吸收式热泵课堂讲义

吸收式热泵的原理
S1001W139 李成市政工程2010级建筑给排水方向
老师好！同学们好！
我们知道，热泵是按逆循环工作的，这一点与致冷机相同。

按照驱动热泵工作原理的不同，我们可以把热泵分为吸收式热泵、蒸气压缩式热泵、化学热泵、蒸气喷射式热泵、温差电热泵等几种。

今天我想跟大家一起学习其中的有关“吸收式热泵原理”的知识。

吸收式热泵是用热能驱动工质循环，实现对热能的“泵送”功能，这种热泵比较适用于有废热或者可通过煤、气、油及其它燃料可获得低成本热能的场合。

１、吸收式热泵的基本构成
吸收式热泵是由吸收器、发生器、冷凝器、蒸发器、节流阀、溶液泵、溶液阀、溶液热交换器这8大部件组成封闭环路，封闭环路内充以工质对。

吸收式热泵中各组成部分的基本情况是这样的：
（1）工质对：一般是循环工质和吸收剂组成的二元非共沸混合物，其中循环工质（制冷剂）的沸点低，吸收剂的沸点高，而且这两种物质的沸点应该具有较大的差值。

因为只有这样才能保证两组分能够分离。

循环工质在吸收剂中应该具有较大的溶解度，相应地，工质对溶液对循环工质的吸收能力要比较强。

（2）发生器：利用热水、蒸汽或燃料火焰加热发生器里的工质对溶液，使其中的低沸点循环工质变为蒸汽，而高沸点吸收剂仍然保持为液态。

（3）吸收器：利用工质对溶液对循环工质较强的吸收能力，把蒸发器中产生的循环工质抽吸到吸收器里。

（4）冷凝器：由发生器进来的循环工质蒸汽在冷凝器中冷凝为液体，同时放出热量。

（5）节流阀：阀前压力、温度较高的循环工质液体经节流阀后变为压力、温度较低的循环工质饱和气、饱和液混合物，也就是湿蒸汽。

（6）蒸发器：低压、低温循环工质湿蒸汽在蒸发器中吸收低温热源的热量，变为饱和气。

（7）溶液泵：它不断地将吸收器中的工质对稀溶液送入发生器，保持吸收器、
发生器中的溶液量。

（8）溶液阀：它的作用是调节由发生器中流入吸收器的溶液量。

（9）溶液热交换器：它是流出吸收器的稀溶液与流出发生器的浓溶液进行热交换的部件，使进入吸收器中的稀溶液温度降低，提高吸收器中溶液的吸收能力；使进入发生器的稀溶液温度升高，节省发生器中的高温热能消耗。

２、吸收式热泵的工作过程
吸收式热泵的基本工作过程是这样的：
高温热能加热发生器中的工质对溶液，产生高温高压的循环工质蒸气，进入冷凝器；在冷凝器中循环工质凝结放热变为高温高压的循环工质液体，进入节流阀；经节流阀后变为低温低压的循环工质饱和气与饱和液的混合物，进入蒸发器；在蒸发器中循环工质吸收低温热源的热量变为蒸气，进入吸收器；在吸收器中循环工质蒸气被工质对溶液吸收，吸收了循环工质蒸气的工质对稀溶液经热交换器升温后被不断“泵送”到发生器，同时产生了循环工质蒸气的发生器中的浓溶液经热交换器降温后被不断放入吸收器，维持发生器和吸收器中的液位、浓度和温度的稳定，实现吸收式热泵的连续运转。

对比图1所示的吸收式热泵与图2所示的蒸气压缩式热泵，吸收式热泵虚线框内的部分与蒸气压缩式热泵的压缩机的功能相当，即发生器、吸收器、溶液泵、溶液阀、溶液热交换器的组合体起到了压缩机的作用，但它是由热能驱动，因此有时也把这个组合体称为热压缩机。

它们都实现了对工质的升压和升温的过程。

图1 吸收式热泵的基本构成
1—吸收器；2—溶液泵；3—溶液阀；4—溶液热交换器；
5—发生器；6—冷凝器；7—节流阀；8—蒸发器
图2 蒸汽压缩式热泵的基本构成
1—压缩机；2—冷凝器；3—节流阀；4—蒸发器
３、吸收式热泵的热平衡
我们用热力学第一定律来分析吸收式热泵的热平衡，进入热泵的能量有发生器的加热量Q G、蒸发器从低温热源吸收的热量Q E以及泵消耗的功W P；热泵输出的能量有冷凝器的放热量Q C、吸收器的放热量Q A以及吸收式热泵的各种热
损失Q S（如保温不良引起的散热，对发生器直接燃烧加热时废烟气带走的热量等）。

由这些我们可以得到一个热平衡的等式：
Q G+Q E+W P=Q A+Q C+Q S
如果不考虑泵消耗的功率，上面的式子变为：
Q G+Q E=Q A+Q C
对用户有用的热量是冷凝器放出的热量和吸收器放出的热量，用Q U表示，则：
Q U=Q A+Q C
下面的图3表达了各部分能量的大致比例。

图3吸收式热泵的能流图
４、吸收式热泵的供热系数
吸收式热泵的效率（制热系数）通常用供热系数来表示，表达式为：
供热系数=用户获得的有用能量/消耗的能量
用公式表示时，就是：
式中W P—泵所消耗的功，简要分析时可忽略不计；
Q G—发生器的加热量；
Q A—吸收器的放热量；
Q C—冷凝器的放热量。

５、吸收式热泵的分类
（1）按工质对划分
可以分为H2O-LiBr热泵，NH3- H2O热泵等。

（2）按驱动热源的利用方式划分
1）单效热泵：驱动热源在机组内被直接利用一次。

2）双效热泵：驱动热源被直接和间接地利用两次。

3）多效热泵：驱动热源被直接和间接地利用多次。

4）多级热泵：驱动热源在多个压力不同的发生器内依次被直接利用。

（3）按机组结构划分
1）单筒式：机组的主要热交换器布置在1个筒体内。

1）双筒式：机组的主要热交换器布置在2个筒体内。

3）单筒式：机组的主要热交换器布置在3个筒体内。

4）单筒式：机组的主要热交换器布置在多个筒体内。

（4）按驱动热源划分
1）热水型热泵。

以热水的显热为驱动热源。

热水包括工业余废热水、地热水或太阳能热水。

2）蒸汽型热泵。

以蒸汽的潜热为驱动热源。

根据工作蒸汽的品位高低，有单效蒸汽型热泵（工作蒸汽表压为0.1MPa）和双效蒸汽型热泵（工作压力为0.25~0.8MPa）两种类型。

3）直燃型热泵。

以燃料的燃烧热为驱动热源。

可分为燃油型、燃气型或多燃料型。

燃油型可燃烧轻油和重油，燃气型可燃烧液化气、城市煤气、天然气等，也可以其他燃料或可燃废料作驱动热源。

直燃型机组由于燃料燃烧温度较高，一般为双效或多效型。

4）复合热源型热泵。

如热水与直燃型复合、热水与蒸汽型复合、蒸汽与直燃型复合等形式。

5）余热型热泵。

以工业余热为驱动的热泵。

（5）按溶液循环流程划分
1）串联式。

溶液先进入高压发生器，再进入低压发生器，然后流回吸收器。

2）并联式。

溶液同时进入高压发生器和低压发生器，然后流回吸收器。

3）倒串联式。

溶液先进入低压发生器，再进入高压发生器，然后流回吸收器。

4）串并联式。

溶液同时进入高压发生器和低压发生器，流出高压发生器的溶液再进入低压发生器，然后流回吸收器。

６、吸收式热泵的基本特点
吸收式热泵的主要优点是：运动部件少，噪声低，运转磨损小，但制造费用比压缩式热泵昂贵一些。

不足之处是吸收式热泵的供热系数在冷凝温度和蒸发温度的差值增大时，其变化幅度比压缩式热泵的供热系数小。

因此，在环境温度下降或用户需要热温度提高时，吸收式热泵的供热量变化不如压缩式热泵那样敏感。

尽管吸收式热泵的供热系数通常低于压缩式热泵的供热系数，但二者的分母项含义不同。

吸收式热泵用热能来驱动，分母项为热能，热能中只有一部分是可
用能（可用能与电能、机械能等价）；而压缩式热泵则是用电能或机械能来驱动，所消耗的电能、机械能全部是可用能。

因此，吸收式热泵适宜于利用废热或低成本燃料产生的热能。

关于吸收式热泵原理，我就讲这么多，谢谢大家！。