吸收式制冷分析

第七章 吸收式制冷

吸收式制冷是液体气化制冷的另一种形式，它和蒸气压缩式制冷一样，是利用液态制冷剂在低温低压下气化以达到制冷目的的。所不同的是：蒸气压缩式制冷是靠消耗机械功（或电能）使热量从低温物体向高温物体转移，而吸收式制冷则依靠消耗热能来完成这种非自发过程。

第一节 吸收式制冷的基本原理

一、基本原理

对于吸收剂循环而言，可以将吸收器、发生器和溶液泵看作是一个“热力压缩机”，吸收器相当于压缩机的吸入侧，发生器相当于压缩机的压出侧。吸收剂可视为将已产生制冷效应的制冷剂蒸气从循环的低压侧输送到高压侧的运载液体。

二、吸收式制冷机的热力系数

蒸气压缩式制冷机用制冷系数ε评价其经济性，由于吸收式制冷机所消耗的能量主要是热能，故常以“热力系数”作为其经济性评价指标。热力系数ζ是吸收式制冷机所获得的制冷量0φ与消耗的热量g φ之比。

g

φζφ=

(7-1)

图7-1 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 (b )

(a )

0g a k e P φφφφφ++=+=

(7-2) 00g e S S S S ∆=∆+∆+∆≥

(7-3)

0g

e

g

e

S T T T φφφ∆=-

-

+

≥

(7-4)

g e e g

g

T T T T P T T φφ--≥- (7-5)

)

()

(000T T T T T T e g e g g --≤

=φφζ (7-6)

最大热力系数ζmax 为

c c 0

max εηζ=--=

T T T T T T e g

e g

(7-6a)

热力系数ζ与最大热力系数ζmax 之比称为热力完善度ηa ，即

max

a ζηζ=

(7-7)

第二节 二元溶液的特性

一、二元溶液的基本特性

B A v v V )1(1ξξ-+=

(7-8)

两种液体混合前的比焓

k

蒸发器冷媒

环境

发生器热媒

图7-2 吸收式制冷系统与外界

的能量交换

图7-3 可逆吸收式制冷循环

B A h h h )1(1ξξ-+=

(7-9)

混合后的比焓

ξξξξq h h q h h B A ∆+-+=∆+=)1(12

(7-10)

溴化锂与水混合，以及水与氨混合时都会放热，即混合热为负值。

1δφ+=

(7-11) 1333ξξδξφξ'''==+

(7-12)

3333ξξδξξ'-=

'''

- 3333ξξφξξ''-=

'''

- (7-13)

3333

ξξδφξξ'-=''- (7-14)

(a ) (b ) 图7-4 两种液体混合容积和温度的变化 图7-5 封闭容器内二元溶液的定压气化

(a ) (c ) t (℃)

1

0 ξ ① ②

t I (b ) t II

图7-8 氨－水溶液的h －ξ图

图7-6 二元溶液在不同压力下的 温度－浓度关系 t (℃)

0 ξ

t (℃)

1

0 ξ

①②

t I 1图7-7 封闭容器内二元气态溶液的

定压冷凝

t II

ξl ( kg/kg) 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 T (℃)

-50

0 50 100 150 200

二、溴化锂水溶液的特性

t At B '=+

(7-15)

图7-9 溴化锂水溶液的p -t 图

溶液温度t (℃)

饱和压力p (k P a )

图7-10 溴化锂－水溶液的比焓－浓度图

h ( k c a l /k g )

ξ (kg/kg)

167

209 251 293 335 377 419 461 502 544 586 628

670 712 2931 2973 3014 3056

3098 3140 3182 3224 3266 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

0.7 40

50

60 70

80 90 100 110 120 130 140 150

160 170

700

710 720

730 740 750

760 770 780 h (k J /k g )

第三节 单效溴化锂吸收式制冷机

一、单效溴化锂吸收式制冷理论循环

s

F f D ξξ

=

=∆ (7-16)

s w ξξξ∆=-

(7-17)

Δξ——称为“放气范围”，表示浓溶液与稀溶液的浓度差。

)

()(47349

101h h h h f h h R -+--=

ζ

(7-18)

二、热力计算

图7-11 单效溴化锂吸收式制冷机流程

溶液热交换器

图7-12 吸收式制冷循环h －ξ图

h (k J /k g )

ξ (%)

ξw ξs

发生器 冷凝器