第八章吸收式制冷

1、13.11.2020,1,第八章 吸收式制冷,能源与动力学院建筑环境与设备工程系,13.11.2020,2,第一节 吸收式制冷的基本原理,高温高压 制冷剂气体,低温低压 制冷剂气体,高温高压 制冷剂液体,低温低压 制冷剂液体,蒸气压缩式制冷的基本原理,13.11.2020,3,第一节 吸收式制冷的基本原理,一、吸收式制冷的基本原理,低压制冷剂(气液共存),利用热源使溶液中的制冷剂气化,利用浓溶液吸收制冷剂蒸气,冷凝器,节流阀,吸收器,发生器,13.11.2020,4,1、吸收式制冷循环,第一节 吸收式制冷的基本原理,相当于一个压缩机,制冷剂循环 逆循环,吸收剂循环 正循环,13.11.2020

2、,5,2、吸收式制冷机的构成,膨胀阀,蒸发器,冷凝器,发生器,吸收器,溶液泵,节流装置,与蒸气压缩式制冷系统完全相同,相当于“热力压缩机” 吸收器相当于吸气侧 发生器相当于压出侧,第一节 吸收式制冷的基本原理,13.11.2020,6,第一节 吸收式制冷的基本原理,3、制冷剂吸收剂溶液 在吸收器中，吸收剂吸收制冷剂蒸气而形成的溶液称之为制冷剂吸收剂溶液。(也称之为制冷剂吸收剂工质对) 在吸收式制冷机中，吸收剂通常以二元溶液的形式参与循环，吸收剂溶液与制冷剂吸收剂溶液的区别在于前者所含制冷剂的浓度比后者低。,常用的制冷剂吸收剂工质对： 水溴化锂 水氯化锂 氨水,13.11.2020,7,一、吸收

3、式制冷机的热力系数 1、吸收式制冷机热力系数的定义 吸收式制冷机所制取的制冷量与所消耗的热量之比，即：,第一节 吸收式制冷的基本原理,式中：0吸收式制冷机所制取的制冷量； k吸收式制冷机所消耗的热量。,2、吸收式制冷机热力系数分析 (1)吸收式制冷系统与外界的能量交换,13.11.2020,8,第一节 吸收式制冷的基本原理,吸收式制冷系统与外界的能量交换,根据热力学第一定律：,假设： 该吸收式制冷循环是可逆的； 发生器热媒温度、蒸发温度、冷凝温度、环境温度均为常量。,则：,发生器热媒引起的熵增为：,13.11.2020,9,蒸发器中被冷却物质引起的熵增为：,第一节 吸收式制冷的基本原理,周围环

4、境引起的熵增为：,由热力学第二定律可知：系统引起外界总熵的变化应大于或等于零，即：,13.11.2020,10,第一节 吸收式制冷的基本原理,将能量平衡方城代入上式，有：,若忽略泵的功耗，则吸收式制冷机的热力系数为：,则吸收式制冷机的最大热力系数max为：,13.11.2020,11,第一节 吸收式制冷的基本原理,可见： 吸收式制冷机的最大热力系数等于工作在Tg与Te之间的卡诺循环的热效率与工作在T0和Te 之间的逆卡诺循环的制冷系数的乘积。 最大热力系数随热源温度的升高、环境温度的降低及被冷却介质温度的升高而增大。,因此，可逆吸收式制冷循环可看成卡诺循环与逆卡诺循环构成的联合循环，如右图所示

5、。故吸收式制冷与由热机驱动的压缩式制冷机相比，只要外界的温度条件相同，二者的理想的最大热力系数是相同的。,可逆吸收式制冷循环,压缩式制冷机的制冷系数应乘以驱动压缩机的动力装置的热效率后，才能与吸收式制冷机的热力系数相比。,13.11.2020,12,第二节 二元溶液的特性,13.11.2020,13,第二节 二元溶液的特性,在吸收式制冷循环中，制冷剂吸收剂工质对(二元混合物)的特性是关键问题，工质对的特性受溶液浓度的影响。 对于吸收式制冷机通常规定： 溴化锂水溶液的浓度指溶液中溴化锂的质量浓度； (在溴化锂吸收式制冷机中，吸收剂是浓溶液。) 氨水溶液的浓度指溶液中氨的质量浓度。 (在氨吸收式制

6、冷机中，吸收剂是稀溶液。),13.11.2020,14,第二节 二元溶液的特性,一、溴化锂水溶液的特性 溴化锂水溶液是目前空调用吸收式制冷机采用的工质对。 溴化锂的性质： 无水溴化锂为无色粒状结晶物，性质和食盐相似，化学稳定性好，在大气中不变质、分解、挥发。无毒，对皮肤无刺激。 通常固体溴化锂含一个或两个结晶水。 溴化锂水溶液对一般金属有腐蚀性。 溴化锂的沸点比水高很多，溴化锂水溶液发生沸腾时只有水汽化，生成纯制冷剂，故不需设蒸汽精馏设备，系统简单，热力系数较高。其主要弱点在于以水为制冷剂，蒸发温度不能太低。并且系统对真空度要求较高。,13.11.2020,15,(一)、溴化锂水溶液的压力饱和

7、温度图,第二节 二元溶液的特性,溴化锂水溶液蒸汽压图,纯水的压力饱和温度关系,溴化锂溶液沸腾时，只有水被汽化，故溶液 的蒸气压为水蒸气的分压。由图可知：,一定温度下溶液的水蒸气饱和分压力低于纯水的饱和分压力，并且浓度越高，分压力越低：,结晶线表明在不同温度下的饱和浓度。温度越低，饱和浓度也越低。,溴化锂溶液的浓度过高或 溶液温度过低均易形成结 晶。(机组运行时应防止发生结晶),13.11.2020,16,第二节 二元溶液的特性,(二)、溴化锂水溶液的比焓浓度图,饱和液态和过冷液态的比焓在h图上可根据等温线和等浓度线的交点确定。 在溴化锂溶液的h图上只有液相区，气态为纯水蒸汽，集中在0的纵轴上。

8、由于平衡时气液同温度，可通过某等压辅助线和等焓线交点确定。,当压力较低时，压力对液体的比焓和混合热的影响很小，可认为溶液的比焓只是温度和浓度的函数。,溴化锂水溶液的比焓浓度图,13.11.2020,17,第三节 单效溴化锂吸收式制冷机,13.11.2020,18,第三节 单效溴化锂吸收式制冷机,溴化锂吸收式制冷机的优点,(1)不需要设置蒸汽精馏设备，系统简单，热力系数较高； (2)可以利用各种热能驱动，节约大量用电； (3) 结构简单，运动部件少，安全可靠； (4) 对环境和大气臭氧层无害。,目前，溴化锂吸收式制冷机发展迅速，在大型空调制冷系统和低品位热能利用方面占有重要地位。,13.11.2

9、020,19,第三节 单效溴化锂吸收式制冷机,一、单效溴化锂吸收式制冷理论循环,1、单效溴化锂吸收式制冷机的流程(见flash),单效溴化锂吸收式制冷机的流程,13.11.2020,20,2、单效溴化锂吸收式制冷机理论循环,第三节 单效溴化锂吸收式制冷机,h图上溴化锂吸收式制冷机理论循环,12：泵的加压过程，来自吸收器的稀溶液由压力P0下的饱和液变为压力Pk下的过冷液，浓度不变，温度近似不变，点1与点2基本重合。,23：过冷的稀溶液在预热器中的预热，浓度不变，温度升高。,34：稀溶液在发生器中的加热过程，其中33g过冷稀溶液变为饱和液的过程；3g4为稀溶液在等压Pk下沸腾气化变为浓溶液的过程。

10、发生器排出的蒸汽可认为是与沸腾过程溶液的平均状态相平衡的水蒸气(状态7的过热水蒸汽),13.11.2020,21,第三节 单效溴化锂吸收式制冷机,h图上溴化锂吸收式制冷机理论循环,78：为冷剂水蒸气在冷凝器中的冷凝过程，压力为Pk。,89：为冷剂水的节流过程，压力由Pk变为P0下的湿蒸气，状态9的湿蒸气为由状态9的饱和水与状态9的饱和水蒸气组成。,910：为状态9的湿蒸汽在蒸发器内吸热气化至状态10的饱和水蒸汽过程，其压力为P0。,45：为浓溶液在热交换器中的预冷过程，即由压力为Pk的饱和液变为过冷液。,56：浓溶液的节流过程，将压力为Pk的过冷液变为压力P0下的湿蒸汽。,13.11.2020

11、,22,第三节 单效溴化锂吸收式制冷机,h图上溴化锂吸收式制冷机理论循环,61：为浓溶液在吸收器中吸收过程，其中66a为浓溶液由湿蒸气变为饱和液状态，6a1为状态为6a的饱和液在压力P0下与状态10的冷剂水蒸汽放热混合为稀溶液的过程。,3、理想溴化锂吸收式制冷循环的热 力系数,决定吸收式制冷循环的外部条件 被冷却介质的温度tcw：决定蒸发压力(蒸发温度t0)； 冷却介质温度tw：决定冷凝压力Pk(冷凝温度tk)及吸收器内的最低温度t1； 热源温度th：决定发生器内的最高温度t4。,13.11.2020,23,第三节 单效溴化锂吸收式制冷机,溶液的循环倍率f 定义：系统中每产生1kg的制冷剂所需

12、要的制冷剂吸收剂的千克数。,设从吸收器进入发生器的稀溶液流量为F，发生器中产生的水蒸汽的质量流量为D，则由发生器进入吸收器的浓溶液流量为FD，根据发生器内溴化锂的制冷平衡方程可导出：,“放气范围”,13.11.2020,24,(3) 理想溴化锂吸收式制冷循环的热力系数,第三节 单效溴化锂吸收式制冷机,可见：循环倍率对吸收式制冷的热力系数影响很大，为增大热力系数，需减小循环倍率。 为减小循环倍率，需增大放气范围及减小浓溶液浓度。,13.11.2020,25,二、单效溴化锂吸收式制冷机的典型结构与流程 (一) 单效溴化锂吸收式制冷机的典型结构 1、吸收式制冷机是在高真空度下工作的，要求系统密封性好

13、。结构安排必须紧凑，连接部件尽量减少，通常把发生器等四个主要换热设备置于一个或两个密闭筒体内，即通常所说的单筒结构和双筒结构。 2、因设备内压力很低，为减少制冷剂蒸汽的流动损失，将压力相近的设备合放在一个筒体内，使外部冷却介质在管束内流动，制冷剂在管束外较大的空间内流动。 3、蒸发器和吸收器采用喷淋式换热设备，以减少静液高度对蒸发温度的影响(在蒸发器低压下，100mm高的水层将使蒸发温度上升1012C)。发生器虽多采用沉浸式，但液层的高度要求小于300350mm。,第三节 单效溴化锂吸收式制冷机,13.11.2020,26,第三节 单效溴化锂吸收式制冷机,双筒形单效溴化锂吸收式制冷机结构简图,1吸收器；2稀溶液囊；3发生器泵；4溶液热交换器；5发生器；6浓溶液囊；7挡液板；8冷凝器；9冷凝器水盘；10U形管；11蒸发器；12蒸发器水盘；13蒸发器水囊；14蒸发器泵；15冷剂水喷淋系统；16挡水板；17吸收器泵；18溶液喷淋泵；19发生器溶液囊；20三通阀；21浓溶液溢流管；22抽气装置,13.11.2020,27,第三节 单效溴化锂吸收式制冷机,(二) 单效溴化锂吸收式制冷机的流程,13.11.2020,