制冷与空调-第13讲 吸收式制冷系统解读.ppt

第13讲 吸收式制冷系统 ——溴化锂吸收式制冷,能源与动力工程学院 热能工程系 张 敏,吸收式制冷机的发展,美国,日本,中国,1945年美国开利公司试制出第一台制冷量为532kW的单效溴化锂吸收式制冷机随后又研制出了双效机 目前生产溴冷机的公司有开利、约克、川恩和阿克拉等日本是1959年研制出了698kW的单效溴化锂吸收式制冷机 1962年荏原制造所研制出了双效机 目前的主要生产厂家为荏原制造所、三洋、三菱、川崎和日立等公司 日本的溴冷机无论在生产数量还是在性能指标，应用范围和新技术，新产品研制等方面，均超过美国为世界上研究与生产领先的国家我国的研究起步于60年代，60-70年代初一直为研究期70年代为单效机的应用阶段主要应用在纺织工业上80年代是双效机的应用阶段90年代为新型研制应用阶段 1）80年代末期国家计委提出有蒸汽等热源的地方都要发展溴冷机 2）90年代我国在世界禁止使用CFC生产与使用协议书上签字我国西气东输的实施和天然气的引进或开采、广泛，以及夏季燃气低谷和用电高峰，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相当于一个压缩机,吸收式制冷循环,一、吸收式制冷的基本原理,,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 发生器相当于排气侧,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、吸收式制冷的基本原理,吸收式与压缩式的比较,一、吸收式制冷的基本原理,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、提供能量的种类不同：压缩式制冷机消耗机械功，吸收式制冷机消耗热能 2、吸取制冷剂蒸气的方式不同：蒸气压缩式制冷机用压缩机吸取此蒸气，吸收式制冷机用吸收剂在吸收器中吸取制冷剂蒸气 3、提升蒸气压力的方式不同：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、工质不同：,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,,,吸收式制冷与蒸气压缩式制冷的比较,,,,,一、吸收式制冷的基本原理,二、工质对,1.工质对（制冷剂－吸收剂溶液）：,2.吸收式制冷循环工质的选择要求,两种可以相互吸收的液体形成的溶液应具有较大的单位质量制冷量和单位容积制冷量 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具有强烈吸收制冷剂的能力； 吸收剂和制冷剂的沸点希望相差越大越好； 较大的热导率，较小的密度和粘度，较小的比热 化学性质要求无毒﹑不燃烧﹑不爆炸，对金属材料无腐蚀和具有较好的化学稳定性； 二元溶液必须是非共沸溶液。

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部分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，所以不论有多少种气体都只有一个相 液体则视其互溶程度，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应的情况下，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表示二、工质对,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。

二、工质对,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,蒸气压缩式制冷系统：逆卡诺循环的制冷系数最大εmax； 吸收式制冷系统：也存在最大热力系数ζmax：,,,吸收式制冷系统与外界的能量交换,设： 该吸收式制冷循环是可逆的； 热媒温度、蒸发温度、冷凝温度、环境温度均为常量,,根据热力学第一定律：,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：,发生器热媒引起的熵增为：,吸收式制冷系统单位时间内引起外界熵的变化为：,三、吸收式制冷机的热力系数,系统对周围环境的放热量,,吸收式制冷机的最大热力系数,忽略泵的功耗，即P=0,,工作在Tg与Te之间的卡诺循环的热效率,工作在To和Te 之间的逆卡诺循环的制冷系数,ζmax ↑ =f(Tg↑,Te↓, To↑）,热力完善度（ηa）,即：ηa= ζ / ζmax,——热力系数ζ与最大热力系数ζmax之比,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，安全可靠 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,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,,,已知饱和液体（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，则即为饱和液体A对应的饱和气态B,C,,A,,,一、溴化锂水溶液的比焓－浓度图,1.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,冷冻水,溴化锂跟H2O分离,节流,热源回路,冷却水回路,冷冻水回路,制冷剂回路,溶液回路,,H2O蒸发制冷,溴化锂跟水混合,点1与点2基本重合。

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,,,,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),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4）冷凝器,5）膨胀阀,6）蒸发器,冷凝,蒸发,(p0,h8,0),点8与点9基本重合9,10,三、单效溴化锂吸收式制冷理论循环,6→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7）热交换器,8）溶液节流阀,9）吸收器,(pkξs),点5与点6基本重合6,三、单效溴化锂吸收式制冷理论循环,,,冷水出水,,用冷需求,,,,,,,蒸发器,,,,冷水回水,吸收器,,燃料,,,发生器,,,,,,,,,,,,,冷凝器,,,,,,冷却水,,吸收式制冷机原理图,三、单效溴化锂吸收式制冷理论循环,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，ξw,,D,,F－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”,,3.溶液的循环倍率f,三、单效溴化锂吸收式制冷理论循环,发生器 冷凝器 蒸发器,,,,2.换热设备单位负荷计算,三、单效溴化锂吸收式制冷理论循环,吸收器 溶液热交换器 系统热平衡,,,,三、单效溴化锂吸收式制冷理论循环,,F，ξw,,D,,F－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,2019/11/9,28,1、单效溴化锂吸收式制冷机的典型结构 1）吸收式制冷机是在高真空度下工作的，要求系统密封性好结构安排必须紧凑，连接部件尽量减少，通常把发生器等四个主要换热设备置于一个或两个密闭筒体内，即通常所说的单筒结构和双筒结构 2）因设备内压力很低，为减少制冷剂蒸汽的流动损失，将压力相近的设备合放在一个筒体内，使外部冷却介质在管束内流动，制冷剂在管束外较大的空间内流动 3）蒸发器和吸收器采用喷淋式换热设备，以减少静液高度对蒸发温度的影响(在蒸发器低压下，100mm高的水层将使蒸发温度上升10－12ºC)发生器虽多采用沉浸式，但液层的高度要求小于300－350mm四、单效溴化锂吸收式制冷机的典型结构,Condenser冷凝器、Generator发生器 Evaporator蒸发器、Absorber吸收器,四、单效溴化锂吸收式制冷机的典型结构,结构形式,四、单效溴化锂吸收式制冷机的典型结构,Condenser冷凝器、Generator发生器 Evaporator蒸发器、Absorber吸收器,直燃型溴冷机运行过程演示,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： 并联流程的吸收式制冷机 1.串联流程的吸收式制冷机 1）流程图,,高压发生器,高温热交换器,低温热交换器,低压发生器,冷凝器,吸收器,蒸发器,,,高压蒸汽,,,,水蒸汽,,,,高压凝水,,冷 凝 水,,低压蒸汽,,稀溶液,,,,高压浓溶液,浓 溶 液,,,,,,,浓溶液,,,稀溶液,稀溶液,四、单效溴化锂吸收式制冷机的典型结构,2.并联流程的吸收式制冷机 1）流程图,高压发生器,高温热交换器,低温热交换器,低压发生器,冷凝器,吸收器,蒸发器,,,高压蒸汽,,,,水蒸汽,,,,高压凝水,,冷 凝 水,,低压蒸汽,稀溶液,,浓溶液,,,稀溶液,稀溶液,,,,,,,,,,,,浓溶液,四、单效溴化锂吸收式制冷机的典型结构,单效和双效溴冷机原理演示,,蒸发器,,吸收器,,低温发生器,,冷凝器,,高温发生器,,控制盘,,变频器,四、单效溴化锂吸收式制冷机的典型结构,。