太阳能吸收式制冷

太阳能溴化锂吸收式制冷系统
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摘要：随着化石燃料的逐渐耗尽，各国都开始着手研究新能源和可再生能源。

太阳能是新能源的一种，而太阳能制冷是太阳能利用的重要组成部分。

该文主要介绍了以溴化锂水溶液作为循环工质的吸收式制冷系统，对溴化锂水溶液的性质作了简要介绍，对太阳能溴化锂吸收式制冷系统的优缺点作了分析，并对单级 双级 三级太阳能溴化锂水溶液吸收式制冷系统作了对比，希望通过该文能使读者对太阳能溴化锂吸收式制冷有一个大致了解。

关键字：新能源 太阳能 溴化锂 吸收式制冷
0 引言
从人类点燃的第一把火算起，人类对能源利用的历史已经有几十万年了。

能源，是人类文明以及物质社会发展的原动力和基石。

随着机械文明的发展，现今世界对能源的需求量日益增加，国家之间的冲突和合作也开始更多地围绕能源展开。

由于能源需求量的急剧增长和化石燃料的不可再生性，传统化石燃料日渐枯竭，已经不能满足经济发展的需求了。

以中国为例：我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭在我我的能源结构中占有69%之高的比例。

虽然我国拥有丰富的煤炭储量，但是经统计，就我国已探明的煤炭储量而言，仅可在再使用80年。

而且这种以煤炭为主的能源结构，对我国的环境造成了不可估量的伤害。

燃煤产生的硫化物和氮化物污染空气，形成酸雨，导致了巨大的经济损失，严重破坏了民众的身体健康。

根据2010年的数据，我国的二氧化碳排放量已经跃居世界第一位，达到了8,240,958千顿。

针对这种情况，我国实行了可持续发展战略，开始开发新能源和可再生能源。

由1981年联合国于肯尼亚首都内罗毕召开的新能源和可再生能源会议提出的新能源和可再生能源的含义可看出，新能源由如下特点：1)取之不尽，用之不竭，周而复始;2）清洁干净，不损生态，有利环保;3)分布广泛，密度较低，开发困难。

太阳能就为新能源的一种。

太阳能是永不枯竭的清洁可再生能源，其具有分布地域广、安全无公害、可用时间长、蕴藏量巨大、无需开采和运输、利于保护生态平衡等特点。

我国拥有十分丰富的太阳能资源，全国各地太阳年辐射总量为3340~84002
/MJ m ,中值58522
/MJ m 。

高值中心与低值中心分别是青藏高原和四川盆地。

太阳年辐射总量为西部高于东
部，南部低于北部。

在北纬 30~
40地区为随纬度升高而增
加。

我国已经把太阳能利用作为后续能源战略中可再生能源的重要组成部分，并出台了一系列的政策指导性文件，鼓 励和支持太阳能转化研究和应用事业的发展。

太阳能利用主要可分为4大类：1）光热利用，2）太阳能
发电，3)光化利用，4）光生物利用。

现在主要应用的的方向为前二者。

而太阳能制冷即为这二者的利用体现。

分别为光热转换，以热制冷，如光电制冷，热电制冷;光电转换，以电制冷,如吸收式制冷，除湿式制冷，喷射式制冷。

光电转换成本较高，推广较为困难，而光热转换制冷较为便宜，应用广泛。

吸收式制冷系统即为其中较成熟的一种。

1 吸收式制冷系统的发展
1.1太阳能吸收式制冷技术发展简述
太阳能吸收式制冷技术起源于20世纪30年代，当时由于技术不够成熟，效率低，价格高昂，商业利用价值较低，没有得到进一步的发展。

等到了20世纪70年代，化石燃料由于工业化的迅速发展，被快速消耗，石油危机使人们的目光再一次投向了太阳能吸收式制冷技术。

太阳能吸收式制冷具有使用可再生能源，耗电量低，不污染坏境的优点。

但是就市场应用而言，与以电能或燃气为能源的空调相比，其初期投资较大，经济效益并不高。

所以要使得太阳能吸附式制冷技术得到推广，就要降低其成本，例如：减少太阳能集热器的面积，提高集热效率，提高制冷的效率等等。

由此取得了一些瞩目的成果，包括复合抛物面镜聚光集热器、真空管集热器的具有代表性的发明。

1.2太阳能吸收式制冷在我国的发展
太阳能吸收式制冷技术在我国的发展可以大致分成三个阶段：1）起步阶段，2）坚持阶段，3）使用阶段。

1）起步阶段
这个阶段的时间为70年代末到80年代初，在1974年，中东发生了石油危机，紧接着次年，我国太阳能领域的相关专家在陕西妄阳召开了全国太阳能会议。

之后，许多科研机构，和相关高等院校都开始重视起太阳能的制冷的研究，投入了大量的人力和物力。

在这个阶段，研究主要以小型氨水吸收式制冷机为主，也取得了较为丰硕的成果。

例如：天津大学1975 年研制的连续式氨- 水吸收式太阳能制冰机，日产冰量可达5.4kg ；北京师范学院1977 年研制成功1.52
m 干板型间歇式太阳能制冰机，每天可制冰6.8～8kg ；华中工学院研制了采光面积为1.52
m ，冰箱容积为70L ，以氨- 水为工质对的小型太
阳能制冷装置。

这个阶段的研究为太阳能制冷技术的发展积累了宝贵的经验和大量实验数据。

为我国的太阳能的利用打下了坚实基础。

2）坚持阶段
这个阶段为80年代中后期到90年代初期之间。

在这个阶段，我国的太阳能制冷研究陷入了瓶颈。

随着研究的深入，许多的问题短时间内无法得到解决，研究停滞。

许多科研机构和单位由于短时间无法得到结果，纷纷放弃，只有少数单位依然坚持研究。

我国的太阳能制冷研究一时进入了冬天。

直到1987 年，中国科学院广州能源研究所与香港理工学院合作，在深圳建成了一套科研与实用相结合的示范性太阳能空调与热水综合系统。

集热面积1202
m ，制冷能力14kW ，空调面积为802
m 。

采用了3 种中温集热器和两台日本生产的单级溴化锂吸收式制冷机。

中国的太阳能制冷研究在寒冬中依然前行，等待着春天的来临。

3）实用阶段
这是在“九五”计划期间，当时的国家科委（即现在国家科技部）把“太阳能空调”列为了重点科技攻关项目。

为太阳能制冷在中国的发展注入了新的活力，中国的太阳能制冷研究开始了融冰之旅，其中最著名的就是1998 年在广东省江门市建成的一套大型太阳能热水示范系统。

它由中科院广州能源研究所和北京太阳能研究所承担建造，位于一栋24 层的综合大楼上，最终于1998年5月建成。

该系统采用平板型集热器，为北京太阳能研究所自行研发，性能优良，经久耐用。

建成后，太阳能集热器总采光面积5002
m ， 制冷容量100kW ，空调、采暖建筑面积6002
m 。

4）现阶段发展
现阶段的太阳能制冷研究大量运用计算机数值模拟，研究更加方便快捷，也取得了许多成果。

大连理工大学的徐士鸣教授等对以空气为携热介质的开放式太阳能吸收式制冷系统特性就行了研究并取得了相关成果。

广州能源研究所在太阳能空调系统一体化设计上做出了开创性的工作。

在太阳能吸收式制冷系统蓄能技术方面，华中理工大学的舒明水教授有较多的研究。

上海交通大学对一种太阳能燃气联合驱动的双效溴化锂吸收式空调进行了研究，它由王如竹、刘艳玲教授提出，为太阳能制冷的发展提供供了新思路。

2 吸收式制冷系统的工作原理
根据浓液的浓度与其温度和所受压力有关这一特性，发展出了吸收式制冷的基本理论。

吸收式制冷系统的的工质为两种物质组成的二元溶液。

由于这两种物质在同一压强条件下拥有不同的气化温度。

所以在同一容器中由于蒸发的作用，溶液的浓度随温度发生变化。

温度升高，低沸点物质蒸发，浓度上升，同时对气化物质吸收能力加强。

气化物质经过循环后可被浓溶液吸收，溶液浓度下降，开始进行下一次循环。

我们将高沸点的物质成分成为吸收剂，低沸点的物质成分称为制冷剂，在系统中循环制冷的就是制冷剂。

由于是利用吸收剂质量分数的变化来完成制冷剂循环的，所以将之称为吸收式制冷。

2.1 吸收式制冷系统的设备
吸收式制冷系统主要有以下设备：蒸发器、冷凝器、节流阀、吸收器、发生器、溶液泵等。

发生器的作用是加热、释放制冷剂，太阳能的利用也是体现在这一部分。

蒸发器是用来吸收制冷剂蒸汽的，也是整个吸收式制冷系统制冷的部分。

另有溶液热交换器是为了是平衡能量的内部利用，提高效率。

为溶液泵是起加压作用。

2.2 吸收式制冷系统的运行过程
作为工质的二元溶液在发生器中受到热媒水的加热（热媒水由太阳能集热器加热，不同的二元溶液需要不同的热媒水温度，太阳能集热器的加热温度也就有不同要求），溶液中作为制冷剂的部分不断气化，二元溶液的浓度不断提高，将浓液送入吸收器。

制冷剂蒸汽进入冷凝器，由冷凝器中的冷却水降温冷凝，由于冷凝器中的温度较低压力较高，当将冷凝器内高压低温、冷凝液化的制冷剂经节流阀送入压力较低的蒸发器时，制冷剂急剧膨胀而气化，吸收大量蒸发器内冷媒水的热量，实现降温制冷的目的。

之后低温的制冷剂蒸汽进入吸收器，被其中的浓溶液吸收，溶液浓度逐渐降低。

经由循坏泵重新进入发生器，进入下一循环。

来回往复，连续制冷。

因离开发生器的浓溶液的温度较高，而离开吸收器的稀溶液的温度却相当低。

浓溶液在未被冷却到与吸收器压力相对应的温度前不可能吸收水蒸气，同时稀溶液又必须加热到和发生器压力相对应的饱和温度才开始沸腾，因此通过一台溶液热交换器，使浓溶液和稀溶液在各自进入吸收器和发生器之前彼此进行热量交换，使稀溶液温度升高，浓溶液温度下降。

现在各种吸收式制冷系统的的运行原理都大同小异，他们之间的主要区别体现在所用吸收剂—制冷剂组合的不同。

现在用于吸收式制冷机中的制冷剂大致可分为水系、氨系、乙醇系和氟里昂系四个大类，其中水系和氨系应用较为广泛。

下文将详细介绍以溴化锂-水溶液做为工质的制冷系统。

3溴化锂吸收式制冷
3.1溴化锂以及溴化锂水溶液的特性
3.1.1溴化锂的物理和特性和化学特性
溴化锂（Lithium Bromide ）是有碱金属元素锂（Li ）和卤族元素（Br ）两种元素构成，熔点 550℃，沸点 1265℃，相对密度 3.464（25℃），溶解性:61g /100 mL (25℃)，性状为白色立方晶系结晶或粒状粉末。

极易溶于水，溶解度为 254g/100ml 水（90℃）；溶于乙醇和乙醚，微溶于吡啶，可溶于甲醇、丙酮、乙二醇等有机溶剂。

其在空气中化学性质稳定，无毒，无臭，
味微苦，易潮解。

溴化锂在空气中对钢铁有很强的腐蚀作用，但在真空状态下加入缓蚀剂，基本上不腐蚀金属。

3.1.2溴化锂水溶液的特性
溴化锂水溶液呈无色透明状，略有咸味，密度大于水，具有较大的粘稠度，加入铬酸锂后溶液呈淡黄色，对石蕊呈中性或微碱性。

热的浓溶液能溶解纤维素。

浓度随温度变化而变化。

下面是溴化锂溶液的结晶曲线图，由图中曲线可知，溴化锂的质量浓度不宜超过66%，否则在运行中当溶液温度降低时将有结晶析出，破坏制冷机的正常运行。

3.2溴化锂吸收式制冷机的主要特点
3.2.1溴化锂吸收式制冷机的优点
1）利用热能为动力，特别是可利用低位势热能
2）整个机组的运动部件只有屏蔽泵，运行安静，电能消耗低。

3）由于溴化锂溶液的无毒无害，有利于环保，安全性也有保障。

4）机组内部为负压，无高压爆炸的风险，安全可靠。

5）可以再较广的负荷内进行制冷量的调节，运行灵活。

6）只要热媒水温度，冷媒水出口温度和冷无水温度符合要求，那么，系统能够很好的适应环境的变化。

3.2.2溴化锂吸收式制冷机的缺点
1）溴化锂水溶液对黑色金属和紫铜等材料有强烈的腐蚀性，因腐蚀而产生的不凝性气体对装置的制冷量影响很大。

并且严重缩短机组的使用寿命。

2）因机组内部呈负压，所以为了防止漏气，对机组的气密性要求较高，这对制造工艺提出了较高要求，并且相对提高了制造成本。

3）由前面的溴化锂溶液结晶曲线不难看出，当溶液的浓度过高，或温度过低是，易发生结晶。

浓度可通过人工的控制，但温度的影响却限制了溴化锂制冷机组的制冷温度。

3.2.3对于溴化锂吸收式制冷机组不足的一般解决措施
1）对于溴化锂溶液的腐蚀性，一般是在溶液中加入缓蚀剂。

不超过120C
时，一般加入0.3%的珞酸锂和0.2%的氢氧化锂。

高于120C
时，可加入0.001%~0,1%的氧化铅，或0.2%的三氧化二锑以0.1%的铌酸钾。

2）因机组负压，向内漏气，故需加装抽气措施，
3）溴化锂溶液的结晶一般发生在溶液换热器内，可在其中加装浓溶液溢流管，可防止结晶。

3.3 多级溴化锂吸收式制冷系统
溴化锂吸收式制冷系统可分为单级，两级以及三级吸收式制冷。

本文第一张图片所示系统即为担级吸收式制冷系统。

前面所诉运行原理也是以单级系统为例。

而两级以及三级吸收式制冷系统与单级吸收式制冷系统的区别主要体现在，两级系统设置了第二级发生器，三级系统设置了二级，三级发生器。

溴化锂水溶液在第一发生器中发生，溴化锂溶液浓度上升，将此浓溶液与凝结水在换热器中换热减温，将减温后的溴化锂溶液送入第二发生器，被来自第一发生器的高温制冷剂水蒸汽再次加热，进行二次发生，溶液浓度进一步提高，将这些浓液送入吸收器，将产生的制冷剂水蒸汽排入冷凝器，进行如单级吸收式制冷系统同样的循环。

三级系统与此相似，不再赘述。

这两种运用形式是为了充分利用高温热源而提出的。

单级溴化锂吸收式制冷系统的发生温度一般为80-100C
之间，在这个温度范围内具有较高的COP（制冷机的性能系数），一般为0.7左右，这个数值是较低的。

由于对发生温度要求较低，所以可采用平板型集热器，它的集热温度一般在100C
以下。

单机溴化锂吸收式系统所需的加热功率为三者最高，达到1.43kw，所以所需集热器面积也最大，达7.482
m.
两级溴化锂吸收式制冷系统和三级溴化锂吸收式制冷系统
的发生温度可分别达130
C
和220C 。

为达到这一温度，通常
采用真空管集热器和聚光型集热器。

由于提高了热源温度，所以这二者的COP 分别可达1.2和1.7。

但是其所需的加热功率分别减少为0.83kw 和0.59kw ，所需集热器面积减少为5.072
m 和4.492
m 。

4 结论
太阳能吸收式制冷系统现在已经在世界上有了运用，但是离大规模商业化运用还有段距离。

现在主要受制与太阳能集热器的成本过高，系统的制冷效率比不上电驱动和燃气驱动的制冷系统，系统的体积也过于庞大。

但是太阳能的利用时以后能源发展的必然趋势，而太阳能制冷又是其中的重要组成部分，
所以太阳能制冷在将来必定有着广阔的发展空间。

[参考文献]
【1】罗运俊，何梓年，王长贵编著 太阳能利用技术 化学工业出版社
【2】谢文滔 太阳能吸收式制冷系统研究 哈尔滨工程大学硕士
学位论文
【3】刘涛 太阳能制冷技术在溴化锂吸收式制冷机中的应用与研究 《制冷与空调》 2007年第2期
SOLAR LITHIUM BROMIDE ABSORPTION REFRIGERATION SYSTEM
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Abstract ：With the gradual depletion of fossil fuels, countries have begun to study new energy and renewable energy. Solar energy is a new energy, and solar cooling is an important part of solar energy utilization. This paper introduces a lithium bromide solution as the cycle working fluid absorption refrigeration system, the nature of the aqueous solution of lithium bromide gave a brief introduction on the advantages and disadvantages of solar energy lithium bromide absorption refrigeration system are analyzed, and three single-stage two-stage solar aqueous lithium bromide absorption refrigeration systems were compared, hoping to make the reader through the text of the solar lithium bromide absorption refrigeration have a general understanding. Keyword:New Energy;Solar,LiBr;Absorption refrigeration。