第八章吸收式制冷

26.04.2020,1,第八章吸收式制冷,能源與動力學(xué)院建筑環(huán)境與設(shè)備工程系,26.04.2020,2,第一節(jié)吸收式制冷的基本原理,高溫高壓制冷劑氣體,低溫低壓制冷劑氣體,高溫高壓制冷劑液體,低溫低壓制冷劑液體,蒸氣壓縮式制冷的基本原理,26.04.2020,3,第一節(jié)吸收式制冷的基本原理,一、吸收式制冷的基本原理,低壓制冷劑(氣液共存),利用熱源使溶液中的制冷劑氣化,利用濃溶液吸收制冷劑蒸氣,冷凝器,節(jié)流閥,吸收器,發(fā)生器,26.04.2020,4,1、吸收式制冷循環(huán),第一節(jié)吸收式制冷的基本原理,相當(dāng)于一個壓縮機(jī),制冷劑循環(huán)逆循環(huán),吸收劑循環(huán)正循環(huán),26.04.2020,5,2、吸收式制冷機(jī)的構(gòu)成,膨脹閥,蒸發(fā)器,冷凝器,發(fā)生器,吸收器,溶液泵,節(jié)流裝置,與蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)完全相同,相當(dāng)于“熱力壓縮機(jī)”吸收器相當(dāng)于吸氣側(cè)發(fā)生器相當(dāng)于壓出側(cè),第一節(jié)吸收式制冷的基本原理,26.04.2020,6,第一節(jié)吸收式制冷的基本原理,3、制冷劑吸收劑溶液在吸收器中，吸收劑吸收制冷劑蒸氣而形成的溶液稱之為制冷劑吸收劑溶液。(也稱之為制冷劑吸收劑工質(zhì)對)在吸收式制冷機(jī)中，吸收劑通常以二元溶液的形式參與循環(huán)，吸收劑溶液與制冷劑吸收劑溶液的區(qū)別在于前者所含制冷劑的濃度比后者低。,常用的制冷劑吸收劑工質(zhì)對：水溴化鋰水氯化鋰氨水,26.04.2020,7,一、吸收式制冷機(jī)的熱力系數(shù)1、吸收式制冷機(jī)熱力系數(shù)的定義吸收式制冷機(jī)所制取的制冷量與所消耗的熱量之比，即：,第一節(jié)吸收式制冷的基本原理,式中：0吸收式制冷機(jī)所制取的制冷量；k吸收式制冷機(jī)所消耗的熱量。,2、吸收式制冷機(jī)熱力系數(shù)分析(1)吸收式制冷系統(tǒng)與外界的能量交換,26.04.2020,8,第一節(jié)吸收式制冷的基本原理,吸收式制冷系統(tǒng)與外界的能量交換,根據(jù)熱力學(xué)第一定律：,假設(shè)：該吸收式制冷循環(huán)是可逆的；發(fā)生器熱媒溫度、蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、環(huán)境溫度均為常量。,則：,發(fā)生器熱媒引起的熵增為：,26.04.2020,9,蒸發(fā)器中被冷卻物質(zhì)引起的熵增為：,第一節(jié)吸收式制冷的基本原理,周圍環(huán)境引起的熵增為：,由熱力學(xué)第二定律可知：系統(tǒng)引起外界總熵的變化應(yīng)大于或等于零，即：,26.04.2020,10,第一節(jié)吸收式制冷的基本原理,將能量平衡方城代入上式，有：,若忽略泵的功耗，則吸收式制冷機(jī)的熱力系數(shù)為：,則吸收式制冷機(jī)的最大熱力系數(shù)max為：,26.04.2020,11,第一節(jié)吸收式制冷的基本原理,可見：吸收式制冷機(jī)的最大熱力系數(shù)等于工作在Tg與Te之間的卡諾循環(huán)的熱效率與工作在T0和Te之間的逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)的乘積。最大熱力系數(shù)隨熱源溫度的升高、環(huán)境溫度的降低及被冷卻介質(zhì)溫度的升高而增大。,因此，可逆吸收式制冷循環(huán)可看成卡諾循環(huán)與逆卡諾循環(huán)構(gòu)成的聯(lián)合循環(huán)，如右圖所示。故吸收式制冷與由熱機(jī)驅(qū)動的壓縮式制冷機(jī)相比，只要外界的溫度條件相同，二者的理想的最大熱力系數(shù)是相同的。,可逆吸收式制冷循環(huán),壓縮式制冷機(jī)的制冷系數(shù)應(yīng)乘以驅(qū)動壓縮機(jī)的動力裝置的熱效率后，才能與吸收式制冷機(jī)的熱力系數(shù)相比。,26.04.2020,12,第二節(jié)二元溶液的特性,26.04.2020,13,第二節(jié)二元溶液的特性,在吸收式制冷循環(huán)中，制冷劑吸收劑工質(zhì)對(二元混合物)的特性是關(guān)鍵問題，工質(zhì)對的特性受溶液濃度的影響。對于吸收式制冷機(jī)通常規(guī)定：溴化鋰水溶液的濃度指溶液中溴化鋰的質(zhì)量濃度；(在溴化鋰吸收式制冷機(jī)中，吸收劑是濃溶液。)氨水溶液的濃度指溶液中氨的質(zhì)量濃度。(在氨吸收式制冷機(jī)中，吸收劑是稀溶液。),26.04.2020,14,第二節(jié)二元溶液的特性,一、溴化鋰水溶液的特性溴化鋰水溶液是目前空調(diào)用吸收式制冷機(jī)采用的工質(zhì)對。溴化鋰的性質(zhì)：無水溴化鋰為無色粒狀結(jié)晶物，性質(zhì)和食鹽相似，化學(xué)穩(wěn)定性好，在大氣中不變質(zhì)、分解、揮發(fā)。無毒，對皮膚無刺激。通常固體溴化鋰含一個或兩個結(jié)晶水。溴化鋰水溶液對一般金屬有腐蝕性。溴化鋰的沸點(diǎn)比水高很多，溴化鋰水溶液發(fā)生沸騰時只有水汽化，生成純制冷劑，故不需設(shè)蒸汽精餾設(shè)備，系統(tǒng)簡單，熱力系數(shù)較高。其主要弱點(diǎn)在于以水為制冷劑，蒸發(fā)溫度不能太低。并且系統(tǒng)對真空度要求較高。,26.04.2020,15,(一)、溴化鋰水溶液的壓力飽和溫度圖,第二節(jié)二元溶液的特性,溴化鋰水溶液蒸汽壓圖,純水的壓力飽和溫度關(guān)系,溴化鋰溶液沸騰時，只有水被汽化，故溶液的蒸氣壓為水蒸氣的分壓。由圖可知：,一定溫度下溶液的水蒸氣飽和分壓力低于純水的飽和分壓力，并且濃度越高，分壓力越低：,結(jié)晶線表明在不同溫度下的飽和濃度。溫度越低，飽和濃度也越低。,溴化鋰溶液的濃度過高或溶液溫度過低均易形成結(jié)晶。(機(jī)組運(yùn)行時應(yīng)防止發(fā)生結(jié)晶),26.04.2020,16,第二節(jié)二元溶液的特性,(二)、溴化鋰水溶液的比焓濃度圖,飽和液態(tài)和過冷液態(tài)的比焓在h圖上可根據(jù)等溫線和等濃度線的交點(diǎn)確定。在溴化鋰溶液的h圖上只有液相區(qū)，氣態(tài)為純水蒸汽，集中在0的縱軸上。由于平衡時氣液同溫度，可通過某等壓輔助線和等焓線交點(diǎn)確定。,當(dāng)壓力較低時，壓力對液體的比焓和混合熱的影響很小，可認(rèn)為溶液的比焓只是溫度和濃度的函數(shù)。,溴化鋰水溶液的比焓濃度圖,26.04.2020,17,第三節(jié)單效溴化鋰吸收式制冷機(jī),26.04.2020,18,第三節(jié)單效溴化鋰吸收式制冷機(jī),溴化鋰吸收式制冷機(jī)的優(yōu)點(diǎn),(1)不需要設(shè)置蒸汽精餾設(shè)備，系統(tǒng)簡單，熱力系數(shù)較高；(2)可以利用各種熱能驅(qū)動，節(jié)約大量用電；(3)結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動部件少，安全可靠；(4)對環(huán)境和大氣臭氧層無害。,目前，溴化鋰吸收式制冷機(jī)發(fā)展迅速，在大型空調(diào)制冷系統(tǒng)和低品位熱能利用方面占有重要地位。,26.04.2020,19,第三節(jié)單效溴化鋰吸收式制冷機(jī),一、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán),1、單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)的流程(見flash),單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)的流程,26.04.2020,20,2、單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)理論循環(huán),第三節(jié)單效溴化鋰吸收式制冷機(jī),h圖上溴化鋰吸收式制冷機(jī)理論循環(huán),12：泵的加壓過程，來自吸收器的稀溶液由壓力P0下的飽和液變?yōu)閴毫k下的過冷液，濃度不變，溫度近似不變，點(diǎn)1與點(diǎn)2基本重合。,23：過冷的稀溶液在預(yù)熱器中的預(yù)熱，濃度不變，溫度升高。,34：稀溶液在發(fā)生器中的加熱過程，其中33g過冷稀溶液變?yōu)轱柡鸵旱倪^程；3g4為稀溶液在等壓Pk下沸騰氣化變?yōu)闈馊芤旱倪^程。發(fā)生器排出的蒸汽可認(rèn)為是與沸騰過程溶液的平均狀態(tài)相平衡的水蒸氣(狀態(tài)7的過熱水蒸汽),26.04.2020,21,第三節(jié)單效溴化鋰吸收式制冷機(jī),h圖上溴化鋰吸收式制冷機(jī)理論循環(huán),78：為冷劑水蒸氣在冷凝器中的冷凝過程，壓力為Pk。,89：為冷劑水的節(jié)流過程，壓力由Pk變?yōu)镻0下的濕蒸氣，狀態(tài)9的濕蒸氣為由狀態(tài)9的飽和水與狀態(tài)9的飽和水蒸氣組成。,910：為狀態(tài)9的濕蒸汽在蒸發(fā)器內(nèi)吸熱氣化至狀態(tài)10的飽和水蒸汽過程，其壓力為P0。,45：為濃溶液在熱交換器中的預(yù)冷過程，即由壓力為Pk的飽和液變?yōu)檫^冷液。,56：濃溶液的節(jié)流過程，將壓力為Pk的過冷液變?yōu)閴毫0下的濕蒸汽。,26.04.2020,22,第三節(jié)單效溴化鋰吸收式制冷機(jī),h圖上溴化鋰吸收式制冷機(jī)理論循環(huán),61：為濃溶液在吸收器中吸收過程，其中66a為濃溶液由濕蒸氣變?yōu)轱柡鸵籂顟B(tài)，6a1為狀態(tài)為6a的飽和液在壓力P0下與狀態(tài)10的冷劑水蒸汽放熱混合為稀溶液的過程。,3、理想溴化鋰吸收式制冷循環(huán)的熱力系數(shù),決定吸收式制冷循環(huán)的外部條件被冷卻介質(zhì)的溫度tcw：決定蒸發(fā)壓力(蒸發(fā)溫度t0)；冷卻介質(zhì)溫度tw：決定冷凝壓力Pk(冷凝溫度tk)及吸收器內(nèi)的最低溫度t1；熱源溫度th：決定發(fā)生器內(nèi)的最高溫度t4。,26.04.2020,23,第三節(jié)單效溴化鋰吸收式制冷機(jī),溶液的循環(huán)倍率f定義：系統(tǒng)中每產(chǎn)生1kg的制冷劑所需要的制冷劑吸收劑的千克數(shù)。,設(shè)從吸收器進(jìn)入發(fā)生器的稀溶液流量為F，發(fā)生器中產(chǎn)生的水蒸汽的質(zhì)量流量為D，則由發(fā)生器進(jìn)入吸收器的濃溶液流量為FD，根據(jù)發(fā)生器內(nèi)溴化鋰的制冷平衡方程可導(dǎo)出：,“放氣范圍”,26.04.2020,24,(3)理想溴化鋰吸收式制冷循環(huán)的熱力系數(shù),第三節(jié)單效溴化鋰吸收式制冷機(jī),可見：循環(huán)倍率對吸收式制冷的熱力系數(shù)影響很大，為增大熱力系數(shù)，需減小循環(huán)倍率。為減小循環(huán)倍率，需增大放氣范圍及減小濃溶液濃度。,26.04.2020,25,二、單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)的典型結(jié)構(gòu)與流程(一)單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)的典型結(jié)構(gòu)1、吸收式制冷機(jī)是在高真空度下工作的，要求系統(tǒng)密封性好。結(jié)構(gòu)安排必須緊湊，連接部件盡量減少，通常把發(fā)生器等四個主要換熱設(shè)備置于一個或兩個密閉筒體內(nèi)，即通常所說的單筒結(jié)構(gòu)和雙筒結(jié)構(gòu)。2、因設(shè)備內(nèi)壓力很低，為減少制冷劑蒸汽的流動損失，將壓力相近的設(shè)備合放在一個筒體內(nèi)，使外部冷卻介質(zhì)在管束內(nèi)流動，制冷劑在管束外較大的空間內(nèi)流動。3、蒸發(fā)器和吸收器采用噴淋式換熱設(shè)備，以減少靜液高度對蒸發(fā)溫度的影響(在蒸發(fā)器低壓下，100mm高的水層將使蒸發(fā)溫度上升1012C)。發(fā)生器雖多采用沉浸式，但液層的高度要求小于300350mm。,第三節(jié)單效溴化鋰吸收式制冷機(jī),26.04.2020,26,第三節(jié)單效溴化鋰吸收式制冷機(jī),雙筒形單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖,1吸收器；2稀溶液囊；3發(fā)生器泵；4溶液熱交換器；5發(fā)生器；6濃溶液囊；7擋液板；8冷凝器；9冷凝器水盤；10U形管；11蒸發(fā)器；12蒸發(fā)器水盤；13蒸發(fā)器水囊；14蒸發(fā)器泵；15冷劑水噴淋系統(tǒng)；16擋水板；17吸收器泵；18溶液噴淋泵；19發(fā)生器溶液囊；20三通閥；21濃溶液溢流管；22抽氣裝置,26.04.2020,27,第三節(jié)單效溴化鋰吸收式制冷機(jī),(二)單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)的流程,26.04.2