氨水吸收式制冷夹点分析法

　　引言

　　传统的电压缩式制冷需要消耗大量的电能。IIR估计全世界大约15%的电力消耗适用于各式各样的制冷空调系统，另外压缩式制冷系统使用的制冷剂CFC、HCFCs 会导致严重的环境问题，例如臭氧层空洞、全球变暖等^[1]。许多工厂使用通过燃烧矿物燃料产生的蒸汽或热能用于工艺过程，此过程后产生了大量废热并将其排放到环境中。而这种余热通过热驱动的制冷系统可以转化为有用的制冷用热(例如吸收式制冷系统) 。因此，吸收式制冷以其具有可直接利用低品位热源驱动、不使用对臭氧层有破坏作用的CFCs为工质等独特的优点，越来越受到人们的关注。

　　应用于空调系统的溴化锂-水(H₂OLiBr)吸收式制冷和应用于冷库的氨水(NH₃-H₂O)吸收式制冷已经商业化应用。溴化锂-水吸收式制冷系统具有高效的性能。制冷温度由于受到制冷剂的制约，通常不低于5℃，一般仅用于空调或工业冷却。氨水吸收式制冷的制冷温度范围比较宽，一般在+10～-60℃，不仅可用于空调，而且更重要的是可用于0℃ 以下的普通制冷场所。因此，在利用工业余热制冷系统中，氨水吸收式制冷机明显优于溴化锂吸收式制冷系统^[2]。

　　由于氨与水的沸点比较接近，在一定的工况下，氨水吸收式制冷循环中有可能产生部分温度重叠的现象，即吸收过程中可能产生的温度处于比吸收器高压浓溶液的温度还要高的区域。因此，吸收器产生的热量可以减少发生器的热负荷，回收吸收器内部热量可以提高氨水吸收式制冷的性能系数。夹点技术是一种在过程工业中减少热公用工程和冷公用工程高效的技术，由英国Linnhoff首先提出，现在成功用于多个工业生产工程^[3]。本文将使用夹点技术分析传统的氨水吸收式制冷循环系统，以回收最大的内部循环热，提高循环的性能系数。

　　1 系统循环分析

　　传统的氨水吸收式制冷系统循环流程如图1所示。吸收循环类似于蒸汽压缩式循环，区别是吸收器和发生器代替了压缩机。

　　溶液泵消耗的功比压缩制冷系统中压缩机消耗的功要小得多，提高了循环的性能。系统主要消耗蒸汽热能，最大限度回收系统的内部热量是提高性能系数的有效方法，文中使用夹点方法实现了最大的内部热量回收[5]。

　　2 系统建模研究

　　2.1 基本假设^[6]

　　假设系统在稳定的状态下运行:

　　1) 浓溶液离开吸收器(状态点1) 和稀溶液离开发生器(状态点2) 处于其对应压力、温度下的饱和状态;

　　2) 制冷剂离开冷凝器和蒸发器处于对应压力、温度下的饱和状态( 状态点6和8) ;