溴化锂制冷原理是什么

 首先,所谓的“溴化锂机组”其实是吸收式机组的别称。“吸收式制冷”的制冷原理有别于更为常见的“蒸汽压缩式制冷”(比如家用空调就是蒸汽压缩式制冷),但两者的根本原理都是依靠制冷剂相变时大量吸收热量(潜热)的特性来实现制冷(吸热)。蒸汽压缩式制冷,所采用的制冷剂通常是冷凝/蒸发压力较高的物质HCFC,HFC,氨,丙烷等等,其在机组(的蒸发器)中相变吸热的压力一般都数倍于大气压,偶尔才有因为制冷剂种类或者目标的低温过低低于1个标准大气压的蒸发压力(相变制冷时的制冷剂饱和压力)。而“吸收式”机组的制冷剂一般都是水,当水用来做制冷剂时,其代号为R,但是水的物理特性并没有改变——也就是你所熟悉的,在1个标准大气压下,水的沸点在摄氏度,当达到这一条件时,水的内部与表面同时剧烈地气化——我们称之为沸腾,直观上,即便这时候继续对水加热,这时测量所得的“水温”仍将保持℃不变(请其他看官莫要挑刺,我只能说是直观上),传递给水的热量的大小只影响沸腾剧烈的程度而已,这证明,水在沸腾时吸收了非常大量的热量,但只改变状态却不提升温度,这种热量被称之为“潜热”,这种沸腾的状态的“水”,其实是“气”和“液”混合的“混合相”,这时的水沸腾,也即从液沸腾变为气的压力与温度,我们称之为“饱和蒸发压力”与“饱和蒸发温度”。你会很容易发现,其实“饱和蒸发压力”与“饱和蒸发温度”是一对严格紧密关联的参数,并且,沸腾气化和冷凝液化的条件其实一样的,只不过一个是吸热(潜热)过程,一个是放热过程。所以,这一系列性质可以简单总结为,水在饱和压力1bar下的饱和温度是℃。那么,人们常说在高原上饭煮不熟、水烧不开,原因就是,高原上气压低于1bar,此时,水的饱和温度(沸点)低于℃,相反,高压锅煮东西特别容易熟,原因就是高于1bar的压力下,水的饱和温度高于℃。

  那么,接下来就很容易理解了。在中央空调上,我们一般需要7℃左右的冷水,作为空气末端(换热器)的冷源——这里的水不是制冷剂,而是只负责传递热量的媒介,通常叫冷媒水,SecondaryRefrigerantWater。按照上面“一大段的描述”,如果我想用成本低廉的水做制冷剂,那我只要创造一个非常低的压力环境,就一定可以使水的沸点降低到7℃以下,比如说5℃,这样足以形成一个传热温差并让制冷剂水沸腾吸收潜热。实际上,的确也只要降到0.bara的压力,水就可以在5℃沸腾。如果,你创造一个已经用真空泵抽真空降压的罐子,罐子中预插一根密封的管道,管道内持续通过12℃的温水,向罐内喷入纯水,纯水遇到管道表面受热后,立即会“沸腾”成气态,而此时测量管道出口的水温,必定是下降的,因为热量被制冷剂水给吸收了。

 再下去,就是如何使这一过程工程化,让它持续发生、循环、可靠、高效。主要解决几个问题,如何将那罐子里的水给带走,循环起来,重新加入这个罐子,并且,重新将那罐子里因水沸腾而升高的压力重新降下来,另一个问题是,被吸收的热量并不会自动消失,需要被排走——于是人们想到了,使用一种沸点极高(难挥发)又极易溶于水(吸水好)的化学溶液——比如说:溴化锂,这就是“吸收剂”。向罐内(蒸发器+吸收器)如果同时喷入溴化锂吸收剂和制冷剂水,用溴化锂来将制冷剂水吸收,再将溶液用泵带走到另一容器,再将容器中的水“溴化锂-水”溶液加热,易挥发的水被蒸发走,而溴化锂溶液仍然是液态,可以用泵简单实现循环。而被加热挥发走的水,已处于相对高温和高压的水(取决于机组的效率,从小于1bara到高于1bara都可能),那么,再次利用饱和压力与饱和温度一一对应的原理,我们只需要将它的压力提高到一定程度,它的饱和温度就高于环境的温度(环境的空气温度,或者环境的水的温度,比如河水、自来水),我们就能再次形成一个传热温差,让制冷剂水的热量被排到环境中去。当在相对较高的压力下,热量被排走后,水自然就重新冷凝回到液态,当然,它的压力是高于空调制冷所需的蒸发压力的、对应的饱和温度自然也是高于5℃。但此时,好在制冷剂水的压力是高的、并处于饱和状态,那么通过简单的节流降压,瞬间,其中的部分制冷剂水就会“沸腾”,并且带走剩余大部分制冷剂水的热量,使制冷剂水重新成为低温低压的状态。这样制冷剂水又能回到那个罐子里去吸热了(蒸发器内)。一个循环就形成了。

  此时,你发现,这台机组,需要一些能源动力才能维持持续运转——主要的,包括加热溴化锂的热源,使高温水排走热量的自然媒介,维持泵及其它辅助电气设备的电力。热源的来源就非常之多,既可以直燃天然气、煤气、柴油,也可以使用工业蒸汽,也可以利用蒸汽使用之后的废热——余热————这就是你问的为什么余热可以用来制冷,其实余热不是用来制冷的,是用来加热溴化锂-水溶液而已(那个容器叫发生器)。只不过,只要精心计算一下,谁用余热就行了,比如有大量使用蒸汽的用户端,而相对溴化锂机组热量需求小,那么就让溴化锂用余热,反之,则可以让溴化锂机组当成锅炉,它所排出的余热可以拿去做小型加热设备的热源。




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