太阳能建筑一体化 第七-八节解析.pptx

第5章 太阳能制冷技术 第1节 吸收式制冷技术 教学目的：了解吸收式制冷基本原理，掌握溴化锂吸收式制 冷工作过程，掌握氨水-水吸收式制冷系统工作原理 教学重点：（1）吸收式制冷基本原理 （2）溴化锂吸收式制冷工质、工作过程及性能 （3）氨水吸收式制冷工质、工作过程及性能 教学难点：溴化锂多效系统与两级系统比较 一、吸收式制冷原理 吸收式制冷目前在日本、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，吸收式制冷正在 制冷空调中发挥重要作用 充分利用余热的冷热电联产系统将使得 吸收式制冷必不可少； 广泛的燃气供应，以及夏季燃气低谷和用电 高峰，可以使得燃气直燃式吸收式空调得到更广泛的应用 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 1.基本原理 吸收式制冷利用溶液在一定条件下能析出低沸 点组分的蒸气，在另一种条件下又能吸收低沸点 组分这一特性完成制冷循环 目前吸收式制冷机多用二元溶液，习惯上称低 沸点组分为制冷剂，高沸点组分为吸收剂 气体制冷剂回复到液体状态 制冷剂蒸发吸收热量制冷 （利用吸收方式） 整个系统包括 两个回路： 制冷剂回路 溶液回路 吸收式制冷是利 用工质对的质量 分数变化，完成 制冷剂的循环， 因而被称为吸收 式制冷。

发生器和冷凝器（高 压侧）与蒸发器和吸 收器（低压侧）之间 的压差通过安装在相 应管道上的膨胀阀或 其它节流机构来保 持在溴化锂吸收式 制冷机中，这一压差 相当小，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 发生器 generator 吸收式制冷机中，通 过加热析出制冷剂的 设备 吸收器 absorber 吸收式制冷机中，通 过浓溶液吸收剂在其 中喷雾以吸收来自蒸 发器的制冷剂蒸气的 设备 综上所述，溴化锂吸收式制冷机的工作过程可分为两个部分： (1)制冷剂循环 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同； (2)溶液循环 发生器中流出的浓溶液降压后进入吸收器，吸收由蒸发器产生的冷 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当于蒸气压缩式制冷循环中压缩机所起的作 用 1）蒸发与冷凝过程 在吸收和吸附式制冷循环中，制冷剂的蒸发或冷凝过程是在 恒定的 蒸发温度或冷凝温度下进行的 在蒸发过程中: 制冷剂吸收蒸发潜热，由液体蒸发成气体 在冷凝过程中: 制冷剂排放冷凝潜热，由蒸气冷凝成液体 2 2）吸收与发生过程）吸收与发生过程 在吸收式制冷循环中，制冷剂蒸气的吸收或发 生过程是在 恒定的 压力下进行的 在吸收过程中: 吸收剂浓溶液吸收制冷剂蒸汽变为稀溶液，排放吸收热 在发生过程中: 吸收剂稀溶液受热析出制冷剂蒸汽,吸收剂稀溶液变成浓溶液 吸收式与蒸气压缩式制冷循环的比较 (a)蒸气压缩式制冷循环；(b)吸收式制冷循环 压缩式与吸收式制冷的异同 共同点： 高压制冷剂蒸气在冷凝器中冷凝后，经节流元件节流，温度和压 力降低，低温、低压液体在蒸发器内汽化，实现制冷。

不同点： 1）消耗的能量不同 蒸发压缩式制冷机消耗机械功，吸收式制冷机消耗的是热能 2）吸收制冷剂蒸气的方式不同 利用液体蒸发连续不断地制冷时，需不断地在蒸发器内产生蒸 气蒸气压缩式用压缩机A吸收此蒸气，吸收式制冷机用吸收剂在吸 收器内吸取制冷剂蒸气 3）将低压制冷剂蒸气变为高压制冷剂蒸气时采取的方式不同 蒸气压缩式制冷机通过原动机驱动压缩机完成，吸收式制冷机 则是通过吸收器、溶液泵、发生器和节流阀完成 4）提供的冷源温度不同 蒸气压缩式制冷可以提供0℃以下的低温冷源，应用范围广泛； 而吸收式制冷一般只能制取0℃以上的冷水，多用于空调系统 5）工质不同 压缩式制冷 吸收式制冷 单组分或多组分工质 双组分工质对 溴化锂－水氨－水 吸收剂 制冷剂 高沸点组分 低沸点组分 对吸收剂的要求： 1) 有强烈吸收制冷剂的能力； 2) 在相同压力下，它的沸腾温度应比制冷剂的沸腾温度高得多； 3) 不应有爆炸、燃烧的危险，并对人体无毒害； 4) 对金属材料的腐蚀性小； 5) 价格低，易获得 可供考虑使用的制冷剂--吸收剂溶液很多，按溶液中含有 的制冷剂种类区分，可分为水类、氨类、乙醇类和氟里昂类 2.吸收式制冷的性能指标 根据热力学第一定律 : 制冷循环的热效率用热力系数ζ 来表示: 根据热力学第二定律: 其中: TH-----高温热源的温度 Tc -----低温热源的温度 Tg -----外界环境的温度 因此吸收式制冷循环的热力系数ζ 为: 吸收式制冷循环的热力完善度β为: 逆卡诺循环 的制冷系数 卡诺循环的 热效率 二、溴化锂吸收式制冷 1.溴化锂吸收式制冷工质对的性质 溴化锂：沸点1265℃，与水沸点相差很大，在大气中不会变 质，不挥发，不分解，极易溶解于水，常温下为无色晶体。

无 毒、无臭、有咸苦味 特征： 1）溶解与结晶 0℃以上，溴化锂极易溶于水，0℃时饱和浓度为55％；溴化锂在 水中的溶解度随温度的降低而降低，溶液的浓度不宜超过66％，否则 运行中，当溶液温度降低时，将有溴化锂结晶析出的危险性，破坏循 环的正常运行 溴化锂的结晶线很 陡峭，浓度略有变 化，结晶温度相差 很大 2）吸收能力 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， 故在相同压力下，溴化锂水溶液具有吸收温度比它低得多的水蒸气的能 力，这是溴化锂水溶液能作为吸收式制冷工质对的原因 如浓度为58％的溴化锂水溶液在温度为32℃时，溶液水蒸气分压力 为479Pa，纯水在32℃时为4759Pa； 溴化锂水溶液浓度越高，它对水蒸气的吸收能力越强 3）沸点 标准大气压下： 水的沸点 100℃ 溴化锂的沸点 1265℃ 由于溴化锂的沸点比水高得多，溴化锂水溶液在发生器中沸腾时只 有水汽化，生成纯冷剂水，故不需要蒸汽精馏设备，系统较为简单，热 力系数较高 4）腐蚀性 对一般金属（炭钢、紫铜等）有强腐蚀性，有空气（氧气） 存在时腐蚀性更为严重 运行时控制腐蚀方法： 严格保持系统内的真空度（真空泵）； 在溶液在加缓蚀剂减缓腐蚀。

5）毒性 溴化锂水溶液无毒，有镇静作用，大量服用有害； 对皮肤无刺激作用（微痒感）； 加入缓蚀剂后视缓蚀剂的种类有不同的毒性 纯水的P-T线 结晶线 溴化锂水溶液的压力-饱和温度图（P-T）图 温度越低，溴化锂水溶液的饱和浓度也越低因此，溴化锂 水溶液的浓度过高或温度过低时均易于形成结晶，这是溴化锂吸 收式制冷机设计和运行中必须注意的问题 在一定温度下，溶液面上水蒸气饱和分压力低于纯水的饱和 分压力，而且溶液的浓度越高，液面上水蒸气饱和分压力越低， 则溶液的吸水性越强 相同压力时，随着浓度的升高；对应的溶液饱和温度上升 A B C D P-T图除了可以用来确定溶液 的状态参数外，还常被用来 表示溴化锂水溶液热力状态 的变化及溴化锂吸收式制冷 的工作循环过程 A B:溶液在发生器中的等压加热浓缩过程，称为发生过程 C D:溶液在吸收器中的等压冷却稀释过程，称为吸收过程 B C:浓溶液在热交换器中的冷却过程； D A:稀溶液在热交换器中的加热过程； 这两个过程因为没有发生传质现象，因 此溶液的浓度不变 vP-T图由于没有反映比焓的变化，因此不能用P-T 图进行吸收式制冷循环的热力计算。

为了进行热力 计算，常用比焓－浓度图（h- ） 溴 化 锂 水 溶 液 的 比 焓 浓 度 图 比焓-浓度图不但可以 求得溶液的状态参数 ，还可以将溶液的热 力过程清楚地表示出 来，是进行吸收式制 冷循环的理论分析， 热力计算和运行特性 分析的主要图表 其用途相当于蒸气压 缩制冷中的压－焓 图 溴 化 锂 水 溶 液 的 比 焓 浓 度 图 A B C 四个参数： 温度 浓度 水蒸气压 比焓 只要知道任意2个，就 可以查出另外2个 注意：等压线反映的是 溶液所具有的水蒸气压 ，而不是溶液的压力 只有处于相平衡时，溶 液的压力才等于其水蒸 气压 2.单效溴化锂吸收制冷循环 单筒单效蒸汽型溴化锂冷水机组 1－冷凝器 2－发生器 3－蒸发器 4－吸收器 5－溶液热交换器 6－溶液泵I 7－冷剂泵 8－溶液泵II 双筒单效溴化 锂吸收式制冷 机的典型结构 理想循环在h-w图上的表示 点2：稀溶液出吸收器的状态t2 、wa 2-7：稀溶液t↑ 、w=C 7-5：稀溶液在发生器中的等浓度 加热过程t7↑—t5 5-4：发生器内蒸汽发生过程 t5↑t4,wa↑wr 点4：发生器出口浓溶液状态， wr, t4 4-8：浓溶液在热交换器中的预冷 过程，t4↓—t8 ， wr=C 8-9’：浓溶液与稀溶液的混合过 程。

wo,t9 ˊ 9’-9：混合溶液出吸收器喷嘴的 闪发过程,wo↑— w9 9-2：喷淋液在吸收器的吸收过程, w,t↓ 3’-3：发生器产生的蒸汽在冷凝 器的冷凝过程压力pk 3-1’:冷剂水经U形管产生部分闪 发（1’），未闪发冷剂水（1）进 蒸发器被吸收器中喷淋的混合溶液 吸收完成一个制冷循环 溴化锂吸收式制冷的h-w图（右图为溶液在h-w图上的循环） 1）过程线2-7表示稀溶液经溶液交换器的升温过程，温度升高而 质量分数不变； 2）过程线7-5-4表示发生过程； 其中过程线7-5表示稀溶液在发生器中的预热过程，来自溶液热交 换器的稀溶液在发生器中被驱动热源加热升温，在压力PC下达到 汽液相平衡状态点5. 过程线5-4表示稀溶液在发生器中的发生过程，达到气液平衡的稀 溶液在发生器中被驱动热源在压力PC下定压加热，溶液温度和质 量分数不断提高后达到状态点4. 3）过程线4-8为浓溶液在溶液热交换器中的等质量分数降温过 程 4）过程线2/8-9为浓溶液与稀溶液混合成状态点9溶液的过程若 采用浓溶液直接喷淋，则无此过程 5）过程线9-9‘-2为吸热过程 其中9-9’过程为溶液进入吸收器后的闪发过程。

9‘-2过程为溶液在吸收器中的吸热过程 3.多效溴化锂吸收式制冷循环 双效型吸收式制冷系统示意图 双效蒸汽型溴 化锂吸收式冷水 机组的主要部件 ，是在单效机组 的基础上加设高 压发生器、高温 溶液热交换器和 凝水换热器等部 件 常见的双效蒸 汽型溴化锂吸收 式冷水机组的结 构型式 有三筒 型、双筒型和多 筒型 点2：稀溶液出吸收器的状态 t2、wa 、pa 2-7-10：稀溶液在低温和高温热交换器中 的预热过程t2↑→t7→t10 、w=C 10-11：稀溶液在高压发生器中的等浓度 加热过程t10↑—饱和温度t11 11-12：高压发生器内蒸汽发生过程 t11↑ → t12, wa↑ → wo 12-5：wo溶液状态在高温热交换器中的预 冷过程， wo, t5经节流后进入低压发生 器，压力为pk 5-4：低压发生器中的发生过程 t5↑→t4 ，wo↑→wr 4-8：低发出口浓溶液在低温热交换器中的预冷过程，t4↓—t8 ， wr=C 8-9’：浓溶液与稀溶液的混合过程w9 t9 9’-9：混合溶液出吸收器喷嘴的闪发过程,wo↑— w9’ 9’-2：喷淋液在吸收器的吸收过程,w,t↓→ t2、wa 3c:高发产生的制冷剂蒸汽；压力为pr 3c-3b:蒸汽在低发内凝结而加热溶液，变成下pr饱和水 经节流后与低发产生的3状态的蒸汽一起进入冷凝器， 凝结成为点3状态的制冷剂饱和水，压力pk 3’-3：发生器产生的蒸汽在冷凝器的冷凝过程。

压力pk 3-1-1a：冷剂水经节流产生部分闪发（1’），未闪发冷剂 水1进蒸发器吸热汽化为1a状态的蒸汽，被吸收器中喷淋的混合溶液吸 收完成一个制冷循环 三效溴化锂吸收式制 冷机使用的加热热源 温度高，其热量可。