两种回热型NH_3-H_2O-LiBr吸收式制冷机的实验研究

　　工业革命以后，以煤炭和石油为主要能源的高碳消耗和排放，以及制冷、空调行业广泛采用的氯氟烃(CFC)和氢氯氟烃(HCFC)类物质产生的臭氧层破坏作用和温室效应，造成了全球气候变暖和众多自然灾难。哥本哈根气候会议后，各个国家和地区大力开发低碳技术，推广高效节能技术，积极发展新能源和可再生能源成为政府、公众关注的焦点。氨水吸收式制冷系统因其良好的环保特性(ODP为0 , GWP为0)以及能有效利用太阳能、过程余热、生物能等低品味可再生能源的优点,在工业上得到了很好的应用[1]。尽管目前吸收式制冷机中有各种各样的工质对，NH3-H2O工质对以其优良的性能，无疑是非常有前景的[2]。

　　禹志强等人在氨-水溶液中加入了溴化锂，通过试验对比了氨-水和氨-水-溴化锂吸收式制冷机的性能。实验结果表明，加入溴化锂后，试验样机的性能系数有了一定程度的提高。但由于该系统没有回热过程，因此COP值在0.3附近[3]，与国外的氨水吸收式制冷机系统的COP(0.34~0.55)相比[4]，还有待提高。何树青等人从理论上分析了有回热器氨-水吸收式制冷系统的性能。分析得出，在理想情况下，回热式系统的热力系数为0.454，总体效率为0.202，并指出了溶液存留系数和冷剂含水率的变化对系统性能系数的影响[1,5,6]。

　　在上述研究的基础上，为了提高文献[3]中氨-水-溴化锂吸收式制冷机的性能系数，先后搭建了实验台I和实验台II，具体的系统简图见图1和图2所示，分别称其为单回热器和双回热器制冷系统。在实验过程中发现单回热器制冷系统是存在问题的，又对其进行了改进设计，双回热器制冷系统为单回热器系统的改进系统。

　　1 两种实验系统的设计和实验过程

　　1.1 实验参数

　　迄今为止，关于氨-水-溴化锂三元混合工质的热物理参数还未见报道，所以实验中的设计计算采用的是质量分数为50%的氨水混合物的物性参数，部分设计参数如表1所示。

　　1.2 实验装置

　　两个实验系统主要包括无溶液泵吸收式制冷机、模拟热源系统、冷却水系统、数据采集系统以及抽真空设备、充氨设备。考虑到氨的毒性和可燃性，整个系统的换热管和主要换热罐体均采用304不锈钢;考虑到泄漏的问题，不使用氨溶液泵，取而代之的是采用气体压差和阀门控制溶液和冷剂的流动。实验系统的承压部件严格按照《压力容器设计手册》进行设计，并留有足量的设计余度，以保证设备安全可靠。

　　1)制冷机罐体。制冷机罐体包括发生器、冷凝器、吸收器和回热器。参考文献[7]，在氨-水混合工质中加入溴化锂可以大大降低发生蒸汽的水蒸汽含量，所以两个实验系统中发生器都省去了传统发生器中的精馏设备，结构得到了简化。吸收器采用螺旋盘管喷淋式降膜吸收的方式。蒸发器采用套管式换热器，即在一根大管径塑料管中套用一根小管径换热管，制冷剂在小管径换热管内流动，冷媒水在两管间流动，蒸发方式为一次性干式蒸发。