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吸收式制冷

提示：此条目页的主题不是吸附式制冷。

吸收式制冷（absorption refrigerator）是利用热源作为制冷能量来源的制冷系统，热源可以是太阳热能、燃烧化石燃料、工厂废热、或来自区域供暖系统。系统中有两种冷媒，一种会蒸发冷却（英语：evaporative cooling），由第二种冷媒吸收。之后会再加热，让这两种冷媒恢复到原始状态。此一原理也可以用在空气调节的大楼中，用燃气涡轮引擎的废热或是热水器的热。若利用燃气涡轮引擎的废热，在能源效率上的效率很高，因为先产生电、接著产生热水，最后可以有冷气的热电联产。吸收式制冷常用在休旅车、露营车以及拖挂式房车上，因为可以用丙烷作为能量来源，不需要电力。吸收式制冷和蒸气压缩制冷不同，除了让冷媒流动之外，不需要其他的可动件。

原理

常见的吸收式制冷装罝类似蒸气压缩制冷装置，也会用沸点很低（低于-18°C）的冷媒。压缩制冷的冷媒常会选氢氯氟烃（HCFC）或氢氟烃（HFC），而吸收式制冷装罝会用氨或是水为冷媒，而且会有第二种冷媒（吸收剂，absorbent）可以吸收前述冷媒的气体。冷媒可能是水（冷媒是氨的情形）或是盐水（冷媒是水的情形）。两种都是用蒸发冷却（英语：evaporative cooling）的原理：当冷媒蒸发（或沸腾），会带走热量，因此会有冷却的效果。二个的差异是冷媒由气态变成液态（因此可以重复冷却循环）的方式，吸收式制冷装罝的冷媒单纯只用热量传输使其由气态变成液态，除了让冷媒流动外，不需要其他的可动件。

 
吸收式制冷的过程

吸收式制冷循环可以分为以下三段：

  1. 蒸发：液态冷媒在低分压环境下蒸发，从环境中（例如冷藏室）吸热。因为分压较低，使其蒸发需要的温度比较低。
  2. 吸收：第二种液态冷媒（在耗尽状态下），会吸收气态的冷媒，维持较低的分压。会产生气态冷媒饱和的液体，进入下一阶段。
  3. 再生：将冷媒饱和的液体加热，使其中的气态冷媒蒸发。
a. 蒸发是在细管的下端，气态冷媒的泡泡将冷媒耗尽的液态推到较高的腔室，之后会因为重力使其流到吸收腔。
b. 热的气态冷媒流过热交换器，将热传送到系统以外（例如冰箱外的室温空气），在较高处凝结。凝结后的液态冷媒会因重力流动，以提供蒸发阶段需要的冷媒。

因此系统有没有泵浦的情形下，会提供力学式的循环。

在凝结时，为了避免一些压力上的问题，会加入第三种气态。

和压缩制冷比较，压缩制冷会使用压缩机，可能是电力或是内燃机驱动，以增加气态冷媒的压力。所得的高温、高压气体会在暴露在外在环境下（多半是室内的空气）的热交换器（冷凝器）中凝结为液体。凝结的液体温度接近室温，但压力较高，会通过节流孔或节流阀进入蒸发区。节流孔或节流阀会在高压凝结区以及低压蒸发区之间产生压力差。蒸发区的低压会使液态冷媒蒸发，同时吸收冷藏室内的热。气态冷媒会回到压缩机，重复此一循环。

简易的盐水系统

大型商业场所中用的简易吸收式制冷系统会用溴化锂或氯化锂盐以及水。水在低压下会在要冷却的盘管内蒸发。水会吸收到溴化锂（或氯化锂）盐水溶液中。系统再透过热，将水从溴化锂盐水中蒸发出来[1]。

喷水吸收制冷系统

 
喷水吸收制冷系统

另一种制冷会使用空气、水以及盐水溶液。吸入的温暖潮湿空气会通过喷洒盐水的腔室中，会使空气降低湿度，但不会降低温度，之后再让空气通过蒸发冷却器（英语：evaporative cooler），其中会喷洒淡水，使空气降温，并增加湿度。低温的空气会再通过另一个通过喷洒盐水的腔室中，去除湿度，得到干冷的空气。

盐水溶液会在低压下加热，使水蒸发。蒸发的水蒸气会再凝结成液态的水，接到蒸发冷却器中。

单压吸收制冷系统

 
家用制冷系统
1. 氢气流进有液氨的管路中
2. 氨和氢气进入内腔室，其体积膨胀，使液氨的分压减少。氨气蒸发，吸收将液氨中的热
（ΔHVap）使其降温，冰箱中较热的部份会有热流到较冷的液体，让液氨进一步的蒸发。
3. 氨和氢气从内腔室流出，氨被水吸收，氢气会往上升
4. 氨气凝结（被动冷却）
5. 热的氨气
6. 从氨水中加热，蒸馏氨气，外围有隔热材料
7. 电子热源
8. 吸收容器（氨水溶液）
 
上图家用制冷系统的温度分布。颜色表示温度，蓝色表示低温，红色表示高温。热源（7）完全包覆在隔热材料（6）内

单压吸收冷却系统的原理是依液体的蒸发速度是依其蒸气的分压而定，若分压较低，会蒸发的比较快。在维持系统总压相等的前提下，冷却系统在低温的冷却部份，让冷媒维持在分压较低的条件下（以提高蒸发速率），在和外部空气接触，散热到外界时，让冷媒维持在分压较高的条件下（降低蒸发速率）。

冷却系统中有三种物质：氨、氢气和水。循环是封闭的，因此所有的氨、氢气和水都可以重复使用。此系统会加压，使氨的沸点超过冷凝管（冷却系统传热到外部，温度会比空气高）的温度，此压力一般会是14–16 atm，此压力下氨的露点为35 °C。

冷冻循环的开始，室温下的液氨会进入蒸发器中。蒸发器的容积较液氨的体积较大，多出来的空间是由氢气及氨气所填充。氢气的存在会降低氨气的气体分压，因此使液氨的蒸发温度低于蒸发器内的温度。氨气蒸发，并且从液氨中带走一部份的热，使液氨温度降低。冷却系统较热的部份会有热流到较冷的液体，让液氨进一步的蒸发。

在接下来的二个步骤中，会将氨气和氢气分离，因此可以重新使用氨气。

  1. 氨气和氢气的混合气体会经由管路，从蒸发器流到吸收器中。在吸收器中，混合气体会和水溶液接触，氨气会溶在水溶液中，氢气不会，因此吸收器的上方会是氢气，吸收器的下方则是高浓度的氨水溶液，此程序可以分离氢气（不溶于水）和氨气（溶在水中）。
  2. 下个步骤会分离氨气和水。氨水溶液会流到产生器（锅炉）中，会加热让氨气沸腾汽化，留下沸点较高的水。有些水蒸气和泡沫会和氨混合，最后一个步骤会将氨气（和少许水蒸气）流到分离器，是往上弯曲的管道，有小的障碍物以消除泡沫，并且让水在管壁凝结流回产生器中。

纯氨气会再流到凝结器内。热的氨气在换热器中会和空气进行热交换，空气温度比高压的氨沸点要低，因此氨气会凝结成液氨。凝结后的液氨会往下流，和吸收器释放的氢气混合，重复此一循环。

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参考资料

  1. ^ Sapali, S. N. Lithium Bromide Absorption Refrigeration System. Textbook Of Refrigeration And Air-Conditioning. New Delhi: PHI learning. : 258. ISBN 978-81-203-3360-4. 

延伸阅读

外部链接

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