溴化鋰制冷原理

1、溴化鋰吸收式製冷循環(huán)Absorption Refrigeration1吸收式製冷目前在日本、中國和韓國得到了較普遍的應用。隨著我國西氣東輸工程的實施和天然氣的引進或開採，吸收式製冷正在製冷空調中發(fā)揮重要作用。 充分利用餘熱的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)將使得吸收式製冷必不可少； 廣泛的燃氣供應，以及夏季燃氣低谷和用電高峰，可以使得燃氣直燃式吸收式空調得到更廣泛的應用。我國在吸收製冷設計和製造方面處於國際先進水準，出現(xiàn)了江蘇雙良，長沙遠大，大連三洋等一系列著名品牌。前言2第一節(jié)吸收式製冷的基本原理3氣體製冷劑回復到液體狀態(tài)製冷劑蒸發(fā)吸收熱量製冷（利用吸收方式）基本原理4基本原理 吸收式製冷利用溶液在一定條件下

2、能析出低沸點組分的蒸氣，在另一種條件下又能吸收低沸點組分這一特性完成製冷迴圈。 目前吸收式製冷機多用二元溶液，習慣上稱低沸點組分為制冷劑，高沸點組分為吸收劑。5基本原理吸收式與蒸氣壓縮式製冷迴圈的比較 (a)蒸氣壓縮式製冷迴圈；(b)吸收式製冷迴圈6基本原理整個系統(tǒng)包括兩個回路： 製冷劑回路 溶液回路吸收式製冷是利用工質對的品質分數(shù)變化，完成製冷劑的迴圈，因而被稱為吸收式製冷。7基本原理發(fā)生器和冷凝器（高壓側）與蒸發(fā)器和吸收器（低壓側）之間的壓差通過安裝在相應管道上的膨脹閥或其它節(jié)流機構來保持。在溴化鋰吸收式製冷機中，這一壓差相當小，一般只有6.58kPa，因而採用U型管、節(jié)流短管或節(jié)流小孔即

3、可。8基本原理發(fā)生器 generator吸收式製冷機中，通過加熱析出製冷劑的設備。吸收器 absorber吸收式製冷機中，通過濃溶液吸收劑在其中噴霧以吸收來自蒸發(fā)器的製冷劑蒸氣的設備。9基本原理 綜上所述，溴化鋰吸收式製冷機的工作過程可分為兩個部分：(1)製冷劑迴圈 發(fā)生器中產(chǎn)生的冷劑蒸氣在冷凝器中冷凝成冷劑水，經(jīng)U形管進入蒸發(fā)器，在低壓下蒸發(fā)，產(chǎn)生製冷效應。這些過程與蒸氣壓縮式製冷迴圈在冷凝器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器中所產(chǎn)生的過程完全相同； (2)溶液迴圈 發(fā)生器中流出的濃溶液降壓後進入吸收器，吸收由蒸發(fā)器產(chǎn)生的冷劑蒸氣，形成稀溶液，用泵將稀溶液輸送至發(fā)生器，重新加熱，形成濃溶液。這些過程的作用相當

4、於蒸氣壓縮式製冷迴圈中壓縮機所起的作用。10壓縮式與吸收式製冷的異同 高壓製冷劑蒸氣在冷凝器中冷凝後，經(jīng)節(jié)流元件節(jié)流，溫度和壓力降低，低溫、低壓液體在蒸發(fā)器內汽化，實現(xiàn)製冷。共同點11壓縮式與吸收式製冷的異同消耗的能量不同蒸發(fā)壓縮式製冷機消耗機械功，吸收式製冷機消耗的是熱能。吸收製冷劑蒸氣的方式不同利用液體蒸發(fā)連續(xù)不斷地製冷時，需不斷地在蒸發(fā)器內產(chǎn)生蒸氣。蒸氣壓縮式用壓縮機A吸收此蒸氣，吸收式製冷機用吸收劑在吸收器內吸取製冷劑蒸氣。將低壓製冷劑蒸氣變?yōu)楦邏貉u冷劑蒸氣時採取的方式不同蒸氣壓縮式製冷機通過原動機驅動壓縮機完成，吸收式製冷機則是通過吸收器、溶液泵、發(fā)生器和節(jié)流閥完成。提供的冷源溫度不

5、同蒸氣壓縮式製冷可以提供0以下的低溫冷源，應用範圍廣泛；而吸收式製冷一般只能制取0以上的冷水，多用於空調系統(tǒng)。不同點12工質不同壓縮式製冷吸收式製冷單組分或多組分工質雙組分工質對溴化鋰水氨水吸收劑 製冷劑高沸點組分低沸點組分壓縮式與吸收式製冷的異同不同點13吸收劑對吸收劑的要求：1) 有強烈吸收製冷劑的能力；2) 在相同壓力下，它的沸騰溫度應比製冷劑的沸騰溫度高得多；3) 不應有爆炸、燃燒的危險，並對人體無毒害；4) 對金屬材料的腐蝕性小；5) 價格低，易獲得?？晒┛紤]使用的製冷劑-吸收劑溶液很多，按溶液中含有的製冷劑種類區(qū)分，可分為水類、氨類、乙醇類和氟里昂類。14吸收式製冷的特點(1)可以

6、利用各種熱能（蒸氣、廢熱、餘熱、燃油、燃氣等）驅動；(2)可以大量節(jié)約用電；(3)結構簡單，運動部件少，安全可靠；(4)對環(huán)境和大氣臭氧層無害。15熱力係數(shù)評價指標：吸收式製冷機所消耗的能量主要是熱能，常以熱力係數(shù) 作為其經(jīng)濟性評價指標。熱力係數(shù) 是吸收式製冷機所制取的製冷量QO與消耗的熱量Qh之比：16最大熱力係數(shù)因此，最大熱力係數(shù)為：逆卡諾迴圈的製冷係數(shù)卡諾迴圈的熱效率17熱力完善度 熱力係數(shù)與最大熱力係數(shù)之比，稱為熱力完善度。18最大熱力係數(shù) 可逆吸收式製冷迴圈是卡諾迴圈與逆卡諾迴圈構成的聯(lián)合迴圈。 吸收式製冷機與由熱機直接驅動的壓縮式製冷機相比，在對外界能量交換的關係上是等效的。只要外

7、界的溫度條件相同，二者的理想最大熱力係數(shù)是相同的。 壓縮式製冷機的製冷係數(shù)應乘以驅動壓縮機的動力裝置的熱效率後，才能與吸收式製冷機的熱力係數(shù)進行比較。可逆吸收式製冷迴圈19第二節(jié)吸收式製冷機的溶液熱力學基礎20 兩種互相不起化學作用的物質組成的均勻混合物稱為二元溶液。 吸收式製冷工質對是一種二元溶液,其品質分數(shù) 是以溶液中溶質的品質百分數(shù)表示的。 二元溶液的品質分數(shù)溴化鋰水溶液的品質百分數(shù)： 21 二元溶液的摩爾分數(shù) 是以溶液中溶質的摩爾百分數(shù)表示的。二元溶液的摩爾分數(shù)溴化鋰水溶液的摩爾分數(shù)： 22拉烏爾定律：在一定溫度下，理想溶液任一組分的蒸氣分壓等於其純組分的飽和蒸氣壓乘以該組分在液相中的

8、摩爾分數(shù)。氣液相平衡，對於二元溶液，總飽和蒸氣壓等於兩組分的蒸氣壓之和：（ ）23氣液相平衡對於溴化鋰水溶液，由於溴化鋰的沸點比水高得多，因此：即氣相中只有水蒸氣。24混合現(xiàn)象兩種液體混合時容積和溫度的變化25混合現(xiàn)象混合熱：每生成1kg混合物所需要加入或排出的熱 量，稱為混合物的混合熱 。兩種液體混合前的比焓：混合後的比焓：26二元溶液的溫度濃度圖封閉容器內二元溶液的定壓氣化泡點露點27二元溶液在不同壓力下的溫度-濃度圖二元溶液在不同壓力下的溫度-濃度關係28封閉容器內二元氣態(tài)溶液的定壓冷凝二元溶液的溫度濃度圖29二元溶液的的特性（小結）純物質在一定壓力下只有一個飽和溫度，其定壓氣化或冷凝過

9、程是定溫過程。而二元溶液在一定壓力下的飽和溫度卻與濃度有關。隨著溶液的氣化，剩餘液體中低沸點物質含量的減少，其溫度將逐漸升高。所以，二元溶液的定壓氣化過程是升溫過程。同理，二元氣態(tài)溶液的定壓冷凝過程則是降溫過程。濕蒸氣中飽和液與飽和氣的溫度相同而濃度不同，飽和液的濃度低於濕蒸氣的濃度，飽和氣的濃度高於濕蒸氣的濃度。對於一定濃度的二元溶液，其飽和溫度隨壓力的增加而上升。純物質的飽和液或飽和氣狀態(tài)點只需壓力或溫度二者中一個參數(shù)即可確定，而二元溶液的飽和液或飽和氣狀態(tài)點必須由壓力、溫度、濃度中任意兩個參數(shù)確定（p-t圖）。30溶解和結晶0以上，溴化鋰極易溶于水，0時飽和濃度為55；溴化鋰在水中的溶解

10、度隨溫度的降低而降低，溶液的濃度不宜超過66，否則運行中，當溶液溫度降低時，將有溴化鋰結晶析出的危險性，破壞迴圈的正常運行。 溴化鋰的結晶線很陡峭，濃度略有變化，結晶溫度相差很大 。溴化鋰水溶液的特性31溴化鋰結晶線32吸收能力 溴化鋰水溶液的水蒸氣分壓比同溫度下純水的飽和蒸汽壓小得多，故在相同壓力下，溴化鋰水溶液具有吸收溫度比它低得多的水蒸氣的能力，這是溴化鋰水溶液能作為吸收式製冷工質對的原因。如濃度為58的溴化鋰水溶液在溫度為32時，溶液水蒸氣分壓力為479Pa，純水在32時為4759Pa；溴化鋰水溶液濃度越高，它對水蒸氣的吸收能力越強。 溴化鋰水溶液的特性33一個大氣壓下：水的沸點 10

11、0溴化鋰的沸點 1265 溴化鋰與水的沸點溴化鋰水溶液的特性由於溴化鋰的沸點比水高得多，溴化鋰水溶液在發(fā)生器中沸騰時只有水汽化，生成純冷劑水，故不需要蒸汽精餾設備，系統(tǒng)較為簡單，熱力係數(shù)較高。34腐蝕性 對一般金屬（炭鋼、紫銅等）有強腐蝕性，有空氣（氧氣）存在時腐蝕性更為嚴重。 運行時控制腐蝕方法：嚴格保持系統(tǒng)內的真空度（真空泵）；在溶液在加緩蝕劑減緩腐蝕。 溴化鋰水溶液的特性35毒性 溴化鋰水溶液無毒，有鎮(zhèn)靜作用，大量服用有害；對皮膚無刺激作用（微癢感）；加入緩蝕劑後視緩蝕劑的種類有不同的毒性。 溴化鋰水溶液的特性36溴化鋰水溶液的壓力-飽和溫度圖（P-T）圖 純水的P-T線結晶線37溴化鋰

12、水溶液的壓力-飽和溫度圖（P-T）圖 溫度越低，溴化鋰水溶液的飽和濃度也越低。因此，溴化鋰水溶液的濃度過高或溫度過低時均易於形成結晶，這是溴化鋰吸收式製冷機設計和運行中必須注意的問題。在一定溫度下，溶液面上水蒸氣飽和分壓力低於純水的飽和分壓力，而且溶液的濃度越高，液面上水蒸氣飽和分壓力越低，則溶液的吸水性越強。相同壓力時，隨著濃度的升高；對應的溶液飽和溫度上升38溴化鋰水溶液的壓力-飽和溫度圖（P-T）圖 P-T圖除了可以用來確定溶液的狀態(tài)參數(shù)外，還常被用來表示溴化鋰水溶液熱力狀態(tài)的變化及溴化鋰吸收式製冷的工作迴圈過程。ABCD39A B:溶液在發(fā)生器中的等壓加熱濃縮過程，稱為發(fā)生過程C D:

13、溶液在吸收器中的等壓冷卻稀釋過程，稱為吸收過程B C:濃溶液在熱交換器中的冷卻過程；D A:稀溶液在熱交換器中的加熱過程；溴化鋰水溶液的壓力-飽和溫度圖（P-t）圖 這兩個過程因為沒有發(fā)生傳質現(xiàn)象，因此溶液的濃度不變。P-T圖由於沒有反映比焓的變化，因此不能用P-T圖進行吸收式製冷迴圈的熱力計算。為了進行熱力計算，常用比焓濃度圖（h- ） 。40溴化鋰水溶液的比焓濃度圖比焓-濃度圖不但可以求得溶液的狀態(tài)參數(shù)，還可以將溶液的熱力過程清楚地表示出來，是進行吸收式製冷迴圈的理論分析，熱力計算和運行特性分析的主要圖表。其用途相當於蒸氣壓縮製冷中的壓焓圖。氣相區(qū)液相區(qū)41溴化鋰水溶液的比焓濃度圖ABC四

14、個參數(shù)：溫度濃度水蒸氣壓比焓只要知道任意2個，就可以查出另外2個注意：等壓線反映的是溶液所具有的水蒸氣壓，而不是溶液的壓力。只有處於相平衡時，溶液的壓力才等於其水蒸氣壓。42第三節(jié)溴化鋰吸收式製冷機43圖5-1 單筒單效蒸汽型溴化鋰冷水機組1冷凝器 2發(fā)生器 3蒸發(fā)器 4吸收器5溶液熱交換器 6溶液泵I 7冷劑泵 8溶液泵II44圖5-2雙筒單效溴化鋰吸收式製冷機的典型結構45結構型式單筒類型雙筒類型三筒類型圖5-1為一種單筒型單效溴化鋰冷水機組46理想迴圈在h-w圖上的表示點2：稀溶液出吸收器的狀態(tài)。t2、wa2-7：稀溶液。t 、w=C7-5：稀溶液在發(fā)生器中的等濃度加熱過程。t7t55-

15、4：發(fā)生器內蒸汽發(fā)生過程。t5t4,wawr點4：發(fā)生器出口濃溶液狀態(tài)， wr, t44-8：濃溶液在熱交換器中的預冷過程，t4t8 ， wr=C8-9：濃溶液與稀溶液的混合過程。wo,t9 9-9：混合溶液出吸收器噴嘴的閃發(fā)過程,wo w99-2：噴淋液在吸收器的吸收過程,w,t3-3：發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽在冷凝器的冷凝過程。壓力pk3-1:冷劑水經(jīng)U形管產(chǎn)生部分閃發(fā)（1），未閃發(fā)冷劑水（1）進蒸發(fā)器被吸收器中噴淋的混合溶液吸收。完成一個製冷迴圈。47圖5-2溴化鋰吸收式製冷的h-w圖（右圖為溶液在h-w圖上的迴圈） (1) 理想溴化鋰製冷迴圈48迴圈倍率和放氣範圍 系統(tǒng)中每產(chǎn)生1kg製冷劑所需

16、要的製冷劑-吸收劑溶液的kg數(shù)，稱為溶液的循環(huán)倍率，用a表示。對發(fā)生器進行溶質守恆計算：放氣範圍，表示濃溶液與稀溶液的濃度差 wa.qmf =(qmf - qmd)wr+0.qmd 令 a =qmf/qmd解出a=wr/wr-wa49PgPk，兩者之差是發(fā)生器與冷凝器之間的壓力損失。當加熱溫度不變時，等溫線55不變，如圖5-3。由於發(fā)生器的壓力由Pk到Pg，本來在5點可以沸騰的稀溶液在5，點才開始沸騰，降低了開始發(fā)生蒸汽的濃度，由wa為wa 。由於w使溶液的含水量增加，從而使逸出溶液的水量減少，製冷劑流量qmd，造成製冷量，（waw a）稱發(fā)生不足。另一方面在加熱溫度不變的情況下，由於壓力由P

17、k到Pg，溶液的飽和壓力（溫度）也，溶液產(chǎn)生蒸汽的過熱度，這也使蒸汽的蒸發(fā)量，製冷量。(2)實際迴圈與理想迴圈的比較50 從圖上也可以看到5點的水蒸汽焓比5點的水蒸汽焓大，即h5”h5a，可知由於發(fā)生不足生產(chǎn)水蒸氣會增加能耗，熱力係數(shù)，所以在設計中要儘量減少發(fā)生器與冷凝器之間的壓差。圖5-3 壓力變化對製冷量的影響51 在理想情況下蒸發(fā)器壓力pa與吸收器壓力Pa相同，實際上paPa ，當冷卻水溫不變時（溶液的蒸汽壓不變），如圖5-3其溶液吸收終了的濃度增加wr wr wr -wr 稱吸收器吸收不足。從熱力學的觀點看，吸收器中的壓力降低有利於蒸發(fā)而不利於吸收（凝結），吸收水蒸汽的量減少，一方面使

18、溶液的品質分數(shù)增加，這和圖上是一致的。另一方面使製冷劑流量qmd ，造成製冷量 ，熱力係數(shù) 。 除了上述兩種情況外，還有傳熱不充分，不凝性氣體的存在，混合液沒有達到平衡狀態(tài)，傳熱熱阻變化等都影響吸收式製冷機的製冷量。52 從目前吸收式系統(tǒng)製冷劑和吸收劑看，對幾個熱量項可以概括如下： k0 ag 理想單效吸收式製冷迴圈的熱力係數(shù)估算53對於大多數(shù)吸收工質對有以下關係式成立:3.12.1 ka) (2.10kagTTTT-理想單效吸收式製冷迴圈的熱力係數(shù)估算8.0akideal54單效製冷機使用能源廣泛，可以採用各種工業(yè)餘熱，廢熱，也可以採用地熱、太陽能等作為驅動熱源，在能源的綜合利用和梯級利用方

19、面有著顯著的優(yōu)勢。而且具有負荷及熱源自動跟蹤功能，確保機組處於最佳運行狀態(tài)。單效製冷機的驅動熱源為低品位熱源，其COP在0.5-0.7，如果業(yè)主具備高品位的熱源，應選擇直燃機或蒸汽雙效製冷機，其COP在1.31以上。單效溴化鋰吸收式機組的特徵55直燃吸收式溴化鋰冷溫水機，我們稱之為“直燃機”，是直接燃燒天然氣、煤氣、液化石油氣，柴油作能源，以水/溴化鋰作介質的冷熱源設備。由於直燃機不以電為能源（只需極少的電作迴圈輔助動力），並具有製冷、採暖、衛(wèi)生熱水功能，可以大幅度削減電力投資和供熱設備投資。在電空調廣泛采用的國家和地區(qū)，直燃機更能削減夏季峰值電力、填補夏季燃氣低穀的綜合經(jīng)濟效益，對於電力行業(yè)

20、及燃燒行業(yè)健康發(fā)展都具有舉足輕重的影響。世界首臺直燃機1968年在日本誕生，從1980年起成為日本、韓國等國的主要空調設備，佔有該國中央空調市場80%以上的份額。遠大1992年開發(fā)成功中國首臺直燃機，1996年成為全球直燃機產(chǎn)銷量最大的企業(yè)，至2002年已出口20餘個國家，在中、美等國市場佔有率為同行之首。5657單效蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機組迴圈流程的溶液回路包括下列過程：（1）稀溶液經(jīng)溶液熱交換器的加熱升溫過程（2）稀溶液在發(fā)生器中的發(fā)生過程（3）濃溶液經(jīng)溶液熱交換器的冷卻降溫過程（4）濃溶液和稀溶液在進入吸收器之前的混合過程（5）混合溶液在吸收器中的吸收過程58單效蒸汽型溴化鋰吸收式冷水

21、機組迴圈流程的製冷劑回路包括下列過程：（1）冷劑蒸汽在冷凝器中的冷凝過程（2）冷劑水在蒸發(fā)器中的蒸發(fā)過程59吸收式機組的應用系統(tǒng)驅動熱源回路製冷劑回路溶液回路冷卻水回路冷水回路抽氣裝置自動控制裝置安全保護裝置蒸汽型直燃型熱水型餘熱型吸收式製冷的系統(tǒng)構成60溴化鋰吸收式製冷機的主要附加措施防腐蝕問題；抽氣裝置；防結晶問題；制冷量的調節(jié)。61吸收式熱泵吸收式製冷機可以作為熱泵使用，它可以回收廢熱水的熱量，制取高溫水，用於採暖等場合。吸收式熱泵有兩種形式第一類吸收式熱泵第二類吸收式熱泵62吸收式熱泵第一類吸收式熱泵利用高溫熱源，把低溫熱源的熱能提高到中溫的熱泵系統(tǒng)，它是同時利用吸收熱和冷凝熱以制取中

22、溫熱水的吸收式製冷機。這種熱泵以增加熱量為目的，故又稱為增熱型吸收式熱泵。低溫熱源驅動熱源輸出熱源63吸收式熱泵第二類吸收式熱泵利用中溫廢熱和發(fā)生器形成驅動熱源系統(tǒng)，同時還利用中溫廢熱和蒸發(fā)器構成熱源系統(tǒng)，在吸收器中制取溫度高於中溫廢熱的熱水的熱泵系統(tǒng)。這種熱泵以升溫為目的，故又稱為熱變換器。驅動熱源輸出熱源驅動熱源低溫冷卻水64吸收式熱泵第二類吸收式熱泵由於冷凝壓力低於蒸發(fā)壓力，所以，需由溶液泵P將濃溶液從發(fā)生器送至吸收器，而冷劑水需用冷劑水泵P 將其從冷凝器送至蒸發(fā)器。 當有510的低溫水(如冬季)作為冷卻水時，這種機型可利用較低溫度(如70 )的中溫廢熱水作發(fā)生器和蒸發(fā)器的熱源，使較高溫

23、度的水在吸收器內升溫(95100 )，其熱力係數(shù)約0.5。冷凝器中的冷卻水溫度越低，所得到的高溫水溫度越高。低溫冷卻水65第四節(jié)雙效溴化鋰吸收式製冷機66動畫串聯(lián)雙效溴化鋰流程.swf5.4.1 串聯(lián)式67點2：稀溶液出吸收器的狀態(tài)。 t2、wa 、pa2-7-10：稀溶液在低溫和高溫熱交換器中的預熱過程。t2t7t10 、w=C10-11：稀溶液在高壓發(fā)生器中的等濃度加熱過程。t10飽和溫度t1111-12：高壓發(fā)生器內蒸汽發(fā)生過程。t11 t12, wa wo 12-5：wo溶液狀態(tài)在高溫熱交換器中的預冷過程， wo, t5經(jīng)節(jié)流後進入低壓發(fā)生器，壓力為pk685-4：低壓發(fā)生器中的發(fā)生過

24、程。 t5t4 ，wowr4-8：低發(fā)出口濃溶液在低溫熱交換器中的預冷過程，t4t8 ， wr=C8-9：濃溶液與稀溶液的混合過程。w9 t9 9-9：混合溶液出吸收器噴嘴的閃發(fā)過程,wo w99-2：噴淋液在吸收器的吸收過程,w,t t2、wa 3c:高發(fā)產(chǎn)生的製冷劑蒸汽；壓力為pr3c-3b:蒸汽在低發(fā)內凝結而加熱溶液，變成下pr飽和水經(jīng)節(jié)流後與低發(fā)產(chǎn)生的3狀態(tài)的蒸汽一起進入冷凝器，凝結成為點3狀態(tài)的製冷劑飽和水，壓力pk3-3：發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽在冷凝器的冷凝過程。壓力pk3-1-1a：冷劑水經(jīng)節(jié)流產(chǎn)生部分閃發(fā)（1），未閃發(fā)冷劑水1進蒸發(fā)器吸熱汽化為1a狀態(tài)的蒸汽，被吸收器中噴淋的混合溶液吸收。完成一個製冷迴圈。69 並聯(lián)式雙效溴化鋰吸收式製冷機原理圖5.4.2 並聯(lián)式70 並聯(lián)式雙效溴化鋰吸收式製冷機h-w圖71 第五節(jié) 三效和多效溴化鋰吸收式製冷迴圈 三效溴化鋰吸收式製冷機使用的加熱熱源溫度高，其熱量可以按溫度不同進行梯度利用，即達到了節(jié)能的目的，也提高了熱力係數(shù)，熱力係數(shù)可達1.6以上。具有高溫熱源的場合，應儘量採用三效溴化鋰製冷迴圈。在此基礎上，如果有更高的熱源，可以推廣到多效溴化鋰製冷迴圈，以獲得更大的熱力係數(shù)。72串聯(lián)三效溴化鋰吸收式製冷機原理圖 73三效溴化鋰吸收式製冷機的h-w圖74多