26.04.2020,1,第八章吸收式制冷,能源與動力學院建筑環境與設備工程系,26.04.2020,2,第一節吸收式制冷的基本原理,高溫高壓制冷劑氣體,低溫低壓制冷劑氣體,高溫高壓制冷劑液體,低溫低壓制冷劑液體,蒸氣壓縮式制冷的基本原理,26.04.2020,3,第一節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,節流閥,吸收器,發生器,26.04.2020,4,1、吸收式制冷循環,第一節吸收式制冷的基本原理,相當于一個壓縮機,制冷劑循環逆循環,吸收劑循環正循環,26.04.2020,5,2、吸收式制冷機的構成,膨脹閥,蒸發器,冷凝器,發生器,吸收器,溶液泵,節流裝置,與蒸氣壓縮式制冷系統完全相同,相當于“熱力壓縮機”吸收器相當于吸氣側發生器相當于壓出側,第一節吸收式制冷的基本原理,26.04.2020,6,第一節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，吸收劑溶液與制冷劑吸收劑溶液的區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對：水溴化鋰水氯化鋰氨水,26.04.2020,7,一、吸收式制冷機的熱力系數1、吸收式制冷機熱力系數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分析(1)吸收式制冷系統與外界的能量交換,26.04.2020,8,第一節吸收式制冷的基本原理,吸收式制冷系統與外界的能量交換,根據熱力學第一定律：,假設：該吸收式制冷循環是可逆的；發生器熱媒溫度、蒸發溫度、冷凝溫度、環境溫度均為常量。,則：,發生器熱媒引起的熵增為：,26.04.2020,9,蒸發器中被冷卻物質引起的熵增為：,第一節吸收式制冷的基本原理,周圍環境引起的熵增為：,由熱力學第二定律可知：系統引起外界總熵的變化應大于或等于零，即：,26.04.2020,10,第一節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為：,則吸收式制冷機的最大熱力系數max為：,26.04.2020,11,第一節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等于工作在Tg與Te之間的卡諾循環的熱效率與工作在T0和Te之間的逆卡諾循環的制冷系數的乘積。最大熱力系數隨熱源溫度的升高、環境溫度的降低及被冷卻介質溫度的升高而增大。,因此，可逆吸收式制冷循環可看成卡諾循環與逆卡諾循環構成的聯合循環，如右圖所示。故吸收式制冷與由熱機驅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是相同的。,可逆吸收式制冷循環,壓縮式制冷機的制冷系數應乘以驅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相比。,26.04.2020,12,第二節二元溶液的特性,26.04.2020,13,第二節二元溶液的特性,在吸收式制冷循環中，制冷劑吸收劑工質對(二元混合物)的特性是關鍵問題，工質對的特性受溶液濃度的影響。對于吸收式制冷機通常規定：溴化鋰水溶液的濃度指溶液中溴化鋰的質量濃度；(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量濃度。(在氨吸收式制冷機中，吸收劑是稀溶液。),26.04.2020,14,第二節二元溶液的特性,一、溴化鋰水溶液的特性溴化鋰水溶液是目前空調用吸收式制冷機采用的工質對。溴化鋰的性質：無水溴化鋰為無色粒狀結晶物，性質和食鹽相似，化學穩定性好，在大氣中不變質、分解、揮發。無毒，對皮膚無刺激。通常固體溴化鋰含一個或兩個結晶水。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，溴化鋰水溶液發生沸騰時只有水汽化，生成純制冷劑，故不需設蒸汽精餾設備，系統簡單，熱力系數較高。其主要弱點在于以水為制冷劑，蒸發溫度不能太低。并且系統對真空度要求較高。,26.04.2020,15,(一)、溴化鋰水溶液的壓力飽和溫度圖,第二節二元溶液的特性,溴化鋰水溶液蒸汽壓圖,純水的壓力飽和溫度關系,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晶。(機組運行時應防止發生結晶),26.04.2020,16,第二節二元溶液的特性,(二)、溴化鋰水溶液的比焓濃度圖,飽和液態和過冷液態的比焓在h圖上可根據等溫線和等濃度線的交點確定。在溴化鋰溶液的h圖上只有液相區，氣態為純水蒸汽，集中在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。,當壓力較低時，壓力對液體的比焓和混合熱的影響很小，可認為溶液的比焓只是溫度和濃度的函數。,溴化鋰水溶液的比焓濃度圖,26.04.2020,17,第三節單效溴化鋰吸收式制冷機,26.04.2020,18,第三節單效溴化鋰吸收式制冷機,溴化鋰吸收式制冷機的優點,(1)不需要設置蒸汽精餾設備，系統簡單，熱力系數較高；(2)可以利用各種熱能驅動，節約大量用電；(3)結構簡單，運動部件少，安全可靠；(4)對環境和大氣臭氧層無害。,目前，溴化鋰吸收式制冷機發展迅速，在大型空調制冷系統和低品位熱能利用方面占有重要地位。,26.04.2020,19,第三節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,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,26.04.2020,20,2、單效溴化鋰吸收式制冷機理論循環,第三節單效溴化鋰吸收式制冷機,h圖上溴化鋰吸收式制冷機理論循環,12：泵的加壓過程，來自吸收器的稀溶液由壓力P0下的飽和液變為壓力Pk下的過冷液，濃度不變，溫度近似不變，點1與點2基本重合。,23：過冷的稀溶液在預熱器中的預熱，濃度不變，溫度升高。,34：稀溶液在發生器中的加熱過程，其中33g過冷稀溶液變為飽和液的過程；3g4為稀溶液在等壓Pk下沸騰氣化變為濃溶液的過程。發生器排出的蒸汽可認為是與沸騰過程溶液的平均狀態相平衡的水蒸氣(狀態7的過熱水蒸汽),26.04.2020,21,第三節單效溴化鋰吸收式制冷機,h圖上溴化鋰吸收式制冷機理論循環,78：為冷劑水蒸氣在冷凝器中的冷凝過程，壓力為Pk。,89：為冷劑水的節流過程，壓力由Pk變為P0下的濕蒸氣，狀態9的濕蒸氣為由狀態9的飽和水與狀態9的飽和水蒸氣組成。,910：為狀態9的濕蒸汽在蒸發器內吸熱氣化至狀態10的飽和水蒸汽過程，其壓力為P0。,45：為濃溶液在熱交換器中的預冷過程，即由壓力為Pk的飽和液變為過冷液。,56：濃溶液的節流過程，將壓力為Pk的過冷液變為壓力P0下的濕蒸汽。,26.04.2020,22,第三節單效溴化鋰吸收式制冷機,h圖上溴化鋰吸收式制冷機理論循環,61：為濃溶液在吸收器中吸收過程，其中66a為濃溶液由濕蒸氣變為飽和液狀態，6a1為狀態為6a的飽和液在壓力P0下與狀態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的熱力系數,決定吸收式制冷循環的外部條件被冷卻介質的溫度tcw：決定蒸發壓力(蒸發溫度t0)；冷卻介質溫度tw：決定冷凝壓力Pk(冷凝溫度tk)及吸收器內的最低溫度t1；熱源溫度th：決定發生器內的最高溫度t4。,26.04.2020,23,第三節單效溴化鋰吸收式制冷機,溶液的循環倍率f定義：系統中每產生1kg的制冷劑所需要的制冷劑吸收劑的千克數。,設從吸收器進入發生器的稀溶液流量為F，發生器中產生的水蒸汽的質量流量為D，則由發生器進入吸收器的濃溶液流量為FD，根據發生器內溴化鋰的制冷平衡方程可導出：,“放氣范圍”,26.04.2020,24,(3)理想溴化鋰吸收式制冷循環的熱力系數,第三節單效溴化鋰吸收式制冷機,可見：循環倍率對吸收式制冷的熱力系數影響很大，為增大熱力系數，需減小循環倍率。為減小循環倍率，需增大放氣范圍及減小濃溶液濃度。,26.04.2020,25,二、單效溴化鋰吸收式制冷機的典型結構與流程(一)單效溴化鋰吸收式制冷機的典型結構1、吸收式制冷機是在高真空度下工作的，要求系統密封性好。結構安排必須緊湊，連接部件盡量減少，通常把發生器等四個主要換熱設備置于一個或兩個密閉筒體內，即通常所說的單筒結構和雙筒結構。2、因設備內壓力很低，為減少制冷劑蒸汽的流動損失，將壓力相近的設備合放在一個筒體內，使外部冷卻介質在管束內流動，制冷劑在管束外較大的空間內流動。3、蒸發器和吸收器采用噴淋式換熱設備，以減少靜液高度對蒸發溫度的影響(在蒸發器低壓下，100mm高的水層將使蒸發溫度上升1012C)。發生器雖多采用沉浸式，但液層的高度要求小于300350mm。,第三節單效溴化鋰吸收式制冷機,26.04.2020,26,第三節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構簡圖,1吸收器；2稀溶液囊；3發生器泵；4溶液熱交換器；5發生器；6濃溶液囊；7擋液板；8冷凝器；9冷凝器水盤；10U形管；11蒸發器；12蒸發器水盤；13蒸發器水囊；14蒸發器泵；15冷劑水噴淋系統；16擋水板；17吸收器泵；18溶液噴淋泵；19發生器溶液囊；20三通閥；21濃溶液溢流管；22抽氣裝置,26.04.2020,27,第三節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,26.04.2