溴化锂吸收式制冷机组是利用热能来制冷的。加热介质的参数变化会引起制冷机组性能的变化。就加热蒸汽而言,蒸汽压力不稳定,制冷机组的运行就不稳定,冷量的自动调节也就难以实现。因此,稳定加热蒸汽压力是制冷机组正常运行,进而实现冷量自动调节的前提,是必不可少的环节。

因此,必须采用冷量调节装置来调节机组的制冷量,使制冷机组的运行具有较高的热效率,同时不至于因外界负荷降低过大而影响机组的正常运行。溴化锂吸收式制冷机组制冷量的自动调节是围绕保持蒸发器冷媒水出口处温度的恒定来设定的。一般采用的方法有,加热蒸汽量调节法、加热蒸汽凝结水量调节法、冷却水量调节法、溶液循环量调节法及彼此间的组合调节法。

1.加热蒸汽量调节法

加热蒸汽量调节法是以蒸发器冷媒水出口处的温度为信号,通过调节加热蒸汽量来改变制冷量的,如图4-18所示。

当外界负荷减小时,由于蒸发器冷媒水出口处温度降低。安装在冷媒水管道上的感温元器件(也称温度信号发送器)会发出信号,经调节器和执行机构,使调节阀动作。发生器的加热蒸汽量减小,且热负荷降低,从而降低机组的制冷量,使蒸发器冷媒水出口温度回升至给定值。

这种调节方法的优点是,调节元器件安装在蒸汽管道上,不涉及机组的真空系统,而且不和溴化锂溶液接触,因此元器件不受溶液的腐蚀,完全可靠。此外,当外界负荷降低时,由于进入发生器的蒸汽量减小,发生器出口处浓溶液的浓度随之降低。这对于制冷机组运行过程中防止溴化锂溶液的结晶也是有利的。此方法的缺点是当制冷机在低负荷下(如50%以下)运行时,单位制冷量的蒸汽消耗量增大,即热力系数降低,这是不经济的(其原因是进入发生器的稀溶液量不变化)。因此,采用这种调节方法时,制冷量不宜低于50%。

值得指出的是：在溴化锂吸收式制冷机组中,通过改变加热蒸汽量来改变制冷量,中间必须经过发生器、冷凝器及蒸发器等换热设备的作用,因此,由某一工况变化到另一工况的时间较长。根据实验可知,通过调节加热蒸汽量来改变制冷量时,制冷量由88%降低至63%,约需20min；制冷量由70%升高至100%时,约25min。这说明溴化锂吸收式制冷机的惯性较大。

图4-18 加热蒸汽量调节法示意图

2.加热蒸汽凝结水量调节法

这种调节方法与加热蒸汽量调节法相似,都是以改变发生器的热负荷来改变制冷量。当外界负荷降低时,蒸发器冷媒水出口温度降低。如图4-19所示,由安装在冷媒水管道上的感温元器件发出信号,通过调节器和执行机构,使蒸汽凝结水管道上的调节阀动作,以减少凝结水的排泄量。这样,发生器管内的凝结水逐渐蓄积,减小了有效传热面积。因此,热负荷下降,且机组的制冷量也随之下降,直至蒸发器冷媒水出口温度恢复为给定值。

两种调节法相比较,此方法最大的优点就是凝结水管道直径小,且所选用调节阀的尺寸小,使整套调节机构外形轻巧且安装和维修方便。

3.冷却水量调节法

这种调节法的原理如图4-20所示,它通过改变冷却水量来调节机组的制冷量,从而使蒸发器出口处冷媒水的温度保持恒定。

图4-19 加热蒸汽凝结水量调节法的示意图

图4-20 冷却水量调节法的原理示意图

当外界负荷降低时,蒸发器出口处冷媒水的温度降低。由感温元器件发出信号,经调节器和执行机构使调节阀动作,减小进入冷凝器的冷却水量。因此,冷凝温度升高,抑制发生器的作用,减少制冷剂发生量,从而降低机组的制冷量。

冷却水调节法元器件的安装不涉及机组的真空系统,从而没有泄露问题和元器件的防腐问题,安全可靠。

但是,采用冷却水调节法时,制冷量的调节范围较窄,通常仅为80%～100%。这是因为,如果要使制冷量降得更低,就必须显著地减少冷却水量(例如制冷量减少20%时,冷却水量要减少50%)。在这种情况下,冷凝温度升高,冷凝器中传热管的结垢情况加剧。这对制冷机的运行是不利的。另外,这种调节方法若不与前两种方法组合,则当外界负荷降低时,加热蒸汽的消耗量并不显著降低,而制冷量却明显地下降,即单位制冷量的蒸汽消耗量增大,热力系数降低。这是不经济的。

冷却水量调节法的另一个缺点是冷却水管道比较大。由于与此调节法相对应的调节阀与执行机构的尺寸也比较大,所以整套调节机构比较笨重。

4.溶液循环量调节法

如图4-21所示,发生器中加热蒸汽必须先把状态点7的稀溶液加热至饱和状态(状态点5),然后把稀溶液浓缩,产生制冷剂蒸气。过程线7-5-4表示了这一过程。将流量为m_a的稀溶液从t₇加热到t₅所需的热量Q_L是循环中的热损失,其值为

图4-21 发生器中溶液的加热过程图(www.daowen.com)

Q_L=m_a(t₅-t₇)C_p式中C_p—温度在t₇～t₅的平均比热容。

在同一个条件下,可认为温差(t₅-t₇)和平均比热容C_p为常数,因此Q_L与m_a成正比。当外界负荷降低时,若m_a不变,则Q_L几乎为定值,而制冷量Q_O却降低。随着Q_O不断降低,Q_L/Q_O的比值增大,单位制冷量的蒸汽消耗量增大,制冷机组的热效率降低。所以不论采用加热蒸汽量调节法、凝结水量调节法还是冷却水量调节法,低负荷时,单位制冷的蒸汽消耗量都增大,即经济性降低。

采用溶液循环量调节法可克服上述缺点。当外界负荷降低时,通过感温元器件、调节器和执行机构,使安装在稀溶液管道上的调节阀动作,减少进入发生器的稀溶液量,如图4-22所示。

图4-22 溶液循环量调节法示意图

可知：随着m_a的减少,蒸发器出口处冷媒水的温度回升,直至恢复到给定值。同时,由于m_a的减少,循环中的热损失Q_L也跟着减少,因而单位制冷量的蒸汽消耗量并不增加。

实践表明：采用溶液循环量调节法的经济效果最佳。因为制冷量由100%降低至10%时,单位制冷量的蒸汽消耗几乎不变,如图4-23中的曲线3所示。图4-23中,纵轴表示制取每千焦冷量所消耗的加热蒸汽量；横轴表示制冷量变化的百分比。曲线1和曲线2为采用冷却水量调节法和加热蒸汽量调节法(或凝结水量调节法)时,单位蒸汽消耗量与制冷量的变化关系。冷却调节法的经济效果较差,而当机组制冷量降低到50%以下时,蒸汽量调节法的经济效果也明显下降。

溶液循环量调节法的最大缺点是调节阀必须安装在溶液管道上。这不仅有可能影响机组的真空度,而且调节阀中与溴化锂溶液接触的元器件还必须考虑防腐问题,给调节阀的制造和安装增添了困难。此外,这种调节法若不与蒸汽流量调节法或凝结水量调节法相组合,则由于进入发生器的稀溶液量减少,而加热蒸汽量又不受控制,发生器中溶液的浓度增大,有可能产生结晶,所以溶液循环量调节法不宜单独采用。

5.组合式调节法

组合式调节法可以是溶液循环量调节法与蒸汽量调节法相组合,也可以是溶液循环量调节法与凝结水量调节法相组合。

图4-23 各种冷量调节法与蒸汽消耗率的关系曲线

1—冷却水量调节法 2—加热蒸汽量(或凝结水量)调节法 3—溶液循环量调节法

蒸汽量调节法与溶液循环量调节法相组合的调节分流原理如图4-24所示。当外界负荷降低时,通过蒸发器出口冷媒水管道上的感温元器件发出的信号来调节进入发生器的溶液量和加热蒸汽量,使制冷量降低,从而维持蒸发器出口处冷媒水的温度在给定的范围内。

图4-24 蒸汽量与溶液循环量组合调节法的系统图

这种组合方式的另一种调节系统如图4-25所示。当制冷机组在低于50%的负荷下运行时,将稀溶液的旁通阀打开,减少进入发生器的稀溶液量,即稀溶液旁通与蒸汽量调节法联合使用；而当制冷机组在50%以上的负荷下运行时,旁通阀关闭,仅依靠调节加热蒸汽量来改变机组的制冷量。旁通阀可采用双位式调节阀。

蒸汽凝结数量调节法和溶液循环量调节法组合方式的工作情况与上述相似,只是将调节阀安装在凝结水管道上。

图4-25 采用稀溶液旁通阀的调节系统图

6.直燃型机组能量的调节

以燃气直燃型机组为例,对于直燃型机组来说,在全负荷条件下,燃烧器将处于最大燃烧量的状态。当外界热负荷减小,冷媒水出水温度下降时,燃烧器将减小燃烧量以适应外界变化了的热负荷。当所需燃烧器的热量低于最小燃烧量时,燃烧器将出现断续工作的状态。直燃式机组制冷量调节的自动控制原理如图4-26所示。它主要是由温度传感器、温控器、执行机构(调节电动机)和调节阀组成的。温度传感器是经过标定的热电阻温度传感器。温控器采用模拟控制器或微电脑控制器。执行机构采用电动执行机构。燃气调节阀采用角行程蝶阀。为了保证燃烧器中具有一定的助燃空气,在燃烧管路和空气管路上同时设有流量调节阀,两者通过连杆机构保证同步动作。空气流量调节阀也采用角行程蝶阀。温度传感器安装在冷媒水的进口或出口处,被测冷媒水的温度与设定的冷媒水温度相比较,根据它们的偏差与偏差积累,控制进入燃烧器中的燃料和空气的量,尽量减少被测冷媒水温度与设定冷媒水温度的偏差。控制器所采用的控制规律通常为比例积分规律,该调节规律具有反应速度快,又能消除静态偏差的特点,是一个精度很高的调节器。

图4-26 直燃式机组制冷量自动控制原理示意图

1—燃烧器风机 2—空气流量调节阀 3—燃气调节阀 4—燃烧器 5—高压发生器 6—调节电动机 7—温控器 8—温度传感器 9—冷/热水出口连接管 10—温度传感器 11—冷/热水进口连接管