第五章 吸收式制冷

pA p xA ， pB p xB
0 A 0 B
对于二元溶液，总饱和蒸气压等于两组分的蒸 气压之和：
p p x p x p x p (1 xA )
0 A A 0 B B 0 A A 0 B
因为y A yB 1 A xB 1 ） ，x ，因此 （
气液相平衡
对于溴化锂水溶液，由于溴化锂的沸点比水高 得多，因此： 0 0 LiBr H 2O
(1) 理想溴化锂制冷循环
图5-2溴化锂吸收式制冷的h-w图（右图为溶液在h-w图上的循环）
qmf qmd
循环倍率和放气范围
系统中每产生1kg制冷剂所需要的制冷剂吸收剂溶液的kg数，称为溶液的循环倍率，用 a表示。对发生器进行溶质守恒计算：
第五章
溴化锂吸收式制冷循环
Absorption Refrigeration
前言
吸收式制冷目前在日本、中国和韩国得到了较普遍的 应用。随着我国西气东输工程的实施和天然气的引进或 开采，吸收式制冷正在制冷空调中发挥重要作用。 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用电高峰，可以 使得燃气直燃式吸收式空调得到更广泛的应用。
基本原理
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
基本原理
整个系统包括 两个回路： 制冷剂回路 溶液回路
吸收式制冷是利 用工质对的质量 分数变化，完成 制冷剂的循环， 因而被称为吸收 式制冷。
基本原理
发生器和冷凝器（高 压侧）与蒸发器和吸 收器（低压侧）之间 的压差通过安装在相 应管道上的膨胀阀或 其它节流机构来保持。 在溴化锂吸收式制冷 机中，这一压差相当 小，一般只有6.5～ 8kPa，因而采用U型 管、节流短管或节流 小孔即可。
溴化锂水溶液的特性
吸收能力


溴化锂水溶液的水蒸气分压比同温度下纯水的饱 和蒸汽压小得多，故在相同压力下，溴化锂水溶 液具有吸收温度比它低得多的水蒸气的能力，这 是溴化锂水溶液能作为吸收式制冷工质对的原因。 如浓度为58％的溴化锂水溶液在温度为32℃ 时，溶液水蒸气分压力为479Pa，纯水在32℃ 时为4759Pa； 溴化锂水溶液浓度越高，它对水蒸气的吸收能力 越强。
压缩式与吸收式制冷的异同
不同点
消耗的能量不同 蒸发压缩式制冷机消耗机械功，吸收式制冷机消耗的是热能。 吸收制冷剂蒸气的方式不同 利用液体蒸发连续不断地制冷时，需不断地在蒸发器内产生蒸气。 蒸气压缩式用压缩机A吸收此蒸气，吸收式制冷机用吸收剂在吸收 器内吸取制冷剂蒸气。 将低压制冷剂蒸气变为高压制冷剂蒸气时采取的方式不同 蒸气压缩式制冷机通过原动机驱动压缩机完成，吸收式制冷机则 是通过吸收器、溶液泵、发生器和节流阀完成。 提供的冷源温度不同 蒸气压缩式制冷可以提供0℃以下的低温冷源，应用范围广泛；而 吸收式制冷一般只能制取0℃以上的冷水，多用于空调系统。
基本原理
发生器 generator 吸收式制冷机中，通 过加热析出制冷剂的 设备。
吸收器 absorber 吸收式制冷机中，通 过浓溶液吸收剂在其 中喷雾以吸收来自蒸 发器的制冷剂蒸气的 设备。
基本原理
综上所述，溴化锂吸收式制冷机的工作过程可分为两个 部分：
(1)制冷剂循环
发生器中产生的冷剂蒸气在冷凝器中冷凝成冷剂水，经 U形管进入蒸发器，在低压下蒸发，产生制冷效应。这些过 程与蒸气压缩式制冷循环在冷凝器、节流阀和蒸发器中所产 生的过程完全相同；
溴 化 锂 水 溶 液 的 比 焓
浓 度 图
气相区
液相区
比焓-浓度图 不但可以求得 溶液的状态参 数，还可以将 溶液的热力过 程清楚地表示 出来，是进行 吸收式制冷循 环的理论分析， 热力计算和运 行特性分析的 主要图表。 其用途相当于 蒸气压缩制冷 中的压－焓图。
溴 化 锂 水 溶 液 的 比 焓
在一定温度下，溶液面上水蒸气饱和分压力低于纯 水的饱和分压力，而且溶液的浓度越高，液面上水蒸 气饱和分压力越低，则溶液的吸水性越强。 相同压力时，随着浓度的升高；对应的溶液饱和温 度上升
溴化锂水溶液的压力-饱和温度图（P-T）图
P-T图除了可以用来确 定溶液的状态参数外， 还常被用来表示溴化 锂水溶液热力状态的 变化及溴化锂吸收式 制冷的工作循环过程。 A B
吸收式制冷的特点
(1)可以利用各种热能（蒸气、废热、余 热、燃油、燃气等）驱动； (2)可以大量节约用电；
(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。
热力系数
评价指标：吸收式制冷机所消耗的能量主要是热能，常
以热力系数 作为其经济性评价指标。
热力系数
量Qh之比：
是吸收式制冷机所制取的制冷量QO与消耗的热
D
C
溴化锂水溶液的压力-饱和温度图（P-t）图
A C B D B:溶液在发生器中的等压加热浓缩过程，称为发生过程 D:溶液在吸收器中的等压冷却稀释过程，称为吸收过程 C:浓溶液在热交换器中的冷却过程； A:稀溶液在热交换器中的加热过程； 这两个过程因为没有发生传质 现象，因此溶液的浓度不变。
P-T图由于没有反映比焓的变化，因此不能用P-T 图进行吸收式制冷循环的热力计算。为了进行热力 计算，常用比焓－浓度图（h- w） 。
＝Q / Q
0
h
最大热力系数
因此，最大热力系数为：
逆卡诺 循环的 制冷系 数
卡诺循 环的热 效率
wk.baidu.com 热力完善度
热力系数与最大热力系数之比，称为 热力完善度。
最大热力系数
可逆吸收式制冷循环是卡 诺循环与逆卡诺循环构成的联 合循环。
吸收式制冷机与由热机直 接驱动的压缩式制冷机相比， 在对外界能量交换的关系上是 等效的。只要外界的温度条件 相同，二者的理想最大热力系 数是相同的。
p
p
0 LiBr
p p
0 H 2O
H 2O p
LiBr p
0 H 2O
H 2O
即气相中只有水蒸气。
混合现象
两种液体混合时容积和温度的变化
混合现象
混合热：每生成1kg混合物所需要加入或排出的热
量，称为混合物的混合热
两种液体混合前的比焓： 混合后的比焓：
。
二元溶液的温度—浓度图
溴化锂水溶液的特性
毒性


溴化锂水溶液无毒，有镇静作用，大 量服用有害； 对皮肤无刺激作用（微痒感）； 加入缓蚀剂后视缓蚀剂的种类有不同 的毒性。
溴化锂水溶液的压力-饱和温度图（P-T）图
纯水的P-T线
结晶线
溴化锂水溶液的压力-饱和温度图（P-T）图
温度越低，溴化锂水溶液的饱和浓度也越低。因此， 溴化锂水溶液的浓度过高或温度过低时均易于形成结 晶，这是溴化锂吸收式制冷机设计和运行中必须注意 的问题。
浓 度 图
C
B
四个参数： 温度 浓度 水蒸气压 比焓 只要知道任意 2个，就可以 查出另外2个 注意：等压线 反映的是溶液 所具有的水蒸 气压，而不是 溶液的压力。 只有处于相平 衡时，溶液的 压力才等于其 水蒸气压。
A
第三节
溴化锂吸收式制冷机
图5-1 单筒单效蒸汽型溴化锂冷水机组 1－冷凝器 2－发生器 3－蒸发器 4－吸收器 5－溶液热交换器 6－溶液泵I 7－冷剂泵 8－溶液泵II
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 冷机的热力系数进行比较。 可逆吸收式制冷循环
第二节
吸收式制冷机的 溶液热力学基础
二元溶液的质量分数
两种互相不起化学作用的物质组成的均匀混合 物称为二元溶液。 吸收式制冷工质对是一种二元溶液,其质量分数 w是以溶液中溶质的质量百分数表示的。 溴化锂水溶液的质量百分数：
图5-2双 筒单效 溴化锂 吸收式 制冷机 的典型 结构
结构型式
单 筒 类 型 双 筒 类 型 三 筒 类 型
图5-1为一种单筒型单效溴化锂冷水机组
理想循环在h-w图上的表示
点2：稀溶液出吸收器的状态。t2、wa 2-7：稀溶液。t↑ 、w=C 7-5：稀溶液在发生器中的等浓度加热过程。t7↑—t5 5-4：发生器内蒸汽发生过程。t5↑t4,wa↑wr 点4：发生器出口浓溶液状态， wr, t4 4-8：浓溶液在热交换器中的预冷过程，t4↓—t8 ， wr=C 8-9’：浓溶液与稀溶液的混合过程。wo,t9 ˊ 9’-9：混合溶液出吸收器喷嘴的闪发过程,wo↑— w9 9-2：喷淋液在吸收器的吸收过程,w,t↓ 3’-3：发生器产生的蒸汽在冷凝器的冷凝过程。压力pk 3-1’:冷剂水经U形管产生部分闪发（1’），未闪发冷剂水（1）进蒸 发器被吸收器中喷淋的混合溶液吸收。完成一个制冷循环。
w mLiBr /(mH2O mLiBr ) 100%
二元溶液的摩尔分数
二元溶液的摩尔分数 是以溶液中溶质的摩尔 百分数表示的。 溴化锂水溶液的摩尔分数：
x nLiBr / nH2O nLiBr 100%


气液相平衡
拉乌尔定律：在一定温度下，理想溶液任一组分 的蒸气分压等于其纯组分的饱和蒸气压乘以该组 分在液相中的摩尔分数。
我国在吸收制冷设计和制造方面处于国际先进水平， 出现了江苏双良，长沙远大，大连三洋等一系列著名品 牌。
第一节
吸收式制冷的基本原理
基本原理
制冷剂蒸发
吸收热量制冷
气体制冷剂回复到液体状态 （利用吸收方式）
基本原理
吸收式制冷利用溶液在一定条 件下能析出低沸点组分的蒸气，在 另一种条件下又能吸收低沸点组分 这一特性完成制冷循环。 目前吸收式制冷机多用二元溶 液，习惯上称低沸点组分为制冷剂， 高沸点组分为吸收剂。
露点
泡点
封闭容器内二元溶液的定压气化
二元溶液在不同压力下的温度-浓度图
二元溶液在不同压力 下的温度-浓度关系
二元溶液的温度—浓度图
封闭容器内二元气态 溶液的定压冷凝
二元溶液的的特性（小结）
纯物质在一定压力下只有一个饱和温度，其定压气化或冷凝过 程是定温过程。而二元溶液在一定压力下的饱和温度却与浓度有 关。随着溶液的气化，剩余液体中低沸点物质含量的减少，其温 度将逐渐升高。所以，二元溶液的定压气化过程是升温过程。同 理，二元气态溶液的定压冷凝过程则是降温过程。 湿蒸气中饱和液与饱和气的温度相同而浓度不同，饱和液的浓 度低于湿蒸气的浓度，饱和气的浓度高于湿蒸气的浓度。 对于一定浓度的二元溶液，其饱和温度随压力的增加而上升。 纯物质的饱和液或饱和气状态点只需压力或温度二者中一个参 数即可确定，而二元溶液的饱和液或饱和气状态点必须由压力、 温度、浓度中任意两个参数确定（p-t图）。
溴化锂水溶液的特性
溴化锂与水的沸点
一个大气压下：

水的沸点 溴化锂的沸点
100℃ 1265℃
由于溴化锂的沸点比水高得多，溴化锂水溶液在发 生器中沸腾时只有水汽化，生成纯冷剂水，故不需 要蒸汽精馏设备，系统较为简单，热力系数较高。
溴化锂水溶液的特性
腐蚀性


对一般金属（炭钢、紫铜等）有强腐蚀性， 有空气（氧气）存在时腐蚀性更为严重。 运行时控制腐蚀方法： 严格保持系统内的真空度（真空泵）； 在溶液在加缓蚀剂减缓腐蚀。
(2)溶液循环
发生器中流出的浓溶液降压后进入吸收器，吸收由蒸发 器产生的冷剂蒸气，形成稀溶液，用泵将稀溶液输送至发生 器，重新加热，形成浓溶液。这些过程的作用相当于蒸气压 缩式制冷循环中压缩机所起的作用。
压缩式与吸收式制冷的异同
共同点
高压制冷剂蒸气在冷凝器中冷凝后，经节流元 件节流，温度和压力降低，低温、低压液体在蒸 发器内汽化，实现制冷。
溴化锂水溶液的特性
溶解和结晶


0℃以上，溴化锂极易溶于水，0℃时饱和浓度 为55％；溴化锂在水中的溶解度随温度的降低 而降低，溶液的浓度不宜超过66％，否则运行 中，当溶液温度降低时，将有溴化锂结晶析出 的危险性，破坏循环的正常运行。 溴化锂的结晶线很陡峭，浓度略有变化，结晶 温度相差很大 。
溴化 锂结 晶线
压缩式与吸收式制冷的异同
不同点
压缩式制冷 单组分或多组分工质 双组分工质对 氨－水 制冷剂
工质不同
吸收式制冷
溴化锂－水 吸收剂
高沸点组分 低沸点组分
吸收剂
对吸收剂的要求：
1) 有强烈吸收制冷剂的能力； 2) 在相同压力下，它的沸腾温度应比制冷剂的沸 腾温度高得多； 3) 不应有爆炸、燃烧的危险，并对人体无毒害； 4) 对金属材料的腐蚀性小； 5) 价格低，易获得。 可供考虑使用的制冷剂--吸收剂溶液很多，按溶 液中含有的制冷剂种类区分，可分为水类、氨类、 乙醇类和氟里昂类。