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1、制冷与空调制冷与空调第四章 吸收式制冷技术4.1 4.1 吸收式制冷的根本原理吸收式制冷的根本原理4.2 4.2 单效溴化锂吸收式制冷系统单效溴化锂吸收式制冷系统4.1 4.1 吸收式制冷的根本原理吸收式制冷的根本原理4.2 4.2 单效溴化锂吸收式制冷系统单效溴化锂吸收式制冷系统概述概述美国美国19451945、开利是最早消费和运用溴化锂吸收式制冷机的国家。但、开利是最早消费和运用溴化锂吸收式制冷机的国家。但由于能源丰富，特别是电力富余，吸收式制冷机所占的比例并不大，由于能源丰富，特别是电力富余，吸收式制冷机所占的比例并不大，7070年代中期每年约消费年代中期每年约消费10001000台，占
2、台，占15%15%左右。左右。19751975年以后，几年逐年下降，年以后，几年逐年下降，到了到了19831983年只消费年只消费150150台，占冷水机组总台数的台，占冷水机组总台数的7%7%左右左右目前吸收式制冷在日本目前吸收式制冷在日本, ,中国和韩国得到了较普遍的运用，中国和韩国得到了较普遍的运用，随着我国西气东输工程的实施和天然气的引进或开采、广泛的燃气供应，随着我国西气东输工程的实施和天然气的引进或开采、广泛的燃气供应，以及夏季燃气低谷和用电顶峰，燃气直燃式吸收式空调可以得到更广泛以及夏季燃气低谷和用电顶峰，燃气直燃式吸收式空调可以得到更广泛的运用。的运用。我国在吸收制冷设计和制造
3、方面处于国际先进程度，出现了江苏双良、我国在吸收制冷设计和制造方面处于国际先进程度，出现了江苏双良、长沙远大、大连三洋等一系列著名品牌。长沙远大、大连三洋等一系列著名品牌。紧紧缩缩机机节节流流安安装装蒸发器冷凝器P蒸蒸气气紧紧缩缩式式制制冷冷的的根根本本原原理理一、吸收式制冷的根本原理一、吸收式制冷的根本原理吸收式制冷循环吸收式制冷循环膨胀阀蒸发器冷凝器发生器吸收器泵节节流流安安装装相当于一个紧缩机相当于一个紧缩机制冷剂循环制冷剂循环 逆循环逆循环吸收剂循环吸收剂循环 正循环正循环一、吸收式制冷的根本原理一、吸收式制冷的根本原理吸收式制冷机的构成吸收式制冷机的构成膨膨胀胀阀阀蒸蒸发发器器冷冷凝
4、凝器器发发生生器器吸吸收收器器溶溶液液泵泵节节流流安安装装与蒸气紧缩式制与蒸气紧缩式制冷系统完全一样冷系统完全一样相当于相当于“热力紧缩机热力紧缩机吸收器相当于吸气侧吸收器相当于吸气侧发生器相当于压出侧发生器相当于压出侧吸收器：吸收制冷剂蒸汽；吸收器：吸收制冷剂蒸汽； 发生器：加热、释放制冷剂；发生器：加热、释放制冷剂；溶液热交换器：内部能量利用，提高效率；溶液热交换器：内部能量利用，提高效率；溶液泵：加压作用。溶液泵：加压作用。 一、吸收式制冷的根本原理一、吸收式制冷的根本原理吸收式与紧缩式的比较吸收式与紧缩式的比较比较项目比较项目压缩式压缩式吸收式吸收式结结 构构压缩机压缩机吸收器、液泵、
5、发生器、节流阀吸收器、液泵、发生器、节流阀耗能类型耗能类型机械能机械能热能（蒸汽、燃油、燃气、废热、余热）热能（蒸汽、燃油、燃气、废热、余热）工况特点工况特点冷凝压力高冷凝压力高冷凝压力低冷凝压力低制冷工质制冷工质制冷剂（氨、氟利昂）制冷剂（氨、氟利昂）工质对：吸收剂工质对：吸收剂- -制冷剂（溴化锂制冷剂（溴化锂- -水、水水、水- -氨）氨）一、吸收式制冷的根本原理一、吸收式制冷的根本原理二、工质对二、工质对对制冷剂的选择：对制冷剂的选择： 要求与蒸汽紧缩式制冷根本一样，应具有较大的单位容要求与蒸汽紧缩式制冷根本一样，应具有较大的单位容积制冷量，任务压力不应太高或太低，价廉，无毒，不爆炸和
6、积制冷量，任务压力不应太高或太低，价廉，无毒，不爆炸和不腐蚀等性质。不腐蚀等性质。1.1.工质对制冷剂吸收剂溶液：工质对制冷剂吸收剂溶液： 两种可以相互吸收的液体构成的溶液。两种可以相互吸收的液体构成的溶液。2.2.吸收式制冷循环工质的选择要求吸收式制冷循环工质的选择要求对吸收剂的选择应具有如下要求：对吸收剂的选择应具有如下要求： 1 1吸收剂应具有剧烈吸收制冷剂的才干。吸收剂应具有剧烈吸收制冷剂的才干。 2 2作为吸收剂和制冷剂的两种物质，它们的沸点希望相差作为吸收剂和制冷剂的两种物质，它们的沸点希望相差越大越好。越大越好。 3 3吸收剂也希望具有较大的热导率，较小的密度和粘度，吸收剂也希望
7、具有较大的热导率，较小的密度和粘度，而且应具有较小的比热，以提高制冷循环的任务效率。而且应具有较小的比热，以提高制冷循环的任务效率。3.3.吸收式制冷常用工质对：吸收式制冷常用工质对： 溴化锂水溶液：制冷剂溴化锂水溶液：制冷剂水水, ,吸收剂吸收剂 溴化锂溴化锂 氨水溶液：氨水溶液： 制冷剂制冷剂氨，吸收剂氨，吸收剂 水水4 4在化学性质方面与制冷剂一样，要求无毒在化学性质方面与制冷剂一样，要求无毒不熄灭不熄灭不爆炸，对制冷机的金属资料无腐蚀和具有较好的化学不爆炸，对制冷机的金属资料无腐蚀和具有较好的化学稳定性。稳定性。5 5吸收式制冷循环工质对所组成的二元溶液，必需是非吸收式制冷循环工质对所
8、组成的二元溶液，必需是非共沸溶液。共沸溶液。二、工质对二、工质对4.4.相、独立组分数、自在度和相律相、独立组分数、自在度和相律1)1)相相 体系内物理和化学性质完全均匀一致的部分称为相。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相与相之间有明显的分界面。体系内相的数目用符号表示。表示。 气体能充分混合，所以不论有多少种气体都只需一气体能充分混合，所以不论有多少种气体都只需一个相。个相。 液体那么视其互溶程度，有一相或多相之分。液体那么视其互溶程度，有一相或多相之分。2)2)独立组分数独立组分数 独立组分是平衡体系中能独立存在的物质。组分的独立
9、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。在物质间无化学反响的情况下，独立数目称为组分数。在物质间无化学反响的情况下，独立组分数就是平衡体系中的物质数。独立组分数用符号组分数就是平衡体系中的物质数。独立组分数用符号k k表示。表示。3)3)自在度自在度 体系的自在度指体系的独立可变要素，如温度、压体系的自在度指体系的独立可变要素，如温度、压力、浓度等。在一定范围内，可以恣意改动而不会引起力、浓度等。在一定范围内，可以恣意改动而不会引起相数目的改动。自在度用符号相数目的改动。自在度用符号f f表示。表示。对单组分体系对单组分体系,k=l,k=l， f=3- f=3-。 单纯气体：单
10、纯气体：=l, f=2, =l, f=2, 只需确定二个形状参数只需确定二个形状参数, , 饱和水和水蒸气：饱和水和水蒸气：=2,f=l, =2,f=l, 只需求一个形状参数只需求一个形状参数( (如温度如温度或压力或压力) )。 4)4)相律相律 体系处于平衡形状时，它的自在度、相数和组分数之间体系处于平衡形状时，它的自在度、相数和组分数之间存在着一定的关系。这个关系称为相律存在着一定的关系。这个关系称为相律( (或称吉普斯方程或称吉普斯方程) )：对两组分体系对两组分体系, , 由于由于k=2,k=2,所以自在度所以自在度f=4- f=4- 。 当二元溶液处于汽、液两相平衡形状时当二元溶液
11、处于汽、液两相平衡形状时, =2, =2,因此因此f=2f=2。即说确定处于汽、液平衡的二元溶液的形状即说确定处于汽、液平衡的二元溶液的形状, ,只需求知道两个独只需求知道两个独立的形状参数立的形状参数, ,其它形状参数就可随之而确定。其它形状参数就可随之而确定。1 1、吸收式制冷机热力系数、吸收式制冷机热力系数的定义的定义 吸收式制冷机所制取的制冷量与所耗费的热量之比，吸收式制冷机所制取的制冷量与所耗费的热量之比，即：即： 式中：式中：Q0Q0吸收式制冷机所制取的制冷量；吸收式制冷机所制取的制冷量； Qg Qg吸收式制冷机所耗费的热量。吸收式制冷机所耗费的热量。三、吸收式制冷机的热力系数三、
12、吸收式制冷机的热力系数吸收式制冷系统与外界的能量交换吸收式制冷系统与外界的能量交换根据热力学第一定律：根据热力学第一定律：吸收器吸收器冷凝器冷凝器假设：假设：该吸收式制冷循环是可逆的；该吸收式制冷循环是可逆的；发生器热媒温度、蒸发温度、冷凝发生器热媒温度、蒸发温度、冷凝温度、环境温度均为常量。温度、环境温度均为常量。 那么发生器热媒引起的熵增为：那么发生器热媒引起的熵增为：2 2、吸收式制冷机热力系数分析、吸收式制冷机热力系数分析(1)(1)吸收式制冷系统与外界的能量交换吸收式制冷系统与外界的能量交换三、吸收式制冷机的热力系数三、吸收式制冷机的热力系数蒸发器中被冷却物质引起的熵增为：蒸发器中被
13、冷却物质引起的熵增为：周围环境引起的熵增为：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：等于零，即：吸收式制冷系统与外界的能量交换吸收式制冷系统与外界的能量交换吸收器吸收器冷凝器冷凝器三、吸收式制冷机的热力系数三、吸收式制冷机的热力系数吸收式制冷系统与外界的能量交换吸收式制冷系统与外界的能量交换吸收器吸收器冷凝器冷凝器将能量平衡方程代入上式，有：将能量平衡方程代入上式，有：假设忽略泵的功耗，那么吸收式制冷机假设忽略泵的功耗，那么吸收式制冷机的热力系数为：的热力系数为：那么吸收式制冷机的最大热力系数那
14、么吸收式制冷机的最大热力系数maxmax为：为：三、吸收式制冷机的热力系数三、吸收式制冷机的热力系数S吸收式制冷机的最大热力系数等于任吸收式制冷机的最大热力系数等于任务在务在TgTg与与TeTe之间的卡诺循环的热效率之间的卡诺循环的热效率与任务在与任务在T0T0和和TeTe之间的逆卡诺循环的之间的逆卡诺循环的制冷系数的乘积。制冷系数的乘积。S最大热力系数随热源温度的升高、环最大热力系数随热源温度的升高、环境温度的降低及被冷却介质温度的升境温度的降低及被冷却介质温度的升高而增大。高而增大。可逆吸收式制冷循环可逆吸收式制冷循环可见：可见：三、吸收式制冷机的热力系数三、吸收式制冷机的热力系数四、吸收
15、式制冷的特点四、吸收式制冷的特点优点：优点：1.1.工质环保，对环境和大气臭氧层无害工质环保，对环境和大气臭氧层无害 2. 2.以热能为动力，节电效果明显以热能为动力，节电效果明显 3. 3.可以利用各种热能驱动可以利用各种热能驱动 4. 4.构造简单，运动部件少，平安可靠构造简单，运动部件少，平安可靠缺陷：缺陷：1.1.价钱无优势价钱无优势 2. 2.耗能大，机组笨重耗能大，机组笨重 3. 3.利用热能促进全球变暖利用热能促进全球变暖 4. 4.热力系数热力系数COPCOP低于紧缩式制冷循环低于紧缩式制冷循环4.1 4.1 吸收式制冷的根本原理吸收式制冷的根本原理4.2 4.2 单效溴化锂吸
16、收式制冷系统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饱和液态和过冷液态的比焓在h h图上可根据等温线和等浓图上可根据等温线和等浓度线的交点确定。度线的交点确定。在溴化锂溶液的在溴化锂溶液的h h图上只图上只需液相区，气态为纯水蒸汽，集需液相区，气态为纯水蒸汽，集中在中在0 0的纵轴上。由于平衡的纵轴上。由于平衡时气液同温度，可经过等压辅助时气液同温度，可经过等压辅助线和等焓线交点确定。线和等焓线交点确定。 当压力较低时，压力对液体当压力较低时，压力对液体的比焓和混合热的影响很小，可的比焓和混合热的影响很小，可以为溶液的比焓只是温
17、度和浓度以为溶液的比焓只是温度和浓度的函数。的函数。溴溴化化锂锂水水溶溶液液的的比比焓焓浓浓度度图图等温液线等温液线等压饱和液液线等压饱和液液线一、溴化锂水溶液的比焓浓度图一、溴化锂水溶液的比焓浓度图 知饱和液体知饱和液体p0=0.93MPap0=0.93MPa，t0=40t0=40，如图上，如图上A A点，过点，过A A做一条竖直的直线做一条竖直的直线与与p=0.93MPap=0.93MPa的辅助线交于的辅助线交于B B点，再过点，再过B B点点做一条程度线与纵坐标交于做一条程度线与纵坐标交于C C点，那么即点，那么即为饱和液体为饱和液体A A对应的饱和气态。对应的饱和气态。BCp=0.93
18、MPaT=40A1.1.按用途分类：冷水机组、冷热水机组、热泵机组按用途分类：冷水机组、冷热水机组、热泵机组 2.2.按驱动热源分类：蒸汽型、直燃型、热水型按驱动热源分类：蒸汽型、直燃型、热水型 3.3.按驱动热源的利用方式分类：单效、双效、多效按驱动热源的利用方式分类：单效、双效、多效4.4.按溶液循环流程分类：串联流程、并联流程按溶液循环流程分类：串联流程、并联流程5 5按机组构造分类按机组构造分类 1 1单筒型，机组的主要换热器发生器、冷凝器、蒸发器、吸收单筒型，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。器布置在一个筒体内。 2 2双筒型，机组的主要换热器布置在二个
19、筒体内。双筒型，机组的主要换热器布置在二个筒体内。 3 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。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单效溴化锂吸收式制冷机的流程1 1、单效溴化锂吸收式制冷机的流程、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实际循环三、单效溴化锂吸收式制冷实际循环单效蒸汽型溴化锂吸收式单效蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组的系统组成冷水机组的系统组成热热源源回回路路冷冷却却水水回回路路冷冷水水回回路路制制冷冷剂剂回回路路溶溶液液回回路路单效溴化锂吸收式制冷机的
20、流程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实际循环三、单效溴化锂吸收式制冷实际循环饱和液体饱和液体3gw(pk, )饱和液体饱和液体4s(pk, )点点1 1与点与点2 2根本重合。根本重合。2 2、单效溴化锂吸收式制冷循环、单效溴化锂吸收式制冷循环三、单效溴化锂吸收式制冷实际循环三、单效溴化锂吸收式制冷实际循环2t2swhp0pk饱和液体线饱和液体线p0pk辅助线辅助线13g3t44过冷液体过冷液体2饱和液体饱和液体1w(p0, )浓度不变浓度不变温度近似不变温度近似不变过冷液体过冷液体2(t2, )w过冷液体过冷液体3压力、浓度不变压力、浓度不变温度升高温度升高过冷液体过冷液
21、体3饱和液体饱和液体3gw(pk, )产生蒸汽产生蒸汽加热加热加热加热1溶液泵溶液泵2热交换器热交换器3发生器发生器发生器排出的蒸汽可以为是与沸腾过程溶液的平均发生器排出的蒸汽可以为是与沸腾过程溶液的平均形状相平衡的水蒸气形状相平衡的水蒸气(形状形状7的过热水蒸汽的过热水蒸汽)(t2,w)7形状形状9 9的湿蒸气为由形状的湿蒸气为由形状99的饱和水与形状的饱和水与形状9 9的饱和水蒸气组成。的饱和水蒸气组成。三、单效溴化锂吸收式制冷实际循环三、单效溴化锂吸收式制冷实际循环4冷凝器冷凝器5膨胀阀膨胀阀6蒸发器蒸发器饱和水饱和水8(pk)过热水蒸汽过热水蒸汽7(pk)冷凝冷凝蒸发蒸发(p0,h8,
22、0)饱和水饱和水8(pk,0)湿蒸汽湿蒸汽9浓度不变浓度不变焓值不变焓值不变点点8 8与点与点9 9根本重合。根本重合。饱和水蒸汽饱和水蒸汽10(p0)湿蒸汽湿蒸汽9(p0,h8,0)2t2swhp0pk饱和液体线饱和液体线p0pk辅助线辅助线13g3t447899“91066a66a为浓溶液由湿蒸气变为饱和液形状，为浓溶液由湿蒸气变为饱和液形状，6a16a1为形状为为形状为6a6a的饱和液在压力的饱和液在压力P0P0下与形下与形状状1010的冷剂水蒸汽放热混合为稀溶液的过程。的冷剂水蒸汽放热混合为稀溶液的过程。三、单效溴化锂吸收式制冷实际循环三、单效溴化锂吸收式制冷实际循环7热交换器热交换器
23、8溶液节流阀溶液节流阀9吸收器吸收器饱和液体饱和液体4(pk,s)过冷液体过冷液体5压力、浓度不变压力、浓度不变 温度下降温度下降(pks)过冷液体过冷液体5(pks)湿蒸汽湿蒸汽6(p0,h5,s)焓值、浓度不变焓值、浓度不变 压力下降压力下降点点5 5与点与点6 6根本重合。根本重合。2t2swhp0pk饱和液体线饱和液体线p0pk辅助线辅助线13g3t447899“910566a定义：每产生定义：每产生1kg1kg的制冷剂所需求的制冷剂吸收剂的千克数。的制冷剂所需求的制冷剂吸收剂的千克数。F，wDFD， s从吸收器进入发生器的稀溶液流量为从吸收器进入发生器的稀溶液流量为F F，发生器中产
24、生的水蒸汽的质量流量为发生器中产生的水蒸汽的质量流量为D D，由发生器进入吸收器的浓溶液流量为由发生器进入吸收器的浓溶液流量为F FD D，“放气范围放气范围三、单效溴化锂吸收式制冷实际循环三、单效溴化锂吸收式制冷实际循环3.溶液的循环倍率溶液的循环倍率fF，wDFD， s产生制冷量产生制冷量耗费热量耗费热量三、单效溴化锂吸收式制冷实际循环三、单效溴化锂吸收式制冷实际循环热力系数热力系数 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数，需减小循环倍率。为减小循环倍率，需增大放气范
25、围及减小浓溶液浓度。浓溶液浓度。三、单效溴化锂吸收式制冷实际循环三、单效溴化锂吸收式制冷实际循环1.1.发生缺乏发生缺乏 在发生器中，实践发生终了浓溶液的浓度低于理想情况下的浓度，称为在发生器中，实践发生终了浓溶液的浓度低于理想情况下的浓度，称为发生缺乏；发生缺乏；2.2.吸收缺乏吸收缺乏 在吸收器中在吸收器中, , 实践吸收终了的稀溶液浓度比理想情况下的高，称为吸实践吸收终了的稀溶液浓度比理想情况下的高，称为吸收缺乏。收缺乏。实践循环过程的发生缺乏和吸收缺乏实践循环过程的发生缺乏和吸收缺乏三、单效溴化锂吸收式制冷实际循环三、单效溴化锂吸收式制冷实际循环为什么要采用双效溴化锂吸收式制冷循环？为
26、什么要采用双效溴化锂吸收式制冷循环？ a. 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，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，Q0Q0和和将随之缓慢，并且会呵斥结晶和减弱缓蚀剂作用的危险。因此，对单效将随之缓慢，并且会呵斥结晶和减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；溴化锂吸收式制冷循环应限制加热温度； b. b.为了能利用较高温度的热源。为了能利用较高温度的热源。 串联流程的吸收式制冷机串联流程的吸收式制冷机 双效溴化锂吸收式制冷机分类：双效溴化锂吸收式制冷机分类： 并联流程的吸收式制冷机并联流程的吸收式制冷机1.1.串联流
27、程的吸收式制冷机串联流程的吸收式制冷机 1 1流程图流程图 高压发生器高压发生器高温热交换器高温热交换器低温热交换器低温热交换器低压发生器低压发生器冷凝器冷凝器吸收器吸收器蒸发器蒸发器高压蒸汽高压蒸汽水蒸汽水蒸汽高压凝水高压凝水冷冷凝凝水水低压蒸汽低压蒸汽稀溶液稀溶液高压浓溶液高压浓溶液浓浓溶溶液液浓溶液浓溶液稀溶液稀溶液稀溶液稀溶液四、双效溴化锂吸收式制冷机循环四、双效溴化锂吸收式制冷机循环2.2.串联流程的吸收式制冷机串联流程的吸收式制冷机 1 1流程图流程图高压发生器高压发生器高温热交换器高温热交换器低温热交换器低温热交换器低压发生器低压发生器冷凝器冷凝器吸收器吸收器蒸发器蒸发器高压蒸汽高压蒸汽水蒸汽水蒸汽高压凝水高压凝水冷冷凝凝水水低压蒸汽低压蒸汽稀溶液稀溶液浓溶液浓溶液稀溶液稀溶液稀溶液稀溶液浓溶液浓溶液
