第九章 吸收式制冷-2015.5.28---2

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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。 w 吸收式制冷工质对是一种二元溶液,其质 量分数 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：
w mLiBr /(mH2O mLiBr ) 100%
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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 。
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不可逆损失。
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评价吸收式制冷机不可逆损失的基准是热能驱动的可 逆机的制冷机性能系数COPmax。
图 热能驱动的制冷系统
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设有上图所示的制冷系统，其驱动热源温度为 Tg ，环 境温度为Ta，低温热源温度为To。Tg、Ta和To均为恒温。当 制冷机为可逆机时，根据热力学第二定律
a o g Ta To Tg 可得到热能驱动的可逆机的制冷性能系数COPmax为
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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
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溴化锂水溶液比焓-浓度图
等压饱和液体线族、等温 线族、等压辅助线族。 溴化锂在气相的分压力几 乎为零，可以当零处理。
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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 。
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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。
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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；
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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。
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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 价指标。 Qo / Qg
或
作为其经济性评
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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
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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。
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。
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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。
第九章
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。 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。
(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。
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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。

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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。 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
o / g
热力系数
是吸收式制冷机所制取的 制冷量Qo与消耗的热量Qg之比：
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COP(
)—吸收式制冷机的制冷性能系数。
a o g
式中：Фa、Фo、Фg—分别表示向环境排放的热负 荷、制冷量、驱动热源输出的热负荷。
COP是衡量吸收式制冷机性能的一个重要指标，
它反映了从驱动热源输出的热负荷与制冷机制冷 量之间的关系，但不能反映循环中存在的热力学
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Tg Ta
吸收式制冷机原理概括
吸收式制冷机中常用的二元溶液由两个组分组成。 相平衡时，低沸点组分在气相中的质量分数大于 它在液相中的质量分数，高沸点组分(不易挥发组 分)在气相中的质量分数小于它在液相中的质量分 数，但任一组分在气相中的分压力应等于溶液中 该组分产生的蒸气压力。
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若易挥发组分在气相中的分压力低于溶液中该组分的 蒸气压力，则此组分的分子更多地进入气相，这就是发生
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第三节 溴化锂吸收式制冷机
2．制冷循环h－w图
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第三节 溴化锂吸收式制冷机
(1)发生过程 点 2表示吸收器的饱和稀溶液状态，其溴化锂的质量分 数为wa，压力为pa，温度为t2，经发生器泵增压后压力达到 pk。然后送往溶液热交换器，在等压下温度由t2升至t7，溴 化锂的质量分数不变，再进入发生器，被发生器传热管内的 工作蒸气加热，温度由t7升高至压力pk下的饱和温度t5，并 开始在等压下沸腾，溶液中的水分不断蒸发，溴化锂的质量 分数逐渐增大，温度也逐渐升高。发生过程终了时，溴化锂 的质量分数为 wr ，温度为 t4 ，用点 4 表示。图中， 2 － 7 表示 稀溶液在溶液热交换器中的升温过程，产生的水蒸气用开始 发生的状态(点5')和发生终了的状态(点4')的平均状态(点 3')表示。由于产生的是纯水蒸气，故状态点3' 、4'、5'均 在w＝0的纵坐标线上。 40
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；
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第一节
吸收式制冷的基本原理
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。
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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
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溴 化 锂 水 溶 液 的 比 焓 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。
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A
第三节
溴化锂吸收式制冷机
图 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
过程，此时气相与液相之间是不平衡的。这一过程如发生 在密闭容器内，则随着过程的进行，气相中该组分的分压 力上升，而溶液中该组分的蒸气压力因其质量分数的减少 而降低，从而在新的压力下达到气相和液相的相平衡。 若易挥发组分在气相中的分压力高于溶液中该组分的 蒸气压力，它的分子更多地进入溶液中，这就是吸收过程。 在密闭容器内，随着吸收过程的进行，将达到一个新的相 平衡状态。
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双筒单效溴化锂吸收式制冷机的典型结构
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第三节 溴化锂吸收式制冷机
溴化锂吸收式制冷机可以划分成两个区：
wk.baidu.com
(1)高压区 高压区内包含发生器、冷凝器和溶液热交换器。发生 器内产生的水蒸气在冷凝器内凝结成水，进入低压区。发 生器产生的浓溶液与用泵增压的稀溶液在热交换器中进行 热量交换，降温后的浓溶液进入吸收器，升温后的稀溶液 进入发生器。 (2)低压区 低压区内包含吸收器和蒸发器。来自冷凝器的水节流 后降温、降压，在蒸发器中蒸发，产生冷效应。蒸发后的 水蒸气在吸收器中被来自热交换器的浓溶液吸收，成为稀 溶液，再用泵提高其压力后送入热交换器中。
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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。
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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。
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第三节 溴化锂吸收式制冷机
2．制冷循环h－w图
溴化锂吸收式制冷机的理论循环可以用h－w图
表示。 （ 1）理论循环是指制冷剂在流动过程中没有阻力，
pk为冷凝压力，也就是发生压力；pa为吸收压力，
即蒸发压力。 （2）各设备与周围空气不发生热量交换 （ 3）发生终了和吸收终了时溶液均达到相平衡状态。

溴化锂水溶液浓度越高，它对水蒸气的吸收能力越 强。
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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。
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溴化锂水溶液的特性
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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。
Tg Ta To COPmax Tg Ta To 上式表示，COPmax随Tg、To的提高而提高，随Ta的提高而降 低。这一结论，对于提高实际应用的制冷机的性能也有指 导意义。
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判别实际制冷循环的不可逆程度的热力完善度η为

对于吸收式制冷机
COP COPmax
Tc COP /( ) Tg Ta Tc 在Tg、Ta、To不变时，降低吸收式制冷机的不可逆损失，可 提高循环效率和性能系数。 吸收式制冷机中常用的二元溶液由两个组分组成。相 平衡时，低沸点组分在气相中的质量分数大于它在液相中 的质量分数，高沸点组分(不易挥发组分)在气相中的质量 分数小于它在液相中的质量分数，但任一组分在气相中的 分压力应等于溶液中该组分产生的蒸气压力。