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吸收式制冷


第一节 吸收式制冷循环
吸收式制冷机的工作原理及其工质 溴化锂吸收式制冷机的工作循环 氨水吸收式制冷循环 吸收-扩散式制冷循环

吸收式制冷机的工作原理

蒸气压缩式制冷机与吸收式制机工作原理比较

吸收式制冷机的工作原理
热源加热,高压制冷剂蒸气蒸发

发生器

溶 液 稀 溶 压缩机 液 蒸发制冷

冷凝器

节流阀
节流降压

吸收器
(吸收过程) 低压制冷剂蒸气

蒸发器

?整个系统包括两个回路:一个是制冷剂回路,一个是溶液回路。 ?在蒸汽吸收式制冷中,吸收器好比压缩机的吸入侧;发生器好比压缩

机的排出侧;对发生器内溶液进行加热,提供提高制冷剂蒸汽压力的能 量。

吸收式制冷机的工作原理
由发生器、吸收器、冷凝器、 蒸发器、节流阀和溶液泵等组成 吸收器-发生器组代替了压缩机 的作用,称为热化学压缩器 热源在发生器中加热溶液,使 其中的低沸点组份蒸发出来,剩 下的溶液回流到吸收器中 蒸发出来的组份执行制冷任务 后,又被吸收器中的溶液吸收, 使溶液回复到原有浓度,再由溶 液泵送到发生器中循环使用

吸收式制冷机的工作原理
吸收式制冷机溶液循环的热力特性: 溶液的相平衡
自由度V=C-P+2,所以二元溶液的自由度为2,压力、温度、浓度中的 两个参数确定后,其它参数才能完全确定

溶液的可吸收态与可解析态
对处于平衡状态的溶液冷却降温,可使溶液变为可吸收态;对处于平 衡状态的溶液加热升温,可使溶液变为可解析态

溶液的蒸发过程
溶液在蒸发过程中,液体中的低沸点组分含量逐渐减小,气体中的低 沸点组分含量逐渐增加

吸收式制冷机的工作原理
吸收式制冷机组应用系统的组成
制 冷 剂 回 路 路 蒸 汽 型 型 燃 型 直 水 型 热 热 余 路 回 回 源 路 液 热 回 路 置 溶 动 水 回 驱 却 水 置 装 置 冷 剂 装 制 装 冷 气 控 护 抽 动 保 自 全 安

吸收式制冷机的工质
定义:吸收式制冷机的工质,通常是采用两种不同沸点 的物质组成的二元溶液,以低沸点(或者易挥发)组份为 制冷剂,高沸点组份为吸收剂,两组分统称“工质对”。 要求:为使吸收式制冷机具有良好的性能和较高的工作 效率,工质对必须具有良好的性质。其中制冷剂的性质和 要求与压缩蒸气制冷循环相同,对吸收剂,应有的特性如 下:
(1)有强烈吸收制冷剂的能力。吸收能力越强系统中所需要的吸收剂 循环量就越少,可以节省发生器加热量,同时减少吸收器冷却负荷和 液泵功率等 (2)在相同压力下,它的沸点应比制冷剂的沸点高的多 (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

吸收式制冷机的工质
工质对的分类
(1)以水为制冷剂的工质对:制冷温度0℃以上,如H2O-LiBr、H2O-LiCl、 H2O-LiI、 H2O-LiCl-LiBr、 H2O-LiBr-LiSCN。 (2)以氨为制冷剂的工质对:可制取0 ℃以下,如氨水溶液(水为吸收 剂,但需有精馏设备)、NH3-NaSCN溶液(不需精馏设备)。 (3)以醇为制冷剂的工质对:甲醇或乙醇与水的溶液,可制取0℃以下 温度,但易结晶。 (4)以氟利昂为制冷剂的工质对:可制取0 ℃以下温度,如R22-DMF、 R22-DEGDME。

常用的工质对
(1)LiBr水溶液(1265-100)制冷温度、组成、相平衡过程(不设精 馏器)、腐蚀性-用于空调系统 (2)氨-水溶液:制冷温度,相平衡特性(要精馏器)-用于低温系 统

吸收式制冷机的特点
优点: (1)可以利用各种热能驱动,可以大量节约用电 (2)结构简单,运动部件少,噪声低 (3)以溴化锂溶液为工质,安全可靠,对环境和大气 臭氧层无害 (4)冷量调节范围宽,性能稳定 (5)对外界条件变化的适应性强 (6)安装简便,对安装基础要求低

吸收式制冷机的特点
缺点: (1)在有空气的情况下,溴化锂溶液对普通碳钢具有较强的 腐蚀性,这不仅影响机组的寿命,并且影响机组的性能和正常 运行。 (2)制冷机在真空下运行,空气容易漏入。即使漏入微量的 空气,也会严重地损害机组的性能。因此,制冷机要求严格 密封,这就给机组的制造和使用增添了困难。 (3)由于直接利用热能,机组的排热负荷较大,因为冷剂蒸 汽的冷凝和吸收过程,均需冷却。另外,对冷却水的水质要 求也比较高,在水质差的地方,应进行专门的水质处理。 (4)热力系数COP低于压缩式制冷循环

吸收式制冷机的发展历史
发展背景: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. 按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。 1945年美国开利公司试制成功第一台制冷量为523kw的 单效机。

吸收式制冷机的发展历史
国内发展概况:始于60年代初,根据特种船舶空调的需要提出来的。 大致经历三个阶段: (1)第一阶段——基础研究阶段:对溴化锂溶液的腐蚀性进行了大 量试验研究,弄清了腐蚀机理,从而提出了有效的防腐措施;对国 产溴化锂溶液的物性进行测定,制作了相应的物性图表和热工线图; 开展溴化锂溶液的传热试验,总结了影响传热的各种因素;设计并 试制了两台小容量的样机。 (2)第二阶段——单效机生产、应用阶段: 60年代末70年代初期, 主要针对两大问题:腐蚀和冷量衰减。 (3)第三阶段——蒸汽双效机研制、开发阶段: 1982年第一台蒸汽 双效机研制成功。上海704研究所和合肥通用机械研究所共同开发设 计,由开封通用机械厂制造了我国第一台蒸汽双效溴冷机。近年来 国内直燃型吸收式制冷机发展很快(10多家):生产量较大的有长 沙远大、江阴双良集团等。

吸收式制冷机的发展历史
统计资料表明:1998年全球吸收式冷水机组产量约为 8600台左右,其中85%以上是100冷吨以上的机组。在100 冷吨以上机组的产量中,中国产量占了35%的份额,日本 为30%、韩国为20%,具体产值数额分布见下图

1冷吨=3.516KW

吸收式制冷机的发展历史
部分生产吸收式制冷机的厂家: 美国:开利、约克、特灵等公司 日本:三菱约克、东京三洋、东洋开利、川崎 重工和日立等公司 上海一冷开利空调设备有限公司 江苏双良特灵溴化锂制冷机有限公司 远大空调有限公司 大连三洋制冷有限公司 上海田熊冷热设备有限公司 上海浦东溴化锂制冷机厂 上海申马集团空调机有限公司(闵行) 烟台荏原空调设备有限公司 青岛LG-同和制冷设备有限公司 杭州溴化锂制冷机厂

单效溴化锂吸收式制冷机
定义:所谓单效指的是驱动热源热能只利用了 一次。 驱动热源:0.03~0.15MPa(表压)的饱和蒸汽 或 75~150℃热水 热力系数:0.65~0.7

图11.6 单效溴化锂吸收式制冷机工作原理图 1—发生器;2—冷凝器;3—节流阀;4—蒸发器;5—蒸发泵; 6—吸收器;7—吸收泵;8—发生泵;9—溶液热交换器

单效溴化锂吸收式制冷机
主要部件
部件名称 蒸发器 吸收器 发生器 冷凝器 溶液热交换器 溶液泵和冷剂泵 抽气装置 自动控制装置 安全保护装置 部件的功能 冷剂水在其中蒸发, 冷剂水在其中蒸发,使冷水降温 浓溶液在其中吸收冷剂蒸汽以保持蒸发压力,溶液稀释, 浓溶液在其中吸收冷剂蒸汽以保持蒸发压力,溶液稀释,用 冷却水散热 用蒸汽加热稀溶液使之浓缩, 用蒸汽加热稀溶液使之浓缩,并产生冷剂蒸汽 使溶液浓缩时发生的冷剂蒸汽凝结,以保持冷凝压力, 使溶液浓缩时发生的冷剂蒸汽凝结,以保持冷凝压力,用冷 却水散热 稀溶液和浓溶液在其中进行热交换, 稀溶液和浓溶液在其中进行热交换,通过回热提高性能系数 溶液泵将稀溶液送往发生器,冷剂泵使冷剂水在蒸发器管束 溶液泵将稀溶液送往发生器, 上喷淋 抽除机组内的不凝性气体 根据负荷控制机组的制冷量和能量消耗 保证机组安全运转

单效溴化锂吸收式制冷机
结构型式

单 筒 类 型 型 类 筒

双 筒 类 型


船 用 机 组 特 有 的 结 构

( ( )

单效溴化锂吸收式制冷机
单筒型溴化锂吸收式制冷机各换热设备的基本布置型式 有五种

图 单筒型单效溴化锂吸收式制冷机的结构型式

单效溴化锂吸收式制冷机
常见的双筒单效溴化锂吸收式制冷机的布置型式有四种

图 双筒型单效溴化锂吸收式制冷机的结构
在双筒型的布置型式中,一般把发生器和冷凝器布置在一个筒 体中,称为上筒体,把吸收器和蒸发器布置在另一个筒体中,称 为下筒体。这几种布置方式目前都有使用。

单效溴化锂吸收式制冷机
溶液回路包括下列过程: (1)稀溶液经溶液热交换器的加 热升温过程 (2)稀溶液在发生器中的发生过 程 (3)浓溶液经溶液热交换器的冷 却降温过程 (4)浓溶液和稀溶液在进入吸收 器之前的混合过程 (5)混合溶液在吸收器中的吸收 过程

单效溴化锂吸收式制冷机
制冷剂回路包括下列过程:

(1)冷剂蒸汽在冷凝器中的冷凝过程

(2)冷剂水在蒸发器中的蒸发过程

单效溴化锂 制冷循环在 p-t图上的表示

冷剂水冷凝和蒸发 过程在T-s图上的表示

单效溴化锂吸收式制冷机
工作循环的h-ζ图

4 7

5

3

8 9 9’

单效溴化锂吸收式制冷机
工作循环的热负荷计算 1、已知参数: (1)根据空调工程或生产工艺要求的制冷量Q0和冷媒水 进出蒸发器的温度t1,t2。 (2)冷却水温度tw1:根据当地自然条件决定。 (3)工作蒸汽压力Ph:一般选取0.1MPa(表压)的工作蒸 汽

单效溴化锂吸收式制冷机
工作循环的热负荷计算
2、设计参数的选定 (1)冷却水一般先进入吸收器,出吸收器再进入冷凝器。冷却水的 总温升一般取7-9℃。考虑到吸收器的热负荷比冷凝器大,(1.3:1) 因此,冷却水通过吸收器的温升要比通过冷凝器的温升高些。 冷却水出吸收器的温度tw2:tw2=tw1+△tw1 冷却水出冷凝器的温度tw3:tw3=tw2+△tw2 (2)冷凝温度tk:一般比冷却水出冷凝器的温度高3~5 ℃,即 tk=tw3+(3~5) ℃ (3) 冷凝压力Pk: 根据tk从水蒸气表查得相应的饱和压力。 (4) 蒸发温度t0:一般比冷媒水出蒸发器的温度低2~4℃ t0=tl2-(2~4) ℃ (5) 蒸发压力P0: 根据t0从水蒸气表查得相应的饱和压力。

单效溴化锂吸收式制冷机
工作循环的热负荷计算
2、设计参数的选定 (6) 稀溶液出吸收器的温度t2: 一般比冷却水出吸收器的温度高3~5 ℃, t2=tw2+(3~5) ℃ (7)吸收器压力Pa:因冷剂水蒸汽流经挡水板时的阻力损失,吸收器 压力稍小于蒸发器压力,压降△P0的大小与挡水板的结构和汽流速度 有关,一般取△P0=(0.13~0.67)×102 Pa(0.1~0.5mmHg),即 Pa=P0- △P0=P0- (0.13~0.67)×102 (Pa) (8)稀溶液浓度ξa:根据Pa和t2,从h-ξ图中查得。 (9)浓溶液浓度ξr:一般放汽范围( ξr - ξa)为0.03~0.06, ξr =ξa+ (3%~6%)

单效溴化锂吸收式制冷机
工作循环的热负荷计算
2、设计参数的选定 (10) 溶液出发生器的温度t4: 根据ξr 和Pk,从h-ξ图中查得。 (11) 溶液出热交换器的温度t7、t8:浓溶液出热交换器的温度t8应比ξr 所对 应的结晶温度高10℃以上,以防止在交换器出口处产生结晶,一般 t8=t2+(15~25) ℃ 稀溶液出热交换器的温度t7可由ξa和h7从h-ξ图中查得。H7可根据热交换 器的热平衡式确定 a(h7-h2)=(a-1)(h4-h8) a= ξr / (ξr –ξq) 溶液的循环倍率 (12)吸收器喷淋溶液的浓度ξ9 和焓值h9: ξ9 =[faξq+(a-1) ξr]/[fa+a-1 ] h9 =[fah2+(a-1)h8]/[fa+a-1 ] fa-吸收器再循环倍率 T9可由ξ9和h9 从h-ξ图中查得。

单效溴化锂吸收式制冷机

热负荷的计算项目
机组循环量(D=Q0/q0 kg/h) D Q kg/h 发生器热负荷 冷凝器热负荷 蒸发器热负荷 吸收器热负荷 溶液热交换器热负荷

单效溴化锂吸收式制冷机
发生器的热平衡
制冷剂

加热量

Qg+Gah7=Dh3’+(Ga-D)h4 Ga-进入发生器的稀溶液流量 溶液的循环倍率 a=Ga/D
稀溶液 浓溶液

单效溴化锂吸收式制冷机
冷凝器的热平衡
冷凝热

Qk+Dh3=Dh3’
制冷剂入 制冷剂出

单效溴化锂吸收式制冷机
蒸发器的热平衡
制冷剂入

Q0+Dh3=Dh1’
Dh1’
制冷剂出

制冷量

单效溴化锂吸收式制冷机
吸收器的热平衡
制冷剂入

Qa+Gah2=Dh1’+(Ga-D)h8
吸收热

浓溶液入

稀溶液出

单效溴化锂吸收式制冷机
溶液热交换器的热平衡

(Ga-D)(h4-h8)= Ga(h7-h2)

浓溶液入

稀溶液入

稀溶液出

浓溶液出

单效溴化锂吸收式制冷机
循环系统的热平衡关系 Qg+Q0=Qa+Qk qg+q0=qa+qk 溴化锂吸收式制冷机的热力系数

ξ = Q0 / Qg = q0 / qg
热源单耗 d=Gg/Q0 kg/kW.h

单效溴化锂吸收式制冷机
设备传热面积的计算
采用沙柯洛夫的简化公式计算

F=

Q m2 k (? ? a?t a ? b?tb )

Q-传热量,W K-传热系数,W/(m2.K)

△-热交换设备中的最大温差,即热流体和冷流体进换热 设备时的温差, ℃ a,b-常数,与换热设备内流体流动的方式有关,可查表 △ta-温度变化较小的流体温度差, ℃ △tb-温度变化较大的流体温度差, ℃

单效溴化锂吸收式制冷机
设备传热面积的计算
如果换热过程中,有一种流体发生了集态变化(如 冷凝器中冷剂水蒸气的凝结等),则△ta=0,计算 公式简化为

Q F= m2 k (? ? b?tb )


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