1 吸收式热泵原理
吸收式热泵可以分为2 类。通常所说吸收式热
泵(Absorption Heat Pumps , 简称AHP) 指的是第1
类吸收式热泵, 也称增热型热泵, 利用高温热能驱
动, 回收低温热量, 提高能源利用率; 第2 类吸收
式热泵又称吸收式热变换器(Absorption Heat Trans2
former , 简称AHT) , 也称升温型热泵, AHT 利用中
低温废热驱动, 将部分废热能量转移到更高温位加
以利用。两类热泵应用目的不同, 工作方式亦不
同, 图1 和图2 分别从能流和物流角度对AHP 和
AHT加以比较。图2 中A、G、C、E、EX 分别代
表吸收器、再生器、冷凝器、蒸发器和溶液热交
换器。
吸收式热泵与吸收式制冷机在原理上是一致
图2 二类吸收式热泵循环示意图
的, 都是利用了吸收剂吸收制冷剂后沸点升高这一
特性。在AHP 中, 蒸发器与吸收器处在相对低压
区, 这样蒸发器可以利用低温热源使制冷剂蒸发,
而相对高压区的再生器在高温热源驱动下使吸收剂
溶液解析, 放出高温制冷剂蒸汽, 并在冷凝器中冷
凝, 将热量传给外部加以利用; AHT 整个过程则
正好相反, 蒸发器和吸收器处在相对高压区, 蒸发
器吸收中低温废热使制冷剂蒸发, 并在吸收器中较
高温度下与吸收剂达到吸收平衡, 放出的高温吸收
热可以重新被加以利用, 相对低压区的再生器同样
利用低温废热使吸收剂溶液再生, 与冷凝器一起完
成整个吸收循环。AHP 中最高温度点在再生器,
而AHT中的最高温度点在吸收器, 这是由于不同
的驱动热源和操作方式造成的二者之间显著的差
异。AHT由于只需废热驱动, 可回收近50 %的废
热, 因此在废热回收领域日益受到关注。
2 吸收式热泵研究进展
211 新工质的开发
吸收循环常用工质是NH3
2H2O 溶液和LiBr2H2O
溶液, 由于NH3 的毒性和LiBr 溶液对金属的腐蚀
性使上述两种工质的应用受到限制, 关于工质的研
发工作从来没有停止过。一些工作致力于传统工质
的改进, 如针对LiBr 的腐蚀问题, 可采用添加第3
种组分的方法, 已经有LiBr2ZnCl2 - H2O , LiBr2Ca2
Cl2
2H2O 等工质出现。另一方面出现了一些新的工
质, 如LiCl2H2O , NaOH2H2O , 以及Pyr2TFE (吡咯
酮2三氟乙醇) 等有机工质。新工质克服了传统工
质性能上的一些缺点, 但离实际应用还有一定距
离。
212 吸收循环的改进
在前面提到简单吸收循环的基础上, 围绕吸收
循环所做的工作使得吸收式热泵向高温升、高效
率、高经济性、多用途、柔性化等方向发展。如由
二级AHT组成的二次温升AHT 可以得到70 ℃的温
升; 提高性能系数COP 值的双效、三效吸收循环;
节省投资的开式循环; 将吸收热用于再生过程的先
进的GAX 循环; 两类热泵结合的具有多用途的
HPT循环; 附带增压器提高操作柔性的压缩2吸收
复合循环等等。此外, 在倡导CO2 、烃类等天然工
质取代传统机械压缩式热泵工质的同时, 利用太阳
能、地热能等可再生能源驱动吸收式热泵的研究也
正成为研究的热点。
213 模拟与优化问题
吸收式热泵的设计和优化要借助计算机辅助手 段来完成。鉴于现有CAD 和通用流程模拟软件不 能很好用于吸收式热泵的设计与模拟, 因此需要开 发专用的流程模拟和优化设计软件。以G1Grossman 教授为代表的美国OAK RIDGE 国家实验室近20 年 来在吸收式制冷、AHP 和AHT 领域做了大量系统 的工作, 包括过程的热力学分析, 循环的改进以及 过程的模拟与优化, 其中不少工作是开创性的, 其 开发的吸收循环模拟软件ABSIM就是一例。ABSIM 由FORTRAN 语言开发, 是一个模块化的, 基于联 立方程法的吸收循环模拟与设计软件, 该软件有一 个比较完善的物性数据库, 可对LiBr2H2O 等10 多 种工质对的应用场合进行模拟, 并建立了单效、多 效、开式、闭式等多种循环模型。ABSIM有一个图 形化的界面, 用户只需画出循环图, 并交互输入数 据资料, 即可通过运行程序得到图形或表格形式的 结果报告。ABSIM软件通过网络、书籍等各种媒体 的宣传, 在本领域有着广泛的影响, 并对其它类似 的工作产生重要的影响。瑞典的Klas Abrahanmsson 博士经过长期、系统的工作, 在过程热力学分析和 实验的基础上, 并借鉴了G1Grossman 等人的工作, 完成了其软件SHPUMP 的基础开发工作。SHPUMP
用PASCAL 语言编写, 风格上与ABSIM 比较接近, 完成差不多同样的任务, 不过规模要小一些, 也没 有ABSIM那样完善的界面。日本、法国、英国以 及国内的一些学者也围绕吸收循环系统, 做了许多 建模、热力学分析和优化方面的工作, 但未形成有 影响的软件。
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1 吸收式热泵原理
吸收式热泵可以分为2 类。通常所说吸收式热
泵(Absorption Heat Pumps , 简称AHP) 指的是第1
类吸收式热泵, 也称增热型热泵, 利用高温热能驱
动, 回收低温热量, 提高能源利用率; 第2 类吸收
式热泵又称吸收式热变换器(Absorption Heat Trans2
former , 简称AHT) , 也称升温型热泵, AHT 利用中
低温废热驱动, 将部分废热能量转移到更高温位加
以利用。两类热泵应用目的不同, 工作方式亦不
同, 图1 和图2 分别从能流和物流角度对AHP 和
AHT加以比较。图2 中A、G、C、E、EX 分别代
表吸收器、再生器、冷凝器、蒸发器和溶液热交
换器。
吸收式热泵与吸收式制冷机在原理上是一致
图2 二类吸收式热泵循环示意图
的, 都是利用了吸收剂吸收制冷剂后沸点升高这一
特性。在AHP 中, 蒸发器与吸收器处在相对低压
区, 这样蒸发器可以利用低温热源使制冷剂蒸发,
而相对高压区的再生器在高温热源驱动下使吸收剂
溶液解析, 放出高温制冷剂蒸汽, 并在冷凝器中冷
凝, 将热量传给外部加以利用; AHT 整个过程则
正好相反, 蒸发器和吸收器处在相对高压区, 蒸发
器吸收中低温废热使制冷剂蒸发, 并在吸收器中较
高温度下与吸收剂达到吸收平衡, 放出的高温吸收
热可以重新被加以利用, 相对低压区的再生器同样
利用低温废热使吸收剂溶液再生, 与冷凝器一起完
成整个吸收循环。AHP 中最高温度点在再生器,
而AHT中的最高温度点在吸收器, 这是由于不同
的驱动热源和操作方式造成的二者之间显著的差
异。AHT由于只需废热驱动, 可回收近50 %的废
热, 因此在废热回收领域日益受到关注。
2 吸收式热泵研究进展
211 新工质的开发
吸收循环常用工质是NH3
2H2O 溶液和LiBr2H2O
溶液, 由于NH3 的毒性和LiBr 溶液对金属的腐蚀
性使上述两种工质的应用受到限制, 关于工质的研
发工作从来没有停止过。一些工作致力于传统工质
的改进, 如针对LiBr 的腐蚀问题, 可采用添加第3
种组分的方法, 已经有LiBr2ZnCl2 - H2O , LiBr2Ca2
Cl2
2H2O 等工质出现。另一方面出现了一些新的工
质, 如LiCl2H2O , NaOH2H2O , 以及Pyr2TFE (吡咯
酮2三氟乙醇) 等有机工质。新工质克服了传统工
质性能上的一些缺点, 但离实际应用还有一定距
离。
212 吸收循环的改进
在前面提到简单吸收循环的基础上, 围绕吸收
循环所做的工作使得吸收式热泵向高温升、高效
率、高经济性、多用途、柔性化等方向发展。如由
二级AHT组成的二次温升AHT 可以得到70 ℃的温
升; 提高性能系数COP 值的双效、三效吸收循环;
节省投资的开式循环; 将吸收热用于再生过程的先
进的GAX 循环; 两类热泵结合的具有多用途的
HPT循环; 附带增压器提高操作柔性的压缩2吸收
复合循环等等。此外, 在倡导CO2 、烃类等天然工
质取代传统机械压缩式热泵工质的同时, 利用太阳
能、地热能等可再生能源驱动吸收式热泵的研究也
正成为研究的热点。
213 模拟与优化问题
吸收式热泵的设计和优化要借助计算机辅助手 段来完成。鉴于现有CAD 和通用流程模拟软件不 能很好用于吸收式热泵的设计与模拟, 因此需要开 发专用的流程模拟和优化设计软件。以G1Grossman 教授为代表的美国OAK RIDGE 国家实验室近20 年 来在吸收式制冷、AHP 和AHT 领域做了大量系统 的工作, 包括过程的热力学分析, 循环的改进以及 过程的模拟与优化, 其中不少工作是开创性的, 其 开发的吸收循环模拟软件ABSIM就是一例。ABSIM 由FORTRAN 语言开发, 是一个模块化的, 基于联 立方程法的吸收循环模拟与设计软件, 该软件有一 个比较完善的物性数据库, 可对LiBr2H2O 等10 多 种工质对的应用场合进行模拟, 并建立了单效、多 效、开式、闭式等多种循环模型。ABSIM有一个图 形化的界面, 用户只需画出循环图, 并交互输入数 据资料, 即可通过运行程序得到图形或表格形式的 结果报告。ABSIM软件通过网络、书籍等各种媒体 的宣传, 在本领域有着广泛的影响, 并对其它类似 的工作产生重要的影响。瑞典的Klas Abrahanmsson 博士经过长期、系统的工作, 在过程热力学分析和 实验的基础上, 并借鉴了G1Grossman 等人的工作, 完成了其软件SHPUMP 的基础开发工作。SHPUMP
用PASCAL 语言编写, 风格上与ABSIM 比较接近, 完成差不多同样的任务, 不过规模要小一些, 也没 有ABSIM那样完善的界面。日本、法国、英国以 及国内的一些学者也围绕吸收循环系统, 做了许多 建模、热力学分析和优化方面的工作, 但未形成有 影响的软件。
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