前言:能源與環(huán)境是現(xiàn)代經(jīng)濟與技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)與推動力。吸收式技術(shù)也是在能源與環(huán)境問題日益突出的情況下得以迅速發(fā)展。吸收式制冷機組,因為能夠利用廉價能源和低品位熱能解決電力供應不足、不含CFC類對臭氧層有破壞的物質(zhì),而得到廣泛的推廣應用。
1973年的中東石油危機,推動了能源利用技術(shù)的發(fā)展,使利用低品位熱能的吸收式熱泵技術(shù)、熱電冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)等吸收式冷熱源設(shè)備的研究,進入了實用化的開發(fā)階段。1987年蒙特利爾協(xié)議簽訂后,由于吸收式制冷技術(shù)可采用對環(huán)境無破壞作用的天然制冷劑,它作為一種現(xiàn)實可行的替代制冷技術(shù)得到了進一步的發(fā)展。氨一水工質(zhì)對也隨之得到了科學界的重新認識和推廣應用。在20世紀90年代,隨著吸收式制冷機性能的顯著提高,直燃型多效溴化鋰吸收式制冷機、高效氨~水GAX循環(huán)吸收式制冷機,以及小型氨一水吸收式制冷機進入了商業(yè)化開發(fā)階段。各種吸收式機組在余熱利用、總能系統(tǒng)和區(qū)域集中供熱(冷)方面得到了進一步推廣應用
一吸收式制冷技術(shù)的研究
由于20世紀70年代世界性能源危機的影響,世界各國都十分重視吸收式制冷技術(shù)的研究。從1982年開始.平均每兩年就專門召開一次關(guān)于吸收式制冷技術(shù)的國際會議,這也加速了吸收式制冷技術(shù)的發(fā)展。
目前,該技術(shù)的研究熱點主要集中在新工質(zhì)對的研究、吸收循環(huán)的研究、傳熱與傳質(zhì)的研究、智能化控制方式的研究等幾方面。
1.1新工質(zhì)對的研究
氨一水工質(zhì)對在歐美廣為使用,缺點是熱效率低,且有毒性與爆炸性;溴化鋰一水工質(zhì)對的使用較為普遍,缺點是以水為制冷劑,不能制?。稀靡韵碌睦湓矗g性強,對設(shè)備真空度要求高。因此為提高吸收式制冷機的熱效率,其途徑之一是進行新工質(zhì)對的研究。
目前國際上主要研究與開發(fā)的新型吸收式制冷工質(zhì)對見表1。在國內(nèi),2001年,大連理工大學徐士鳴等人對TFE—NMP工質(zhì)對進行了數(shù)值模擬研究;2003年,大連理工大學蘇保國等人對TFE—TEGDME工質(zhì)對進行了數(shù)值模擬研究;2006年,北京科技大學的靳華棟等人對氨一硝酸鋰工質(zhì)對進行了研究。在國外,2004年西班牙Venegas等人對氨~硝酸鋰工質(zhì)對進行了數(shù)值模擬研究;2006年,德國E.C.Ihmels和阿塞拜疆J.T.Safarov對甲醇一硝酸鋰工質(zhì)對進行了實驗研究州,2007年,又對甲醇一碘化鋰工質(zhì)對進行了研究。
1.2吸收循環(huán)的研究
雙效溴化鋰吸收式制冷機中,溶液的循環(huán)方式大致有串聯(lián)、倒串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)四種。目前國外機組仍以串聯(lián)流程為主。為提高溴化鋰吸收式制冷機的熱效率,達到節(jié)省能耗的目的,國外提出了三效、多效溴化鋰吸收式制冷機的設(shè)想,并進行研制。這種多效機組提高循環(huán)熱效率的方法,目前主要有兩種:1)冷劑蒸汽凝結(jié)熱的多次利用;2)利用冷劑蒸汽被溶液吸收時產(chǎn)生的吸收熱。
為了充分發(fā)揮吸收式制冷系統(tǒng)的優(yōu)勢,目前世界各國正在積極研究各種新的吸收式制冷循環(huán)。其目的有兩個:1)提高循環(huán)的性能系數(shù),以降低能源的消耗;2)擴大其功能,以增加其應用范圍。前者主要包括復疊循環(huán)、復合循環(huán)、GAX循環(huán)及輔助循環(huán)等;后者主要有利用夜間電力的吸收一壓縮循環(huán)、附有發(fā)電機的循環(huán)、常溫熱輸送系統(tǒng)和濃度差蓄能系統(tǒng)等。
在國內(nèi),2005年,天津大學馬利蓉等人對復疊循環(huán)進行了理論研究;2006年,大連理工大學夏夢心等人對采用氨水溶液的蓄能制冷與壓縮制冷復合循環(huán)系統(tǒng)進行了數(shù)值模擬研究。在國外,2006年,西班牙J0s6Fern6ndez—Seara等人對吸收一壓縮復疊循環(huán)進行了數(shù)值模擬研究;2007年印度A.RameshKumar等人對GAX循環(huán)進行了數(shù)值模擬研究。
1.3傳熱與傳質(zhì)的研究
1.3.1高效傳熱管的研究與開發(fā)
吸收式制冷機為熱交換器的集合體,其熱效率的提高與價格的降低無不與傳熱管的性能相關(guān)。高效傳熱管的采用,不僅增加了傳熱面積,更主要的是使溶液在管子表面形成渦流和對流,增強了擾動,有利于傳熱與傳質(zhì)。采用高效傳熱管后,不僅使機組的質(zhì)量與體積大幅度減小,而且使機組溶液充注量降低,提高了起動、運轉(zhuǎn)性能。2004年,上海電力學院陳達衛(wèi)等人對高效傳熱管進行了實驗研究。
1.3.2活性劑的研究
活性劑的作用是減少溶液在管子表面的張力,產(chǎn)生馬拉各尼效應,增強傳熱效果。2005年,我國大連海事大學高洪濤等人對幾種界面活性劑進行了實驗研究。2007年,日本Jin—KyeongKim等人對氨一水吸收式制冷中的表面活性劑和微觀粒子進行了實驗研究。俄羅斯進行了氟化醇活性劑的試驗研究,由于氟化醇與溴化鋰水溶液的互溶性較好,因而起到了較好的增強傳熱的效果。然而迄今為止,人們對活性劑增強傳熱的作用機理尚未完全了解清楚。
1.3.3吸收機理的研究
吸收器是吸收式制冷機中最關(guān)鍵的部件,因而國外一直注重吸收機理方面的研究,進行吸收器新設(shè)計方法的探討,從傳熱傳質(zhì)的觀點考慮傳熱面積與管排合理配置等。1997年。日本H.Daiguji等人對溴化鋰一水吸收式制冷的吸收機理進行了研究。
1.4智能化控制方式的研究
控制方式的研究是使機組操作簡便、穩(wěn)定可靠運行的重要保證。國外在20世紀80年代后期實現(xiàn)了吸收式制冷機的智能化。目前國內(nèi)大多數(shù)吸收式制冷機均裝備了微機控制、屏幕顯示、菜單提示、觸摸屏操作的智能化控制系統(tǒng)。
二吸收式制冷技術(shù)的應用
吸收式制冷與蒸汽壓縮制冷的原理相同,都是利用液態(tài)制冷劑在低溫、低壓條件下,蒸發(fā)、汽化吸收載冷劑的熱負荷,產(chǎn)生制冷效應。不同的是,吸收式制冷是利用制冷劑與吸收荊組成的二元溶液為工質(zhì)對完成制冷循環(huán)的。可供考慮使用的制冷劑與吸收劑溶液很多,但較為常用的只有氨一水溶液、溴化鋰一水溶液2種。由于氨具有刺激性臭味,且氨水吸收式制冷機熱效率低、體積龐大,故一般用于工業(yè)工藝過程。目前,應用最為廣泛的就是溴化鋰吸收式機組。吸收式制冷所需的驅(qū)動能源是熱能,可以為蒸汽、燃料的燃燒熱、熱水、工業(yè)或生活余熱、太陽能、地熱能等。