吸收式制冷機的系統(tǒng)課件

制冷與低溫技術原理

(五)多媒體教學課件李文科制作制冷與低溫技術原理

(五)多媒體教學課件第五章吸收式制冷第一節(jié)概述第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液

的h-w圖第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機第四節(jié)氨吸收式制冷機第五章吸收式制冷第一節(jié)概述第一節(jié)概述內(nèi)容提要

吸收式制冷與蒸氣壓縮式制冷的比較一、制冷劑與吸收劑二、制冷性能參數(shù)第一節(jié)概述內(nèi)容提要第一節(jié)概述

吸收式制冷和蒸氣壓縮式制冷都是利用制冷劑的汽化潛熱制取冷量，圖5－1示出吸收式制冷機與蒸氣壓縮式制冷機工作原理的比較。由圖可見，它們的共同點是：高壓制冷劑蒸氣在冷凝器R中冷凝后，經(jīng)節(jié)流元件J節(jié)流，溫度和壓力降低，低溫、低壓液體在蒸發(fā)器Z內(nèi)汽化，實現(xiàn)制冷。它們的不同點是：

(1)提供能量的種類不同。蒸氣壓縮式制冷機消耗機械功，吸收式制冷機消耗熱能。

(2)吸取制冷劑蒸氣的方式不同。利用液體蒸發(fā)連續(xù)不斷地制冷時，需不斷地在蒸發(fā)器內(nèi)產(chǎn)生蒸氣。蒸氣壓縮式制冷機用壓縮機A吸取此蒸氣，吸收式制冷機用吸收劑在吸收器c中吸取制冷劑蒸氣。第一節(jié)概述吸收式制冷和蒸氣壓縮式制冷第一節(jié)概述

(3)將低壓制冷劑蒸氣變?yōu)楦邏褐评鋭┱魵鈺r采取的方式不同。蒸氣壓縮式制冷機通過原動機驅(qū)動壓縮機A完成，吸收式制冷機則是通過吸收器c、溶液泵d、發(fā)生器a和節(jié)流閥b完成。第一節(jié)概述(3)將低壓制冷劑蒸氣變?yōu)榈谝还?jié)概述

(a)蒸氣壓縮式制冷機(b)吸收式制冷機圖5－1蒸氣壓縮式制冷機與吸收式制冷機工作原理比較A—壓縮機；R—冷凝器；J—節(jié)流閥；Z—蒸發(fā)器a—發(fā)生器；b—節(jié)流閥；c—吸收器；d—溶液泵第一節(jié)概述第一節(jié)概述一、制冷劑與吸收劑吸收式制冷機利用溶液在一定條件下能析出低沸點組分的蒸氣，在另一條件下又能吸收低沸點組分的蒸氣這一特性完成制冷循環(huán)。目前吸收式制冷機中常用二組分溶液，習慣稱低沸點組分為制冷劑，高沸點組分為吸收劑。

對于吸收劑，應有如下特性：

(1)有強烈吸收制冷劑的能力；

(2)在相同壓力下，它的沸騰溫度應比制冷劑的沸騰溫度高得多；

(3)不應有爆炸、燃燒的危險，并對入體無毒害；

(4)吸收劑與制冷劑對金屬材料的腐蝕性??；

(5)價格低，易獲得。第一節(jié)概述一、制冷劑與吸收劑第一節(jié)概述可供使用的制冷劑－吸收劑溶液很多，按溶液中含有的制冷劑種類區(qū)分，可分為水類、氨類、醇類和氟利昂類四大類。

水類溶液是以水為制冷劑。水是很容易獲得的天然物質(zhì)，它無毒、不燃燒、不爆炸，對環(huán)境也沒有破壞作用，汽化潛熱大，是一種相當理想的制冷劑。但受其物性的限制，只適宜用于蒸發(fā)溫度較高的空調(diào)設備；溴化鋰水溶液的表面張力較大，使傳熱、傳質(zhì)困難；溴化鋰較易結(jié)晶，影響運轉(zhuǎn)；溴化鋰水溶液對一般金屬有強烈的腐蝕作用。

氨類溶液以氨和甲胺為制冷劑。氨有爆炸性和毒性，冷凝壓力較高。此外，氨與水的沸點相差較小，需通過精餾將氨/水混合氣體中的水蒸氣分離。探索用別的物質(zhì)替代水做吸收劑的研究工作正在進行，已取得了一定成效。第一節(jié)概述可供使用的制冷劑－吸收劑溶第一節(jié)概述

醇類溶液以甲醇、TFE和HFIP為制冷劑。甲醇與溴化鋰配對后，可提高循環(huán)的性能(節(jié)能)；以TFE(三氟乙醇)和HFIP(六氟異丙醇)為制冷劑的溶液，可用于節(jié)能效果較好的GAX循環(huán)。但它們的粘度較大，易燃，對熱不穩(wěn)定。TFE的汽化潛熱很小。為克服這些缺點，通過加水以降低粘度的嘗試，以及使用LiI(碘化鋰)的方案都在開發(fā)中。

氟利昂類溶液以氟利昂為制冷劑。它通常與有機溶液配對，有較寬廣的溫度適應范圍。其中，R22因在汽化潛熱、工作壓力、熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性等方面有好的性能而受到公認。此外，R123a也受到重視。R22和R123a的吸收劑為二甲醚四甘醇(DMETEG)。因為R22和R123a均含有氯原子，故從長期角度看，它們均為過渡性物質(zhì)。第一節(jié)概述醇類溶液以甲醇、TFE和H第一節(jié)概述

表5-1中列出了一部分用于吸收式制冷機的溶液。一些用于吸收式制冷機的制冷劑主要物性參數(shù)列在表5-2中。表5-1制冷劑－吸收劑溶液名稱制冷劑吸收劑氨水溶液氨水溴化鋰水溶液水溴化鋰溴化鋰甲醇溶液甲醇溴化鋰硫氰酸鈉－氨溶液氨硫氰酸鈉氯化鈣－氨溶液氨氯化鈣氟利昂溶液R22二甲醚四甘醇TFE－NMP溶液三氟乙醇甲基吡咯烷酮第一節(jié)概述表5-1中列出了一部分用于第一節(jié)概述表5-2一些制冷劑的主要物性參數(shù)名稱化學式相對分子量凝固點℃沸點℃潛熱kJ/kg比熱(25℃)kJ/(kg·K)粘度×10-6Pa·s水H2O18.020.0100.022574.174891氨NH317.03-77.7-33.413682.15610.2甲胺CH3NH231.06-93.5-6.33872(157℃)3.2240(0℃)甲醇CH3OH32.04-97.764.651190(0℃)2.52555TFECF3CH2OH100.04-45753561.72(20℃)1560(30℃)第一節(jié)概述表5-2一些制冷劑的主要物性參數(shù)名第一節(jié)概述二、制冷性能參數(shù)

吸收式制冷機通過輸入熱量制冷。按式(3－1)，其制冷性能系數(shù)等于制冷量φ0與驅(qū)動熱源輸出的熱負荷φg之比值

COP=φ0/φg

(5－1)式中：COP—吸收式制冷機的制冷性能系數(shù)。

φa=φ0+φg(5－2)式中：φa、φ0、φg—分別表示向環(huán)境排放的熱負荷、制冷量、驅(qū)動熱源輸出的熱負荷。

COP是衡量吸收式制冷機性能的一個重要指標，它反映了從驅(qū)動熱源輸出的熱負荷與制冷機制冷量之間的關系，但不能反映循環(huán)中存在的熱力學不可逆損失。第一節(jié)概述二、制冷性能參數(shù)第一節(jié)概述評價吸收式制冷機不可逆損失的基準是熱能驅(qū)動的可逆機的制冷機性能系數(shù)COPmax。

圖5－2熱能驅(qū)動的制冷系統(tǒng)第一節(jié)概述評價吸收式制冷機不可逆損失第一節(jié)概述設有圖5－2所示的制冷系統(tǒng)，其驅(qū)動熱源溫度為Tg，環(huán)境溫度為Ta，低溫熱源溫度為Tc。Tg、Ta和Tc均為恒溫。當制冷機為可逆機時，根據(jù)熱力學第二定律(5－3)按式(5－1)、(5－2)和(5－3)，得到熱能驅(qū)動的可逆機的制冷性能系數(shù)COPmax為(5－4)式(5－4)表示，COPmax隨Tg、Tc的提高而提高，隨Ta的提高而降低。這一結(jié)論，對于提高實際應用的制冷機的性能也有指導意義。第一節(jié)概述設有圖5－2所示的制冷系統(tǒng)第一節(jié)概述按式(3－7)，判別實際制冷循環(huán)的不可逆程度的循環(huán)效率η為(5－5)

對于吸收式制冷機(5－6)在Tg、Ta、Tc不變時，降低吸收式制冷機的不可逆損失，可提高循環(huán)效率和性能系數(shù)。吸收式制冷機中常用的二元溶液由兩個組分組成。相平衡時，低沸點組分在氣相中的質(zhì)量分數(shù)大于它在液相中的質(zhì)量分數(shù)，高沸點組分(不易揮發(fā)組分)在氣相中的質(zhì)量分數(shù)小于它在液相中的質(zhì)量分數(shù)，但任一組分在氣相中的分壓力應等于溶液中該組分產(chǎn)生的蒸氣壓力。第一節(jié)概述按式(3－7)，判別實際制第一節(jié)概述

若易揮發(fā)組分在氣相中的分壓力低于溶液中該組分的蒸氣壓力，則此組分的分子更多地進入氣相，這就是發(fā)生過程，此時氣相與液相之間是不平衡的。這一過程如發(fā)生在密閉容器內(nèi)，則隨著過程的進行，氣相中該組分的分壓力上升，而溶液中該組分的蒸氣壓力因其質(zhì)量分數(shù)的減少而降低，從而在新的壓力下達到氣相和液相的相平衡。

若易揮發(fā)組分在氣相中的分壓力高于溶液中該組分的蒸氣壓力，它的分子更多地進入溶液中，這就是吸收過程。在密閉容器內(nèi)，隨著吸收過程的進行，將達到一個新的相平衡狀態(tài)。第一節(jié)概述若易揮發(fā)組分在氣相中的分壓第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰

水溶液的h-w圖內(nèi)容提要一、氨水溶液的h-w圖二、溴化鋰水溶液的h-w圖第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰

水溶液的第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖為了表示相平衡時兩組分體系的狀態(tài)及其狀態(tài)變化過程，并計算在狀態(tài)變化時輸入和放出的熱量，廣泛地應用比焓－質(zhì)量分數(shù)圖，即h－w圖。一、氨水溶液的h-w圖

圖5－3是氨水溶液的h－w示意圖。圖的下半部分為液態(tài)區(qū)，給出了不同壓力下的等壓飽和液體線和不同溫度下的液體等溫線。圖上的每一個點表示－個狀態(tài)。例如，圖上的點A表示溫度為tA、壓力為p2的飽和液體狀態(tài)，它的比焓和氨的質(zhì)量分數(shù)可從縱坐標和橫坐標上讀取。對于某一壓力下的過冷液體，它在h－w圖上的位置處于該壓力的飽和液體線以下。第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖為了表第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖

圖5－3氨水溶液的h－w示意圖第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖

圖的上半部分為氣體區(qū)，只畫出了等壓飽和蒸氣線，沒有畫出等溫線。為了求得氣體的溫度，在圖上畫了一組平衡輔助線，利用輔助線求出等壓飽和氣體線上各點的溫度。以圖5－3上的點A為例，從點A向上作垂線，與對應的p2壓力輔助線交于點B，從點B作水平線，與壓力為p2的飽和氣體線交于點C，點C就是與點A相對應的飽和蒸氣點，它們的溫度和壓力相同，即點A和點C的壓力均為p2，溫度均為tA。如果根據(jù)tA的數(shù)值，在氨的飽和蒸氣熱力性質(zhì)表上查到它的飽和蒸氣的比焓值，再在h－w圖上的w＝1縱坐標上找到此比焓值的狀態(tài)點(注意比焓值的基準是否一致)，將該點與點C相連，則連線即為氣體區(qū)中壓力為p2、溫度為tA的等溫線。第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖圖的上第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖飽和蒸氣線與飽和液體線之間的區(qū)域是濕蒸氣區(qū)，該區(qū)域內(nèi)每個點的氨質(zhì)量分數(shù)及比焓值都可直接從h縱坐標和w橫坐標上求得。該區(qū)域內(nèi)每個點的溫度，由飽和蒸氣線和飽和液體線決定。例如：點d處在濕蒸氣區(qū)，已知它的比焓為hd，氨的質(zhì)量分數(shù)為wd，壓力為p2，為了求得點d的溫度td可采用直角三角形試湊法。通過試湊，得到一個直角三角形，該三角形的三個頂點分別處在壓力為p2的飽和液體線、飽和蒸氣線以及輔助線上，其斜邊經(jīng)過點d。在圖5－3上，該直角三角形就是△ABC，因AC是濕蒸氣區(qū)域內(nèi)的等溫線，故點d的溫度與點A的溫度相同，即td＝tA。第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖飽和蒸第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖點d的濕蒸氣質(zhì)量md等于點C的飽和蒸氣質(zhì)量mC和點A的飽和液體質(zhì)量mA之和；質(zhì)量mC和mA之比值用杠桿規(guī)則確定。即(5－7)(5－8)式中：wC、wd和wA—分別表示點C、點d和點A的氨質(zhì)量分數(shù)。

聯(lián)立式(5－7)、(5－8)，可求得md濕蒸氣含有的飽和蒸氣質(zhì)量mC及飽和液體質(zhì)量mA，即(5－9)(5－10)第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖點d的第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖二、溴化鋰水溶液的h-w圖溴化鋰水溶液h－w圖的上部不同于氨－水溶液的h－w圖(圖5－4)。因為在氣相區(qū)只有水蒸氣，表示水蒸氣狀態(tài)的點都處于w＝0的縱坐標線上，所以在h－w圖的氣相區(qū)有一組輔助等壓線，用于確定與各個質(zhì)量分數(shù)的溶液所對應的水蒸氣狀態(tài)。例如：欲確定與飽和溶液點A相平衡的水蒸氣狀態(tài)，可由點A向上作垂直線，與相應的壓力為p1的等壓線相交于點B，從點B作水平線，與w＝0的縱坐標交于點C，點C即為所求。第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖二、溴化鋰水溶第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖

圖5－4溴化鋰水溶液的h－w示意圖第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖

例5－1氨水溶液的溫度t＝20℃、壓力p＝0.784MPa，氨的質(zhì)量分數(shù)w＝0.7，該溶液是否為飽和液體？

解：從附錄圖15查得t＝20℃、w＝0.7的狀態(tài)點A位于p＝0.784MPa的飽和液體線以下(圖5－5)，表明該溶液處于過冷狀態(tài)，不是飽和狀態(tài)。第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖例5－第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖圖5－5氨水溶液的狀態(tài)1—p＝0.784MP的飽和蒸氣線；2—相應的輔助線；3—相應的飽和液體線第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖

例5－2氨水濕蒸氣的氨質(zhì)量分數(shù)wd＝0.7，比焓hd＝1000kJ/kg，壓力pd＝2.0MPa，濕蒸氣的質(zhì)量為3.0kg。求：濕蒸氣的比焓和溫度；飽和液體的比焓和質(zhì)量；飽和蒸氣的比焓和質(zhì)量；飽和蒸氣中含有的氨蒸氣質(zhì)量。

解：(1)確定飽和蒸氣、濕蒸氣和飽和液體的狀態(tài)點：在h－w圖上找到濕蒸氣的狀態(tài)點d，并用狀態(tài)點d、pd＝2.0MPa的飽和蒸氣線、飽和液體線和輔助線，作直角三角形△ABC，點A即飽和液體的狀態(tài)點，點C即飽和蒸氣的狀態(tài)點(圖5－6)。

(2)按附錄圖15，查得飽和液體的比焓hA＝350kJ/kg，氨的質(zhì)量分數(shù)wA＝0.48，飽和液體的溫度tA＝94℃；飽和蒸氣的比焓hC＝1780kJ/kg，氨的質(zhì)量分數(shù)wC＝0.97。第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖例5－第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖圖5－6濕蒸氣狀態(tài)點d、飽和蒸氣狀態(tài)點C和飽和液體狀態(tài)點A第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖圖5－6濕蒸氣狀第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖(3)濕蒸氣的溫度td＝tA＝94℃。(4)計算飽和蒸氣的質(zhì)量mC和飽和液體的質(zhì)量。按式(5－9)，得(5)飽和蒸氣中含有的氨蒸氣質(zhì)量第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖(3)第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖

例5－3質(zhì)量m＝2kg的溴化鋰水溶液，溴化鋰的質(zhì)量分數(shù)wA＝0.56，溫度tA＝39℃，壓力pA＝26.7kPa，等壓加熱成飽和液體，求加熱量Qh(圖5－7)。

解：加熱前溶液狀態(tài)為點A，是過冷液體。加熱后成飽和液體，因加熱過程中末產(chǎn)生水蒸氣，故加熱后的狀態(tài)點B與加熱前的狀態(tài)點A有相同的溴化鋰質(zhì)量分數(shù)，即wA＝wB。

(1)查附錄圖17得到：加熱前狀態(tài)為點A的參數(shù)wA＝0.56，tA＝39℃，pA＝26.7kPa，hA＝272.8kJ/kg；加熱后狀態(tài)為點B的參數(shù)wB＝0.56，tB＝108℃，pB＝26.7kPa，hB＝414.5kJ/kg。

(2)加熱量：因等壓加熱，故加熱量Qh等于點B與點A的比焓差乘以溶液的質(zhì)量，即第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖例5－第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖

圖5－7加熱前、后溶液的狀態(tài)點A和B第二節(jié)氨水溶液和溴化鋰水溶液的h-w圖第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機內(nèi)容提要一、溴化鋰水溶液的性質(zhì)二、單效溴化鋰吸收式制冷機三、雙效蒸氣加熱溴化鋰吸收式制冷機四、雙效直燃溴化鋰吸收式冷熱水機五、雙級溴化鋰吸收式制冷機六、提高溴化鋰吸收式制冷機性能的途徑七、溴化鋰吸收式制冷機制冷量調(diào)節(jié)及安全保護第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機內(nèi)容提要第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機

溴化鋰吸收式制冷機以水為制冷劑，溴化鋰為吸收劑，制取0℃以上的空調(diào)用冷水。溴化鋰有以下特性：

(1)鋰和溴分別屬堿和鹵族元素。其化合物溴化鋰(LiBr)屬鹽類，有咸味，為無色粒狀晶體，融點為549℃。

(2)沸點為1265℃，在常溫或一般高溫下可以認為是不揮發(fā)的。

(3)易溶于水。

(4)性質(zhì)穩(wěn)定，在大氣中不分解。

(5)它由92.01%的溴和7.99%的鋰組成，相對分子質(zhì)量為86.845（其中：鋰的相對分子質(zhì)量為6.941，溴的相對分子質(zhì)量為79.904）；密度為3464kg/m3（25℃時）。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機溴化鋰吸收式制冷機以第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機一、溴化鋰水溶液的性質(zhì)

1．溴化鋰水溶液的性質(zhì)

(1)無色液體，有咸味，無毒，加入鉻酸鋰后溶液呈淡黃色。

(2)溴化鋰在水中的溶解度隨溫度的降低而降低，如圖5－8所示。曲線上的點表示溶液處于飽和狀態(tài)，它的左上方表示有溴化鋰結(jié)晶析出，右下方表示溶液中沒有結(jié)晶。由圖中曲線可知，溴化鋰的質(zhì)量分數(shù)不宜超過66%，否則在運行中當溶液的溫度降低時將有結(jié)晶析出，破壞制冷機的正常運行。(3)溶液中水的蒸氣壓力很低。它比同溫度下純水的飽和蒸氣壓力低得多，因而溶液有強烈的吸濕性。由于溴化第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機一、溴化鋰水溶液的性質(zhì)第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機

圖5－8溴化鋰水溶液的溶解度第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機鋰在制冷機運行的溫度范圍內(nèi)不會揮發(fā)，因此和溶液處于平衡狀態(tài)的蒸氣總壓力就等于溶液中水的蒸氣壓力，低于同樣溫度下純水的飽和蒸氣壓力，兩者之差隨溶液的溫度及溴化鋰的質(zhì)量分數(shù)的不同而不同。當溴化鋰的質(zhì)量分數(shù)不變時，兩者之差隨溶液溫度的增加而增加；當溴化鋰水溶液的溫度不變時，兩者之差隨溴化鋰質(zhì)量分數(shù)的增加而增加(圖5－9)。由圖可知，當溴化鋰的質(zhì)量分數(shù)為50%，溫度為25℃時，飽和溶液中水的蒸氣壓力為0.85kPa，而純水在同樣溫度下的飽和蒸氣壓力為3.167kPa。如果純水的飽和蒸氣壓力大于0.85kPa(例如飽和溫度為7℃的純水，其飽和蒸氣壓力為1.0kPa)，則該溴化鋰水溶液(溫度為25℃)就具有吸收7℃的純水的飽和水蒸氣能力。這一點正是溴化鋰吸收式制冷機中吸收器工作的機理之一。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機鋰在制冷機運行的溫度范圍內(nèi)不第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機

圖5－9溴化鋰水溶液的p－t圖第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機

(4)密度比水大，并隨溶液的溫度和溴化鋰質(zhì)量分數(shù)的變化而變化，如圖5－10所示。

(5)比熱容較小。如圖5－11所示，當溫度為150℃、溴化鋰的質(zhì)量分數(shù)為55%時，其比定壓熱容為2.01kJ/(kg·K)。這意味著發(fā)生過程中加給溶液的熱量比較少，再加上水的汽化潛熱比較大這一特點，使機組具有較高的制冷性能系數(shù)。

(6)粘度較大。圖5－12示出溴化鋰水溶液的動力粘度隨溴化鋰質(zhì)量分數(shù)和溫度的變化關系。由圖可知，當溫度為40℃、溴化鋰質(zhì)量分數(shù)為60%時，其動力粘度為6.01×10－3Pa·s，而水在40℃時的動力粘度為6.53×10－4Pa·s。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機(4)密度比水大，并第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機

圖5－10溴化鋰水溶液的密度第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機

圖5－11溴化鋰水溶液的比定壓熱容第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機

圖5－12溴化鋰水溶液的動力粘度第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機

(7)表面張力較大。圖5－13示出溴化鋰水溶液的表面張力隨溴化鋰質(zhì)量分數(shù)和溫度變化的關系。例如溴化鋰質(zhì)量分數(shù)為60%、溫度為40℃時，其表面張力為9.32×l0－2N/m，而水在40℃時的表面張力為6.96×10－2N/m。

(8)溴化鋰水溶液的熱導率隨溴化鋰質(zhì)量分數(shù)的增大而降低，隨溫度的升高而增大，如表5－3所示。

(9)對黑色金屬和紫銅等材料有強烈的腐蝕性，有空氣存在時更為嚴重。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機(7)表面張力較大。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機

圖5－13溴化鋰水溶液的表面張力第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機

表5-3溴化鋰水溶液的熱導率λ(t，w)

t/℃w02550751000.200.500.550.570.600.620.400.450.490.510.530.550.50/0.450.490.510.520.60/0.430.450.480.500.65//0.430.450.48第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機表5-3溴第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機2．溴化鋰水溶液物性參數(shù)的計算公式(1)溴化鋰水溶液的平衡方程式(5－11)

A0＝0.770033，B0＝140.877

A1＝1.45455×10－2，B1＝-8.55749

A2＝-2.63906×10－4，B2＝0.16709

A3＝2.27609×10－6，B3＝-8.82641×10－4

式中：t—壓力為p時，溶液的飽和溫度，℃；

t'—壓力為p時，水的飽和溫度，℃；

x—100kg溶液中含有的溴化鋰的質(zhì)量，kg。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機2．溴化鋰水溶液物性參數(shù)的計第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機(2)溴化鋰水溶液的比定壓熱容經(jīng)驗公式(5－12)

A0＝0.9928285，B0＝-3.18742×105，C0＝-3.0105×10－4

A1＝-1.3169179，B1＝2.9856×10－3，C1＝-1.7172×10－6

A2＝0.6481006，B2＝-4.0198×10－3，C2＝8.3641×10－6

式中：cp—溶液的比定壓熱容，kJ/(kg·K)；

t—溶液的溫度，℃；

x—100kg溶液中含有的溴化鋰的質(zhì)量，kg。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機(2)溴化鋰水溶液的比定壓熱第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機(3)溴化鋰水溶液的密度經(jīng)驗公式(5－13)

a0＝1.637442，a1＝－2.725975×10-3，a2＝1.358832×10-3，

a3＝－1.319372×10-4，a4＝－3.747908×10-2，

a5＝－1.078937×10-3，a6＝5.379461×10-3

式中：ρ—溶液的密度，kg/L；

t—溶液的溫度，℃；

x—100kg溶液中含有的溴化鋰的質(zhì)量，kg。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機(3)溴化鋰水溶液的密度經(jīng)驗第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機(4)溶液中溴化鋰的質(zhì)量分數(shù)經(jīng)驗公式(5－14)

a0＝－54.26707，a1＝3.609289×10-2，a2＝2.807792×10-6，

a3＝－1.551979×10-7，a4＝24.60376，a5＝60.99763，

a6＝－21.54662

式中：w—溴化鋰的質(zhì)量分數(shù)；

t—溶液的溫度，℃；

ρ—溶液的密度，kg/L。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機(4)溶液中溴化鋰的質(zhì)量分數(shù)第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機(5)溴化鋰水溶液的熱導率經(jīng)驗公式(5－15)

a0＝0.5218988，a1＝1.412948×10-3，a2＝-6.741987×10-6，

a3＝－1.729977×10-8，a4＝－5.514559×10-3，

a5＝7.640728×10-5，a6＝-6.098338×10-7

式中：λ—溶液的熱導率，W/(m·K)；

t—溶液的溫度，℃；

x—100kg溶液中含的溴化鋰的質(zhì)量，kg。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機(5)溴化鋰水溶液的熱導率經(jīng)第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機(6)溴化鋰水溶液的動力粘度經(jīng)驗公式(5－16)

A0＝1.704152，B0＝-5.785394×10-2，C0＝-1.105483×10-4

A1＝0.1084067，B1＝4.951459×10-4，C1＝5.288185×10-6

A2＝－2.735067×10-3，B2＝7.123706×10-5，

C2＝－2.111622×10-7，A3＝－5.649458×10-5，

B3＝－1.907971×10-6，C3＝8.204797×10-9

式中：μ—溶液的動力粘度，Pa·s；

t—溶液的溫度，℃；

x—100kg溶液中含有的溴化鋰的質(zhì)量，kg。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機(6)溴化鋰水溶液的動力粘度第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機(7)溴化鋰水溶液的表面張力經(jīng)驗公式(5－17)

a0＝49.48395，a1＝-1.462354×10-1，a2＝6.750326×10-2，

a3＝-2.023934×10-6，a4＝1.750322，a5＝-3.078061×10-2，

a6＝2.477215×10-4

式中：σ—溶液的表面張力，N/m；

t—溶液的溫度，℃；

x—100kg溶液中含有的溴化鋰的質(zhì)量，kg。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機(7)溴化鋰水溶液的表面張力第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機

二、單效溴化鋰吸收式制冷機1．系統(tǒng)

單效溴化鋰吸收式制冷機系統(tǒng)如圖5－14所示。在吸收器5內(nèi)，來自發(fā)生器1的濃溶液(即溴化鋰質(zhì)量分數(shù)高的溶液)吸收來自蒸發(fā)器4的水蒸氣，成為稀溶液(即溴化鋰質(zhì)量分數(shù)低的溶液)。為此，溶液中水的蒸發(fā)壓力必須低于吸收器5的上部空間中的水蒸氣壓力，使來自蒸發(fā)器4的水蒸氣不斷被溶液吸收。

在發(fā)生器1內(nèi)，來自溶液泵7的高壓稀溶液被加熱，產(chǎn)生水蒸氣，并將其輸送到冷凝器2中。為此，溶液中水的蒸發(fā)壓力必須高于發(fā)生器1上部空間中的水蒸氣壓力，以保證水蒸氣不斷產(chǎn)生。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機二、單效溴化鋰吸收式制冷機第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機圖5－14單效溴化鋰吸收式制冷機原理圖1—發(fā)生器；2—冷凝器；3—節(jié)流閥；4—蒸發(fā)器；5—吸收器；6—溶液熱交換器；7—溶液泵第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機由于溴化鋰吸收式制冷機中冷凝壓力與蒸發(fā)壓力之差相當小，因而節(jié)流閥3改成U管、節(jié)流小孔或節(jié)流短管。

溶液熱交換器6既可使進入發(fā)生器的稀溶液溫度升高，從而減少發(fā)生器中的加熱量φg，又可降低進入吸收器的濃溶液溫度，使吸收器中的放熱量φa減少，節(jié)省吸收器中的冷卻水。

水蒸氣的比體積很大，為避免流動時產(chǎn)生太大的壓力降，需要很粗的管道。對此，往往將冷凝器和發(fā)生器放在一個容器內(nèi)，將蒸發(fā)器和吸收器放在另一個容器內(nèi)，形成雙筒溴化鋰吸收式制冷機的系統(tǒng)，如圖5－15所示。也可將這四個設備置于一個殼體內(nèi)，高壓側(cè)與低壓側(cè)之間用隔板隔開，成為單筒溴化鋰吸收式制冷機，如圖5－16所示。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機由于溴化鋰吸收式制冷第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機圖5－15單效雙筒溴化鋰吸收式制冷機的系統(tǒng)第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機圖5－15單效雙筒溴化鋰吸收式第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機圖5－16單效單筒溴化鋰吸收式制冷機的系統(tǒng)1—冷凝器；2—發(fā)生器；3—蒸發(fā)器；4—吸收器；5—熱交換器；6、7、8—泵；9—U形管第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機溴化鋰吸收式制冷機可以劃分成兩個區(qū)：(1)高壓區(qū)高壓區(qū)內(nèi)包含發(fā)生器、冷凝器和溶液熱交換器。發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生的水蒸氣在冷凝器內(nèi)凝結(jié)成水，進入低壓區(qū)。發(fā)生器產(chǎn)生的濃溶液與用泵增壓的稀溶液在熱交換器中進行熱量交換，降溫后的濃溶液進入吸收器，升溫后的稀溶液進入發(fā)生器。(2)低壓區(qū)低壓區(qū)內(nèi)包含吸收器和蒸發(fā)器。來自冷凝器的水節(jié)流后降溫、降壓，在蒸發(fā)器中蒸發(fā)，產(chǎn)生冷效應。蒸發(fā)后的水蒸氣在吸收器中被來自熱交換器的濃溶液吸收，成為稀溶液，再用泵提高其壓力后送入熱交換器中。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機溴化鋰吸收式制冷機可以劃分成第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機2．制冷循環(huán)在h－w圖上的表示溴化鋰吸收式制冷機的理論循環(huán)可以用h－w圖表示，見圖5－17。理論循環(huán)是指制冷劑在流動過程中沒有阻力，各設備與周圍空氣不發(fā)生熱量交換，發(fā)生終了和吸收終了時溶液均達到相平衡狀態(tài)。圖中pk為冷凝壓力，也就是發(fā)生壓力；pa為吸收壓力，即蒸發(fā)壓力。(1)發(fā)生過程點2表示吸收器的飽和稀溶液狀態(tài)，其溴化鋰的質(zhì)量分數(shù)為wa，壓力為pa，溫度為t2，經(jīng)發(fā)生器泵增壓后壓力達到pk。然后送往溶液熱交換器，在等壓下溫度由t2升至t7，溴化鋰的質(zhì)量分數(shù)不變，再進入發(fā)生器，被發(fā)生器傳熱管內(nèi)第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機2．制冷循環(huán)在h－w圖上的表第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機圖5－17溴化鋰吸收式制冷機制冷循環(huán)在h－w圖上的表示第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機圖5－17溴化鋰吸收式制冷機第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機的工作蒸氣加熱，溫度由t7升高至壓力pk下的飽和溫度t5，并開始在等壓下沸騰，溶液中的水分不斷蒸發(fā)，溴化鋰的質(zhì)量分數(shù)逐漸增大，溫度也逐漸升高。發(fā)生過程終了時，溴化鋰的質(zhì)量分數(shù)為wr，溫度為t4，用點4表示。圖中，2－7表示稀溶液在溶液熱交換器中的升溫過程，產(chǎn)生的水蒸氣用開始發(fā)生的狀態(tài)(點5')和發(fā)生終了的狀態(tài)(點4')的平均狀態(tài)(點3')表示。由于產(chǎn)生的是純水蒸氣，故狀態(tài)點3'、4'、5'均在w＝0的縱坐標線上。(2)冷凝過程發(fā)生器中產(chǎn)生的水蒸氣(點3')進入冷凝器后，在壓力為pk的情況下被冷凝器管內(nèi)流動的冷卻水冷卻，冷凝成飽和液體(點3)，3'－3表示水蒸氣在冷凝器中的冷卻過程。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機的工作蒸氣加熱，溫度由t7升第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機(3)節(jié)流過程壓力為pk的飽和水(點3)經(jīng)節(jié)流元件(如U形管)，壓力降低至pa后進入蒸發(fā)器。因節(jié)流前后水的比焓值和質(zhì)量分數(shù)均不發(fā)生變化，故節(jié)流后的濕蒸氣仍位于點3。濕蒸氣中的飽和水的壓力為pa、溫度為t1，相應的狀態(tài)點為點1；濕蒸氣中的飽和蒸氣的壓力和溫度分別為pa和t1，但因是蒸氣，故位于點l'。點1的飽和水與點1'的飽和蒸氣混合成的濕蒸氣，它的壓力為pa，溫度為t1，比焓為h3。(4)蒸發(fā)過程積存在蒸發(fā)器水盤中的飽和水(點1)通過蒸發(fā)器泵均勻噴淋在蒸發(fā)器管簇的外表面，吸收管內(nèi)冷媒水的熱量而蒸發(fā)，使用于制冷的飽和水(即冷劑水)在等壓、等溫下由點1轉(zhuǎn)變?yōu)辄c1'，1－1'表示制冷劑水在蒸發(fā)器中的汽化過程。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機(3)節(jié)流過程第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機(5)吸收過程溫度為t4、壓力為pk、溴化鋰質(zhì)量分數(shù)為wr的濃溶液，由發(fā)生器流至溶液熱交換器，將部分熱量傳給稀溶液，溫度降至t8、溴化鋰質(zhì)量分數(shù)不變(點8)，4－8表示濃溶液在溶液熱交換器中的放熱過程。狀態(tài)點8的濃溶液與吸收器中的部分稀溶液(點2)混合，形成溴化鋰質(zhì)量分數(shù)為w0、溫度為t9的中間溶液(點9)，然后被吸收器泵增壓后均勻地噴淋在吸收器管簇的外表面。中間溶液進入吸收器后，因壓力突然下降首先閃發(fā)出一部分水蒸氣，使溶液的溴化鋰質(zhì)量分數(shù)增大，用點9'表示。由于吸收器管簇內(nèi)流動的冷卻水不斷地帶走吸收過程中放出的吸收熱，因此中間溶液具有不斷地吸收來自蒸發(fā)器的水蒸氣的能力，使溶液的溴化鋰質(zhì)量分數(shù)降至wa，溫度由t9降至t2(點2)。8－9和2－9表示第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機(5)吸收過程第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機吸收器中的部分稀溶液與來自溶液熱交換器的濃溶液相混合的過程。9'－2表示吸收器中的吸收過程。如果濃溶液直接進入吸收器，則吸收過程為6－2。設送往發(fā)生器的稀溶液的質(zhì)量流量為qm,f，溴化鋰質(zhì)量分數(shù)為wa，產(chǎn)生質(zhì)量流量為qm,d的水蒸氣，剩下質(zhì)量流量為qm,f－qm,d、溴化鋰質(zhì)量分數(shù)為wr的濃溶液出發(fā)生器。根據(jù)發(fā)生器中的物量平衡關系得到下式：(5－18)因而(5－19)令，則(5－20)第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機吸收器中的部分稀溶液與來自溶第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機

a稱為循環(huán)倍率。它表示在發(fā)生器中產(chǎn)生1kg水蒸氣需要的溴化鋰稀溶液的循環(huán)量。wr－wa稱為放氣范圍。通常情況下，a＝10～20；wr－wa＝0.03～0.06。上述分析過程是對理想情況而言的。實際上，由于流動阻力的存在，水蒸氣經(jīng)過擋水板時壓力下降，因此在發(fā)生器中發(fā)生壓力pg應大于冷凝壓力pk，在加熱溫度不變的情況下，將引起濃溶液的溴化鋰質(zhì)量分數(shù)降低。另外，由于溶液液柱的影響，底部溶液在較高壓力下發(fā)生，同時又由于溶液加熱管表面的接觸面積和接觸時間有限，使發(fā)生終了濃溶液的溴化鋰質(zhì)量分數(shù)為wr'小于理想情況下的溴化鋰質(zhì)量分數(shù)wr，wr－wr′稱為發(fā)生不足。在吸收器中，吸收壓力pa小于蒸發(fā)壓力p0，在冷卻水溫度不變的情況下，第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機a稱為循環(huán)倍率。它表示在發(fā)生第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機它將引起稀溶液的溴化鋰質(zhì)量分數(shù)的增大。此外，因吸收劑與被吸收的水蒸氣之間的接觸面積和接觸時間有限，加上系統(tǒng)中不凝性氣體的存在，均降低溶液的吸收效果，故吸收終了時稀溶液的溴化鋰質(zhì)量分數(shù)Wa′高于理想情況下的Wa，wa′－wa稱為吸收不足。發(fā)生不足和吸收不足均會引起工作過程中參數(shù)的變化，減小放氣范圍，降低制冷機的性能。3.單效溴化鋰吸收式制冷機制冷循環(huán)在p－t圖上的表示

圖5－18為制冷循環(huán)在p－t圖上的表示。圖中各個點與圖5－17中的各個點一一對應。因兩張圖上的工作過程相互對應，故此處不再贅述。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機它將引起稀溶液的溴化鋰質(zhì)量分第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機

圖5－l8制冷循環(huán)在p－t圖上的表示第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機4．單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)的熱力計算及傳熱計算

(1)熱力計算溴化鋰吸收式制冷機的熱力計算是根據(jù)用戶對制冷量和冷媒水溫度的要求，以及用戶所能提供的加熱熱源和冷卻介質(zhì)的條件，合理地選擇某些設計參數(shù)(傳熱溫差、放氣范圍等)，然后對循環(huán)加以計算，為傳熱計算等提供計算及設計依據(jù)。1)已知參數(shù)①制冷量φ0是根據(jù)生產(chǎn)工藝或空調(diào)要求，同時考慮到冷損、制造條件以及運轉(zhuǎn)的經(jīng)濟性能因素提出的。

②冷媒水出口溫度tx′根據(jù)生產(chǎn)工藝或空調(diào)要求提出。由于tx′與蒸發(fā)溫度t0有關，若t0下降，機組的制冷量及第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機4．單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機制冷性能系數(shù)均下降，因此在滿足生產(chǎn)工藝或空調(diào)要求的基礎上，應盡量提高蒸發(fā)溫度。對于溴化鋰吸收式制冷機，因為用水作制冷劑，故tx′一般大于5℃。③冷卻水進口溫度tw

根據(jù)當?shù)氐淖匀粭l件確定。應當指出，盡管降低tw能使冷凝壓力下降，吸收效果增強，但考慮到溴化鋰結(jié)晶這一特殊問題，并不是tw越低越好，而是有一個合理范圍。制冷機在冬季運行時，尤其應該注意防止冷卻水溫度過低這一問題。

④加熱熱源溫度考慮到廢熱的利用、結(jié)晶和腐蝕等問題，采用0.1－0.25MPa的飽和蒸氣或75℃以上的熱水作為熱源較為合理。如果能夠提供更高的熱源溫度，則性能系數(shù)可獲得進一步提高。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機制冷性能系數(shù)均下降，因此在滿第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機2)設計參數(shù)的選定①吸收器出口冷卻水溫度tw1和冷凝器出口冷卻水溫度tw2

由于吸收式制冷機用熱能為補償手段，所以冷卻水帶走的熱量遠大于蒸氣壓縮式制冷機。為了節(jié)省冷卻水的消耗量，往往使冷卻水串聯(lián)地流經(jīng)吸收器和冷凝器。考慮到吸收器內(nèi)的吸收效果和冷凝器允許有較高的冷凝壓力，通常讓冷水先流經(jīng)吸收器，再進入冷凝器。冷卻水的總溫升一般取7－9℃，視冷卻水的進水溫度而定。因吸收器的熱負荷φa較冷凝器的熱負荷φk大，所以通過吸收器的冷卻水溫升Δtw1較通過冷凝器的冷卻水溫升Δtw2高。冷卻水的總溫升為Δtw＝Δtw1＋Δtw2。如果水源充足或加熱溫度太低，可采用冷卻水并聯(lián)流經(jīng)吸收器和冷凝器的方式。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機2)設計參數(shù)的選定第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機采用串聯(lián)方式時

tw1＝tw＋Δtw1(5－21)

tw2＝tw＋Δtw1＋Δtw2＝tw＋Δtw(5－22)②冷凝溫度tk及冷凝壓力pk冷凝溫度一般比冷卻水出口溫度高3～5℃，即

tk＝tw2＋(3～5)℃(5－23)根據(jù)tk查水蒸氣性質(zhì)表求得pk

pk＝f(tk)(5－24)③蒸發(fā)溫度t0及蒸發(fā)壓力p0蒸發(fā)溫度t0一般比冷媒水出水溫度低2～4℃。如果tx′要求較低，溫差取較小值，反之取較大值。

t0＝tx′－(2～4)℃(5－25)蒸發(fā)壓力p0根據(jù)t0求得。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機采用串聯(lián)方式時第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機④吸收器內(nèi)稀溶液的最低溫度t2吸收器內(nèi)稀溶液的出口溫度t2一般比冷卻水出口溫度高3～5℃，取較小值對吸收效果有利，但傳熱溫差的減小將導致所需傳熱面積的增大，反之亦然。一般

t2＝tw1＋(3～5)℃(5－26)⑤吸收器壓力pa吸收器壓力因水蒸氣流經(jīng)擋水板時的壓降而低于蒸發(fā)壓力，壓降的大小與擋水板的結(jié)構和氣流速度有關，一般取Δp0＝(10～70)×10－3

kPa，而

pa＝p0－Δp0kPa(5－27)⑥稀溶液的溴化鋰質(zhì)量分數(shù)wa根據(jù)pa和t2，從溴化鋰水溶液的h－w圖確定，即

wa＝f(pa，t2)(5－28)第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機④吸收器內(nèi)稀溶液的最低溫度t第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機⑦濃溶液的溴化鋰質(zhì)量分數(shù)wr為了保證循環(huán)的經(jīng)濟性和安全運行，希望循環(huán)的放氣范圍wr－wa在0.03～0.06之間，因而

wr＝wa＋(0.03～0.06)(5－29)⑧發(fā)生器內(nèi)溶液的最高溫度t4發(fā)生器出口處濃溶液的溫度t4可根據(jù)t4＝f(wr，pk)的關系，在溴化鋰水溶液的h－w圖中確定。盡管發(fā)生器中產(chǎn)生的水蒸氣流經(jīng)擋水板時有阻力存在，但由于Δpk與pk相比數(shù)值很小，可以忽略不計，因此取冷凝壓力為發(fā)生器中的壓力。一般希望t4比加熱溫度th低10～14℃，如果超出這一范圍，則有關參數(shù)應作相應的調(diào)整。th較高時，溫差取較大值。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機⑦濃溶液的溴化鋰質(zhì)量分數(shù)wr第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機⑨溶液熱交換器出口溫度t7與t8

濃溶液出口溫度t8由熱交換器冷端的溫差確定。如果溫差較小，制冷性能系數(shù)雖較高，但要求的傳熱面積會較大。為防止?jié)馊芤旱慕Y(jié)晶，t8應比wr所對應的結(jié)晶溫度高10℃以上，因此冷端溫差取15～25℃，即t8＝t2＋(15～25)℃(5－30)如果忽略溶液與環(huán)境介質(zhì)的熱交換，稀溶液的出口溫度t7可根據(jù)溶液熱交換器的熱平衡確定，即

qm,f(h7－h(huán)2)＝(qm,f－qm,d)(h4－h(huán)8)(5－31)

h7的單位為kJ/kg。再由h7和wa在h－w圖上確定t7，式中a＝wr/(wr－wa)。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機⑨溶液熱交換器出口溫度t7與第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機⑩吸收器噴淋溶液狀態(tài)吸收器通常采用噴淋形式。由于進入吸收器的濃溶液量較少，為保證一定的噴淋密度，并避免結(jié)晶，往往加上一定數(shù)量的稀溶液，形成中間溶液后噴淋。這樣處理雖然降低了噴淋溶液的溴化鋰質(zhì)量分數(shù)，但因噴淋量的增加而使吸收效果得到改善。假定在(qm,f－qm,d)的濃溶液中再加入qm的稀溶液，形成狀態(tài)為點9的中間溶液，如圖5－19所示。根據(jù)熱平衡公式

(qm,f－qm,d＋qm)h9＝(qm,f－qm,d)h8＋qmh2

令f＝qm/qm,d，則(5－32)第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機⑩吸收器噴淋溶液狀態(tài)吸收第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機

f稱為吸收器稀溶液再循環(huán)倍率。它的物理意義是吸收1kg水蒸氣需補充稀溶液的質(zhì)量(單位為kg)。通常f＝20～50。若直接用濃溶液噴淋f＝0。

圖5－19混合溶液熱平衡圖第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機f稱為吸收器稀溶液再循環(huán)倍率第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機中間溶液的溴化鋰質(zhì)量分數(shù)w0也由混合溶液的物量平衡式，求得(5－33)再由h9和w0通過h－w圖確定混合后中間溶液的溫度t9。3)設備熱負荷計算設備熱負荷可按設備熱平衡式求得。①制冷機中冷劑水的質(zhì)量流量qm,d冷劑水質(zhì)量流量由已知的制冷量φ0和蒸發(fā)器中的單位熱負荷q0確定，即

qm,d＝φ0/q0kg/s(5－34)由圖5－20可知

q0＝h1'－h(huán)1kJ/kg

(5－35)

第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機中間溶液的溴化鋰質(zhì)量分數(shù)w0第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機②發(fā)生器熱負荷φg由圖5－21可知

φg＝(qm,f－qm,d)h4＋qm,dh3'－qm,fh7即φg=qm,d[(a-1)h4＋h3'－ah7]kW(5－36)

圖5－20蒸發(fā)器熱平衡圖圖5－21發(fā)生器熱平衡圖

第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機②發(fā)生器熱負荷φg由圖5－2第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機③冷凝器熱負荷φk由圖5－22可知

φk＝qm,d(h3'－h(huán)3)kW

(5－37)

④吸收器熱負荷φa由圖5－23可知

φa＝(qm,f－qm,d)h8＋qm,dh1'－qm,fh2

φa＝qm,d[(a－1)h8＋h1'－ah2]kW(5－38)

圖5－22冷凝器熱平衡圖圖5－23吸收器熱平衡圖第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機③冷凝器熱負荷φk由圖5第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機⑤溶液熱交換器熱負荷φex由圖5－24可知

φex＝qm,f(h7－h(huán)2)＝(qm,f－qm,d)(h4－h(huán)8)

φex＝qm,da(h7－h(huán)2)＝qm,d(a－1)(h4－h(huán)8)kW(5－39)

圖5－24熱交換器熱平衡圖第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機⑤溶液熱交換器熱負荷φex第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機4)制冷機的熱平衡式、制冷性能系數(shù)若忽略泵消耗的功以及制冷機與周圍環(huán)境的熱交換，則制冷機的熱平衡式為

φg＋φ0＝φa＋φkkW(5－40)制冷性能系數(shù)用COP表示，它反映消耗單位蒸氣加熱量所獲得的制冷量，用于評價制冷機的經(jīng)濟性。按定義

COP＝φ0/φg單效溴化鋰吸收式制冷機的COP一般為0.65～0.75，雙效溴化鋰吸收式制冷機的COP通常在1.0以上。5)加熱蒸氣的消耗量和各類泵的體積流量①加熱蒸氣的消耗量qm,v

qm,v＝Aφg/(h″－h(huán)')kg/s(5－4l)第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機4)制冷機的熱平衡式、制冷性第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機式中：A—考慮熱損失的附加系數(shù)A＝1.05～1.10；

h'、h″—分別為凝結(jié)水和加熱蒸氣比焓值，kJ/kg；②吸收器泵的體積流量qV,a(5－42)式中：qm,a—吸收器噴淋溶液質(zhì)量流量，kg/s；

ρm—噴淋溶液密度，kg/m3。③發(fā)生器泵的體積流量qV,g(5－43)式中：ρa—稀溶液密度，kg/m3。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機式中：A—考慮熱損失的附加系第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機

④冷媒水泵的體積流量qV,0(5－44)式中：cp—冷媒水的比定壓熱容，cp＝4.1868kJ/(kg·K)；

tx″、

tx′—冷媒水的進、出口溫度，℃；

x—冷媒水的密度，kg/m3。⑤冷卻水泵的體積流量qV,b如果冷卻水串聯(lián)地流經(jīng)吸收器和冷凝器，它的體積流量應從兩方面確定對于吸收器(5－45)第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機④冷媒水泵的體積流量qV,0第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機對于冷凝器(5－46)計算結(jié)果應為qV,b1＝qV,b2。如果兩者不等，說明假定的冷卻水總溫升分配不當，需重新設定，直至兩者相等為止。⑥蒸發(fā)器泵的體積流量qV,d由于蒸發(fā)器內(nèi)壓力很低，冷劑水靜壓力對沸騰過程的影響較大，所以蒸發(fā)器做成噴淋式。為了保證必要的噴淋密度，使冷劑水均勻地潤濕蒸發(fā)器管簇的外表面，蒸發(fā)器泵的噴淋量qm,w要大于蒸發(fā)器中水的蒸發(fā)量qm,d。兩者之比稱為蒸發(fā)器冷劑水的再循環(huán)倍率，用aw表示。一般aw＝qm,w/qm,d＝10～20。蒸發(fā)器泵的體積流量為第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機對于冷凝器第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機(5－47)(2)傳熱計算1)傳熱計算公式簡化的溴化鋰吸收式制冷機的傳熱計算公式為(5－48)式中：A—傳熱面積，m2；

φ—傳熱量，W；

k—傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；Δ—熱交換器中的最大溫差，即熱流體進口和冷流體進口溫度之差，℃；第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機

a、b—常數(shù)，與熱交換器內(nèi)流體流動的方式有關，具體數(shù)據(jù)見表5－4；

Δta—流體a在換熱過程中的溫度變化，℃；

Δtb—流體b在換熱過程中的溫度變化，℃。

采用式(5－48)時，要求Δta＜Δtb。

表5－4a和b的值流動方式ab應用范圍

逆流0.350.65

順流0.650.65

叉流0.4250.65兩流體均作交叉流動0.50.65一種流體作交叉流動第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機a、b—常數(shù)，與熱交第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機如果有一種流體在熱交換過程中發(fā)生集態(tài)變化，例如冷凝器中的冷凝過程，由于此時該流體的溫度沒有變化，故Δta＝0，式(5－48)可簡化為

(5－49)2)各種熱交換設備傳熱面積的計算①發(fā)生器的傳熱面積Ag

進入發(fā)生器的稀溶液處于過冷狀態(tài)(點7)，必須加熱至飽和狀態(tài)(點5)才開始沸騰。由于溫度從t7上升到t5所需熱量與沸騰過程中所需熱量相比很小，因此在傳熱計算時按飽和溫度t5計算。此外，如果加熱蒸氣為過熱蒸氣，其過熱區(qū)放出的熱量遠小于汽化潛熱，在計算時也按飽和溫度計第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機如果有一種流體在熱交第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機算。因加熱蒸氣在熱交換過程中發(fā)生相變，故Δta＝0，相應的發(fā)生器傳熱面積為(5－50)式中：kg—發(fā)生器傳熱系數(shù)，W/(m2·K)。②冷凝器的傳熱面積Ak

進入冷凝器的冷劑水蒸氣為過熱蒸氣。因為它冷卻到飽和蒸氣時放出的熱量遠小于冷凝過程放出的熱量，故計算時仍按飽和冷凝溫度tk計算。由于冷劑水蒸氣在熱交換過程中發(fā)生相變，故Δta＝0，即

(5－51)式中：kk—冷凝器傳熱系數(shù)，W/(m2·K)。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機算。因加熱蒸氣在熱交換過程中第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機③吸收器的傳熱面積Aa(5－52)式中：ka—吸收器傳熱系數(shù)，W/(m2·K)。④蒸發(fā)器的傳熱面積A0

蒸發(fā)過程中冷劑水相變，Δta＝0，則(5－53)式中：k0—蒸發(fā)器傳熱系數(shù)，W/(m2·K)。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機③吸收器的傳熱面積Aa第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機⑤溶液熱交換器的傳熱面積Aex

由于稀溶液流量大，故其水當量(其單位為kJ/K)大，Δta應為稀溶液在熱交換器中的溫度變化。兩種溶液在熱交換過程中的流動方式常采用逆流形式，則(5－54)式中：kex—溶液熱交換器傳熱系數(shù)，W/(m2·K)。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機⑤溶液熱交換器的傳熱面積Ae第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機3)傳熱系數(shù)以上各熱交換設備的傳熱面積計算公式中，除傳熱系數(shù)外，其余參數(shù)均已在熱力計算中確定。因此傳熱計算的關鍵問題是怎樣確定傳熱系數(shù)k。因為影響k值的因素很多，因此在設計計算時常根據(jù)同類型機器的試驗數(shù)據(jù)作為選擇k值的依據(jù)。表5-5列出了一些產(chǎn)品的傳熱系數(shù)，供設計時參考。由表5-5可見，各設備傳熱系數(shù)相差很大。實際上，熱流密度、流速、噴淋密度、材質(zhì)、管排布置方式、水質(zhì)、不凝性氣體量及污垢等因素均會影響傳熱系數(shù)的數(shù)值。目前，對溴化鋰吸收式制冷機采用的一些措施，如對傳熱管的適當處理、提高水速、改進噴嘴等，使傳熱系數(shù)有較大的提高。設計時必須綜合考慮各種因素后再確定k值。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機3)傳熱系數(shù)第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機表5－5不同熱交換器的傳熱系數(shù)k機型冷凝器蒸發(fā)器吸收器發(fā)生器溶液熱交換器日立HAU-100(單效，日本)5234279111631623465三羊(單效，日本)4652174510701163－2XZ-150(雙效，中國)407025591105高壓1047－低壓987川崎(雙效，日本)5818～69782675～30241163～1396高壓2326高壓349～465低壓1163低壓291～349第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機表5－5不同熱交換器的傳熱系第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機

5．各種因素對溴化鋰吸收式制冷機性能的影響溴化鋰吸收式制冷機的性能，除了受冷媒水和冷卻水溫度、流量以及水質(zhì)等因素的影響外，還與加熱蒸氣的壓力、溶液的流量等因素有關。了解這些因素對制冷機性能的影響，對設計、運行和正確選擇溴化鋰吸收式制冷機具有指導意義。(1)加熱蒸氣壓力的變化對機組性能的影響加熱蒸氣壓力變化時，溶液循環(huán)的變化如圖5-25所示。當壓力降低時，加熱溫度降低，發(fā)生器出口濃溶液的溫度由t4降至t4'，溴化鋰質(zhì)量分數(shù)由wr降為wr'，發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生的水蒸氣量減少，制冷量相應地減少。隨著制冷量的減少，冷凝器及吸收器的熱負荷均減少，冷凝壓力由pk降為第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機5．各種因素對溴化鋰吸收式制第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機

圖5－25加熱蒸氣壓力變化對循環(huán)的影響第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機

pk'，稀溶液出吸收器的溫度由t2降至t2'。由于冷媒水出口溫度升高，使蒸發(fā)壓力由p0上升至p0'，稀溶液出口的溴化鋰質(zhì)量分數(shù)由wa降為wa'。綜上所述，隨著加熱蒸氣壓力的降低，溶液循環(huán)過程由2－5－4－6－2變?yōu)?'－5'－4'－6'－2'，因為Δwr＞Δwa，所以總的放氣范圍下降，制冷量減少，制冷性能系數(shù)降低。(2)冷媒水出口溫度變化對機組性能的影響當其他參數(shù)不變時，冷媒水出口溫度對制冷量的影響如圖5-26所示。冷媒水出口溫度降低時制冷量隨之降低。冷媒水出口溫度變化時，溶液循環(huán)的變化如圖5-27所示。冷媒水出口溫度降低時，蒸發(fā)壓力由p0降至p0″，吸收能力減弱，吸收終了稀溶液的溴化鋰質(zhì)量分數(shù)wa升高至第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機pk'，稀溶液出吸收器的溫度第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機

圖5－26冷媒水出口溫度與制冷量的關系第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機

圖5－27冷媒水出口溫度變化對循環(huán)的影響第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機

wa'。由于冷媒水量不變，制冷量的下降使冷媒水出口溫度稍有回升，蒸發(fā)壓力由p0″回升至p0'，同時冷凝器、發(fā)生器以及吸收器的熱負荷也隨之下降，導致發(fā)生器出口濃溶液溫度由t4升高到t4′，冷凝壓力由pk降至pk'，發(fā)生器出口濃溶液的溴化鋰質(zhì)量分數(shù)升高到wr'。吸收器出口稀溶液溫度由t2降至t2′，溶液的循環(huán)過程由2－5－4－6－2變?yōu)?'－5'－4'－6'－2'。因為Δwr＜Δwa，所以放氣范圍減小，制冷量下降，制冷性能系數(shù)降低。(3)冷卻水進口溫度變化對機組性能的影響其他參數(shù)不變時，冷卻水進口溫度對制冷量的影響如圖5－28所示。由圖可知，隨著冷卻水溫度的降低，制冷量增大。第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機wa'。由于冷媒水量不變，制第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機

圖5－28冷卻水進口溫度與制冷量的關系冷卻水進口溫度變化時，溶液循環(huán)的變化如圖5－29所示。當冷卻水進口溫度降低時，吸收器出口稀溶液的溫度由t2降至t2″,溴化鋰質(zhì)量分數(shù)wa也隨之下降,冷凝壓力由pk下降第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機第三節(jié)溴化鋰吸收式