第七章吸收式制冷

第七章

吸收式制冷ABSORPTIONREFRIGERATION1冷凝器蒸發(fā)器壓縮機(jī)單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)工作流程膨脹閥第一節(jié)吸收式制冷的基本原理吸收式制冷是液體氣化法制冷的一種，它和蒸氣壓縮式制冷一樣，是利用液態(tài)制冷劑在低壓低溫下氣化以達(dá)到制冷目的。一、吸收式制冷機(jī)的基本原理吸收式制冷循環(huán)也是利用相變過程伴隨的吸、放熱特性來獲取低溫的。冷凝器蒸發(fā)器Q0Qk吸收式制冷機(jī)工作流程吸收器發(fā)生器泵QaQg膨脹閥P2制冷技術(shù)講義類別項目吸收式制冷循環(huán)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)相同處（1）兩種制冷系統(tǒng)都是利用物質(zhì)相變吸熱的制冷原理；（2）都有冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流閥裝置。不同處主要組成部件發(fā)生器、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器、吸收器、溶液泵壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器工質(zhì)工質(zhì)對（二元溶液）單純工質(zhì)/混合工質(zhì)消耗能源低品位的熱能。如：熱水、低壓蒸汽、余熱、廢熱、燃?xì)狻⑻柲?，所用能源范圍廣。高品位的電能（機(jī)械能）壓力提高措施發(fā)生器、吸收器、溶液泵壓縮機(jī)工質(zhì)濃度發(fā)生變化不發(fā)生變化3制冷技術(shù)講義二、吸收式制冷機(jī)的熱力系數(shù)吸收式制冷系統(tǒng)泵TgT0Te蒸發(fā)器冷媒環(huán)境發(fā)生器熱媒吸收式制冷機(jī)的最大熱力系數(shù)4制冷技術(shù)講義由熱力學(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：忽略泵的功率，則吸收式制冷機(jī)的熱力系數(shù)：5制冷技術(shù)講義熱力系數(shù)與最大熱力系數(shù)之比稱為熱力完善度。吸收式制冷機(jī)的最大熱力系數(shù)例:若環(huán)境溫度為36℃、加熱介質(zhì)溫度100℃，被冷卻物溫度7℃，求吸收式制冷循環(huán)的最大熱力系數(shù).6制冷技術(shù)講義第二節(jié)二元溶液的特性一、二元溶液的基本特性與工質(zhì)對兩種互相不起化學(xué)作用的物質(zhì)組成的均勻混合物稱二元溶液。所謂均勻混合物：是指其內(nèi)部各種物理性質(zhì)，如壓力、溫度、濃度、密度等在整個混合物中各處都完全一致，不能用純機(jī)械的沉淀法或離心法將它們分離為原組成物質(zhì)；所有氣態(tài)混合物都是均勻混合物。1、二元溶液的壓力——溫度關(guān)系二元溶液與純物質(zhì)有許多不同之處：純物質(zhì)：在一定壓力下只有一個飽和溫度，其定壓氣化或冷凝過程都是定溫過程。

二元溶液：在一定壓力下的飽和溫度卻與濃度有關(guān)。隨著溶液的氣化，剩余液體中低沸點(diǎn)物質(zhì)含量的減少，其溫度將逐漸升高，所以，二元溶液的定壓氣化過程是一個升溫過程，定壓冷凝過程則是降溫過程。7制冷技術(shù)講義對于一定濃度的二元溶液，其飽和溫度隨壓力的增加而上升。t（℃）01ξ123純物質(zhì)的飽和液或氣狀態(tài)點(diǎn)只需壓力或溫度二者中的一個參數(shù)即可確定，其它狀態(tài)點(diǎn)需由兩個狀態(tài)參數(shù)確定。二元溶液的飽和液或飽和氣狀態(tài)點(diǎn)必須由壓力、溫度、濃度中任意兩個參數(shù)確定，而其它狀態(tài)點(diǎn)，則需由壓力、溫度和濃度三個參數(shù)確定。飽和液線露點(diǎn)泡點(diǎn)8制冷技術(shù)講義2、二元溶液比焓—濃度圖

不同沸點(diǎn)的物質(zhì)組成的二元溶液，以低沸點(diǎn)（或易揮發(fā)）組份為制冷劑，高沸點(diǎn)組份為吸收劑，因此，稱為制冷劑一吸收劑工質(zhì)對。最常用的工質(zhì)對有：氨一水工質(zhì)對溴化鋰-水工質(zhì)對9制冷技術(shù)講義②溴化鋰-水工質(zhì)對。其中水為制冷劑。由于溴化鋰在1個大氣壓下的沸點(diǎn)高達(dá)1265℃，所以是吸收劑。溴化鋰-水工質(zhì)對主要用于空調(diào)制冷中。其主要弱點(diǎn)是由于以水為制冷劑，蒸發(fā)溫度不能太低，系統(tǒng)內(nèi)真空度較高。①氨一水工質(zhì)對。其中氨在1個大氣壓下的沸點(diǎn)是－33．4℃，為制冷劑；水在1個大氣壓下的沸點(diǎn)是100℃，為吸收劑。氨一水工質(zhì)對適用于低溫。二、溴化鋰水溶液的特性化學(xué)式：LiBr；分子量：86.856：成分：Li：7.99％．Br：92.01％

溴化鋰的化學(xué)穩(wěn)定性好，在大氣中不會變質(zhì)、分解或揮發(fā)，此外，溴化鋰無毒，對皮膚無刺激。無水溴化鋰的主要物性值如下：比重：3.464(25℃)；熔點(diǎn)：549℃；沸點(diǎn)；1265℃。10制冷技術(shù)講義溴化鋰溶液在不同的溫度下，具有不同的溶解度。（1）一定溫度下的溴化鋰水飽和溶液，溶解度隨溫度降低而減小。（2）溶液的結(jié)晶溫度與溶液質(zhì)量濃度有著密切的關(guān)系。溶液濃度的微小變化，都會導(dǎo)致結(jié)晶溫度的大幅度波動。（3）設(shè)計中一般控制溶液的質(zhì)量濃度不超過65%。（4）在化學(xué)性質(zhì)方面，溴化鋰溶液仍屬一種有較強(qiáng)腐蝕性的介質(zhì)。在常壓下，其腐蝕性隨溶液濃度的降低而加劇。溶液的腐蝕性對機(jī)組的運(yùn)行效率、安全和壽命有重要影響。固體溴化鋰中會含有一個或兩個結(jié)晶水，分子式：LiBr·H20或LiBr·2H20。溴化鋰具有極強(qiáng)的吸水性，是良好的吸收劑。其防腐措施有：①保持系統(tǒng)內(nèi)高度真空，不允許空氣滲入系統(tǒng)；②向系統(tǒng)內(nèi)加入緩蝕劑如鉻酸鋰、鉬酸鋰、氧化鉛、三氧化二砷等。11制冷技術(shù)講義（一）溴化鋰水溶液的壓力－飽和溫度圖經(jīng)驗性的杜林法則指出：水溶液的沸點(diǎn)t與同壓力下水的沸點(diǎn)t’成正比。結(jié)論：1·在一定的溫度下，溶液表面上的水蒸氣飽和分壓力低于純水的飽和壓力。溶液的濃度越高，液面上水蒸氣飽和分壓力越低。2·結(jié)晶線表明了不同溫度下溶液的飽和濃度。溫度越低則飽和濃度越小。這又說明了溶液的溫度過低或濃度過高時都容易產(chǎn)生結(jié)晶，這是溴化鋰制冷機(jī)應(yīng)該避免的現(xiàn)象。12制冷技術(shù)講義（二）溴化鋰水溶液的比焓－濃度圖13制冷技術(shù)講義第三節(jié)溴化鋰吸收式制冷機(jī)一、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán)冷凝器吸收器蒸發(fā)器節(jié)流閥溶液熱交換器發(fā)生器吸收器34561278910溶液泵低壓水蒸氣高壓水蒸氣濃溶液冷卻水14制冷技術(shù)講義15制冷技術(shù)講義1、系統(tǒng)工作循環(huán)簡單的吸收式制冷系統(tǒng)由發(fā)生器、吸收器、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流閥和溶液泵、溶液熱交換器等設(shè)備組成。制冷工質(zhì)：二元溶液（制冷劑——吸收劑）制冷劑循環(huán)：從冷凝器——節(jié)流閥——蒸發(fā)器——吸收器——溶液泵

——溶液熱交換器——發(fā)生器——冷凝器吸收劑循環(huán)：從吸收器——溶液泵——溶液熱交換器——

發(fā)生器——節(jié)流閥——吸收器16制冷技術(shù)講義2、工作過程它利用熱源（水蒸氣、熱水或油、天然氣燃燒）在發(fā)生器中加熱具有一定濃度的溶液，使其中作為低沸點(diǎn)組份部分被蒸發(fā)出來。然后送入冷凝器冷凝成為液體，由節(jié)流閥降壓到蒸發(fā)壓力，在蒸發(fā)器中蒸發(fā)制冷。蒸發(fā)器出來的制冷劑蒸氣被發(fā)生器中完成發(fā)生過程后剩下的溶液吸收，使溶液恢復(fù)到原有濃度，再由溶液泵送到發(fā)生器中循環(huán)使用。

制冷劑從蒸發(fā)器流向吸收器的動力：是吸收器中的吸收劑——制冷劑溶液的蒸氣壓低于蒸發(fā)器中制冷劑蒸氣壓。吸收器中的吸收劑——制冷劑溶液的蒸氣壓取決于吸收劑的特性，即它的溫度和濃度。吸收劑溶液的溫度越低，濃度越高，則溶液的蒸氣壓也越低。系統(tǒng)低壓側(cè)的壓力值由吸收器中的吸收劑——制冷劑溶液的蒸氣壓決定，同時，也決定了蒸發(fā)器中制冷劑的蒸發(fā)溫度。17制冷技術(shù)講義3、單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)工作循環(huán)在h—ξ圖上的表示o1濃度ξ2175349′986ξwξmξs輔助等壓線106a3gt2t49"冷凝器吸收器蒸發(fā)器節(jié)流閥溶液熱交換器發(fā)生器吸收器34561278910溶液泵低壓水蒸氣高壓水蒸氣濃溶液冷卻水18制冷技術(shù)講義4、單效溴化鋰吸收式制冷的熱負(fù)荷計算溴化鋰吸收式制冷機(jī)的熱負(fù)荷計算的任務(wù)是根據(jù)用戶提出的制冷量、工作溫度，以及加熱介質(zhì)和冷卻介質(zhì)的條件，確定機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，計算出各換熱設(shè)備的熱負(fù)荷、各工作介質(zhì)的流量和機(jī)組的熱能耗量、熱力系數(shù)等。

決定吸收式制冷熱力過程的外部條件是：熱源溫度：決定了發(fā)生器內(nèi)溶液的最高濃度t4。冷卻介質(zhì)溫度：決定了冷凝壓力Pk（冷凝溫度tk）及吸收器內(nèi)溶液的最低溫度t1；被冷卻介質(zhì)溫度：決定了蒸發(fā)壓力P0（蒸發(fā)溫度t0）

P0和t1決定了吸收器中稀溶液的濃度ξw；

Pk和t4決定了發(fā)生器中濃溶液的濃度ξs.（1）循環(huán)工作參數(shù)的確定：根據(jù)我國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T7247—94合理地確定。19制冷技術(shù)講義參數(shù)名稱確定原則制冷量Q0根據(jù)用戶要求或產(chǎn)品系列規(guī)格確定冷凍水進(jìn)、出口溫度ts"、ts′

根據(jù)生產(chǎn)工藝或空調(diào)要求確定，一般ts

"-ts′=5℃或ts

"=20℃

，ts′=13℃

。我國

JB/T7247—94有7℃、10℃、13℃三種工況。冷卻水進(jìn)口溫度按用戶供水條件確定。JB/T7247—94規(guī)定的名義工況為tw1=32℃熱源參數(shù)0.1MPa（表壓）的飽和蒸汽冷卻水出口溫度在冷卻水串聯(lián)通過吸收器和冷凝器的情況下，冷卻水總溫升Δt=8~9℃。要根據(jù)吸收器和冷凝器熱負(fù)荷的比例來確定tw2

。tw2=tw1+Δt。冷凝溫度tk一般冷凝溫度比冷卻水出口溫度高Δtk=2.5~5℃，即tk=tw2+Δtk蒸發(fā)溫度t0蒸發(fā)溫度一般較冷媒水出口溫度低Δt0=2~3℃，即t0=ts′-Δt0吸收器內(nèi)溶液的最低溫度t1一般比冷卻水出口溫度tw2高3~5℃，t1=tw2+（3~5）℃溶液的濃度ξs和ξw稀溶液的濃度ξw可按t1時的飽和溶液確定。濃溶液濃度可以根據(jù)放氣范圍選取。一般（ξs-ξw

）取3.5~6較為合適。當(dāng)放氣范圍（ξs-ξw

）<3.5時耗氣量增加，（ξs-ξw

）>6時，蒸汽量減少不多時易結(jié)晶，因此，一般取

ξw=58%~60%，取（ξs-ξw

）=4~4.5時，ξs=62%~64%發(fā)生器內(nèi)溶液最高溫度t4可根據(jù)ξs

和Pk在焓—濃度圖上查取濃溶液出熱交換器的溫度t8此溫度選取較低，則傳熱溫差減小，制冷機(jī)組效率提高，但熱負(fù)荷增加，傳熱面積增大。t8取值涉及技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題。為防止結(jié)晶發(fā)生，一般t8=t1+（15~25）℃20制冷技術(shù)講義（2）各設(shè)備的熱負(fù)荷計算及熱平衡

1）機(jī)組中制冷劑的循環(huán)量D（單位kg/s）4）吸收式制冷的熱力系數(shù)ξ3）溶液的循環(huán)倍率f

表示系統(tǒng)中每產(chǎn)生1kg制冷劑所需要的制冷劑—吸收劑的kg數(shù)。假設(shè)從吸收器流入發(fā)生器的制冷劑—吸收劑稀溶液流量為Fkg/s（濃度為ξw）2）發(fā)生器的放氣范圍21制冷技術(shù)講義

采用溴化鋰溶液的吸收式制冷機(jī)，以水為制冷劑，整個裝置需要在一定的真空度下運(yùn)轉(zhuǎn)。為了保證各功能設(shè)備密封性好，結(jié)構(gòu)緊湊，往往將主要設(shè)備安置在一個、兩個或三個筒體內(nèi)。從整機(jī)的工作循環(huán)分析，有單效、兩效、兩級吸收等溴化鋰吸收式制冷機(jī)；從熱源供給方式看，有蒸氣型（或熱水型）、直燃型（燃?xì)庑突蛉加托停C(jī)組及吸收式熱泵等。（一）溴化鋰吸收式制冷機(jī)分類1、按結(jié)構(gòu)分類（1）單筒型機(jī)組二、單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)的典型結(jié)構(gòu)和流程GEGCAEGCGCAEAEACG——發(fā)生器（Generator）;C——冷凝器（Condenser）；

E——蒸發(fā)器（Evaporator）；A——吸收器（Absorber）；

H——溶液熱交換器（LiquidHeatExchanger）。22制冷技術(shù)講義（2）雙筒型機(jī)組：將高壓部分設(shè)備發(fā)生器和冷凝器安置在一個筒體內(nèi)，將低壓部分設(shè)備吸收器和蒸發(fā)器安置在另一個筒體內(nèi)，從而形成上下的雙筒組合。布置方式有以下幾種：國產(chǎn)日本三洋美國開利日本大金第四種布置方式的優(yōu)點(diǎn)：低壓設(shè)備位置的提高，增強(qiáng)了溶液泵的抗汽蝕能力；另外，溶液熱交換器和發(fā)生器在同一筒體內(nèi)相鄰設(shè)置，對于提高熱效率、減小流動阻力、防止結(jié)晶均為有利。EAGCEAGCGCEAEAHCG23制冷技術(shù)講義2、按熱源劃分（1）由低壓工作蒸氣作熱源：蒸氣單效、雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)。（2）由燃油或燃?xì)庵苯尤紵鳛闊嵩矗褐比夹弯寤囄帐嚼錈崴畽C(jī)組，這種機(jī)型既可制冷，又可供熱采暖，不需專門建造鍋爐房提供蒸汽或熱水作為發(fā)生器的熱源，從而降低投資，且占地少，設(shè)備系統(tǒng)簡化，操作管理方便。（二）單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)的工作循環(huán)單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)是吸收式制冷機(jī)的基本型式。通常以表壓為0.3bar~1.5bar的飽和蒸氣或以85~150℃熱水為熱源。熱力系數(shù)約為0.65~0.7。適用場合：有余熱、廢熱或工藝性排熱的場合使用，有明顯的節(jié)能效果，或者在冷、熱、電聯(lián)產(chǎn)中配套使用。1、單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)工作流程蒸氣型單效溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組由制冷劑回路、溶液回路、熱源回路、冷卻水回路和冷凍水回路構(gòu)成。24制冷技術(shù)講義25制冷技術(shù)講義三、雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)的典型結(jié)構(gòu)與流程

雙效吸收式制冷循環(huán)中，設(shè)置有高壓和低壓兩個發(fā)生器。工作蒸汽一般在0.25~0.8MPa或為150℃以上的高溫水；或者直接以燃油或燃?xì)庾鳛轵?qū)動熱源。1、蒸氣（或熱水）型雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)的工作原理蒸氣（或熱水）型雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)與單效機(jī)相比，除多設(shè)了一個高壓發(fā)生器外，還設(shè)有與之配套的高溫溶液熱交換器和凝水熱交換器。循環(huán)系統(tǒng)由熱源回路、溶液回路、冷劑水回路、冷卻水回路和冷凍水回路組成。溶液回路中的高、低壓發(fā)生器的連接方式分為串聯(lián)、并聯(lián)和串并聯(lián)三種型式，構(gòu)成有三種不同結(jié)構(gòu)的流程。

26制冷技術(shù)講義27制冷技術(shù)講義四、直燃型溴化鋰吸收式制冷機(jī)的典型流程和結(jié)構(gòu)采用直燃型溴化鋰吸收式制冷循環(huán)的冷熱水機(jī)組，以燃?xì)饣蛉加彤a(chǎn)生高溫?zé)煔庾鳛闊嵩础＞哂袩嵩礈囟雀?、傳熱損失小，對環(huán)境污染少，結(jié)構(gòu)緊湊，可用于夏季供冷、冬季采暖和供應(yīng)生活熱水等優(yōu)點(diǎn)。直燃型機(jī)組由于熱源溫度高，適用于雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)，其溶液回路也有串聯(lián)和并聯(lián)之分。通常有三種方式構(gòu)成熱水回路提供熱水：（1）冷卻水回路切換成熱水回路；（2）熱水和冷水采用同一回路；（3）專用熱水回路。例：串聯(lián)流程的冷卻水回路切換熱水回路的系統(tǒng)該機(jī)組以吸收器、冷凝器和加熱盤管構(gòu)成熱水回路。28制冷技術(shù)講義29制冷技術(shù)講義30制冷技術(shù)講義31制冷技術(shù)講義32制冷技術(shù)講