第四章 吸收式制冷技術(shù)

制冷與空調(diào)4.1吸收式制冷的根本原理4.2單效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)4.1吸收式制冷的根本原理4.2單效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)概述美國(guó)〔1945、開(kāi)利〕是最早生產(chǎn)和應(yīng)用溴化鋰吸收式制冷機(jī)的國(guó)家。但由于能源豐富，特別是電力充裕，吸收式制冷機(jī)所占的比例并不大，70年代中期每年約生產(chǎn)1000臺(tái)，占15%左右。1975年以后，幾年逐年下降，到了1983年只生產(chǎn)150臺(tái)，占冷水機(jī)組總臺(tái)數(shù)的7%左右目前吸收式制冷在日本,中國(guó)和韓國(guó)得到了較普遍的應(yīng)用，隨著我國(guó)西氣東輸工程的實(shí)施和天然氣的引進(jìn)或開(kāi)采、廣泛的燃?xì)夤┙o，以及夏季燃?xì)獾凸群陀秒婍敺?，燃?xì)庵比际轿帐娇照{(diào)能夠得到更廣泛的應(yīng)用。我國(guó)在吸收制冷設(shè)計(jì)和制造方面處于國(guó)際先進(jìn)水平，出現(xiàn)了江蘇雙良、長(zhǎng)沙遠(yuǎn)大、大連三洋等一系列著名品牌。壓縮機(jī)高溫高壓低溫低壓高溫高壓低溫低壓節(jié)流裝置蒸發(fā)器冷凝器P蒸氣壓縮式制冷的根本原理一、吸收式制冷的根本原理吸收式制冷循環(huán)膨脹閥蒸發(fā)器冷凝器發(fā)生器吸收器泵節(jié)流裝置相當(dāng)于一個(gè)壓縮機(jī)制冷劑循環(huán)－逆循環(huán)吸收劑循環(huán)－正循環(huán)一、吸收式制冷的根本原理吸收式制冷機(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)①吸收器：吸收制冷劑蒸汽；②發(fā)生器：加熱、釋放制冷劑；③溶液熱交換器：內(nèi)部能量利用，提高效率；④溶液泵：加壓作用。一、吸收式制冷的根本原理吸收式與壓縮式的比較比較項(xiàng)目壓縮式吸收式結(jié)構(gòu)壓縮機(jī)吸收器、液泵、發(fā)生器、節(jié)流閥耗能類型機(jī)械能熱能（蒸汽、燃油、燃?xì)?、廢熱、余熱）工況特點(diǎn)冷凝壓力高冷凝壓力低制冷工質(zhì)制冷劑（氨、氟利昂）工質(zhì)對(duì)：吸收劑-制冷劑（溴化鋰-水、水-氨）一、吸收式制冷的根本原理二、工質(zhì)對(duì)對(duì)制冷劑的選擇：要求與蒸汽壓縮式制冷根本相同，應(yīng)具有較大的單位容積制冷量，工作壓力不應(yīng)太高或太低，價(jià)廉，無(wú)毒，不爆炸和不腐蝕等性質(zhì)。1.工質(zhì)對(duì)〔制冷劑－吸收劑溶液〕：兩種可以相互吸收的液體形成的溶液。2.吸收式制冷循環(huán)工質(zhì)的選擇要求對(duì)吸收劑的選擇應(yīng)具有如下要求：1〕吸收劑應(yīng)具有強(qiáng)烈吸收制冷劑的能力。2〕作為吸收劑和制冷劑的兩種物質(zhì)，它們的沸點(diǎn)希望相差越大越好。3〕吸收劑也希望具有較大的熱導(dǎo)率，較小的密度和粘度，而且應(yīng)具有較小的比熱，以提高制冷循環(huán)的工作效率。3.吸收式制冷常用工質(zhì)對(duì)：

溴化鋰水溶液：制冷劑——水,吸收劑——溴化鋰氨水溶液：制冷劑——氨，吸收劑——水4〕在化學(xué)性質(zhì)方面與制冷劑一樣，要求無(wú)毒﹑不燃燒﹑不爆炸，對(duì)制冷機(jī)的金屬材料無(wú)腐蝕和具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性。5〕吸收式制冷循環(huán)工質(zhì)對(duì)所組成的二元溶液，必須是非共沸溶液。二、工質(zhì)對(duì)4.相、獨(dú)立組分?jǐn)?shù)、自由度和相律1)相體系內(nèi)物理和化學(xué)性質(zhì)完全均勻一致的局部稱為相。相與相之間有明顯的分界面。體系內(nèi)相的數(shù)目用符號(hào)Φ表示。氣體能充分混合，所以不管有多少種氣體都只有一個(gè)相。液體那么視其互溶程度，有一相或多相之分。2)獨(dú)立組分?jǐn)?shù)獨(dú)立組分是平衡體系中能獨(dú)立存在的物質(zhì)。組分的數(shù)目稱為組分?jǐn)?shù)。在物質(zhì)間無(wú)化學(xué)反響的情況下，獨(dú)立組分?jǐn)?shù)就是平衡體系中的物質(zhì)數(shù)。獨(dú)立組分?jǐn)?shù)用符號(hào)k表示。3)自由度

體系的自由度指體系的獨(dú)立可變因素，如溫度、壓力、濃度等。在一定范圍內(nèi)，可以任意改變而不會(huì)引起相數(shù)目的改變。自由度用符號(hào)f表示。對(duì)單組分體系,k=l，

f=3-Φ。

單純氣體：Φ=l,

f=2,只要確定二個(gè)狀態(tài)參數(shù),

飽和水和水蒸氣：Φ=2,f=l,只需要一個(gè)狀態(tài)參數(shù)(如溫度或壓力)。4)相律體系處于平衡狀態(tài)時(shí)，它的自由度、相數(shù)和組分?jǐn)?shù)之間存在著一定的關(guān)系。這個(gè)關(guān)系稱為相律(或稱吉普斯方程)：對(duì)兩組分體系,因?yàn)閗=2,所以自由度f(wàn)=4-Φ

。當(dāng)二元溶液處于汽、液兩相平衡狀態(tài)時(shí),

Φ

=2,因此f=2。即說(shuō)確定處于汽、液平衡的二元溶液的狀態(tài),只需要知道兩個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù),其它狀態(tài)參數(shù)就可隨之而確定。1、吸收式制冷機(jī)熱力系數(shù)ζ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：式中：Q0－吸收式制冷機(jī)所制取的制冷量；

Qg－吸收式制冷機(jī)所消耗的熱量。三、吸收式制冷機(jī)的熱力系數(shù)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：吸收器冷凝器假設(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。那么發(fā)生器熱媒引起的熵增為：2、吸收式制冷機(jī)熱力系數(shù)分析(1)吸收式制冷系統(tǒng)與外界的能量交換三、吸收式制冷機(jī)的熱力系數(shù)蒸發(fā)器中被冷卻物質(zhì)引起的熵增為：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：吸收式制冷系統(tǒng)與外界的能量交換吸收器冷凝器三、吸收式制冷機(jī)的熱力系數(shù)吸收式制冷系統(tǒng)與外界的能量交換吸收器冷凝器將能量平衡方程代入上式，有：假設(shè)忽略泵的功耗，那么吸收式制冷機(jī)的熱力系數(shù)為：那么吸收式制冷機(jī)的最大熱力系數(shù)ζmax為：三、吸收式制冷機(jī)的熱力系數(shù)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?？赡嫖帐街评溲h(huán)可見(jiàn)：三、吸收式制冷機(jī)的熱力系數(shù)四、吸收式制冷的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1.工質(zhì)環(huán)保，對(duì)環(huán)境和大氣臭氧層無(wú)害2.以熱能為動(dòng)力，節(jié)電效果明顯3.可以利用各種熱能驅(qū)動(dòng)4.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)部件少，平安可靠缺點(diǎn)：1.價(jià)格無(wú)優(yōu)勢(shì)2.耗能大，機(jī)組笨重3.利用熱能促進(jìn)全球變暖4.熱力系數(shù)COP低于壓縮式制冷循環(huán)4.1吸收式制冷的根本原理4.2單效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)一、溴化鋰水溶液的比焓－濃度圖飽和液態(tài)和過(guò)冷液態(tài)的比焓在h－ξ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－ξ圖上只有液相區(qū)，氣態(tài)為純水蒸汽，集中在ξ＝0的縱軸上。由于平衡時(shí)氣液同溫度，可通過(guò)等壓輔助線和等焓線交點(diǎn)確定。當(dāng)壓力較低時(shí)，壓力對(duì)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－濃度圖等溫液線等壓飽和液液線一、溴化鋰水溶液的比焓－濃度圖飽和液體〔p0=0.93MPa，t0=40℃〕，如圖上A點(diǎn)，過(guò)A做一條豎直的直線與p=0.93MPa的輔助線交于B點(diǎn)，再過(guò)B點(diǎn)做一條水平線與縱坐標(biāo)交于C點(diǎn)，那么即為飽和液體A對(duì)應(yīng)的飽和氣態(tài)。BCp=0.93MPaT=40℃A1.按用途分類：冷水機(jī)組、冷熱水機(jī)組、熱泵機(jī)組2.按驅(qū)動(dòng)熱源分類：蒸汽型、直燃型、熱水型3.按驅(qū)動(dòng)熱源的利用方式分類：?jiǎn)涡?、雙效、多效4.按溶液循環(huán)流程分類：串聯(lián)流程、并聯(lián)流程5．按機(jī)組結(jié)構(gòu)分類1〕單筒型，機(jī)組的主要換熱器〔發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器〕布置在一個(gè)筒體內(nèi)。2〕雙筒型，機(jī)組的主要換熱器布置在二個(gè)筒體內(nèi)。3〕三筒或多筒型，機(jī)組的主要換熱器布置在三個(gè)或多個(gè)筒體內(nèi)。二、溴化鋰吸收式制冷機(jī)的分類單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)的流程1、單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)的流程三、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán)單效蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機(jī)組的系統(tǒng)組成熱源回路冷卻水回路冷水回路制冷劑回路溶液回路單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)的流程三、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán)飽和液體3gξw(pk,)飽和液體4ξs(pk,)點(diǎn)1與點(diǎn)2根本重合。2、單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)三、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán)2t2ξsξwξhp0pk飽和液體線p0pk輔助線13g3t44過(guò)冷液體2飽和液體1ξw(p0,)濃度不變溫度近似不變過(guò)冷液體2(t2,)ξw過(guò)冷液體3壓力、濃度不變溫度升高過(guò)冷液體3飽和液體3gξw(pk,)產(chǎn)生蒸汽加熱加熱1〕溶液泵2〕熱交換器3〕發(fā)生器發(fā)生器排出的蒸汽可認(rèn)為是與沸騰過(guò)程溶液的平均狀態(tài)相平衡的水蒸氣(狀態(tài)7的過(guò)熱水蒸汽)(t2,ξw)7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。三、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán)4〕冷凝器5〕膨脹閥6〕蒸發(fā)器飽和水8(pk)過(guò)熱水蒸汽7(pk)冷凝蒸發(fā)(p0,h8,0)飽和水8(pk,0)濕蒸汽9濃度不變焓值不變點(diǎn)8與點(diǎn)9根本重合。飽和水蒸汽10(p0)濕蒸汽9(p0,h8,0)2t2ξsξwξhp0pk飽和液體線p0pk輔助線13g3t447899“9‘106→6a為濃溶液由濕蒸氣變?yōu)轱柡鸵籂顟B(tài)，6a→1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(guò)程。三、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán)7〕熱交換器8〕溶液節(jié)流閥9〕吸收器飽和液體4(pk,ξs)過(guò)冷液體5壓力、濃度不變溫度下降(pkξs)過(guò)冷液體5(pkξs)濕蒸汽6(p0,h5,ξs)焓值、濃度不變壓力下降點(diǎn)5與點(diǎn)6根本重合。2t2ξsξwξhp0pk飽和液體線p0pk輔助線13g3t447899“9‘10566a定義：每產(chǎn)生1kg的制冷劑所需要的制冷劑－吸收劑的千克數(shù)。F，ξwDF－D，ξs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，由發(fā)生器進(jìn)入吸收器的濃溶液流量為F－D，“放氣范圍〞三、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán)3.溶液的循環(huán)倍率fF，ξwDF－D，ξs產(chǎn)生制冷量消耗熱量三、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán)熱力系數(shù)

循環(huán)倍率對(duì)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。三、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán)1.發(fā)生缺乏在發(fā)生器中，實(shí)際發(fā)生終了濃溶液的濃度低于理想情況下的濃度，稱為發(fā)生缺乏；2.吸收缺乏在吸收器中,實(shí)際吸收終了的稀溶液濃度比理想情況下的高，稱為吸收缺乏。實(shí)際循環(huán)過(guò)程的發(fā)生缺乏和吸收缺乏三、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán)為什么要采用雙效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)？a.提高加熱熱源的溫度可以提高制冷量和經(jīng)濟(jì)性，但到一定的程度，Q0和ξ將隨之緩慢，并且會(huì)造成結(jié)晶和削弱緩蝕劑作用的危險(xiǎn)。因此，對(duì)單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)應(yīng)限制加熱溫度；b.為了能利用較高溫度的熱源。串聯(lián)流程的吸收式制冷機(jī)雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)分類：