第八章 吸收式制冷

3、理想溴化锂吸收式制冷循环的热 力系数
(1) 决定吸收式制冷循环的外部条件 被冷却介质的温度tcw：决定蒸发压 力(蒸发温度t0)； 冷却介质温度tw：决定冷凝压力 Pk(冷凝温度tk)及吸收器内的最低温 度t1； 热源温度th：决定发生器内的最高温 度t4。
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h－ξ图上溴化锂吸收式制冷机理论循环 － 图上溴化锂吸收式制冷机理论循环
在吸收式制冷机中，吸收剂通常以二元溶液的形式参与循环，吸收剂溶液 吸收剂溶液 与制冷剂－吸收剂溶液的区别在于前者所含制冷剂的浓度比后者低。 制冷剂－吸收剂溶液 制冷剂
常用的制冷剂－吸收剂工质对： 水－溴化锂 水－氯化锂 氨－水
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第一节 吸收式制冷的基本原理
一、吸收式制冷机的热力系数
一方面确保机组的密封性维持机 组内高真空，长期不运行时可充入氮 气；另一方面在溶液中加入缓蚀剂。
2、抽真空装置 3、防止结晶问题
1、吸收式制冷机热力系数 热力系数ζ的定义 热力系数 吸收式制冷机所制取的制冷量与所消耗的热量之比，即：
φ0 ζ＝ φk
式中：Ø0－吸收式制冷机所制取的制冷量； Øk－吸收式制冷机所消耗的热量。 2、吸收式制冷机热力系数分析 (1)吸收式制冷系统与外界的能量交换
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第一节 吸收式制冷的基本原理
≥ φ0
Te − T0 −P T0
若忽略泵的功耗，则吸收式制冷机的热力系数为：
φ0 T0 (Tg − Te ) ζ = ≤ φ g Tg (Te − T0 )
则吸收式制冷机的最大热力系数ζmax为：
ζ max =
Tg (Te − T0 )
T0 (Tg − Te )
(T =
g
− Te ) Tg
T0 ⋅ = η cε c Te − T0
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第三节 单效溴化锂吸收式制冷机
双 筒 形 单 效 溴 化 锂 吸 收 式 制 冷 机 结 构 简 图
惉 惶 惉 20 三 22 13 15 冷 17 吸收 19 21 惉 7 冷 12 14 16 18 5 惉 8 10 1 吸收 2 4 6 冷 U 惉 惉 惉 9 11 3
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溴 化 锂 水 溶 液 的 焓 － 浓 度 图 比
压饱和液液 温液
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第三节 单效溴化锂吸收式制冷机
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第三节 单效溴化锂吸收式制冷机
溴化锂吸收式制冷机的优点 (1)不需要设置蒸汽精馏设备 蒸汽精馏设备，系统简单，热力系数较高； 蒸汽精馏设备 (2)可以利用各种热能驱动，节约大量用电； (3) 结构简单，运动部件少，安全可靠； (4) 对环境和大气臭氧层无害。 目前，溴化锂吸收式制冷机发展迅速，在大型空调制冷系统 低品 大型空调制冷系统和低品 大型空调制冷系统 位热能利用方面占有重要地位。 位热能利用
2011-3-20 结晶线 纯水的压力－ 纯水的压力－饱和温度关系
溴化锂水溶液蒸汽压图
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第二节 二元溶液的特性
(二)、溴化锂水溶液的比焓－浓度图
当压力较低 压力较低时，压力对液体的比 对液体的比 压力较低 焓和混合热的影响很小，可认为溶液 焓和混合热的影响很小 的比焓只是温度和浓度的函数。 饱和液态和过冷液态的比焓在h－ 图 可 温 和 浓度 的 。 在溴化锂溶液的h－ξ图 只 液 ， 态为 水 ， 在ξ 0的 。 时 液 温度， 可 过 和 焓 压 。
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第三节 单效溴化锂吸收式制冷机
(二) 单效溴化锂吸收式制冷机的流程
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第三节 单效溴化锂吸收式制冷机
直燃双效溴化锂吸收式制冷机－ 直燃双效溴化锂吸收式制冷机－远大
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第三节 单效溴化锂吸收式制冷机
(三) 溴化锂吸收式制冷机的主要 附加措施 1、防腐蚀问题
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第三节 单效溴化锂吸收式制冷机
(2) 溶液的循环倍率f 定义：系统中每产生1kg的制冷剂所需要的制冷剂－吸收剂的千克数。 设从吸收器进入发生器的稀溶液流量为F，发生器中产生的水蒸汽 的质量流量为D，则由发生器进入吸收器的浓溶液流量为F－D，根据 发生器内溴化锂的制冷平衡方程可导出：
ξs F f = = D ξs − ξw
∆ξ＝ξ s－ξ w
“放气范围” 放气范围” 放气范围
F，ξw 1kg D F－D， ξs f kg
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第三节 单效溴化锂吸收式制冷机
(3) 理想溴化锂吸收式制冷循环的热力系数
ζ =
φ0 D(h10 − h9 ) h10 − h9 = = φg F (h4 − h3 ) + D(h7 − h4 ) f (h4 − h3 ) + (h7 − h4 )
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第二节 二元溶液的特性
(一)、溴化锂水溶液的压力－饱和温度图
溴化锂溶液沸腾时，只有水被汽化，故溶液 的蒸气压为水蒸气的分压。由图可知： 一定温度下溶液的水蒸气饱和分压力低 于纯水的饱和分压力，并且浓度越高，分 压力越低： 结晶线表明在不同温度下 的饱和浓度。温度越低，饱 和浓度也越低。 溴化锂溶液的浓度过高或 溶液温度过低均易形成结 晶。(机组运行时应防止发生结晶 机组运行时应防止发生结晶) 机组运行时应防止发生结晶
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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 1、单效溴化锂吸收式制冷机的流程(见flash)
单效溴化锂吸收式制冷机的流程
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第三节 单效溴化锂吸收式制冷机
2、单效溴化锂吸收式制冷机理论循环
1→2：泵的加压过程，来自吸收器 的稀溶液由压力P0下的饱和液变为压力 Pk下的过冷液，浓度不变，温度近似不 变，点1与点2基本重合。 2→3：过冷的稀溶液在预热器中的 预热，浓度不变，温度升高。 3→4：稀溶液在发生器中的加热过程， 其中3→3g过冷稀溶液变为饱和液的过程； 3g→4为稀溶液在等压Pk下沸腾气化变为 浓溶液的过程。发生器排出的蒸汽可认为 是与沸腾过程溶液的平均状态相平衡的水 与沸腾过程溶液的平均状态相平衡的水 蒸气(状态7的过热水蒸汽) 蒸气
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第二节 二元溶液的特性
一、溴化锂水溶液的特性
溴化锂－水溶液是目前空调用吸收式制冷机 空调用吸收式制冷机采用的工质对。 空调用吸收式制冷机 溴化锂的性质： 无水溴化锂为无色粒状结晶物，性质和食盐相似，化学稳定性好，在大 气中不变质、分解、挥发。无毒，对皮肤无刺激。 通常固体溴化锂含一个或两个结晶水。 溴化锂水溶液对一般金属有腐蚀性。 溴化锂的沸点比水高很多，溴化锂水溶液发生沸腾时只有水汽化，生成 纯制冷剂，故不需设蒸汽精馏设备，系统简单，热力系数较高。其主要弱点 在于以水为制冷剂，蒸发温度不能太低 蒸发温度不能太低。并且系统对真空度要求较高 真空度要求较高。 蒸发温度不能太低 真空度要求较高
蒸发器中被冷却物质引起的熵增为：
∆S 0 = −
φ0
T0
周围环境引起的熵增为：
∆S e = −
φe
Te
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：
∆S = −
φg
Tg
−
φ0
T0
+
φe
Te
≥0
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第一节 吸收式制冷的基本原理
将能量平衡方城代入上式，有：
φg
Tg − Te Tg
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第一节 吸收式制冷的基本原理
可见： 吸收式制冷机的最大热力系数等于工作在Tg与Te之间的卡诺循环的热效率 卡诺循环的热效率 与工作在T0和Te 之间的逆卡诺循环的制冷系数 逆卡诺循环的制冷系数的乘积。 逆卡诺循环的制冷系数 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 升高而增大。 因此，可逆吸收式制冷循环可看成卡诺循环 与逆卡诺循环构成的联合循环 联合循环，如右图所示。故 联合循环 吸收式制冷与由热机驱动的压缩式制冷机相比， 只要外界的温度条件相同，二者的理想的最大热 力系数是相同的。 压缩式制冷机的制冷系数应乘以驱动压缩 机的动力装置的热效率后，才能与吸收式制 冷机的热力系数相比。
h－ξ图上溴化锂吸收式制冷机理论循环 － 图上溴化锂吸收式制冷机理论循环 2011-3-20 20
第三节 单效溴化锂吸收式制冷机
7→8：为冷剂水蒸气在冷凝器中的 冷凝过程，压力为Pk。 8→9：为冷剂水的节流过程，压力 由Pk变为P0下的湿蒸气，状态9的湿蒸 气为由状态9′的饱和水与状态9′′的饱和 水蒸气组成。 9→10：为状态9的湿蒸汽在蒸发器 内吸热气化至状态10的饱和水蒸汽过程， 其压力为P0。 4→5：为浓溶液在热交换器中的预 冷过程，即由压力为Pk的饱和液变为过 冷液。 5→6：浓溶液的节流过程，将压力 为Pk的过冷液变为压力P0下的湿蒸汽。
吸收器
利用热源使溶液 中的制冷剂气化
气液共存) 低压制冷剂(气液共存 气液共存
节流阀
冷凝器
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第一节 吸收式制冷的基本原理
1、吸收式制冷循环
相当于一个压缩机
冷凝器
发生器
膨 胀 阀
制冷剂循环－ 制冷剂循环－ 逆循环
节 流 装 置
吸收剂循环－ 吸收剂循环－ 正循环
蒸发器
吸收器
泵
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根据热力学第一定律：
φ g + φ0 + P = φa + φk = φe
假设： 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 温度、环境温度均为常量。 则： 发生器热媒引起的熵增为：
吸收器 冷凝器
∆S g = −
φg
Tg
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吸收式制冷系统与外界的能量交换
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第一节 吸收式制冷的基本原理
可见：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浓溶液浓度。
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第三节 单效溴化锂吸收式制冷机
二、单效溴化锂吸收式制冷机的典型结构与流程 (一) 单效溴化锂吸收式制冷机的典型结构
1、吸收式制冷机是在高真空度下工作的，要求系统密封性好。结构安排必 须紧凑，连接部件尽量减少，通常把发生器等四个主要换热设备置于一个 或两个密闭筒体内，即通常所说的单筒结构和双筒结构 单筒结构和双筒结构。 单筒结构和双筒结构 2、因设备内压力很低，为减少制冷剂蒸汽的流动损失，将压力相近的设备 合放在一个筒体内，使外部冷却介质在管束内流动，制冷剂在管束外较大 制冷剂在管束外较大 的空间内流动。 的空间内流动 3、蒸发器和吸收器采用喷淋式换热设备 喷淋式换热设备，以减少静液高度对蒸发温度的影 喷淋式换热设备 响(在蒸发器低压下，100mm高的水层将使蒸发温度上升10－12ºC)。发生 器虽多采用沉浸式，但液层的高度要求小于300－350mm。 －
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吸收式制冷的 2、吸收式制冷机的构成
膨 胀 阀
蒸 发 器
冷 凝 器
发 生 器
吸 收 器
节 流 装 置
溶 液 泵
式制 冷
机 吸收 吸
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第一节 吸收式制冷的基本原理 3、制冷剂－吸收剂溶液
在吸收器中，吸收剂吸收制冷剂蒸气而形成的溶液称之为制冷剂 －吸收剂溶液。(也称之为制冷剂－吸收剂工质对 制冷剂－ 制冷剂 吸收剂工质对)
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可逆吸收式制冷循环
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第二节 二元溶液的特性
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第二节 二元溶液的特性
在吸收式制冷循环中，制冷剂－吸收剂工质对(二元混合物)的特 性是关键问题，工质对的特性受溶液浓度的影响。 对于吸收式制冷机通常规定： 溴化锂水溶液的浓度指溶液中溴化锂的质量浓度 溴化锂的质量浓度； 溴化锂的质量浓度 (在溴化锂吸收式制冷机中，吸收剂是浓溶液。) 氨水溶液的浓度指溶液中氨的质量浓度 氨的质量浓度。 氨的质量浓度 (在氨吸收式制冷机中，吸收剂是稀溶液。)
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h－ξ图上溴化锂吸收式制冷机理论循环 － 图上溴化锂吸收式制冷机理论循环
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第三节 单效溴化锂吸收式制冷机
6→1：为浓溶液在吸收器中吸收过 程，其中6→6a为浓溶液由湿蒸气变为 饱和液状态，6a→1为状态为6a的饱和液 在压力P0下与状态10的冷剂水蒸汽放热 混合为稀溶液的过程。
第八章 吸收式制冷
能源与动力学院建筑环境与设备工程系
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第一节 吸收式制冷的基本原理
蒸 气 压 Байду номын сангаас 式 制 冷 的 基 本 原 理
蒸发器 节 流 装 置 压 缩 机 冷凝器
P
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第一节 吸收式制冷的基本原理
一、吸收式制冷的基本原理 发生器
利用浓溶液吸 收制冷剂蒸气