第五章吸收式制冷設備運行

1、4.1 4.1 吸收式制冷的基本原理吸收式制冷的基本原理4.2 4.2 單效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)單效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)概述 美國（1945、開利）是最早生產和應用溴化鋰吸收式制冷機的國家。但由于能源豐富，特別是電力充裕，吸收式制冷機所占的比例并不大，70年代中期每年約生產1000臺，占15%左右。1975年以后，幾年逐年下降，到了1983年只生產150臺，占冷水機組總臺數的7%左右 目前吸收式制冷在日本,中國和韓國得到了較普遍的應用， 隨著我國西氣東輸工程的實施和天然氣的引進或開采、廣泛的燃氣供應，以及夏季燃氣低谷和用電高峰，燃氣直燃式吸收式空調能夠得到更廣泛的應用。 我國在吸收制冷設計和制

2、造方面處于國際先進水平，出現了江蘇雙良、長沙遠大、大連三洋等一系列著名品牌。壓壓縮縮機機節(jié)節(jié)流流裝裝置置蒸發(fā)器冷凝器P蒸氣壓縮式制冷的基本原理蒸氣壓縮式制冷的基本原理一、吸收式制冷的基本原理吸收式制冷循環(huán)吸收式制冷循環(huán)膨脹閥蒸發(fā)器冷凝器發(fā)生器吸收器泵節(jié)節(jié)流流裝裝置置相當于一個壓縮機相當于一個壓縮機制冷劑循環(huán)制冷劑循環(huán) 逆循環(huán)逆循環(huán)吸收劑循環(huán)吸收劑循環(huán) 正循環(huán)正循環(huán)一、吸收式制冷的基本原理吸收式制冷機的構成吸收式制冷機的構成膨脹閥膨脹閥蒸發(fā)器蒸發(fā)器冷凝器冷凝器發(fā)生器發(fā)生器吸收器吸收器溶液溶液泵泵節(jié)流裝置節(jié)流裝置與蒸氣壓縮式制與蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)完全相同冷系統(tǒng)完全相同相當于相當于“熱力壓縮機熱力壓

3、縮機”吸收器相當于吸氣側吸收器相當于吸氣側發(fā)生器相當于壓出側發(fā)生器相當于壓出側吸收器：吸收制冷劑蒸汽；吸收器：吸收制冷劑蒸汽； 發(fā)生器：加熱、釋放制冷劑；發(fā)生器：加熱、釋放制冷劑；溶液熱交換器：內部能量利用，提高效率；溶液熱交換器：內部能量利用，提高效率；溶液泵：加壓作用。溶液泵：加壓作用。 一、吸收式制冷的基本原理吸收式與壓縮式的比較比較項目壓縮式吸收式結 構壓縮機吸收器、液泵、發(fā)生器、節(jié)流閥耗能類型機械能熱能（蒸汽、燃油、燃氣、廢熱、余熱）工況特點冷凝壓力高冷凝壓力低制冷工質制冷劑（氨、氟利昂）工質對：吸收劑-制冷劑（溴化鋰-水、水-氨）一、吸收式制冷的基本原理二、工質對對制冷劑的選擇：對

4、制冷劑的選擇： 要求與蒸汽壓縮式制冷基本相同，應具有較大的要求與蒸汽壓縮式制冷基本相同，應具有較大的單位容積制冷量，工作壓力不應太高或太低，價廉，單位容積制冷量，工作壓力不應太高或太低，價廉，無毒，不爆炸和不腐蝕等性質。無毒，不爆炸和不腐蝕等性質。1.1.工質對（制冷劑吸收劑溶液）工質對（制冷劑吸收劑溶液）： 兩種可以相互吸收的液體形成的溶液。兩種可以相互吸收的液體形成的溶液。2.2.吸收式制冷循環(huán)工質的選擇要求吸收式制冷循環(huán)工質的選擇要求對吸收劑的選擇應具有如下要求：對吸收劑的選擇應具有如下要求： 1 1）吸收劑應具有強烈吸收制冷劑的能力。）吸收劑應具有強烈吸收制冷劑的能力。 2 2）作為吸

5、收劑和制冷劑的兩種物質，它們的沸點希望相差）作為吸收劑和制冷劑的兩種物質，它們的沸點希望相差越大越好。越大越好。 3 3）吸收劑也希望具有較大的熱導率，較小的密度和粘度，）吸收劑也希望具有較大的熱導率，較小的密度和粘度，而且應具有較小的比熱，以提高制冷循環(huán)的工作效率。而且應具有較小的比熱，以提高制冷循環(huán)的工作效率。3.吸收式制冷常用工質對： 溴化鋰水溶液：制冷劑水,吸收劑 溴化鋰 氨水溶液： 制冷劑氨，吸收劑 水4 4）在化學性質方面與制冷劑一樣，要求無毒）在化學性質方面與制冷劑一樣，要求無毒不燃燒不燃燒不爆炸，對制冷機的金屬材料無腐蝕和具有較好的化學不爆炸，對制冷機的金屬材料無腐蝕和具有較好

6、的化學穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。5 5）吸收式制冷循環(huán)工質對所組成的二元溶液，必須是非）吸收式制冷循環(huán)工質對所組成的二元溶液，必須是非共沸溶液。共沸溶液。二、工質對4.4.相、獨立組分數、自由度和相律相、獨立組分數、自由度和相律1)1)相相 體系內體系內物理和化學性質完全均勻一致物理和化學性質完全均勻一致的部分稱為相。相與相的部分稱為相。相與相之間有明顯的分界面。體系內相的數目用符號之間有明顯的分界面。體系內相的數目用符號表示。表示。 氣體氣體能充分混合，所以不論有多少種氣體都只有一個相。能充分混合，所以不論有多少種氣體都只有一個相。 液體液體則視其互溶程度，有一相或多相之分。則視其互溶程度，有一相或多

7、相之分。2)2)獨立組分數獨立組分數 獨立組分是平衡體系中能獨立組分是平衡體系中能獨立存在獨立存在的物質。組分的數目稱為的物質。組分的數目稱為組分數。在物質間無化學反應的情況下，獨立組分數就是平衡體組分數。在物質間無化學反應的情況下，獨立組分數就是平衡體系中的系中的物質數物質數。獨立組分數用符號。獨立組分數用符號k k表示。表示。3)自由度 體系的自由度指體系的獨立可變因素，如溫度、壓力、濃度等。在一定范圍內，可以任意改變而不會引起相數目的改變。自由度用符號f表示。對對單組分單組分體系體系, ,k k=l=l， f=3-f=3-。 單純氣體：單純氣體：=l,=l, f f=2,=2, 只要確定

8、二個狀態(tài)參數只要確定二個狀態(tài)參數, , 飽和水和水蒸氣：飽和水和水蒸氣：=2,=2,f f=l,=l, 只需要一個狀態(tài)參數只需要一個狀態(tài)參數( (如溫度如溫度或壓力或壓力) )。 4)4)相律相律 體系處于平衡狀態(tài)時，它的自由度、相數和組分數之間體系處于平衡狀態(tài)時，它的自由度、相數和組分數之間存在著一定的關系。這個關系稱為相律存在著一定的關系。這個關系稱為相律( (或稱吉普斯方程或稱吉普斯方程) )：2kf對對兩組分兩組分體系體系, , 因為因為k k=2,=2,所以自由度所以自由度f f=4-=4- 。 當二元溶液處于汽、液兩相平衡狀態(tài)時當二元溶液處于汽、液兩相平衡狀態(tài)時, , =2,=2,

9、因此因此f f=2=2。即說確定處于汽、液平衡的二元溶液的狀態(tài)即說確定處于汽、液平衡的二元溶液的狀態(tài), ,只需要知道兩個獨只需要知道兩個獨立的狀態(tài)參數立的狀態(tài)參數, ,其它狀態(tài)參數就可隨之而確定。其它狀態(tài)參數就可隨之而確定。吸收式制冷系統(tǒng)與外界的能量交換吸收式制冷系統(tǒng)與外界的能量交換根據熱力學第一定律：根據熱力學第一定律：0gakeQQPQQQ吸收器吸收器冷凝器冷凝器假設：假設：該吸收式制冷循環(huán)是可逆的；該吸收式制冷循環(huán)是可逆的；發(fā)生器熱媒溫度、蒸發(fā)溫度、冷發(fā)生器熱媒溫度、蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、環(huán)境溫度均為常量。凝溫度、環(huán)境溫度均為常量。 則發(fā)生器熱媒引起的熵增為：則發(fā)生器熱媒引起的熵增為：gg

10、gQST 2 2、吸收式制冷機熱力系數分析、吸收式制冷機熱力系數分析(1)(1)吸收式制冷系統(tǒng)與外界的能量交換吸收式制冷系統(tǒng)與外界的能量交換三、吸收式制冷機的熱力系數三、吸收式制冷機的熱力系數蒸發(fā)器中被冷卻物質引起的熵增為：蒸發(fā)器中被冷卻物質引起的熵增為：000QST 周圍環(huán)境引起的熵增為：周圍環(huán)境引起的熵增為：eeeQST 由熱力學第二定律可知：系統(tǒng)引起外界總熵的變化應大于或由熱力學第二定律可知：系統(tǒng)引起外界總熵的變化應大于或等于零，即：等于零，即：000eeggTTTS吸收式制冷系統(tǒng)與外界的能量交換吸收式制冷系統(tǒng)與外界的能量交換吸收器吸收器冷凝器冷凝器三、吸收式制冷機的熱力系數三、吸收式制

11、冷機的熱力系數吸收式制冷系統(tǒng)與外界的能量交換吸收式制冷系統(tǒng)與外界的能量交換吸收吸收器器冷凝器冷凝器將能量平衡方程代入上式，有：將能量平衡方程代入上式，有：000geeggTTTTQQPTT若忽略泵的功耗，則吸收式制冷機若忽略泵的功耗，則吸收式制冷機的熱力系數為：的熱力系數為：000geggeT TTQQTTT則吸收式制冷機的最大熱力系數則吸收式制冷機的最大熱力系數maxmax為：為：ccegegegegTTTTTTTTTTTT0000max三、吸收式制冷機的熱力系數三、吸收式制冷機的熱力系數S 吸收式制冷機的最大熱力系數等于工吸收式制冷機的最大熱力系數等于工作在作在T Tg g與與T Te e

12、之間的卡諾循環(huán)的熱效率之間的卡諾循環(huán)的熱效率與工作在與工作在T T0 0和和T Te e之間的逆卡諾循環(huán)的之間的逆卡諾循環(huán)的制冷系數的乘積。制冷系數的乘積。S 最大熱力系數隨熱源溫度的升高、環(huán)最大熱力系數隨熱源溫度的升高、環(huán)境溫度的降低及被冷卻介質溫度的升境溫度的降低及被冷卻介質溫度的升高而增大。高而增大?？赡嫖帐街评溲h(huán)可逆吸收式制冷循環(huán)可見：三、吸收式制冷機的熱力系數三、吸收式制冷機的熱力系數四、吸收式制冷的特點 優(yōu)點：1.工質環(huán)保，對環(huán)境和大氣臭氧層無害 2.以熱能為動力，節(jié)電效果明顯 3.可以利用各種熱能驅動 4.結構簡單，運動部件少，安全可靠 缺點：1.價格無優(yōu)勢 2.耗能大，機組

13、笨重 3.利用熱能促進全球變暖 4.熱力系數COP低于壓縮式制冷循環(huán)一、溴化鋰水溶液的比焓濃度圖一、溴化鋰水溶液的比焓濃度圖飽和液態(tài)和過冷液態(tài)的比焓飽和液態(tài)和過冷液態(tài)的比焓在在h圖上可根據等溫線和等圖上可根據等溫線和等濃度線的交點確定。濃度線的交點確定。在溴化鋰溶液的在溴化鋰溶液的h圖上只圖上只有液相區(qū)，氣態(tài)為純水蒸汽，有液相區(qū)，氣態(tài)為純水蒸汽，集中在集中在0的縱軸上。由于平衡的縱軸上。由于平衡時氣液同溫度，可通過等壓輔時氣液同溫度，可通過等壓輔助線和等焓線交點確定。助線和等焓線交點確定。 當壓力較低時，壓力對液體當壓力較低時，壓力對液體的比焓和混合熱的影響很小，可的比焓和混合熱的影響很小，可

14、認為溶液的比焓只是溫度和濃度認為溶液的比焓只是溫度和濃度的函數。的函數。溴化鋰水溶液的比焓濃度圖溴化鋰水溶液的比焓濃度圖等溫液線等溫液線等壓飽和液液線等壓飽和液液線一、溴化鋰水溶液的比焓濃度圖一、溴化鋰水溶液的比焓濃度圖 已知飽和液體（已知飽和液體（p p0 0=0.93MPa=0.93MPa，t t0 0=40=40），如圖上），如圖上A A點，過點，過A A做一條豎直做一條豎直的直線與的直線與p=0.93MPap=0.93MPa的輔助線交于的輔助線交于B B點，點，再過再過B B點做一條水平線與縱坐標交于點做一條水平線與縱坐標交于C C點，點，則即為飽和液體則即為飽和液體A A對應的飽和氣

15、態(tài)。對應的飽和氣態(tài)。BCp=0.93MPaT=40A1.按用途分類：冷水機組、冷熱水機組、熱泵機組 2.按驅動熱源分類：蒸汽型、直燃型、熱水型 3.按驅動熱源的利用方式分類：單效、雙效、多效4.按溶液循環(huán)流程分類：串聯流程、并聯流程5按機組結構分類 1 1）單筒型，機組的主要換熱器（發(fā)生器、冷凝器、蒸）單筒型，機組的主要換熱器（發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器）布置在一個筒體內。發(fā)器、吸收器）布置在一個筒體內。 2 2）雙筒型，機組的主要換熱器布置在二個筒體內。）雙筒型，機組的主要換熱器布置在二個筒體內。 3 3）三筒或多筒型，機組的主要換熱器布置在三個或多）三筒或多筒型，機組的主要換熱器布置在

16、三個或多個筒體內。個筒體內。二、溴化鋰吸收式制冷機的分類單效溴化鋰吸收式制冷機的流程單效溴化鋰吸收式制冷機的流程1 1、單效溴化鋰吸收式制冷機的流程、單效溴化鋰吸收式制冷機的流程三、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán)三、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán)單效蒸汽型溴化鋰吸收式單效蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機組的系統(tǒng)組成冷水機組的系統(tǒng)組成熱源回路熱源回路冷卻水回路冷卻水回路冷水回路冷水回路制冷劑回路制冷劑回路溶液回路溶液回路單效溴化鋰吸收式制冷機的流程單效溴化鋰吸收式制冷機的流程三、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán)三、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán)飽和液體飽和液體3gw(pk, )飽和液體飽和液體4s(pk, )點點

17、1 1與點與點2 2基本重合?；局睾?。2、單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)三、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán)三、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán)2t2swhp0pk飽和液體線飽和液體線p0pk輔助線輔助線13g3t44過冷液體過冷液體2飽和液體飽和液體1w(p0, )濃度不變濃度不變溫度近似不變溫度近似不變過冷液體過冷液體2(t2, )w過冷液體過冷液體3壓力、濃度不變壓力、濃度不變溫度升高溫度升高過冷液體過冷液體3飽和液體飽和液體3gw(pk, )產生蒸汽產生蒸汽加熱加熱加熱加熱1）溶液泵）溶液泵2）熱交換器）熱交換器3）發(fā)生器）發(fā)生器發(fā)生器排出的蒸汽可認為是與沸騰過程溶液的平發(fā)生器排出的蒸汽可認為是與

18、沸騰過程溶液的平均狀態(tài)相平衡的水蒸氣均狀態(tài)相平衡的水蒸氣(狀態(tài)狀態(tài)7的過熱水蒸汽的過熱水蒸汽)(t2,w)712373g4566a1089狀態(tài)狀態(tài)9 9的濕蒸氣為由狀態(tài)的濕蒸氣為由狀態(tài)99的飽和水與狀態(tài)的飽和水與狀態(tài)9”9”的飽和水蒸氣組成。的飽和水蒸氣組成。三、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán)三、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán)4）冷凝器）冷凝器5）膨脹閥）膨脹閥6）蒸發(fā)器）蒸發(fā)器飽和水飽和水8(pk)過熱水蒸汽過熱水蒸汽7(pk)冷凝冷凝蒸發(fā)蒸發(fā)(p0,h8,0)飽和水飽和水8(pk,0)濕蒸汽濕蒸汽9濃度不變濃度不變焓值不變焓值不變點點8 8與點與點9 9基本重合。基本重合。飽和水蒸汽飽和水蒸汽

19、10(p0)濕蒸汽濕蒸汽9(p0,h8,0)2t2swhp0pk飽和液體線飽和液體線p0pk輔助線輔助線13g3t447899“91012373g4566a108966a66a為濃溶液由濕蒸氣變?yōu)轱柡鸵籂顟B(tài)，為濃溶液由濕蒸氣變?yōu)轱柡鸵籂顟B(tài)，6a16a1為狀態(tài)為為狀態(tài)為6a6a的飽和液在壓力的飽和液在壓力P P0 0下與狀下與狀態(tài)態(tài)1010的冷劑水蒸汽放熱混合為稀溶液的過程。的冷劑水蒸汽放熱混合為稀溶液的過程。三、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán)三、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán)7）熱交換器）熱交換器8）溶液節(jié)流閥）溶液節(jié)流閥9）吸收器）吸收器飽和液體飽和液體4(pk,s)過冷液體過冷液體5壓力、濃度

20、不變壓力、濃度不變 溫度下降溫度下降(pks)過冷液體過冷液體5(pks)濕蒸汽濕蒸汽6(p0,h5,s)焓值、濃度不變焓值、濃度不變 壓力下降壓力下降點點5 5與點與點6 6基本重合。基本重合。2t2swhp0pk飽和液體線飽和液體線p0pk輔助線輔助線13g3t447899“910566a定義：每產生定義：每產生1kg1kg的制冷劑所需要的制冷劑吸收劑的千克數。的制冷劑所需要的制冷劑吸收劑的千克數。F，wwDFD， ss從吸收器進入發(fā)生器的稀溶液流量為從吸收器進入發(fā)生器的稀溶液流量為F，發(fā)生器中產生的水蒸汽的質量流量為發(fā)生器中產生的水蒸汽的質量流量為D，由發(fā)生器進入吸收器的濃溶液流量為由發(fā)

21、生器進入吸收器的濃溶液流量為FD，wssDFfws“放氣范圍放氣范圍”三、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán)三、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán)3.溶液的循環(huán)倍率溶液的循環(huán)倍率fF，wwDFD， ss產生制冷量產生制冷量)(9100hhDQ 消耗熱量消耗熱量)()(3437hhDFhhDQg )()(4734hhDhhF 三、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán)三、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán)熱力系數熱力系數 473491047349100hhhhfhhhhDhhFhhDQQ g 循環(huán)倍率對吸收式制冷的熱力系數影響很大，為增大熱力循環(huán)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(huán)倍率。為減小循環(huán)倍率，需系數，需減小循環(huán)倍率。為減小循環(huán)倍率，需增大放氣范圍增大放氣范圍及及減小濃溶液濃度減小濃溶液濃度。三、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán)三、單效溴化鋰吸收式制冷理論循環(huán)1.1.發(fā)生不足發(fā)生不足 在發(fā)生器中，實際發(fā)生終了濃溶液的濃度低于理想情況下的濃度，稱為在發(fā)生器中，實際發(fā)生終了濃溶液的濃度低于理想情況下的濃度，稱為發(fā)生不足；發(fā)生不足；2.2.吸收不足吸收不足 在吸收器中在吸收器中, , 實際吸收終了的稀溶液濃度比理想情況下的高，稱為吸實際吸收終了的稀溶液濃度比理想情況下的高，稱為吸收不足。收不足。實際循環(huán)過程的發(fā)生不足和吸收不足實際循環(huán)