探究扩散-吸收式制冷机的工作原理

1920年，C.Munters和B.V.Platen制成氨-水-氢扩散吸收式冰箱。这是一种以热能驱动的、没有任何阀件和机械泵的全封闭小型扩散-吸收式制冷机，结构简单，工作可靠。在工质对氨-水-氢的三个组分中，氨是制冷剂，水是吸收剂，氢是扩散剂。制冷循环由氨的蒸发和冷凝过程，以及氨水吸收和解吸氨气的过程组成。氢气是惰性气体，也是最轻的气体，扩散能力很强。在循环中，由于氢气在蒸发器内的扩散作用，使其中的氨分压降低。由于在冷凝器和蒸发器之间没有节流阀件，蒸发器中的总压力等于冷凝压力。尽管如此，蒸发器中的氨液也能在较低的氨分压下产生蒸发制冷效应。同时，由于溶液被加热到沸腾时的密度差所产生的热虹吸作用，使溶液在没有机械泵推动的情况下，在吸收器和发生器之间循环流动。这一部分管路也称为热虹吸泵或气泡泵。扩散-吸收式冰箱适合于没有能源基础设施的地区和一些特殊场合使用，常以煤油或电力加热，容量可达200L，冷冻室温度可达-18℃。现代的扩散-吸收式冰箱的发展趋势是以氦为扩散剂，用电热器加热，做成容量40L左右的小冰箱，在旅馆等对噪声有严格要求的环境应用。

图14-13是一种扩散-吸收式制冷机的循环流程图。

这种制冷机的溶液循环流程是：从储液器1出来的浓氨水溶液，经过套管式溶液换热器2，被加热后进入上升管5。溶液在上升管的底部被加热器3加热到沸腾，再沿着上升管被提升到发生器4的顶部。从发生器底部流出的稀溶液，经过溶液换热器2被冷却后，进入吸收器12的上部，在从上而下流过吸收器时，吸收氨气成为浓溶液，然后流入储液器1，完成了溶液的循环。由于上升管5中气液混合物的密度小于储液器1中浓氨水溶液的密度，构成了溶液从吸收器12向发生器4流动的推动力，即热虹吸作用。因此，制冷机不需要设置溶液泵，运行时没有噪声。

图14-13 扩散-吸收式制冷机的循环流程(www.xing528.com)

1—储液器 2—溶液换热器 3—加热器 4—发生器 5—上升管 6—液封 7—冷凝器 8—精馏器 9—储氢器 10—蒸发器 11—气体换热器 12—吸收器

制冷剂的循环流程是：在发生器4内的溶液，被加热器加热到沸腾，氨气和水蒸汽的混合气体从发生器顶部流出，进入精馏器8。混合气体在精馏器内上升的过程中，被壁面冷却而局部冷凝，其中氨的质量分数不断提高。最后，混合气体以接近纯氨组分的状态进入冷凝器7，分离出来的溶液则向下流回发生器4。进入冷凝器7的氨气，被自然对流的空气冷却，凝结成氨液后，经过液封6进入蒸发器10的上部。在蒸发器内，由于氢的扩散作用，氨分压很小。例如，蒸发器的总压力为1.4MPa，其中，氢分压为1.29MPa，而氨分压仅为0.11MPa，相应的氨蒸发温度为-32℃。因此，氨液可以在较低的温度下蒸发制冷，使冰箱内的空间降温。氨和氢的混合气体从蒸发器10的下部流出，经过气体换热器11进入储液器1的上部，再从下而上流过吸收器12。氨气被吸收器内的溶液吸收，再通过溶液从吸收器到发生器的流动，完成制冷剂的循环。

扩散剂的循环流程回路是：从吸收器12上部流出的混合气体主要成分是氢，经过气体换热器11降温后，进入蒸发器10的上部。氢气在蒸发器内扩散后，从蒸发器的下部流出，经过气体换热器11进入储液器1的上部，再从下而上流过吸收器12完成氢气的循环。储氢器9用于调节系统中的氢分压。由于扩散剂氢的作用，制冷机不需要设置节流阀，消除了运行中容易产生泄漏的器件，保证了长期运行的可靠性。