第八章 吸收式制冷

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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
与工作在T0和Te 之间的逆卡诺循环的制冷系数的乘积。
➢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，如右图所示。故 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。
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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，系统简单，热力系数较高； (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和低品 位热能利用方面占有重要地位。
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。
h－ξ图上溴化锂吸收式制冷机理论循环
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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 纯水的压力－饱和温度关系 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。
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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、抽真空装置 3、防止结晶问题 4、制冷量的调节
改变加热介质的温度的温度及稀 溶液的循环量(借助三通阀)。
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
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低压制冷剂(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
制冷剂循环－
胀
逆循环
阀
蒸发器
节
吸收剂循环－
流
正循环
装
置
吸收器
泵
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第一节 吸收式制冷的基本原理 2、吸收式制冷机的构成
膨
蒸
冷
胀
发
凝
阀器
器
与蒸气压缩式制 冷系统完全相同
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蒸
气(状态7的过热水蒸汽)
h－ξ图上溴化锂吸收式制冷机理论循环
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；
(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。
(在氨吸收式制冷机中，吸收剂是稀溶液。)
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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采用的工质对。 溴化锂的性质：
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。 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 的空间内流动。 3、蒸发器和吸收器采用喷淋式换热设备，以减少静液高度对蒸发温度的影 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。
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。
h－ξ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。
➢溴化锂溶液的浓度过高或
结晶线
溶液温度过低均易形成结
晶。(机组运行时应防止发生结晶)
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
当压力较低时，压力对液体的比
焓和混合热的影响很小，可认为溶液
的比焓只是温度和浓度的函数。
溴
➢饱和液态和过冷液态的比焓在h－
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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－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
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。
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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。
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。
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。
化
ξ图上可根据等温线和等浓度线的交
锂
点确定。
水
溶
➢在溴化锂溶液的h－ξ图上只有液
液
相区，气态为纯水蒸汽，集中在ξ＝
的
0的纵轴上。由于平衡时气液同温度，
比
可通过某等压辅助线和等焓线交点
焓 －
确定。
浓
度
25.04.2020 图
等压饱和液液线 等温液线
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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
结双 构筒 简形 图单
效 溴 化 锂 吸 收 式 制 冷 机
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1－吸收器；2－稀溶液囊；3 －发生器泵；4－溶液热交换 器；5－发生器；6－浓溶液囊； 7－挡液板；8－冷凝器；9－ 冷凝器水盘；10－U形管；11 －蒸发器；12－蒸发器水盘； 13－蒸发器水囊；14－蒸发器 泵；15－冷剂水喷淋系统；16 －挡水板；17－吸收器泵；18 －溶液喷淋泵；19－发生器溶 液囊；20－三通阀；21浓溶液 溢流管；22－抽气装置
➢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。并且系统对真空度要求较高。
将能量平衡方城代入上式，有：
g
Tg Te Tg
0TeT0T0
P
若忽略泵的功耗，则吸收式制冷机的热力系数为：
0 g
T0 Tg
Tg Te
Te
T0
则吸收式制冷机的最大热力系数ζmax为：
m aT T x g 0T T g e T T 0 eT g T g T eT eT 0 T 0cc
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
1、吸收式制冷机热力系数ζ的定义 吸收式制冷机所制取的制冷量与所消耗的热量之比，即： ＝ 0 k 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。
发
吸
生
收
器器
节 泵溶
流
液
装
置
相当于“热力压缩机” 吸收器相当于吸气侧 发生器相当于压出侧
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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)
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。
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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
(3) 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：
f F s
F，ξw
D s w
1kg
D
＝s－w
F－D， ξs
“放气范围”
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
g 0 F h 4 D h 3 h 1 D 0 h 9 h 7 h 4 fh 4 h h 1 3 0 h 9 h 7 h 4
吸收器 冷凝器
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
蒸发器中被冷却物质引起的熵增为：
S0
0
T0
周围环境引起的熵增为：
Se
e
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：
Sg 0 e 0
Tg T0 Te
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第一节 吸收式制冷的基本原理
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
原蒸
理气
压
缩节
式
流 装
制置
冷
的
基
本
冷凝器
蒸发器
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压P
缩 机
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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
利用浓溶液吸 收制冷剂蒸气
吸收器
发生器
利用热源使溶液 中的制冷剂气化
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
根据热力学第一定律：
g0Pake
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：
S g
g Tg
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