溴化锂吸收式制冷机的工作原理

溴化锂吸取式制冷机的工作原理是：冷水在蒸发器内被来自冷凝器减压节流后的低温冷剂水冷却，冷剂水自身吸取冷水热量后蒸发，成为冷剂蒸汽，进入吸取器内，被浓溶液吸取，浓溶液变成稀溶液。吸取器里的稀溶液，由溶液泵送往热互换器、热回收器后温度升高，最终进入再生器，在再生器中稀溶液被加热，成为最终浓溶液。浓溶液流经热互换器，温度被减少，进入吸取器，滴淋在冷却水管上，吸取来自蒸发器的冷剂蒸汽，成为稀溶液。另首先，在再生器内，外部高温水加热溴化锂溶液后产生的水蒸汽，进入冷凝器被冷却，经减压节流，变成低温冷剂水，进入蒸发器，滴淋在冷水管上，冷却进入蒸发器的冷水。该系统由两组再生器、冷凝器、蒸发器、吸取器、热互换器、溶液泵及热回收器构成，并且依托热源水、冷水的串联将这两组系统有机地结合在一起，通过对高温侧、低温侧溶液循环量和制冷量的最佳分派，实现温度、压力、浓度等参数在两个循环之间的优化配置，并且最大程度的运用热源水的热量，使热水温度可降到66℃溴化锂吸取式制冷机以水为制冷剂，溴化锂水溶液为吸取剂，制取0℃溴化锂的性质与食盐相似，属盐类。它的沸点为1265℃，故在一般的高温下对溴化锂水溶液加热时，可以认为仅产生水蒸气，整个系统中没有精馏设备，因而系统愈加简朴。溴化锂具有极强的吸水性，但溴化锂在水中的溶解度是随温度的减少而减少的，溶液的浓度不适宜超过66％，否则运行中，当溶液温度减少时，将有溴化锂结晶析出的危险性，破坏循环的正常运行。溴化锂水溶液的水蒸气分压，比同温度下纯水的饱和蒸汽压小得多，故在相似压力下，溴化锂水溶液具有吸取温度比它低得多的水蒸气的能力，这是溴化锂吸取式制冷机的机理之一。工作原理与循环溶液的蒸气压力是对平衡状态而言的。假如蒸气压力为0.85kPa的溴化锂溶液与具有1kPa压力（7℃

图1吸取制冷的原理0.87kPa和0.85kPa之间的压差用于克服连接管道中的流动阻力以及由于过程偏离平衡状态而产生的压差，如图1所示。水在5℃为了使水在低压下不停气化，并使所产生的蒸气不停地被吸取，从而保证吸取过程的不停进行，供吸取用的溶液的浓度必须不小于吸取终了的溶液的浓度。为此，除了必须不停地供应蒸发器纯水外，还必须不停地供应新的浓溶液，如图1所示。显然，这样做是不经济的。图2单效溴化锂吸取式制冷机系统图3双筒溴化锂吸取式制冷机的系统

1-冷凝器；2-发生器；3-蒸发器；4-吸取器；5-热互换器；6-U型管；

7-防晶管；8-抽气装置；9-蒸发器泵；10-吸取器泵；11-发生器泵；12-三通阀

实际上采用对稀溶液加热的措施，使之沸腾，从而获得蒸馏水供不停蒸发使用，如图2所示。系统由发生器、冷凝器、蒸发器、节流阀、泵和溶液热互换器等构成。稀溶液在加热此前用泵将压力升高，使沸腾所产生的蒸气可以在常温下冷凝。例如，冷却水温度为35℃时，考虑到热互换器中所容许的传热温差，冷凝有也许在40发生器和冷凝器（高压侧）与蒸发器和吸取器（低压侧）之间的压差通过安装在对应管道上的膨胀阀或其他节流机构来保持。在溴化锂吸取式制冷机中，这一压差相称小，一般只有6.5~8kPa，因而采用U型管、节流短管或节流小孔即可。离开发生器的浓溶液的温度较高，而离开吸取器的稀溶液的温度却相称低。浓溶液在未被冷却到与吸取器压力相对应的温度前不也许吸取水蒸气，而稀溶液又必须加热到和发生器压力相对应的饱和温度才开始沸腾，因此通过一台溶液热互换器，使浓溶液和稀溶液在各自进入吸取器和发生器之前彼此进行热量互换，使稀溶液温度升高，浓溶液温度下降。由于水蒸气的比容非常大，为防止流动时产生过大的压降，需要很粗的管道，为防止这一点，往往将冷凝器和发生器做在一种容器内，将吸取器和蒸发器做在另一种容器内，如图3所示。也可以将这四个重要设备置于一种壳体内，高压侧和低压侧之间用隔板隔开，如图4所示。

图4单筒溴化锂吸取式制冷机的系统

1－冷凝器；2－发生器；3－蒸发器；4－吸取器；

5－热互换器；6、7、8－泵；9－U型管综上所述，溴化锂吸取式制冷机的工作过程可分为两个部分：

(1)发生器中产生的冷剂蒸气在冷凝器中冷凝成冷剂水，经U形管进入蒸发器，在低压下蒸发，产生制冷效应。这些过程与蒸气压缩式制冷循环在冷凝器、节流阀和蒸发器中所产生的过程完全相似；

(2)发生器中流出的浓溶液降压后进入吸取器，吸取由蒸发器产生的冷剂蒸气，形成稀溶液，用泵将稀溶液输送至发生器，重新加热，形成浓溶液。这些过程的作用相称于蒸气压缩式制冷循环中压缩机所起的作用。工作过程在图上的表达溴化锂吸取式制冷机的理想工作过程可以用图表达，见图5。理想过程是指工质在流动过程中没有任何阻力损失，各设备与周围空气不发生热量互换，发生终了和吸取终了的溶液均到达平衡状态。

图5溴化锂吸取式制冷机工作过程在图上的表达(1)发生过程点2表达吸取器的饱和稀溶液状态，其浓度为，压力为，温度为，通过发生器泵，压力升高到，然后送往溶液热互换器，在等压条件下温度由升高至，浓度不变，再进入发生器，被发生器传热管内的工作蒸气加热，温度由升高到压力下的饱和温度，并开始在等压下沸腾，溶液中的水分不停蒸发，浓度逐渐增大，温度也逐渐升高，发生过程终了时溶液的浓度到达，温度到达，用点4表达。2-7表达稀溶液在溶液热互换器中的升温过程，7-5-4表达稀溶液在发生器中的加热和发生过程，所产生的水蒸气状态用开始发生时的状态（点4'）和发生终了时的状态（点3'）的平均状态点3'表达，由于产生的是纯水蒸气，故状态位于的纵坐标轴上。(2)冷凝过程由发生器产生的水蒸气（点3'）进入冷凝器后，在压力不变的状况下被冷凝器管内流动的冷却水冷却，首先变为饱和蒸气，继而被冷凝成饱和液体（点3），3'－3表达冷剂蒸气在冷凝器中冷却及冷凝的过程。(3)节流过程压力为的饱和冷剂水（点3）通过节流装置（如U形管），压力降为(＝)后进入蒸发器。节流前后因冷剂水的焓值和浓度均不发生变化，故节流后的状态点（图中未标出）与点3重叠。但由于压力的减少，部分冷剂水气化成冷剂蒸气（点1'），尚未气化的大部分冷剂水温度减少到与蒸发压力相对应的饱和温度（点1），并积存在蒸发器水盘中，因此节流前的点3表达冷凝压力下的饱和水状态，而节流后的点3表达压力为的饱和蒸气（点）和饱和液体（点1）相混合的湿蒸气状态。(4)蒸发过程积存在蒸发器水盘中的冷剂水（点1）通过蒸发器泵均匀地喷淋在蒸发器管簇的外表面，吸取管内冷媒水的热量而蒸发，使冷剂水的等压、等温条件下由点1变为1'，1－1'表达冷剂水在蒸发器中的气化过程。(5)吸取过程浓度为、温度为、压力为的溶液，在自身的压力与压差作用下由发生器流至溶液热互换器，将部分热量传给稀溶液，温度降到（点8），4-8表达浓溶液在溶液热互换器中的放热过程。状态点8的浓溶液进入吸取器，与吸取器中的部分稀溶液（点2）混合，形成浓度为、温度为的中间溶液（点9'），然后由吸取器泵均匀喷淋在吸取器管簇的外表面。中间溶液进入吸取器后，由于压力的忽然减少，故首先闪发出一部分水蒸气，浓度增大，用点9表达。由于吸取器管簇内流动的冷却水不停地带走吸取过程中放出的吸取热，因此中间溶液便具有不停地吸取来自蒸发器的水蒸气的能力，使溶液的浓度降至，温度由降至（点2）。8－9'和2－9'表达混合过程，9-2表达吸取器中的吸取过程。假定送往发生器的稀溶液的流量为，浓度为，产生的冷剂水蒸气，剩余的流量为、浓度为的浓溶液出发生器。根据发生器中的质量平衡关系得到下式

令，则(1)

a称为循环倍率。它表达在发生器中每产生1kg水蒸气所需要的溴化锂稀溶液的循环量。（）称为放气范围。上面所分析的过程是对理想状况而言的。实际上，由于流动阻力的存在，水蒸气通过挡水板时压力下降，因此在发生器中，发生压力应不小于冷凝压力，在加热温度不变的状况下将引起溶液浓度的减少。此外，由于溶液液柱的影响，底部的溶液在较高压力下发生，同步又由于溶液与加热管表面的接触面积和接触时间的有限性，使发生终了浓溶液的浓度低于理想状况下的浓度，(－)称为发生局限性；在吸取器中，吸取器压力应不不小于蒸发压力，在冷却水温度不变的状况下，它将引起稀溶液浓度的增大。由于吸取剂与被吸取的蒸气互相接触的时间很短，接触面积有限，加上系统内空气等不凝性气体存在，均减少溶液的吸取效果，吸取终了的稀溶液浓度比理想状况下的高，(－)称为吸取局限性。发生局限性和吸取局限性均会引起工作过程中参数的变化，使放气范围减少，从而影响循环的经济性。溴化锂吸取式制冷机的热力及传热计算溴化锂吸取式制冷机的计算应包括热力计算、传热计算、构造设计计算及强度校核计算等，此处仅对热力计算和传热计算的措施与环节加以阐明。热力计算溴化锂吸取式制冷机的热力计算是根据顾客对制冷量和冷媒水温的规定，以及顾客所能提供的加热热源和冷却介质的条件，合理地选择某些设计参数（传热温差、放气范围等），然后对循环加以计算，为传热计算等提供计算和设计根据。(1)已知参数①制冷量它是根据生产工艺或空调规定，同步考虑到冷损、制造条件以及运转的经济性等原因而提出。②冷媒水出口温度它是根据生产工艺或空调规定提出的。由于与蒸发温度有关。若下降，机组的制冷及热力系数均下降，因此在满足生产工艺或空调规定的基础上，应尽量地提高蒸发温度。对于溴化锂吸取式制冷机，由于用水作制冷剂，故一般不小于5℃。③冷却水进口温度根据当地的自然条件决定。应当指出，尽管减少能使冷凝压力下降，吸取效果增强，但考虑到溴化锂结晶这一特殊问题，并不是愈低愈好，而是有一定的合理范围。机组在冬季运行时尤应防止冷却水温度过低这一问题。④加热热源温度考虑到废热的运用、结晶和腐蚀等问题，采用0.1~0.25Mpa的饱和蒸气或75℃(2)设计参数的选定

①吸取器出口冷却水温度1和冷凝器的口冷却水温度2由于吸取式制冷机采用热能作为赔偿手段，因此冷却水带走的热量远不小于蒸气压缩式制冷机。为了节省冷却水的消耗量，往往使冷却水串联地流过吸取器和冷凝器。考虑到吸取器内的吸取效果和冷凝器容许有较高的冷凝压力这些原因，一般让冷却水先通过吸取器，再进入冷凝器。冷却水的总温升一般取7~9℃，视冷却水的进水温度而定。考虑到吸取器的热负荷较冷凝器的热负荷大，通过吸取器的温升1较通过冷凝器的温升2高。冷却水的总温升为。假如水源充足或加温度太低，则可采用冷却水并联流过吸取器和冷凝器的方式，这时冷凝器内冷却水的温升可以高某些。当采用串联方式时，

(2)

(3)②冷凝温度及冷凝压力冷凝温度一般比冷却水出口温度高2~5℃，即

(4)

根据查水蒸气表求得，即

③蒸发温度及蒸发压力蒸发温度一般比冷媒水出水温度低2~4℃。假如规定较低，则温差取较小值，反之，取较大值，即

(5)

蒸发压力根据求得，即

④吸取器内稀溶液的最低温度吸取器内稀溶液的出口温度一般比冷却水出口温度高3~5℃，取较小值对吸取效果有利，但传热温差的减小将导致所需传热面积的增大，反之亦然。

(6)⑤吸取器压力吸取器压力因蒸气流经挡水板时的阻力损失而低于蒸发压力。压降的大小与挡水板的构造和气流速度有关，一般取，即

(7)⑥稀溶液浓度根据和，由溴化锂溶液的图确定，即

(8)⑦浓溶液浓度为了保证循环的经济性和安全可行性，但愿循环的放气范围(－)在0.03~0.06之间，因而

(9)⑧发生器内溶液的最高温度发生器出口浓溶液的温度可根据

(10)

的关系在溴化锂溶液的图中确定。尽管发生出来的冷剂蒸气流经挡水板时有阻力存在，但由于与相比其数值很小，可以忽视不计，因此假定=时影响甚微。一般但愿比加热温度低10~40℃，假如超过这一范围，则有关参数应作对应的调整。较高时，温差取较大值。⑨溶液热互换器出口温度与浓溶液出口温度由热互换器冷端的温差确定，假如温差较小，热效率虽较高，规定的传热面积仍会较大。为防止浓溶液的结晶，应比浓度所对应的结晶温度高10℃以上，因此冷端温差取15~25℃，即

(11)假如忽视溶液与环境介质的热互换，稀溶液的出口温度可根据溶液互换的热平衡式确定，即

(12)

再由和在图上确定，式中。⑩吸取器喷淋溶液状态为强化吸取器的吸取过程，吸取器一般采用喷淋形式。由于进入吸取器的浓溶液量较少，为保证一定的喷淋密度，往往加上一定数量稀溶液，形成中间溶液后喷淋，虽然浓度有所减少，但因喷淋量的增长而使吸取效果增强。假定在的浓溶液中再加入的稀溶液，形成状态为9'的中间溶液，如图6所示，根据热平衡方程式

令，则

(13)

f称为吸取器稀溶液再循环倍率。它的意义是吸取1kg冷剂水蒸气需补充稀溶液的公斤数。一般，有时用浓溶液直接喷淋，即。同样，可由混合溶液的物量平衡式求出中间溶液的浓度。即

(14)

再由和通过图确定混合后溶液的温度。(3)设备热负荷计算设备的热负荷根据设备的热平衡式求出。①制冷机中的冷剂水的流量冷剂水流量由已知的制冷量和蒸发器中的单位热负荷确定。

(15)

由图7可知

(16)②发生器热负荷由图8可知

即

(17)③冷凝器热负荷由图9可知

(18)④吸取器热负荷由图10可知

(19)⑤溶液热互换热负荷由图11可知

(20)(4)装置的热平衡式、热力系数及热力完善度若忽视泵消耗功率带给系统的热量以及系统与周围环境互换的热量，整个装置的热平衡式应为

(21)热力系数用表达，它反应消耗单位蒸气加热量所获得的制冷量，用于评价装置的经济性，按定义

(22)单效溴化锂吸取式制冷机的一般为0.65~0.75，双效溴化锂吸取式制冷机的一般在1.0以上。热力完善度是热力系数与同热源温度下最高热力系数的比值。假设热源温度为，环境温度为，冷源温度为，则最高热力系数为

(23)热力完善度可表达为

(24)

它反应制冷循环的不可逆程度。(5)加热蒸气的消耗量和各类泵的流量计算①加热蒸气的消耗量

(25)

式中Ａ-----考虑热损失的附加系数，A=1.05~1.10；

――-----加热蒸气焓值，kJ/kg；

――-----加热蒸气凝结水焓值，kJ/kg。②吸取器泵的流量

(26)

式中-----吸取器喷淋溶液量，kg/s；

――-----喷淋溶液密度，kg/l，由图查取。③发生器泵的流量

(27)

式中-----稀溶液密度，kg/l，由图查取。④冷媒水泵的流量

(28)

式中-----冷媒水的比热容，；

――-----冷媒水的进口温度，℃；

――-----冷媒水的出口温度，℃。⑤冷却水泵的流量假如冷却水是串联地流过吸取器和冷凝器，它的流量应从两方面确定。对于吸取器

(29)对于冷凝器

(30)

计算成果应为，假如两者相差较大，阐明此前假定的冷却水总温升的分派不妥，需重新假定，至两者相等为止。⑥蒸发器泵的流量由于蒸发器内压力很低，冷剂水静压力对蒸发沸腾过程的影响较大，因此蒸发器做成喷淋式。为了保证一定的喷淋密度，使冷剂水均匀地润湿发器管簇的外表面，蒸发器泵的喷淋量要不小于蒸发器的蒸发量，两者之比称为蒸发器冷剂水的再循环倍率，用a表达，a=10~20。蒸发泵的流量为

(31)传热计算(1)传热计算公式简化的溴化锂吸取式制冷,机的传热计算公式如下，

(32)

式中-----传热面积，；

――-----传热量，w；

――-----热互换器中的最大温差，即热流体进口和冷流体进口温度之差，℃；

――a,b-----常数，它与热互换器内流体流动的方式有关，详细数据见表1；

――-----流体a在换热过程中温度变化，℃；

――-----流体b在换热过程中的温度变化，℃。

采用公式(32)时，规定<。假如有一种流体的换热过程中发生集态变化，例如冷凝器中的冷凝过程，由于此时该流体的温度没有变化，故，公式(32)可简化为

(33)(2)多种换热设备传热面积的计算①发生器的传热面积进入发生器的稀溶液处在过冷状态（点7），必须加热至饱和状态（点5）才开始沸腾，由于温度从上升到所需热量与沸腾过程中所需热量相比很小，因此在传热计算时均按饱和温度计算。此外，假如加热介质为过热蒸气，其过热区放出的热量远不不小于潜热，计算时也按饱和温度计算。由于加热蒸气的换热过程中发生相变，故，对应的发生器传热面积为

(34)

式中-----发生器传热系数，。②冷凝器的传热面积进入冷凝器的冷剂水蒸气为过热蒸气，由于它冷却到饱和蒸气时放出的热量远不不小于冷凝过程放出的热量，故计算时仍按饱和冷凝温度进行计算。由于冷剂水蒸气在换热过程中发生相变，故，即

(35)

式中-----冷凝器传热系数，。③吸取器的传热面积假如吸取器中的冷却水作混合流动而喷淋液不作混合流动，则

(36)

式中-----吸取器传热系数，。④蒸发器的传热面积蒸发过程中冷剂水发生相变，，则

(37)

式中-----蒸发器传热系数，。⑤溶液热互换器的传热面积由于稀溶液流量大，故水当量大，应为稀溶液在热互换器中的温度变化。两种溶液在换热过程中的流动方式常采用逆流形式，则

(38)

式中-----溶液热互换传热系数，。(3)传热系数在以上各设备的传热面积计算公式中，除传热数外，其他各参数均已在热力计算中确定。因此传热计算的实责问题是怎样确定传热系数K的问题。由于影响K值的原因诸多，因此在设计计算时常根据同类型机器的试验数据作为选用K值的根据。表2列出了某些国内外产品的传热系数，供设计时参照。

由表2可见，各设备传热系数相差很大。实际上，热流密度、流速、喷淋密度、材质、管排布置方式、水质、不凝性气体量及污垢等原因均会影响传热系数的数值。目前，国内外对溴化锂吸取式制冷机组采用了某些改善措施，如对传热管进行合适的处理、提高水速、改善喷嘴构造等，使传热系数有较大的提高。设计过程中务必选综合考虑多种原因，再确定K值。单效溴化锂吸取式制冷机热力计算和传热计算举例(1)热力计算①已知条件：

1）制冷量

2）冷媒水进口温度℃

3）冷媒水进口温度℃

4）冷却水进口温度℃

5）加热工作蒸气压力，相对于蒸气温度℃②设计参数的选定

1）吸取器出口冷却水温度1和冷凝器出口冷却水温度2为了节省冷却水的消耗量，采用串联方式。假定冷却水总的温升=8℃，取1℃，2℃，则

2）冷凝温度及冷凝压力取℃，则