第四章 吸收式制冷技术

制冷与空调4.1吸收式制冷的根本原理4.2单效溴化锂吸收式制冷系统4.1吸收式制冷的根本原理4.2单效溴化锂吸收式制冷系统概述美国〔1945、开利〕是最早生产和应用溴化锂吸收式制冷机的国家。但由于能源丰富，特别是电力充裕，吸收式制冷机所占的比例并不大，70年代中期每年约生产1000台，占15%左右。1975年以后，几年逐年下降，到了1983年只生产150台，占冷水机组总台数的7%左右目前吸收式制冷在日本,中国和韩国得到了较普遍的应用，随着我国西气东输工程的实施和天然气的引进或开采、广泛的燃气供给，以及夏季燃气低谷和用电顶峰，燃气直燃式吸收式空调能够得到更广泛的应用。我国在吸收制冷设计和制造方面处于国际先进水平，出现了江苏双良、长沙远大、大连三洋等一系列著名品牌。压缩机高温高压低温低压高温高压低温低压节流装置蒸发器冷凝器P蒸气压缩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环膨胀阀蒸发器冷凝器发生器吸收器泵节流装置相当于一个压缩机制冷剂循环－逆循环吸收剂循环－正循环一、吸收式制冷的根本原理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①吸收器：吸收制冷剂蒸汽；②发生器：加热、释放制冷剂；③溶液热交换器：内部能量利用，提高效率；④溶液泵：加压作用。一、吸收式制冷的根本原理吸收式与压缩式的比较比较项目压缩式吸收式结构压缩机吸收器、液泵、发生器、节流阀耗能类型机械能热能（蒸汽、燃油、燃气、废热、余热）工况特点冷凝压力高冷凝压力低制冷工质制冷剂（氨、氟利昂）工质对：吸收剂-制冷剂（溴化锂-水、水-氨）一、吸收式制冷的根本原理二、工质对对制冷剂的选择：要求与蒸汽压缩式制冷根本相同，应具有较大的单位容积制冷量，工作压力不应太高或太低，价廉，无毒，不爆炸和不腐蚀等性质。1.工质对〔制冷剂－吸收剂溶液〕：两种可以相互吸收的液体形成的溶液。2.吸收式制冷循环工质的选择要求对吸收剂的选择应具有如下要求：1〕吸收剂应具有强烈吸收制冷剂的能力。2〕作为吸收剂和制冷剂的两种物质，它们的沸点希望相差越大越好。3〕吸收剂也希望具有较大的热导率，较小的密度和粘度，而且应具有较小的比热，以提高制冷循环的工作效率。3.吸收式制冷常用工质对：

溴化锂水溶液：制冷剂——水,吸收剂——溴化锂氨水溶液：制冷剂——氨，吸收剂——水4〕在化学性质方面与制冷剂一样，要求无毒﹑不燃烧﹑不爆炸，对制冷机的金属材料无腐蚀和具有较好的化学稳定性。5〕吸收式制冷循环工质对所组成的二元溶液，必须是非共沸溶液。二、工质对4.相、独立组分数、自由度和相律1)相体系内物理和化学性质完全均匀一致的局部称为相。相与相之间有明显的分界面。体系内相的数目用符号Φ表示。气体能充分混合，所以不管有多少种气体都只有一个相。液体那么视其互溶程度，有一相或多相之分。2)独立组分数独立组分是平衡体系中能独立存在的物质。组分的数目称为组分数。在物质间无化学反响的情况下，独立组分数就是平衡体系中的物质数。独立组分数用符号k表示。3)自由度

体系的自由度指体系的独立可变因素，如温度、压力、浓度等。在一定范围内，可以任意改变而不会引起相数目的改变。自由度用符号f表示。对单组分体系,k=l，

f=3-Φ。

单纯气体：Φ=l,

f=2,只要确定二个状态参数,

饱和水和水蒸气：Φ=2,f=l,只需要一个状态参数(如温度或压力)。4)相律体系处于平衡状态时，它的自由度、相数和组分数之间存在着一定的关系。这个关系称为相律(或称吉普斯方程)：对两组分体系,因为k=2,所以自由度f=4-Φ

。当二元溶液处于汽、液两相平衡状态时,

Φ

=2,因此f=2。即说确定处于汽、液平衡的二元溶液的状态,只需要知道两个独立的状态参数,其它状态参数就可随之而确定。1、吸收式制冷机热力系数ζ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：式中：Q0－吸收式制冷机所制取的制冷量；

Qg－吸收式制冷机所消耗的热量。三、吸收式制冷机的热力系数吸收式制冷系统与外界的能量交换根据热力学第一定律：吸收器冷凝器假设：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。那么发生器热媒引起的熵增为：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三、吸收式制冷机的热力系数蒸发器中被冷却物质引起的熵增为：周围环境引起的熵增为：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：吸收式制冷系统与外界的能量交换吸收器冷凝器三、吸收式制冷机的热力系数吸收式制冷系统与外界的能量交换吸收器冷凝器将能量平衡方程代入上式，有：假设忽略泵的功耗，那么吸收式制冷机的热力系数为：那么吸收式制冷机的最大热力系数ζmax为：三、吸收式制冷机的热力系数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。可逆吸收式制冷循环可见：三、吸收式制冷机的热力系数四、吸收式制冷的特点优点：1.工质环保，对环境和大气臭氧层无害2.以热能为动力，节电效果明显3.可以利用各种热能驱动4.结构简单，运动部件少，平安可靠缺点：1.价格无优势2.耗能大，机组笨重3.利用热能促进全球变暖4.热力系数COP低于压缩式制冷循环4.1吸收式制冷的根本原理4.2单效溴化锂吸收式制冷系统一、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－ξ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－ξ图上只有液相区，气态为纯水蒸汽，集中在ξ＝0的纵轴上。由于平衡时气液同温度，可通过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－浓度图等温液线等压饱和液液线一、溴化锂水溶液的比焓－浓度图饱和液体〔p0=0.93MPa，t0=40℃〕，如图上A点，过A做一条竖直的直线与p=0.93MPa的辅助线交于B点，再过B点做一条水平线与纵坐标交于C点，那么即为饱和液体A对应的饱和气态。BCp=0.93MPaT=40℃A1.按用途分类：冷水机组、冷热水机组、热泵机组2.按驱动热源分类：蒸汽型、直燃型、热水型3.按驱动热源的利用方式分类：单效、双效、多效4.按溶液循环流程分类：串联流程、并联流程5．按机组结构分类1〕单筒型，机组的主要换热器〔发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器〕布置在一个筒体内。2〕双筒型，机组的主要换热器布置在二个筒体内。3〕三筒或多筒型，机组的主要换热器布置在三个或多个筒体内。二、溴化锂吸收式制冷机的分类单效溴化锂吸收式制冷机的流程1、单效溴化锂吸收式制冷机的流程三、单效溴化锂吸收式制冷理论循环单效蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组的系统组成热源回路冷却水回路冷水回路制冷剂回路溶液回路单效溴化锂吸收式制冷机的流程三、单效溴化锂吸收式制冷理论循环饱和液体3gξw(pk,)饱和液体4ξs(pk,)点1与点2根本重合。2、单效溴化锂吸收式制冷循环三、单效溴化锂吸收式制冷理论循环2t2ξsξwξhp0pk饱和液体线p0pk辅助线13g3t44过冷液体2饱和液体1ξw(p0,)浓度不变温度近似不变过冷液体2(t2,)ξw过冷液体3压力、浓度不变温度升高过冷液体3饱和液体3gξw(pk,)产生蒸汽加热加热1〕溶液泵2〕热交换器3〕发生器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)(t2,ξw)7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。三、单效溴化锂吸收式制冷理论循环4〕冷凝器5〕膨胀阀6〕蒸发器饱和水8(pk)过热水蒸汽7(pk)冷凝蒸发(p0,h8,0)饱和水8(pk,0)湿蒸汽9浓度不变焓值不变点8与点9根本重合。饱和水蒸汽10(p0)湿蒸汽9(p0,h8,0)2t2ξsξwξhp0pk饱和液体线p0pk辅助线13g3t447899“9‘106→6a为浓溶液由湿蒸气变为饱和液状态，6a→1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。三、单效溴化锂吸收式制冷理论循环7〕热交换器8〕溶液节流阀9〕吸收器饱和液体4(pk,ξs)过冷液体5压力、浓度不变温度下降(pkξs)过冷液体5(pkξs)湿蒸汽6(p0,h5,ξs)焓值、浓度不变压力下降点5与点6根本重合。2t2ξsξwξhp0pk饱和液体线p0pk辅助线13g3t447899“9‘10566a定义：每产生1kg的制冷剂所需要的制冷剂－吸收剂的千克数。F，ξwDF－D，ξs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，由发生器进入吸收器的浓溶液流量为F－D，“放气范围〞三、单效溴化锂吸收式制冷理论循环3.溶液的循环倍率fF，ξwDF－D，ξs产生制冷量消耗热量三、单效溴化锂吸收式制冷理论循环热力系数

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。三、单效溴化锂吸收式制冷理论循环1.发生缺乏在发生器中，实际发生终了浓溶液的浓度低于理想情况下的浓度，称为发生缺乏；2.吸收缺乏在吸收器中,实际吸收终了的稀溶液浓度比理想情况下的高，称为吸收缺乏。实际循环过程的发生缺乏和吸收缺乏三、单效溴化锂吸收式制冷理论循环为什么要采用双效溴化锂吸收式制冷循环？a.提高加热热源的温度可以提高制冷量和经济性，但到一定的程度，Q0和ξ将随之缓慢，并且会造成结晶和削弱缓蚀剂作用的危险。因此，对单效溴化锂吸收式制冷循环应限制加热温度；b.为了能利用较高温度的热源。串联流程的吸收式制冷机双效溴化锂吸收式制冷机分类：