制冷与空调 第四章 吸收式制冷技术

,单击此处编辑母版文本样式,单击此处编辑母版标题样式,*,制冷与空调,第四章 吸收式制冷技术,4.1 吸收式制冷的根本原理,4.2,单效溴化锂吸收式制冷系统,4.1 吸收式制冷的根本原理,4.2,单效溴化锂吸收式制冷系统,概述,美国1945、开利是最早生产和应用溴化锂吸收式制冷机的国家。但由于能源丰富，特别是电力充裕，吸收式制冷机所占的比例并不大，70年代中期每年约生产1000台，占15%左右。1975年以后，几年逐年下降，到了1983年只生产150台，占冷水机组总台数的7%左右,目前吸收式制冷在日本,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、广泛的燃气供给，以及夏季燃气低谷和用电顶峰，燃气直燃式吸收式空调能够得到更广泛的应用。,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。,压缩机,高温高压,制冷剂气体,低温低压,制冷剂气体,高温高压,制冷剂液体,低温低压,制冷剂液体,节流装置,蒸发器,冷凝器,P,蒸气压缩式制冷的根本原理,一、吸收式制冷的根本原理,吸收式制冷循环,膨胀阀,蒸发器,冷凝器,发生器,吸收器,泵,节流装置,相当于一个压缩机,制冷剂循环,逆循环,吸收剂循环,正循环,一、吸收式制冷的根本原理,吸收式制冷机的构成,膨胀阀,蒸发器,冷凝器,发生器,吸收器,溶液泵,节流装置,与蒸气压缩式制冷系统完全相同,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,吸收器：吸收制冷剂蒸汽；,发生器：加热、释放制冷剂；,溶液热交换器：内部能量利用，提高效率；,溶液泵：加压作用。,一、吸收式制冷的根本原理,吸收式与压缩式的比较,比较项目,压缩式,吸收式,结 构,压缩机,吸收器、液泵、发生器、节流阀,耗能类型,机械能,热能（蒸汽、燃油、燃气、废热、余热）,工况特点,冷凝压力高,冷凝压力低,制冷工质,制冷剂（氨、氟利昂）,工质对：吸收剂-制冷剂（溴化锂-水、水-氨）,一、吸收式制冷的根本原理,二、工质对,对制冷剂的选择：,要求与蒸汽压缩式制冷根本相同，应具有较大的单位容积制冷量，工作压力不应太高或太低，价廉，无毒，不爆炸和不腐蚀等性质。,1.工质对制冷剂吸收剂溶液：,两种可以相互吸收的液体形成的溶液。,2.吸收式制冷循环工质的选择要求,对吸收剂的选择应具有如下要求：,1吸收剂应具有强烈吸收制冷剂的能力。,2作为吸收剂和制冷剂的两种物质，它们的沸点希望相差越大越好。,3吸收剂也希望具有较大的热导率，较小的密度和粘度，而且应具有较小的比热，以提高制冷循环的工作效率。,3.吸收式制冷常用工质对：,溴化锂水溶液：制冷剂水,吸收剂 溴化锂,氨水溶液：制冷剂氨，吸收剂 水,4在化学性质方面与制冷剂一样，要求无毒不燃烧不爆炸，对制冷机的金属材料无腐蚀和具有较好的化学稳定性。,5吸收式制冷循环工质对所组成的二元溶液，必须是非共沸溶液。,二、工质对,4.相、独立组分数、自由度和相律,1)相,体系内物理和化学性质完全均匀一致的局部称为相。相与相之间有明显的分界面。体系内相的数目用符号表示。,气体能充分混合，所以不管有多少种气体都只有一个相。,液体那么视其互溶程度，有一相或多相之分。,2)独立组分数,独立组分是平衡体系中能独立存在的物质。组分的数目称为组分数。在物质间无化学反响的情况下，独立组分数就是平衡体系中的物质数。独立组分数用符号k表示。,3)自由度,体系的自由度指体系的独立可变因素，如温度、压力、浓度等。在一定范围内，可以任意改变而不会引起相数目的改变。自由度用符号f表示,。,对,单组分,体系,k,=l，,f=3-,。,单纯气体：,=l,f,=2,只要确定二个状态参数,饱和水和水蒸气：,=2,f,=l,只需要一个状态参数,(,如温度或压力,),。,4)相律,体系处于平衡状态时，它的自由度、相数和组分数之间存在着一定的关系。这个关系称为相律(或称吉普斯方程)：,对,两组分,体系,因为,k,=2,所以自由度,f,=4-,。,当二元溶液处于汽、液两相平衡状态时,=2,因此,f,=2,。即说确定处于汽、液平衡的二元溶液的状态,只需要知道两个独立的状态参数,其它状态参数就可随之而确定。,1、吸收式制冷机热力系数,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：,式中：,Q,0,吸收式制冷机所制取的制冷量；,Q,g,吸收式制冷机所消耗的热量。,三、吸收式制冷机的热力系数,吸收式制冷系统与外界的能量交换,根据热力学第一定律：,吸收器,冷凝器,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。,那么发生器热媒引起的熵增为：,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,三、吸收式制冷机的热力系数,蒸发器中被冷却物质引起的熵增为：,周围环境引起的熵增为：,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：,吸收式制冷系统与外界的能量交换,吸收器,冷凝器,三、吸收式制冷机的热力系数,吸收式制冷系统与外界的能量交换,吸收器,冷凝器,将能量平衡方程代入上式，有：,假设忽略泵的功耗，那么吸收式制冷机,的热力系数为：,那么吸收式制冷机的最大热力系数max为：,三、吸收式制冷机的热力系数,吸收式制冷机的最大热力系数等于工作在,T,g,与,T,e,之间的卡诺循环的热效率与工作在,T,0,和,T,e,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。,可逆吸收式制冷循环,可见：,三、吸收式制冷机的热力系数,四、吸收式制冷的特点,优点：1.工质环保，对环境和大气臭氧层无害,2.以热能为动力，节电效果明显,3.可以利用各种热能驱动,4.结构简单，运动部件少，平安可靠,缺点：1.价格无优势,2.耗能大，机组笨重,3.利用热能促进全球变暖,4.热力系数COP低于压缩式制冷循环,4.1 吸收式制冷的根本原理,4.2,单效溴化锂吸收式制冷系统,一、溴化锂水溶液的比焓浓度图,饱和液态和过冷液态的比焓在,h,图上可根据等温线和等浓度线的交点确定。,在溴化锂溶液的,h,图上只有液相区，气态为纯水蒸汽，集中在,0,的纵轴上。由于平衡时气液同温度，可通过等压辅助线和等焓线交点确定。,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。,溴化锂水溶液的比焓浓度图,等温液线,等压饱和液液线,一、溴化锂水溶液的比焓浓度图,饱和液体p0=0.93MPa，t0=40，如图上A点，过A做一条竖直的直线与p=0.93MPa的辅助线交于B点，再过B点做一条水平线与纵坐标交于C点，那么即为饱和液体A对应的饱和气态。,B,C,p,=0.93MPa,T,=40,A,1.按用途分类：冷水机组、冷热水机组、热泵机组,2.按驱动热源分类：蒸汽型、直燃型、热水型,3.按驱动热源的利用方式分类：单效、双效、多效,4.按溶液循环流程分类：串联流程、并联流程,5按机组结构分类,1单筒型，机组的主要换热器发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器布置在一个筒体内。,2双筒型，机组的主要换热器布置在二个筒体内。,3三筒或多筒型，机组的主要换热器布置在三个或多个筒体内。,二、溴化锂吸收式制冷机的分类,单效溴化锂吸收式制冷机的流程,1、单效溴化锂吸收式制冷机的流程,三、单效溴化锂吸收式制冷理论循环,单效蒸汽型溴化锂吸收式,冷水机组的系统组成,热源回路,冷却水回路,冷水回路,制冷剂回路,溶液回路,单效溴化锂吸收式制冷机的流程,三、单效溴化锂吸收式制冷理论循环,饱和液体3,g,w,(,p,k,),饱和液体4,s,(,p,k,),点1与点2根本重合。,2、单效溴化锂吸收式制冷循环,三、单效溴化锂吸收式制冷理论循环,2,t,2,s,w,h,p,0,p,k,饱和液体线,p,0,p,k,辅助线,1,3g,3,t,4,4,过冷液体2,饱和液体1,w,(,p,0,),浓度不变,温度近似不变,过冷液体2,(,t,2,),w,过冷液体3,压力、浓度不变,温度升高,过冷液体3,饱和液体3,g,w,(,p,k,),产生蒸汽,加热,加热,1溶液泵,2热交换器,3发生器,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,),(,t,2,w,),7,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。,三、单效溴化锂吸收式制冷理论循环,4冷凝器,5膨胀阀,6蒸发器,饱和水8,(,p,k,),过热水蒸汽7,(,p,k,),冷凝,蒸发,(,p,0,h,8,0),饱和水8,(,p,k,0),湿蒸汽9,浓度不变,焓值不变,点8与点9根本重合。,饱和水蒸汽10,(,p,0,),湿蒸汽9,(,p,0,h,8,0),2,t,2,s,w,h,p,0,p,k,饱和液体线,p,0,p,k,辅助线,1,3g,3,t,4,4,7,8,9,9“,9,10,66a为浓溶液由湿蒸气变为饱和液状态，6a1为状态为6a的饱和液在压力P,0,下与状态10的冷剂水蒸汽放热混合为稀溶液的过程。,三、单效溴化锂吸收式制冷理论循环,7热交换器,8溶液节流阀,9吸收器,饱和液体4,(,p,k,s,),过冷液体5,压力、浓度不变,温度下降,(,p,k,s,),过冷液体5,(,p,k,s,),湿蒸汽6,(,p,0,h,5,s,),焓值、浓度不变,压力下降,点5与点6根本重合。,2,t,2,s,w,h,p,0,p,k,饱和液体线,p,0,p,k,辅助线,1,3g,3,t,4,4,7,8,9,9“,9,10,5,6,6a,定义：每产生1kg的制冷剂所需要的制冷剂吸收剂的千克数。,F，,w,D,FD，,s,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,，,由发生器进入吸收器的浓溶液流量为,FD,，,“放气范围,三、单效溴化锂吸收式制冷理论循环,3.溶液的循环倍率,f,F，,w,D,FD，,s,产生制冷量,消耗热量,三、单效溴化锂吸收式制冷理论循环,热力系数,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,。,三、单效溴化锂吸收式制冷理论循环,1.发生缺乏,在发生器中，实际发生终了浓溶液的浓度低于理想情况下的浓度，称为发生缺乏；,2.吸收缺乏,在吸收器中,实际吸收终了的稀溶液浓度比理想情况下的高，称为吸收缺乏。,实际循环过程的发生缺乏和吸收缺乏,三、单效溴化锂吸收式制冷理论循环,为什么要采用双效溴化锂吸收式制冷循环？,a.提高加热热源的温度可以提高制冷量和经济性，但到一定的程度，Q0和将随之缓慢，并且会造成结晶和削弱缓蚀剂作用的危险。因此，对单效溴化锂吸收式制冷循环应限制加热温度；,b.为了能利用较高温度的热源。,串联流程的吸收式制冷机,双效溴化锂吸收式制冷机分类：,并联流程的吸收式制冷机,1.串联流程的吸收式制冷机,1流程图,高压发生器,高温热交换器,低温热交换器,低压发生器,冷凝器,吸收器,蒸发器,高压蒸汽,水蒸汽,高压凝水,冷,凝,水,低压蒸汽,稀溶液,高压浓溶液,浓,溶,液,浓溶液,稀溶液,稀溶液,四、双效溴化锂吸收式制冷机循环,2.串联流程的吸收式制冷机,1流程图,高压发生器,高温热交换器,低温热交换器,低压发生器,冷凝器,吸收器,蒸发器,高压蒸汽,水蒸汽,高压凝水,冷,凝,水,低压蒸汽,稀溶液,浓溶液,稀溶液,稀溶液,浓溶液,