第八章-吸收式制冷

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1/31/20241第一節(jié)吸收式制冷的基本原理壓縮機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蒸氣壓縮式制冷的基本原理1/31/20242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1/31/202431、吸收式制冷循環(huán)第一節(jié)吸收式制冷的基本原理膨脹閥蒸發(fā)器冷凝器發(fā)生器吸收器泵節(jié)流裝置相當(dāng)于一個壓縮機制冷劑循環(huán)－逆循環(huán)吸收劑循環(huán)－正循環(huán)1/31/202442、吸收式制冷機的構(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”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1/31/20245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1/31/20246一、吸收式制冷機的熱力系數(shù)1、吸收式制冷機熱力系數(shù)ζ的定義吸收式制冷機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－吸收式制冷機所制取的制冷量；

?k－吸收式制冷機所消耗的熱量。2、吸收式制冷機熱力系數(shù)分析(1)吸收式制冷系統(tǒng)與外界的能量交換1/31/20247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：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。則：發(fā)生器熱媒引起的熵增為：1/31/20248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：1/31/20249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，則吸收式制冷機的熱力系數(shù)為：則吸收式制冷機的最大熱力系數(shù)ζmax為：1/31/202410第一節(jié)吸收式制冷的基本原理

可見：吸收式制冷機的最大熱力系數(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驅(qū)動的壓縮式制冷機相比，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?？赡嫖帐街评溲h(huán)壓縮式制冷機的制冷系數(shù)應(yīng)乘以驅(qū)動壓縮機的動力裝置的熱效率后，才能與吸收式制冷機的熱力系數(shù)相比。1/31/202411第二節(jié)二元溶液的特性1/31/202412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。

(在氨吸收式制冷機中，吸收劑是稀溶液。)1/31/202413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。1/31/202414(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)系結(jié)晶線

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。(機組運行時應(yīng)防止發(fā)生結(jié)晶)1/31/202415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－ξ圖上可根據(jù)等溫線和等濃度線的交點確定。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。由于平衡時氣液同溫度，可通過某等壓輔助線和等焓線交點確定。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－濃度圖等溫液線等壓飽和液液線1/31/202416第三節(jié)單效溴化鋰吸收式制冷機1/31/202417第三節(jié)單效溴化鋰吸收式制冷機溴化鋰吸收式制冷機的優(yōu)點(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。1/31/202418第三節(jié)單效溴化鋰吸收式制冷機一、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的流程(見flash)單效溴化鋰吸收式制冷機的流程1/31/2024192、單效溴化鋰吸收式制冷機理論循環(huán)第三節(jié)單效溴化鋰吸收式制冷機h－ξ圖上溴化鋰吸收式制冷機理論循環(huán)

1→2：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1與點2基本重合。

2→3：過冷的稀溶液在預(yù)熱器中的預(yù)熱，濃度不變，溫度升高。

3→4：稀溶液在發(fā)生器中的加熱過程，其中3→3g過冷稀溶液變?yōu)轱柡鸵旱倪^程；3g→4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)1/31/202420第三節(jié)單效溴化鋰吸收式制冷機h－ξ圖上溴化鋰吸收式制冷機理論循環(huán)

7→8：為冷劑水蒸氣在冷凝器中的冷凝過程，壓力為Pk。

8→9：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。

9→10：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。

4→5：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。

5→6：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。1/31/202421第三節(jié)單效溴化鋰吸收式制冷機h－ξ圖上溴化鋰吸收式制冷機理論循環(huán)

6→1：為濃溶液在吸收器中吸收過程，其中6→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。

1/31/202422第三節(jié)單效溴化鋰吸收式制冷機溶液的循環(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)。F，ξwDF－D，ξsfkg1kg設(shè)從吸收器進入發(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)生器進入吸收器的濃溶液流量為F－D，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”1/31/202423(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。1/31/202424二、單效溴化鋰吸收式制冷機的典型結(jié)構(gòu)與流程(一)單效溴化鋰吸收式制冷機的典型結(jié)構(gòu)1、吸收式制冷機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10－12oC)。發(fā)生器雖多采用沉浸式，但液層的高度要求小于300－350mm。第三節(jié)單效溴化鋰吸收式制冷機1/31/202425第三節(jié)單效溴化鋰吸收式制冷機雙筒形單效溴化鋰吸收式制冷機結(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；10－U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1/31/202426第三節(jié)單效溴化鋰吸收式制冷機(二)單效溴化鋰吸收式制冷機的流程1/31/202427第三節(jié)