1.1.2 吸收式制冷原理与制冷循环

1.基本原理

在溴化锂吸收式制冷机中，制冷效应是怎样产生的，溴化锂溶液又是起什么作用的呢？为了说明这个问题，先介绍一个简单的试验装置。设有A和D两个容器，如图1-3所示，用一条玻璃管C连接组成一个密闭系统。容器D中充以溴化锂溶液，就可以用来产生制冷效应了，其操作过程如下。

图1-3 溴化锂吸收式制冷基本原理示意图

首先，把D放在电加热器F上加热，并把A放在水槽E中冷却，如图1-3（a）所示。D内的溶液温度升高后，水分不断蒸发出来，经过C进入A内进行冷凝。于是使D内的液面降低，而A中出现了冷却水，液面逐渐升高。当D中溴化锂溶液的浓度达到与A内的冷凝压力相对应的平衡浓度时，停止加热，并把D移入E，把A移入水槽B中，如图1-3（b）所示。由于D被冷却，其中溴化锂溶液吸收水蒸气的能力增强，于是D中的水蒸气被浓度较高的溴化锂溶液吸收，压力下降，A中的水蒸发，而把水槽B中的热量带走，产生制冷效应，使水的温度降低。但当D中的溴化锂溶液达到与其温度相对应的饱和浓度时，过程又停止了。反复进行上述操作，就能把水槽B中的热量带走，达到制冷的目的。

由上述可知，为了实现吸收制冷效应，需先从溴化锂溶液中释放出冷剂水蒸气，并将它冷凝成冷剂水，然后使其在低压下蒸发，用于产生制冷效应。为了使制冷过程能连续进行，需再用溴化锂溶液来吸收蒸发过程中产生的冷剂水蒸气，以维持所需的真空。因此，“吸收制冷”必须包括发生、冷凝、蒸发和吸收4个过程。这也就是溴化锂吸收式制冷机的基本原理。在如图1-3所示的装置中，容器D是为了实现发生—吸收过程，故可称为发生—吸收器，容器A是为了进行冷凝—蒸发过程，故称冷凝—蒸发器。因图中的操作过程是交替进行的，因此不能连续获得制冷量。

2.溴化锂吸收式冷水机组的工作系统

实际应用中的溴化锂吸收式冷水机组的工作系统，如图1-4所示，这个系统是连续工作的。为了实现上述4个过程，系统中设有4个主要部件，发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器。为了提高机组的热力系数，还设有溶液热交换器。此外，为了使装置能连续工作，使工质在各大部件中进行循环，因而还装有屏蔽泵（发生器泵、吸收器泵和蒸发器泵）及相应的连接管道、阀门等。

1—发生器；2—冷凝器；3—蒸发器；4—吸收器；5—冷剂泵；6—溶液泵；7—热交换器；8—节流阀；9—减压阀

图1-4 溴化锂吸收式冷水机组工作系统图

溴化锂吸收式制冷机工作时，发生器与冷凝器的压力较高，通常密封在一个称为高压筒的筒体内；蒸发器和吸收器的压力较低，密封在另一个称为低压筒的筒体内。高压筒和低压筒通过U形管及溶液管道连接。

在发生器中，浓度较低的溴化锂溶液被加热介质加热，温度升高，并在一定的压力下沸腾，使水分离出来，成为制冷剂蒸汽，溶液则被浓缩，此过程称为发生过程，它是一种热质交换过程，其强烈程度与传热和传质的许多因素有关。

发生器中产生的制冷剂蒸汽进入冷凝器，被冷凝器中的冷却水冷却而凝结成冷剂水，此过程称为冷凝过程，并且与制冷剂蒸汽的压力及冷却水温度等条件有关。冷却水的温度则取决于周围环境介质的温度。

冷剂水经U形管（或其他节流装置）节流，进入蒸发器的水盘。由于蒸发器的压力很低，冷剂水在吸取了蒸发器管内冷媒水的热量后立即蒸发，形成制冷剂蒸汽，使冷媒水的温度降低（制冷）。为了使蒸发过程得以加强，冷剂水利用蒸发器泵送往蒸发器的喷淋装置，均匀地喷淋在蒸发器的管簇上。

为使蒸发器中冷剂水的蒸发过程不断地进行，必须将产生的制冷剂蒸汽带走。这就是显示器中的吸收过程。从发生器出来的浓度较高的溶液，经节流装置进入吸收器管内的冷却水冷却，温度降低而具有吸收制冷剂蒸汽的能力。吸收过程也是一种热质交换的过程，并且在其进行时的剧烈程度同样与传热和传质的许多因素有关。为了强化热质交换，通常将来自于发生器的浓溶液与吸收器中的稀溶液相混合，用吸收器泵送往吸收器的喷淋装置，并喷淋在吸收器的管簇上。吸收过程中产生的热量则由冷却水带走，因此，过程终止时溶液的浓度和温度都降低。

吸收器中的稀溶液，再由发生器泵送往发生器，这样，制冷机便完成了一个制冷循环，而实际的工作过程就是如此连续循环，蒸发器中连续地产生制冷效应，达到制冷的目的。

机组中溶液热交换器的作用在于回收热量，减小热损失。因为从发生器出来的溴化锂浓溶液温度较高，为了吸收制冷剂蒸汽，必须将其温度降低（由冷却水带走热量）。另外，从吸收器出来的稀溶液温度较低，把它送往发生器产生制冷剂蒸汽，又需要外界热源来加热。因此，把浓溶液和稀溶液在溶液热交换器中进行热交换，不仅可以减小吸收器中冷却水带走的热量，而且可以减小外界加入发生器的热量，使机组的热效率提高。

由于溴化锂吸收式制冷机是在高真空下工作，为了抽除非凝性气体，机组中还必须设置有抽气装置。这种抽气装置可以是机械真空泵，也可以是其他形式的自动抽气装置。

综上所述，溴化锂吸收式制冷机组的工作过程包括两个部分：一部分是发生器中产生的制冷剂蒸汽在冷凝器中凝结成冷剂水，经节流后进入蒸发器，在低压下吸热蒸发，产生冷效应；另一部分是从发生器出来的浓度较高的溴化锂溶液，经节流和冷却，在吸收器中吸收产生冷效应后的制冷剂蒸汽，使制冷过程不断进行。溴化锂溶液吸收制冷剂蒸汽后，浓度降低，由溶液泵输送，重新进入发生器。溶液工作部分的作用就相当于压缩式制冷机组中的压缩机。