴化鋰溶液中釋放出冷劑水蒸氣，并將它冷凝成冷劑水，然后使其在低壓下蒸發，用于產生制冷效應。為了使制冷過程能連續進行，需再用溴化鋰溶液來吸收蒸發過程中產生的冷劑水蒸氣，以維持所需的真空。因此，“吸收制冷”必須包括發生、冷凝、蒸發和吸收4個過程。這也就是溴化鋰吸收式制冷機的基本原理。在如圖1-3所示的裝置中，容器D是為了實現發生—吸收過程，故可稱為發生—吸收器，容器A是為了進行冷凝—蒸發過程，故稱冷凝—蒸發器。因圖中的操作過程是交替進行的，因此不能連續獲得制冷量。

2.溴化鋰吸收式冷水機組的工作系統

實際應用中的溴化鋰吸收式冷水機組的工作系統，如圖1-4所示，這個系統是連續工作的。為了實現上述4個過程，系統中設有4個主要部件，發生器、冷凝器、蒸發器和吸收器。為了提高機組的熱力系數，還設有溶液熱交換器。此外，為了使裝置能連續工作，使工質在各大部件中進行循環，因而還裝有屏蔽泵（發生器泵、吸收器泵和蒸發器泵）及相應的連接管道、閥門等。

溴化鋰吸收式制冷機工作時，發生器與冷凝器的壓力較高，通常密封在一個稱為高壓筒的筒體內；蒸發器和吸收器的壓力較低，密封在另一個稱為低壓筒的筒體內。高壓筒和低壓筒通過U形管及溶液管道連接。

在發生器中，濃度較低的溴化鋰溶液被加熱介質加熱，溫度升高，并在一定的壓力下沸騰，使水分離出來，成為制冷劑蒸汽，溶液則被濃縮，此過程稱為發生過程，它是一種熱質交換過程，其強烈程度與傳熱和傳質的許多因素有關。

發生器中產生的制冷劑蒸汽進入冷凝器，被冷凝器中的冷卻水冷卻而凝結成冷劑水，此過程稱為冷凝過程，并且與制冷劑蒸汽的壓力及冷卻水溫度等條件有關。冷卻水的溫度則取決于周圍環境介質的溫度。

冷劑水經U形管（或其他節流裝置）節流，進入蒸發器的水盤。由于蒸發器的壓力很低，冷劑水在吸取了蒸發器管內冷媒水的熱量后立即蒸發，形成制冷劑蒸汽，使冷媒水的溫度降低（制冷）。為了使蒸發過程得以加強，冷劑水利用蒸發器泵送往蒸發器的噴淋裝置，均勻地噴淋在蒸發器的管簇上。

為使蒸發器中冷劑水的蒸發過程不斷地進行，必須將產生的制冷劑蒸汽帶走。這就是顯示器中的吸收過程。從發生器出來的濃度較高的溶液，經節流裝置進入吸收器管內的冷卻水冷卻，溫度降低而具有吸收制冷劑蒸汽的能力。吸收過程也是一種熱質交換的過程，并且在其進行時的劇烈程度同樣與傳熱和傳質的許多因素有關。為了強化熱質交換，通常將來自于發生器的濃溶液與吸收器中的稀溶液相混合，用吸收器泵送往吸收器的噴淋裝置，并噴淋在吸收器的管簇上。吸收過程中產生的熱量則由冷卻水帶走，因此，過程終止時溶液的濃度和溫度都降低。

吸收器中的稀溶液，再由發生器泵送往發生器，這樣，制冷機便完成了一個制冷循環，而實際的工作過程就是如此連續循環，蒸發器中連續地產生制冷效應，達到制冷的目的。

機組中溶液熱交換器的作用在于回收熱量，減小熱損失。因為從發生器出來的溴化鋰濃溶液溫度較高，為了吸收制冷劑蒸汽，必須將其溫度降低（由冷卻水帶走熱量）。另外，從吸收器出來的稀溶液溫度較低，把它送往發生器產生制冷劑蒸汽，又需要外界熱源來加熱。因此，把濃溶液和稀溶液在溶液熱交換器中進行熱交換，不僅可以減小吸收器中冷卻水帶走的熱量，而且可以減小外界加入發生器的熱量，使機組的熱效率提高。

由于溴化鋰吸收式制冷機是在高真空下工作，為了抽除非凝性氣體，機組中還必須設置有抽氣裝置。這種抽氣裝置可以是機械真空泵，也可以是其他形式的自動抽氣裝置。

綜上所述，溴化鋰吸收式制冷機組的工作過程包括兩個部分：一部分是發生器中產生的制冷劑蒸汽在冷凝器中凝結成冷劑水，經節流后進入蒸發器，在低壓下吸熱蒸發，產生冷效應；另一部分是從發生器出來的濃度較高的溴化鋰溶液，經節流和冷卻，在吸收器中吸收產生冷效應后的制冷劑蒸汽，使制冷過程不斷進行。溴化鋰溶液吸收制冷劑蒸汽后，濃度降低，由溶液泵輸送，重新進入發生器。溶液工作部分的作用就相當于壓縮式制冷機組中的壓縮機。