常用相变式制冷的特点丨行有嘉

在设计选择制冷装置时，首先要确定制冷的方式。目前人工制冷主要有四种方法，即相变制冷、气体膨胀制冷、涡流管制冷和热电制冷。每种制冷方法各有其特点。显然，只有针对制冷对象的具体条件，选择合理的制冷方法，才能满足制冷的要求，进而实现制冷中的节能。因此，对各种制冷方法应有深人的认识和理解。

 常用相变制冷方法的特点

相变是指物质集聚态的变化，例如，冰变成水就是一种相变过程。物质发生相变时，必然伴随着一定数量的能量交换，这是一种物理现象。相变制冷就是利用某些物质相变时的吸热效应，达到降温的效果。

固体物质的熔解或升华，液体的汽化，都是吸热的相变过程，通过这些过程吸收热量，就可获得低温。例如，在大气压力下冰融解的温度为0℃，每kg冰可吸收334.96kJ的热量;干冰（固态二氧化碳）在大气压力下升华温度为-78.9℃，每kg干冰可吸热573.62kJ。由于冰和干冰只能单次使用，不能连续使用，因此严格讲只是用冷，还不能称为制冷。

液体转化为蒸气称为汽化。在现代制冷技术中，广泛利用制冷剂（液体）在低压下的汽化过程来制冷。利用这种原理的制冷方式可分为蒸气压缩式制冷、吸收式制冷和蒸气喷射式制冷。

1.蒸气压缩式制冷

在蒸气压缩式制冷中，工质（制冷剂）的蒸气首先被压缩到比较高的压力，被外部冷却介质（冷却水或空气）冷却而转变为液体，再经节流，使压力和温度同时降低，利用低压力下工质液体的汽化即可吸热制冷。汽化后的蒸气再由压缩机吸入压缩，不断循环。采用这种制冷方法时，所用的工质必须具有这样的特性∶在常温和普通低温下能够液化。图1-1所示为蒸气压缩式制冷的循环系统图及其T-s图和p-h图。

蒸气压缩制冷的循环过程可以采用各种不同类型的压缩机，例如活塞式、螺杆式或离心

式压缩机。蒸气压缩式制冷从19世纪70年代开始发展，至今已有100多年的历史，已发展到相当完备的程度。由于其具有许多明显的优点，因此蒸气压缩式制冷是目前国内外应用最广泛的制冷方式。其主要的特点如下∶

 

1) 能达到的制冷温度范围广。从稍低于环境温度至-150℃均可实现，可根据不同的温度要求选择不同的制冷剂和压缩级数。制冷方式、流程和控制方式的选择与优化1-1列出不同压缩级数和不同的制冷剂所能达的最低蒸发温度。

图1 蒸气压缩式制冷

图2 压缩式制冷能达到的最低蒸发温度

2）单机容量范围大，规格多。蒸汽压缩式制冷剂的单机制冷量，从最小的100W左右到数千KW，有大、中、小各种容量，可以根据需要选择，非常方便。

3）在中，小容量范围，设备比较紧凑，可适应不同场合的需要。广泛应用于空气调节、冰箱、食品冷加工、冷藏、石油、化工等各领域。

4）效率较高。蒸汽压缩式制冷的最主要优点，是在普冷领域的温度范围内，制冷系数较大，效率较高。例如，在冷凝温度40℃，蒸发温度5℃时，理论制冷系数可达4.26，实际制冷系数为2.3左右。因此，蒸汽压缩式制冷的运行经济性较高。

5）当制冷温度较低时，其综合性能变差。通畅当制冷温度低于-70℃时，压缩级数增加。机器变得复杂，可靠性低，维护使用麻烦，成本也大大提高。

6）要使用专门的制冷剂，这些制冷剂往往对环境有污染，对人体有害。例如常用的）要

高，全提地、爆炸，有毒和强烈刺激性气味。氯氟烃（CFC）、含氢氯氟烃（HCFC）制冷剂。

对大气奥氧层有破坏作用。

在制冷技术的应用中，以一50℃以上的应用占绝大多数，故压缩式制冷在-70℃以下的缺点对常用范围影响不大。由于以上优点，压缩式制冷是目前制冷空调技术中的主流，在各行业及生活中获得了广泛的应用。

2.吸收式制冷

吸收式制冷也是利用液体（制冷剂）汽化来实现制冷的。其主要特点是以热能为动力，利用溶液的特性来完成工作循环。图例所示为氨水吸收式制冷原理图。

图3氨水吸收式制冷原理图

1一蒸发器 2-膨胀阀 3一冷凝器 4一发生器 5一减压阀 6一吸收器 7一溶液泵

吸收器6中的浓氨水由溶液泵7升压后，送入发生器4。浓氨水在发生器内被加热，产生

较高温度和较高压力的氨蒸气，进入冷凝器3被凝结为液体氨。液体氨经过膨胀阀2节流，

降温降压后进入蒸发器1，从通过蒸发器的冷冻水（又称载冷剂）中吸取热量而蒸发，冷冻水即可作为冷源使用。发生器4中剩余的稀氨水通过减压阀5降压后，送入吸收器6进行喷淋，稀氨水在喷淋过程中吸收从蒸发器1引来的低o2压氨蒸气，成为浓氨水，然后继续循环。

吸收式制冷的工作原理虽然早在18世纪70空调用冷冻水年代就已提出，但直到1859年才试制成功第一图12氨水吸收式制冷原理图台吸收式制冷机，即氨水吸收式制冷机。氨水吸收式制冷由于效率（热力系数）较低等原因，其应用受到限制。

随着制冷技术的发展，1945年出现了溴化锂吸收式制冷机，开创了吸收式制冷机的新局面。溴化锂吸收式制冷以水为制冷剂，以溴化锂溶液为吸收剂。由于溴化锂吸收式制冷机效率较高，并具有许多独特的优点，特别是节能效果好，引起了人们广泛的重视。氨水吸收式和溴化锂吸收式制冷装置具有一些共同的特点，但也有许多不同的特点。下面分别介绍。

氨水吸收式制冷装置有如下特点：

1）耗电少。由于其耗能主要为热能，耗电量大大少于压缩式制冷装量。国内20世纪80年代开发的利用地热的实用装置用于冷库时，其耗电量比氨压缩式制冷节省65%。

2）可利用废热、余热。由于吸收式制冷主要以热能为动力，可以直接利用工业废热和余热。

3）变负荷容易，调节范围广。可在10%-100%范围内调节制冷量。

4）单级即可达到-40℃的低温

5）可以露天布置，操作方便，易于维护管理。

6）运行噪声低，可靠性高。装置中除了泵外，没有运动部件。

7）换热设备面积大，耗钢材量大。

8）冷却水消耗量大。

9）一次性投资大于活塞式制冷机。

10）效率较低。

11）没有系列成套的产品，必须现场设计。

根据以上特点，氨水吸收式制冷适用于有余热可利用或燃料低廉的场合。用蒸汽加热的氨水吸收式制冷机，适用于电、热、冷相结合的企业;利用化工废热的氨水吸收式制冷机，适用于在化工过程高温放热，而在低温下又需要冷量的工艺过程;直接燃烧的氨水吸收式制冷机，其制冷温度可达-20~-60℃。

溴化锂吸收式制冷机有如下特点∶

1）以热能为动力，耗用电能很少，耗电量仅为蒸气压缩式的3%~5%。对热源要求不高，可以利用各种废热、余热。例如高于20kPa表压的蒸汽、高于75℃的热水，以及地热、太阳能等均可利用。利用废热、余热时具有很好的节电、节能效果。

2）整个机组除了功率很小的泵外，没有其他的运动部件，振动小，噪声低。

3）机器处于真空下运转，无爆炸危险。溴化锂溶液作为工质，无毒、无臭、无公害、安全可靠，有利于保护环境。

4）冷量调节范围宽。随着外界负荷的变化，一般可在 20%~100%冷量范围内无级调节。即使低负荷运行，热效率几乎不下降，性能稳定，能很好地适应负荷变化的要求。

5）对外界条件变化适应性强。如标准外界条件为;蒸汽压力588kPa 表压，冷却水进口温度32℃，冷媒水出口温度10℃的蒸汽双效机。实际运行表明，在蒸汽压力196～784kPa 表压，冷却水进口温度25~40℃，冷媒水出口温度5~15℃的范围内，能够稳定运行。

6）成套出厂，国内已有蒸气型、热水型、直燃型等系列产品。用户购买的是机组形式，安装时只需一般校平，按要求连接气、水、电即可。由于机器运行时振动小，基础无须防振，只要考虑静负荷即可。安装位置不限，可以安装在室外、底层、楼层或屋顶。

7）制造简单。操作、维修保养方便。机组中除屏蔽泵、真空泵和真空阀等附属设备外，几乎都是静止的换热设备，制造比较容易，操作比较简单，机组的维护保养主要是保持其气密性。

8）用水作制冷剂时，只能获得5℃以上的冷量。在有空气的情况下，溴化锂溶液对普通碳钢具有强烈的腐蚀性。这不仅影响机组的寿命，而且影响机组的性能和正常的运转。

9）机组在真空下运行，空气容易漏人。即使漏入微量的空气，也会严重地损害机组寿

命，而且影响机组性能。为此，制冷机要求严格密封，这给机器的制造和使用增加了困难。

10）制冷剂蒸气的冷凝过程和吸收过程均为排热过程，故机组的排热负荷较大。此外，对冷却水的水质要求也比较高。在水质差的地方，应进行专门的水质处理。

根据以上特点，溴化锂吸收式制冷主要应用于空气调节制冷，和为生产工艺提供0℃以上的冷媒水。由于其运行噪声小，对能源要求低，在需要安静和有余热的场合使用更为适宜。当有廉价热源可利用时，其运行经济性高于压缩式制冷。当有余热、废热可利用时，其优势最为突出。在以下情况下应优先应用∶

1）在具有大量热能或余热资源的部门，利用热能或余热制取冷量，既可减少企业排热的热污染，又可以节能，明显提高企业能源综合利用的效率。

2）与热电厂联合组成热、电、冷三联供系统，实现能源梯级利用，提高能源的利用率。

3）与燃气轮机和余热锅炉组成电、冷联供系统。即发电的燃气轮机排出的高温烟气、进入余热锅炉产生蒸汽或热水，驱动吸收式制冷机产生低温冷水。

4）在生活、工艺流程中已配有锅炉，而锅炉负荷有余量时，可选配吸收式冷水机组供冷。

我国的吸收式制冷机在20世纪90年代获得迅猛的发展。吸收式制冷机的年产量，从1991年的103台，上升到2000年的3800台，增加了36倍。2000年的3800台中，直燃机为2600台，占总年产量的68%以上。目前的生产能力可达到1.5万台/年，实际年产量为4500~5500 台，产量位居世界前列。

目前我国吸收式制冷技术的总体水平已接近和达到国际领先水平，并处于不断创新和发展的过程中。吸收式制冷机已经由单纯的制冷，发展到可同时供应冷水和热水、供应热水或蒸汽等多种机型。它已成为我国大型空调设备的主要机型之一，为不同场合、不同用户提供了更多的选择方案。

吸收式冷机的分类

随着吸收式制冷技术不断取得进步，效率和性能不断改善，蒸气喷射式制冷的应用越来越少。目前，蒸气喷射式制冷仅在特殊场合仍具有生命力，其他三种制冷方式——气体膨胀制冷、涡流管制冷和热电制冷——在大中型制冷系统中应用很少，暂且就不给大家做过多和过深入的分析。

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