吸收和吸附式制冷

与
为Henry定律
技
(2)特性曲线与温度无关的假说在吸附质
术
为极性物质时，其误差较大 (3)对表面孔径分布不均匀的情况没有给
出很好的解释
(3)描述气固相平衡的p-T-x图
图2-135示出了活性炭-甲醇吸附等量线，
制 其中(a)为活性炭纤维、(b)为活性炭。
冷
原 （四）工质对的热质传递过程
理
1、蒸发与冷凝过程
与以上单效基本循环相比，吸收式制冷循
环可以分为多级循环和多效循环
制
冷 ➢ 多级循环采用的是简单复迭方式，图2-139
原 理
为一典型的两级溴化锂吸收式制冷机系统构成， 与单效吸收式系统比具有很多优点
与
技
➢ 多效循环则是对于高温热源的热量予以多 次利用，使得系统COP有明显的提高。
术
图2-140 双效吸收式制冷循环
技 液固相平衡图。等质量分数线簇右下方的一条
术 曲线就是溶液的 结晶曲线。
图2-134 溴化锂溶液的液固相平衡图
4、气固相平衡
(1) 吸附类型
制
吸附质与吸附剂的平衡吸附量为：
冷 原
x
f
p,T
吸附体系
理
关于特定体系表示如下：
与 技
x
f
p T
等温吸附线
术
x
f
T
p
等压吸附线
p f Tx
技 术
性，右侧的 0 线代表水的特性，并在右
侧标出了氨的饱和温度 t’。
图2-131 氨水溶液的p—t图
图2-133
氨水溶液的h— 图
（3）溶液的h 图
制
如图2-133为氨水溶液的 h 图。
冷 3、液固相平衡 原
理
在一定的温度下, 溶质在溶剂中的溶解量
与
是有限的。这时的溶液称为 饱和溶液, 这时的 温度称为 结晶温度。图2-134为溴化锂溶液的
等量吸附线
这三种吸附曲线从本质是一致的，但它们对 于研究吸附现象各有长处：
制
冷
吸附等温线主要用于工业装置的微量吸附
原
理
等压吸附线主要用于解吸的操作设计
与
技
等量吸附线主要用于进行吸附热的计算和
术
吸附工质对的选择
(2) 吸附理论与吸附率方程
➢ 吸附势理论(Polanyi理论) 是从固体表面
制 存在吸附势能场出发，描述多分子层吸附的理 冷 论模型
由此可以分析出理想单效吸收式制冷循环COP
制 冷 原
COPideal
1.2 TevapTcond Td Tabs
Qcond Qabs
0.8
(2-94)
理 在吸收式制冷中另一个有用的关系式为 与
技 术
Td min Tcond Tabs Tevpa (2-95)
图2-139 两级溴化锂吸收制冷机系统构成，1、2、3、4-溶液泵
2、溶液的摩尔分数
溶液中某一组分的摩尔分数为
制
i mi /m1 m2 mn 100 % (2-70)
冷
mi Gi / M i
(2-71)
原
双组分的吸收式制冷工质对是一种二元溶
理 液，其摩尔分数 是以溶液中溶质的摩尔百
与 分数表示的。
技
术
溴化锂溶液的摩尔分数为
mLiBr /(mH2O mLiBr ) 100 % (2-72)
与
技
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
术 度下进行的。
1000 100 10
0.6 0.1
0.05
1000 1
0 20 40 60 80 100 120 140
(a)活性炭纤维-甲醇
100
吸附制冷p-T-x图
10
(b) 活性炭-甲醇 吸附制冷p-T-x图
原 给发生器 理
Qhot Qd
(2-87)
与
技
低温热源的热量供应给蒸发器
术
Qcold Qevap (2-88)
从目前吸收式系统制冷剂和吸收剂看，对 几个热量项可以概括如下：
制 冷
Qevpa Qcond
(2-89)
原
理
Qd Qabs
(2-90)
与
技
显然，对于一个制冷系统来说，单个的热
术 量独立调节是不可能的。
图2-141 三效吸收式制冷循环
通过热能的多效利用，吸收式制冷
制 循环COP可以较显著地提高。
冷
原 理
浓度复迭
多种
与 技
压力复迭
多效循环
术
图2-142 多效溴化锂-水吸收式制冷机性能曲
(二)吸收式供热(采暖)循环
溴化锂吸收式冷热水机组
制 溴化锂吸收式
冷
制热技术
原
溴化锂吸收式热泵机组
理 与 (1)溴化锂吸收式冷热水机组
3、吸附式制冷工质对的浓度
活性炭一氨的浓度为
制 冷
x M NH3 / M c
(2-74)
原 (三) 溶液的相平衡 理 与 1、多元体系的相平衡关系式
技
根据吉布斯定律，多元体系的自由度为
术
N F NC N P 2 (2-75)
双组分的吸收式制冷工质对气液相
平衡状态方程式为
制
冷
Fp,T, 0
(2-76)
原
理
双组分的吸附式制冷工质对气固相
与 平衡状态方程式为
技
术
Fp,T, x 0
(2-77)
2、气液相平衡
（1）溶液的压力 P
制
在吸收式制冷循环的吸收或发生过程中，气
冷 液二相处于平衡状态。某一组分的蒸气分压力
原 理
pi pi0 i
(2-78)
与 溶液的压力 P 就是各个组分的蒸气分压力之和。 技即
术
p p1 p2 pn (2-79)
图2-130 溴化锂溶液的p—t图
（2）溶液的p—t图
制
图2-130 为溴化锂溶液的p—t图，图中标
冷
出等质量分数线簇，左侧的 0线代表水的
特性，并标出了水的饱和温度 t’。
原
理
图2-131为氨水溶液的p—t图，图中标出
与 等质量分数线簇，左侧的 1线代表氨的特
原 理 与
(
T
) V
S
0
(2-82)
技
术
其中 f V s 称为 特征吸附函数
离吸附表面L处摩尔气体吸附势能
制
l
RT
ln(
p0 p
)
(2-83)
冷
吸附达到平衡时
原
理
吸附率 x Ma Mc V s Mc
与
技
术
f1(V s ) f2 (x) 或 x f ()
D—R 方程：
制 冷
x
x0
多级吸收
单筒 多筒
向低温热源吸热，输出热的温 度低于驱动热源
向低温热源吸热，输出热的温 度高于驱动热源
吸收剂在多个压力不同的吸收 器内吸收制冷剂，制冷
机组有多个蒸发温度或热泵机 组有多个输出热温度
机组的主要热交换器布置在一 个筒体内
机组的主要热交换器布置在多 个筒体内
筒体的布 置方式
卧式 立式
主要筒体的轴线按水平布置 主要筒体的轴线按垂直布置
次 驱动热源在机组内被直接和间接 地二次利用 驱动热源在机组内被直接和间接 地多次利用 驱动热源在多个压力不同的发生
器内被多次直接利用
低温 热源
水 空气 余热
以水冷却散热或作为热泵的低温 热源
以空气冷却散热或作为热泵的低 温热源 以各类余热作为热泵的低温热源
低温热源 的利用 方式
机组结构
第一类热泵 第二类热泵
Qc-冷凝热； Qa-冷却显热及吸附热, Qe-制冷量
x Pe
Pc
xconc
xdil
Ta
Tg
T, oC
图2-137: 吸附与解吸状态在吸附等压线上的表示
吸附状态：吸附温度Ta、蒸发压力Pe;
解吸状态：解吸温度Tg、冷凝压力Pc
二、吸收式循环
制
(一)吸收式制冷循环
冷 原
➢ 吸收式制冷机 由发生器、冷凝器、蒸发 器、冷剂泵、溶液泵、吸收器及溶液热交换
或向空间供热
采用NH3/H2O工质对 采用H2O/LiBr工质对 采用其它工质对
以蒸汽的潜热为驱动热源 以燃料的燃烧热为驱动热源 以热水的显热为驱动热源 以工业和生活余热为驱动热源 以其它类型的热源为驱动热源，如
太阳能、地热能等
驱动热 源的利 用方式
驱动热源在机组内被直接利用一
单效 双效 多效
多级发 生
exp
k
2
(2-84)
原
理
在实验中存在三种与式(2-84)偏离的形式
与
技 术
x
2
2
x01
exp
k1
x02
expk2
(2-85)
百度文库
准高斯分布型方程(D-A方程)
制 冷
x
x0
exp
E
n
(2-86)
原
这种方程还存在一些缺点：
理
(1)在压力低时，吸附量不能自动地转化
1、溶液的质量分数
溶液中某组分的质量百分数为
制 冷
i = G i / ( G 1 + G 2 + + G i + + G n) 100 % (2-67)
原
双组分的吸收式制冷工质对是一种二元溶液,
理
其质量分数 示的。
是以溶液中溶质的质量百分数表
与
技
溴化锂溶液的摩尔分数为
术
GLiBr / GH2O GLiBr 100 % (2-68)
与 技 2)第二类吸收式热泵
术
工作循环如图2-143b所示
以升温为目的，故又称为
热变换器
分类方式 用途
工质对
驱动 热源
表 2-15 吸收式机组的种类
机组名称
制冷机组 冷水机组 冷热水机组 热泵机组
氨—水 溴化锂 其它
蒸汽型 直燃型 热水型 余热型 其它型
分类依据、特点和应用
供应0C以下冷量 供应冷水 交替或同时供应冷水和热水 向低温热源吸热，供应热水或蒸汽
0.26 0.02
图2-135
1 0 20 40 60 80 100 120 140
在蒸发过程中: 制冷剂吸收蒸发潜热，由液体蒸发成气体
制
在冷凝过程中:
冷
制冷剂排放冷凝潜热，由蒸气冷凝成液体
原
理 2、吸收与发生过程
与
技 术
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
3、吸附与解吸过程
2.2 吸收和吸附式制冷
吸收式制冷目前在日本,中国和韩国得到了较普遍的
制
应用.随着我国西气东输工程的实施和天然气的引进
冷
或开采,吸收式制冷正在制冷空调中发挥重要作用.
原
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
理
用电高峰,可以使得燃气直燃式吸收式空调得到更广
理 器等部件组成
与
技
➢ 由于它是利用工质对的质量分数变化，
术
完成制冷剂的循环，因而被称为吸收式制冷
图2-138 单效型吸收式制冷系统示意图
制 冷 原 理 与 技 术
NEXT
图2-138是对应于图2-129(b)的 单效型吸
收式制冷系统 示意图。所谓单效指的是驱动热
源热能只利用了一次。
制
冷
从图2-138可知，高温热源的热量总是供应
制
在吸附式制冷系统中吸附和解吸从理论上
冷 来说是 恒压过程
原
理
图2-136所示，固体吸附剂受热解吸出制冷
与 剂，在制冷剂压力达到冷凝压力时即开始解吸-
技 冷凝过程，制冷剂被冷凝成液体
术
Qd A
Qc
C
Qa A
C
E
E
Qe
图2-136: 吸附和解吸过程。 A-吸附器；C-冷凝器；E-蒸发器；Qd-加热显热及脱附热；
(三) 吸收式机组
制
吸收式机组是一种以热能为驱动能源、以溴
冷
化锂溶液或氨水溶液等为工质对的吸收式制冷或 热泵装置。简单的分类如 表2-15 所示。
原
理
1、溴化锂吸收式制冷循环
与
技
术
2、氨水吸收式制冷循环
制 冷 原 理 与 技 术
NEXT
(四)单效蒸汽型溴化锂吸收式 冷水机组的循环流程
制
单效蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组的应
技
通常以燃油、燃气为能源。此时机组中
术
的发生器相当于一台溴化锂溶液锅炉。通过
发生器中产生的高温制冷剂加热
制 冷 原 理 与 技 术
NEXT
(2)溴化锂吸收式热泵
溴化锂吸收式热泵又分为第一类和第二类
两种型式。
制 冷 1)第一类吸收式热泵
原
工作循环如图2-143a所示
理
以增加热量为目的，故又称增 热型吸收式热泵。
理想的单效吸收式制冷循环 COP 可以表达为
制 冷
COPideal
Td
Tabs Td
Tevap
Tcond
Tcond Tevap Tabs
(2-91)
原
对于大多数吸收剂有以下关系式成立
理 与
Qabs 1.2 ~ 1.3
(2-92)
技
Qcond
术
Td Tabs 1.2(Tcond Tevap ) (2-93)
制
(1)可以利用各种热能驱动
冷
原
(2)可以大量节约用电
理
(3)结构简单，运动部件少，安全可靠
与
技
(4)对环境和大气臭氧层无害
术
(5)热力系数COP低于压缩式制冷循环
（二）工质对的状态参数
制 ➢ 压缩式制冷循环 冷 原 理 ➢ 吸收式制冷循环 与 技 ➢ 吸附式制冷循环 术
单一组分工质 双组分工质对 固—液工质对
与
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,
技
出现了江苏双良,长沙远大,大连三洋等一系列著名
术
品牌. 这里选播的江苏双良空调设备有限公司情况 介绍只是我国吸收制冷行业的一个缩影.
江苏双良吸收式制冷介绍
2.2 吸收和吸附式制冷
一、吸收和吸附
制 (一) 吸收和吸附式制冷的特点 冷
原
制冷剂蒸发
吸收热量制冷
理
与
技
术
气体制冷剂回复液体状态
利用吸收或吸附方式
制 冷 原 理 与 技 术
NEXT
如图2-129所示：
制 ➢ 在 压缩式 制冷循环中
冷
利用 压缩机 液化制冷剂蒸气
原
理 ➢ 在 吸收和吸附式 制冷循环中 与
技
利用 液体吸收剂或固体吸附剂
术
液化制冷剂蒸气
吸收或吸附式制冷与压缩式制冷相比有以下 特点：