前言:能源與環(huán)境是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)與技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)與推動(dòng)力。吸收式技術(shù)也是在能源與環(huán)境問(wèn)題日益突出的情況下得以迅速發(fā)展。吸收式制冷機(jī)組,因?yàn)槟軌蚶昧畠r(jià)能源和低品位熱能解決電力供應(yīng)不足、不含CFC類(lèi)對(duì)臭氧層有破壞的物質(zhì),而得到廣泛的推廣應(yīng)用。
1973年的中東石油危機(jī),推動(dòng)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(jìn)入了實(shí)用化的開(kāi)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(duì)環(huán)境無(wú)破壞作用的天然制冷劑,它作為一種現(xiàn)實(shí)可行的替代制冷技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。氨一水工質(zhì)對(duì)也隨之得到了科學(xué)界的重新認(rèn)識(shí)和推廣應(yīng)用。在20世紀(jì)90年代,隨著吸收式制冷機(jī)性能的顯著提高,直燃型多效溴化鋰吸收式制冷機(jī)、高效氨~水GAX循環(huán)吸收式制冷機(jī),以及小型氨一水吸收式制冷機(jī)進(jìn)入了商業(yè)化開(kāi)發(fā)階段。各種吸收式機(jī)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(jìn)一步推廣應(yīng)用
一吸收式制冷技術(shù)的研究
由于20世紀(jì)70年代世界性能源危機(jī)的影響,世界各國(guó)都十分重視吸收式制冷技術(shù)的研究。從1982年開(kāi)始.平均每?jī)赡昃蛯?zhuān)門(mén)召開(kāi)一次關(guān)于吸收式制冷技術(shù)的國(guó)際會(huì)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(diǎn)主要集中在新工質(zhì)對(duì)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(duì)的研究
氨一水工質(zhì)對(duì)在歐美廣為使用,缺點(diǎn)是熱效率低,且有毒性與爆炸性;溴化鋰一水工質(zhì)對(duì)的使用較為普遍,缺點(diǎn)是以水為制冷劑,不能制?。稀靡韵碌睦湓?,腐蝕性強(qiáng),對(duì)設(shè)備真空度要求高。因此為提高吸收式制冷機(jī)的熱效率,其途徑之一是進(jìn)行新工質(zhì)對(duì)的研究。
目前國(guó)際上主要研究與開(kāi)發(fā)的新型吸收式制冷工質(zhì)對(duì)見(jiàn)表1。在國(guó)內(nèi),2001年,大連理工大學(xué)徐士鳴等人對(duì)TFE—NMP工質(zhì)對(duì)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究;2003年,大連理工大學(xué)蘇保國(guó)等人對(duì)TFE—TEGDME工質(zhì)對(duì)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究;2006年,北京科技大學(xué)的靳華棟等人對(duì)氨一硝酸鋰工質(zhì)對(duì)進(jìn)行了研究。在國(guó)外,2004年西班牙Venegas等人對(duì)氨~硝酸鋰工質(zhì)對(duì)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究;2006年,德國(guó)E.C.Ihmels和阿塞拜疆J.T.Safarov對(duì)甲醇一硝酸鋰工質(zhì)對(duì)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究州,2007年,又對(duì)甲醇一碘化鋰工質(zhì)對(duì)進(jìn)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(jī)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(guó)外機(jī)組仍以串聯(lián)流程為主。為提高溴化鋰吸收式制冷機(jī)的熱效率,達(dá)到節(jié)省能耗的目的,國(guó)外提出了三效、多效溴化鋰吸收式制冷機(jī)的設(shè)想,并進(jìn)行研制。這種多效機(jī)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(shí)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(shì),目前世界各國(guó)正在積極研究各種新的吸收式制冷循環(huán)。其目的有兩個(gè):1)提高循環(huán)的性能系數(shù),以降低能源的消耗;2)擴(kuò)大其功能,以增加其應(yīng)用范圍。前者主要包括復(fù)疊循環(huán)、復(fù)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(jī)的循環(huán)、常溫?zé)彷斔拖到y(tǒng)和濃度差蓄能系統(tǒng)等。
在國(guó)內(nèi),2005年,天津大學(xué)馬利蓉等人對(duì)復(fù)疊循環(huán)進(jìn)行了理論研究;2006年,大連理工大學(xué)夏夢(mèng)心等人對(duì)采用氨水溶液的蓄能制冷與壓縮制冷復(fù)合循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。在國(guó)外,2006年,西班牙J0s6Fern6ndez—Seara等人對(duì)吸收一壓縮復(fù)疊循環(huán)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究;2007年印度A.RameshKumar等人對(duì)GAX循環(huán)進(jìn)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(kāi)發(fā)
吸收式制冷機(jī)為熱交換器的集合體,其熱效率的提高與價(jià)格的降低無(wú)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(duì)流,增強(qiáng)了擾動(dòng),有利于傳熱與傳質(zhì)。采用高效傳熱管后,不僅使機(jī)組的質(zhì)量與體積大幅度減小,而且使機(jī)組溶液充注量降低,提高了起動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)性能。2004年,上海電力學(xué)院陳達(dá)衛(wèi)等人對(duì)高效傳熱管進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)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(yīng),增強(qiáng)傳熱效果。2005年,我國(guó)大連海事大學(xué)高洪濤等人對(duì)幾種界面活性劑進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。2007年,日本Jin—KyeongKim等人對(duì)氨一水吸收式制冷中的表面活性劑和微觀粒子進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。俄羅斯進(jìn)行了氟化醇活性劑的試驗(yàn)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(qiáng)傳熱的效果。然而迄今為止,人們對(duì)活性劑增強(qiáng)傳熱的作用機(jī)理尚未完全了解清楚。
1.3.3吸收機(jī)理的研究
吸收器是吸收式制冷機(jī)中最關(guān)鍵的部件,因而國(guó)外一直注重吸收機(jī)理方面的研究,進(jìn)行吸收器新設(shè)計(jì)方法的探討,從傳熱傳質(zhì)的觀點(diǎn)考慮傳熱面積與管排合理配置等。1997年。日本H.Daiguji等人對(duì)溴化鋰一水吸收式制冷的吸收機(jī)理進(jìn)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(jī)組操作簡(jiǎn)便、穩(wěn)定可靠運(yùn)行的重要保證。國(guó)外在20世紀(jì)80年代后期實(shí)現(xiàn)了吸收式制冷機(jī)的智能化。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)吸收式制冷機(jī)均裝備了微機(jī)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(yīng)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(fù)荷,產(chǎn)生制冷效應(yīng)。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(duì)完成制冷循環(huán)的??晒┛紤]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(jī)熱效率低、體積龐大,故一般用于工業(yè)工藝過(guò)程。目前,應(yīng)用最為廣泛的就是溴化鋰吸收式機(jī)組。吸收式制冷所需的驅(qū)動(dòng)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(yáng)能、地?zé)崮艿取?