第8章 吸收式制冷及设备

溴化锂具有极强的吸水性，当温度20℃时，溴化锂在水中的溶解度为111.2
克/100克水。溴化锂水溶液对一般金属有腐蚀性。
溴化锂的沸点（1265℃）比水高得多，其水溶液在发生器中沸腾时只有 水汽化出来，生成纯冷剂水，故不需要蒸汽精馏设备。其主要弱点是由于以
水为制冷剂，蒸发温度不能太低。
2、溴化锂水溶液的压力-饱和温度图
4 4
7 3
M
7
s
s
w
M7 f
上式中f 称之为溶液的循环倍率，为：
f M3 s M7 s w
（8-19） （8-20）
令：Δξ=ξs-ξw Δξ称之为吸收式制冷的放气范围。放气范围大，溶液循环倍率小，运行经 济性好，但溴化锂-水溶液浓度大，易产生结晶。放气范围和溶液的循环倍率这
两个参数很重要。
压缩机
压缩式：蒸气压缩机 吸收式：热力压缩机（吸收器、溶液泵、发生器）
吸收式制冷的工质由低沸点的物质叫制冷剂和高沸点的物质叫吸收剂组成的二 元混合物，通常称为制冷剂-吸收剂工质对。
➢ 氨-水工质对：适用于低温如化工企业的生产工艺制冷中。 ➢ 溴化锂-水工质对：主要用于空调制冷中。
吸收式制冷循环
M3=M2=M1 浓度为：
（8-15）
ξ3=ξw
（8-16）
流出发生器的有：制冷剂水蒸汽流量为M7，浓度为ξ7=0；
饱和浓溶液，流量为M4，浓度为ξ4=ξ5。由此，可以列出：
质量方程式： M3=M7+M4 浓度方程式：
（8-17）
M3ξ3=M7ξ7+M4ξ4
（8-18）
解以上两个方可得到：
M3
M
7
图中左侧第一根斜线是纯水的压力与饱 和温度的关系；最右侧的折线为结晶线，它 表明在不同温度下溶液的饱和浓度。温度越 低，饱和溶液也越低。因此，设计和运行中 必须注意：溴化锂水溶液的浓度过高或温度 过低时均易于形成结晶，这点是的问题。
从图中可见，在一定温度下溶液面上水 蒸汽饱和分压力低于纯水的饱和分压力，而 且溶液的浓度越高，液面上水蒸汽饱和分压
上，所以是过热蒸汽。 从饱和水蒸汽表知，压力为7mmHg时纯水的饱 和温度为6℃，远低于40℃，可见溶液面上的水蒸汽
具有相当大的过热度。
4、溴化锂吸收式制冷理论循环及在比焓-浓度图上的表示
tw2
tw3
Φk
8
冷凝器
高压水蒸气 7
th Φg
发生器 4
稀溶液 3
浓溶液
6
5
蒸发器
低压水蒸气
吸收器
9
10
1
Φ0 tc·w1
150
同压力p下水的沸点t’ （或logp）为纵坐标。
100
100
90
图8.3 溴化锂水溶液
80 30%40%
50 40
的蒸汽压线图
70
50%
30
60
60%
20
50 40
70%
10
30
5 4
3 20
2
10 1
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 溶液温度（℃）
冷却水
tw2
Φa
tw1
图8.5 单级溴化锂吸收式制冷装置流程
溶液热 交换器
2
溶液热交换器的作用是使发生器出来的热浓溶液将热量传给吸收器出来的 冷稀溶液，以减少发生器的耗热量，同时减少吸收器的冷却水消耗量，以提高
制冷机的经济性。 采取这一措施可使循环的热力系数提高大约50%。
• 在溴化锂吸收式制冷装置中，冷却水 系统如果采用串联式，则冷却水首先 通过吸收器，出来后再去冷凝器冷却。 采用这种串联冷却水系统，由于进出 溴化锂吸收式制冷机的冷却水温差大， 因此冷却塔应选用中温型。
热力学第一定律得：
φg+φ0+860P=φa+φk=φe
（8-7）
设该吸收式制冷循环是可逆的，发生器中热 媒温度等于Tg，蒸发器中被冷却物温度等于 To，和环境温度等于Te，并都是常量。则吸 收式制冷系统单位时间内引起外界熵的变化
为：对于发生器的热媒： 由热力学对的第于变二蒸化S定g发 对 应律器 周 大S可eT中 围 于知gg 被 环 或，T冷 境 等系ee 却 于：统物 零引S质，0起即：外 T界00 总熵
ΔS=ΔSg+ΔS0+ΔSe≥0
（8-8）
或
S g 0 e
Tg T0 Te
由式（10-7）和（10-9）可得
（8-9）
g
(Tg Te ) Tg
≥
0
(Te T0 ) T0
860
P
（8-10）
若泵的功率忽略不计，则吸收式制冷机的热力系数：
0 ≤ T0 (Tg Te )
g
Tg (Te T0 )
制冷剂质量分数
1
M1 M1 M2
kg/kg
吸收剂质量分数
2
M2 M1 M2
kg/kg
1 2 1
3、简单吸收式制冷系统
图8.1 简单吸收式制冷系统
8.1.2 吸收式制冷机热力系数与热力完善度 吸收式制冷机的经济性常以热力系数作为评价指标。热力系数是吸收式制冷机
中获得的制冷量φ0 与消耗的热量φg 之比。
5、溴化锂吸收式制冷机的溶液循环倍率 溶液的循环倍率：制冷剂-吸收剂溶液的质量流量与制冷剂质量流量之比，表示 了溴化锂吸收式制冷机每产生单位质量流量的制冷剂水蒸气，所需要循环的稀 溶液质量。溶液的循环倍率越小，设备尺寸就减小，溶液泵的耗电减少，循环
的经济性提高。
在图8.5中流入发生器的稀溶液流量为：
冷热源工程
第八章 吸收式制冷及设备
8.1 吸收式制冷的工作原理
8.1.1 概述
1、吸收式制冷与蒸气压缩式制冷比较吸收式制冷 是蒸气制冷的一种，和蒸气压缩式制冷相比存在两
个非常不同之处：
动力
压缩式：机械能、电能 吸收式：热能（蒸汽、高温水、烟气、直燃）
工质
压缩式：一般为纯物质和多种沸点相近物质构成的混合工质 吸收式：两种沸点相差较大的物质构成的二元溶液
溴化锂吸收式制冷的四大性能指标：热力系数、热力完善度、放气范围和溶液 循环倍率。
6、热力计算
热力计算的原始数据：制冷量φ0，加热介质温度th，冷却水温度tw和冷冻水 温度tcw。
在溴化锂吸收式制冷机中的冷却水，一般采用先通过吸收器再进入冷凝 器的串联方式。冷却水出入口总温差取8～9℃。冷却水在吸收器和冷凝器
节流装置
清华大学建筑学院建筑技术科学系
“热力压缩机”
2、吸收式制冷工质对的特性 （1）两组分的沸点不同
（2）吸收剂对制冷剂要有强烈的吸收性能 （3）吸收式制冷工质对二元溶液的质量分数
对二元溶液来说，除了需知道压力和温度外，还需知道其组成溶液的成分，而 溶液的组分常用质量分数ξ来表示。
如果已知吸收式制冷工质对的二元溶液中，制冷剂的质量为M1kg/h，吸收剂的 质量为M2kg/h，则：
溴化锂水溶液沸腾时的蒸汽压就是水蒸汽分压力，是温度的单值函数，因 此，溶液的蒸汽压可以由该压力下水的饱和温度来代表。
经验的杜林（Duhring）法则指出：水溶液的沸点t与同压力下水的沸点t’
成正比，即
t=At’+B
式中系数A，B为浓度的函数。
制冷剂温度t'（℃） 饱和压力 KPa
120
200
以溶液的温度t为横坐标， 110
700
辅助线
570000 400
320000
150 120
10050370040
20 15 725m1,0mHg
B
780 160
饱和液线
150 140 130 120 110 100
90 80
300 400 500700mmHg
7
10152030540070
100
152000 120
5
80 60
40
最大热力系数为：
（8-11）
max
T0 (Tg Tg (Te
Te ) T0 )
cc
（8-12）
热力系数与最大热力系数之比称为热力完善度，即
a
max
上式表明，吸收式制冷机的最大热力系数等于工作在温度T0和Te之间的逆卡诺循
环的制冷系数
,与工作在Tg和Te之间的正卡诺循环的热效率ηc的乘积。
9'
饱和液线 Pk P0
0
1→2为泵的加
压过程。将来
自吸收器的稀
溶液由压力p0下 的饱和液变为
t4
3g
4
t2 3 5 6 2 1 6a
压力pk下的再冷 液。ξ1=ξ2,t1≈t2， 点1与点2基本
重合。 2→3为再冷状 态稀溶液在热
ξw
ξs
0.70
ξ
kgLiBr
kg（溶液）
交换器中的预 热过程。
图8.6 比焓-浓度图上的溴化锂吸收式制冷理论循环
20
0
100 120℃
70
60 A
50
40
0
10
20
30
40
50
60
浓度-（%）
压力 温度
70
图8.4 溴化锂水溶液 的比焓浓度图
70
[例题8.1] 已知饱和溴化锂水溶液的压力为7mmHg， 温度40℃，求溶液及其液面上水蒸汽各状态参数。
[解] 首先在比焓-浓度图的液态部分找到 7mmHg等压线与40℃等温线的交点A，读出浓度 =59%，比焓hA=61kcal/kg。液面上水蒸汽温度等于 溶液温度40℃，浓度ξ=0。通过点A的等浓度线 ξA=59%与压力7mmHg的辅助线的交点B作水平线与 ξ=0的纵座标相交于C点，C点即为液面上水蒸汽状态 点，比焓hc=714kcal/kg，其位置在7mmHg辅助线之
得到了迅速的发展，特别是在空调制冷方面占有显著地位。
1、溴化锂水溶液的特性
溴化锂是无色粒状结晶物，性质和食盐相似， 化学稳定性好，在大气中不会变质、分解或 挥发，此外，溴化锂无毒（有镇静作用）， 对皮肤无剌激。无水溴化锂的主要物性：
通常固体溴化锂中会含有一个或两个结晶水，则分子式应为LiBr·H2O或 LiBr·2H2O。
• 在分析理沦循环时假定：
（1）工质流功时无损失，因此在热交 换设备内进行的是等压过程；发生器 压力Pg等于冷凝器压力Pk。吸收器压 力Pa等于蒸发压力P0。
（2）发生过程和吸收过程终了的溶液 状态、以及冷凝过程和蒸发过程终了 的冷剂状态都是饱和状态。
7 气态平衡辅助线 p k p0
10.9"
h 8.9
热力系数
0 g
发生器热媒
Tg
φ0
φg
P
吸收式制 冷机的溶 液系统
泵 φe=φa+φk
T0
Te
蒸发器冷媒
环境
图8.2 吸收式制冷系统与外界的能量交换
图8.2中发生器中热媒对溶液系统的加热量为
φg，蒸发器中被冷却物质对系统的加热量 （即制冷量）为φ0 ，泵的功率为P kW，系统 对周围环境的放热量为φe（等于在吸收器中 放热量φa与在冷凝器中放热量φk之和）。由
8→9为冷剂水的节流过程。制冷剂由压力pk下 的饱和水变为压力p0下的湿蒸汽。状态9的湿蒸汽 是由状态9’的饱和水与状态9”的饱和水蒸汽组成。
9→10为状态9的制冷剂湿蒸汽在蒸发器压力p0 下吸热汽化至状态10的饱和水蒸汽过程。
4→5为浓溶液在热交换器中的预冷过程。即把 来自发生器的浓溶液在压力pk下由饱和液变为再冷
度：热源温度th，冷却介质温度tw和被冷却介质温 度tBaidu Nhomakorabea。
➢ 被冷却介质温度tc决定了蒸发压力P0(蒸发 温度t0)；
➢ 冷却介质温皮tw决定了冷凝压力Pk(冷凝 温度tk)及吸收器内溶液的最低温度t1；
➢ 热源温度th决定了发生器内溶液的最高 温度t4；
➢ P0和t1又决定了稀溶液浓度ξw； ➢ Pk和t4决定了浓溶液浓度ξs。
力越低。
3、溴化锂水溶液的比焓-浓度图 溴化锂-水溶液的比焓-浓度图下部仍为液态区，绘有等压线和等温线，上 部的气态区没有饱和蒸气的等压线，只有一组辅助线。这是因为蒸气中不含溴
化锂，是纯水蒸气，即浓度为零。
比焓（KCal/kg）
0
10
20
30
40
50
60
780
770
760
750
740
730
720 C 710
c
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之后，才能与吸 收式制冷机的热力系数进行比较。
在吸收式制冷机中，氨吸收式制冷机的热力系数很低，约为0.15左右。就是采用 了提高措施，也只能达到0.5。溴化锂吸收式制冷机的热力系数较高，单效溴化
锂吸收式制冷机的热力系数可达0.7以上。
8.1.3 溴化锂吸收式制冷 1945年美国CARLIN公司制成第一台制冷量为每小时45万千卡(523.3kW)的溴化 锂吸收式制冷机。由于它具有不少优点，如噪音小，无振动，无磨擦等，因而
3→4为稀溶液在发生器中的加热过程。其中 3→3g是将稀溶液由再冷液加热至饱和液的过程； 3g→4是稀溶液在等压pk下沸腾汽化变为浓溶液的 过程。自发生器排出的蒸汽状态可认为是与沸腾过 程溶液的平均状态相平衡的水蒸汽（状态7的过热
蒸汽）。
7→8为冷剂水蒸汽在冷凝器内压力pk下除去过 热，然后凝结为饱和水的过程。
液。
5→6为浓溶液的节流过程。将浓溶液由压力pk 下的再冷液变为压力p0下的湿蒸汽。
6→1为浓溶液在吸收器中的吸收过程。其中 6→6a为浓溶液由湿蒸汽状态冷却至饱和液状态。 6a→1为状态6a的浓溶液在等压p0下与状态10的冷
剂水蒸汽放热混合为状态1的稀溶液的过程。 决定吸收式制冷热力过程的外部条件是三个温