制冷原理与设备4

第4章其它制冷方法z4.1吸收式制冷z吸收式制冷机是一种以热能为主要动力的制冷机。z蒸汽压缩制冷循环：压缩机（消耗机械功）z吸收式制冷循环：吸收塔，解吸器，换热器，泵（消耗低品位热量）气体制冷剂回复液体状态利用吸收或吸附方式制冷剂蒸发吸收热量制冷第4章其它制冷方法z4.1.1吸收式制冷工作原理z1．吸收式制冷工作原理图4-1吸收式和蒸汽压缩式制冷机工作原理a）吸收式制冷机b）蒸汽压缩式制冷机E一蒸发器C一冷凝器EV一膨胀阀CO一压缩机G一发生器A一吸收器P一溶液泵第4章其它制冷方法z1.吸收式制冷泵吸收器换热器解吸器蒸发器节流阀QL载冷体水低品位蒸汽TRQR冷凝器QH水第4章其它制冷方法1.吸收式制冷第4章其它制冷方法热力系数是吸收式制冷机的效率ξ＝gQQe2）昀大热力系数maxξgQQeηc·εc＝＝2．吸收式制冷循环的热力系数和热力完善度第4章其它制冷方法z4.1.2吸收式制冷机的工质对z4.1.2.1吸收式制冷循环工质的选择要求z1.吸收式制冷循环对制冷剂的选择z要求与蒸汽压缩式制冷基本相同，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z2.对吸收剂的选择应具有如下要求z1）吸收剂应具有强烈吸收制冷剂的能力z2）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。z3）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。z4）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。z5）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。第4章其它制冷方法z4.1.2.2吸收式制冷循环工质对z1.以水作为制冷剂的工质对z2.以氨为制冷剂的工质对z3.乙醇作为制冷剂的工质对z4.以氟利昂为制冷剂的工质对z到目前为止，实际上使用的还只限于氨-水溶液与溴化锂-水溶液两种第4章其它制冷方法z4.1.2.3常用吸收式制冷循环工质对性质z1.溴化锂-水溶液第4章其它制冷方法溴化锂水溶液的性质第4章其它制冷方法溴化锂水溶液的性质第4章其它制冷方法溴化锂水溶液的性质第4章其它制冷方法溴化锂水溶液的性质第4章其它制冷方法溴化锂水溶液的性质第4章其它制冷方法溴化锂水溶液的性质第4章其它制冷方法吸收式制冷循环¾由于它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4.1.3吸收式制冷循环第4章其它制冷方法z4.1.3.2溴化锂吸收式制冷机的分类z1.按用途分类z1）冷水机组z2）冷热水机组z3）热泵机组z2.按驱动热源分类z1）蒸汽型z2）直燃型z3）热水型z3．按驱动热源的利用方式分类z1）单效z2）双效z3）多效第4章其它制冷方法z4．按溶液循环流程分类z1）串联流程，它又分为两种，z一种是溶液先进入高压发生器，后进入低压发生器，昀后流回吸收器；z另一种是溶液先进入低压发生器，后进入高压发生器，昀后流回吸收器。z2）并联流程，溶液分别同时进入高、低压发生器，然后分别流回吸收器。z3）串并联流程，溶液分别同时进入高、低发生器，高压发生器流出的溶液先进入低压发生器，然后和低压发生器的溶液一起流回吸收器。z5．按机组结构分类z1）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。z2）双筒型，机组的主要换热器布置在二个筒体内。z3）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。第4章其它制冷方法z4.1.3．3溴化锂吸收式制冷机工作过程z1.单效溴化锂吸收式制冷机工作过程单效蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组的应用系统。热源回路冷却水回路冷水回路冷剂水回路溶液回路第4章其它制冷方法z4.1.3．3溴化锂吸收式制冷机工作过程z1.单效溴化锂吸收式制冷机工作过程第4章其它制冷方法第4章其它制冷方法z1）稀溶液的加压和预热过程z2）发生器中的蒸气发生过程z3）浓溶液的冷却与节流过程z4）吸收器中的吸收过程（2）溴化锂吸收式制冷机理论循环在h-ξ图上的表示（3）溴化锂吸收式制冷循环过程1）冷凝过程2）节流过程3）蒸发过程第4章其它制冷方法1）蒸汽型图4-4双效溴化锂吸收式制冷机并联系统流程1－高压发生器泵2－高温换热器3－吸收器4－蒸发器5－高压发生器6－冷凝器7－低压发生器8、12－引射器9－冷剂水泵10－凝水换热器11－低温换热器13－溶液泵2.双效溴化锂吸收式制冷机工作过程第4章其它制冷方法z2）直燃型第4章其它制冷方法直燃型第4章其它制冷方法第4章其它制冷方法机组特征z单效制冷机使用能源广泛，可以采用各种工业余热，废热，也可以采用地热、太阳能等作为驱动热源，在能源的综合利用和梯级利用方面有着显著的优势。而且具有负荷及热源自动跟踪功能，确保机组处于昀佳运行状态。z单效制冷机的驱动热源为低品位热源，其COP在0.5-0.7.如果业主具备高品位的热源，应选择远大直燃机或蒸汽双效制冷机，其COP在1.31以上。第4章其它制冷方法第4章其它制冷方法第4章其它制冷方法z4.1.3.4溴化锂吸收式制冷机的特点z1）以水作制冷剂，溴化锂溶液作吸收剂，因此它对人体无危害，对大气臭氧层无破坏作用。z2）对热源要求不高.z3）整个装置基本上是换热器的组合体，除泵外，没有其他运动部件。z4）结构简单，制造方便。z5）整个装置处于真空状态下运行，无爆炸危险。z6）操作简单，维护保养方便，易于实现自动化运行。z7）能在10％～100％范围内进行制冷量的自动、无级调节，而且在部分负荷时，机组的热力系数并不明显下降。z8）溴化锂溶液对金属，尤其是黑色金属有强烈的腐蚀性，因此对金属的密封性要求非常严格。z9）由于系统以热能作为补偿，加上溴化锂溶液的吸收过程是放热过程，故对外界的排热量大。z10)一般只能制取5℃以上的冷水，多用于空气调节及一些生产工艺用冷冻水。z11)溴化锂价格较贵，机组充灌量大，初投资较高。第4章其它制冷方法z直燃型溴化锂吸收式冷热水机组除具有上述特点外，还具有下列优势：z1）燃烧效率高，对大气环境污染小。z2)一机多能。可供夏季空调、冬季采暖，必要时也可兼顾提供生活用热水。z3）体积小，用地少。z4）只存在一次传热温差，传热损失小。z5）可实现能源消耗的季节平衡。第4章其它制冷方法z4.2蒸汽喷射式制冷z4.2.1蒸汽喷射式制冷循环的特点z1）蒸汽喷射式制冷的设备结构简单，金属耗量少，造价低廉，运行可靠性高，使用寿命长，一般都不需备用设备。z2）制冷系统操作简便，维修量少。z3）蒸汽喷射式制冷循环耗电量少，如果使用于有较多工业余汽的场合，能节约能源。z4）蒸汽喷射式制冷以水作为制冷剂，并且根据需要可使制冷剂、载冷剂合为一体，或者采用开式循环形式。由于水具有汽化潜热大，无毒等优越性，所以系统安全可靠。z5）用水作为制冷剂制取低温时受到水的凝固点的限制，为了获得更低的蒸发温度，正在研制以用氨、氟利昂为制冷剂的蒸汽喷射式制冷机。另外将蒸汽喷射器与活塞式制冷压缩机、吸收式制冷机等串联，用以作为低压级，也能获得较低的蒸发温度。z6）蒸汽喷射器的加工精度要求较高，蒸汽喷射式制冷循环的工作蒸汽消耗量较大，制冷循环效率较低。这一切都限制了蒸汽喷射式制冷的实际应用。第4章其它制冷方法z4.2.2蒸汽喷射式制冷循环基本组成和工作过程z4.2.2.1蒸汽喷射式制冷循环主要热力设备z1．锅炉z2．蒸汽喷射器z3．冷凝器z4．凝结水泵z5．蒸发器与节流器第4章其它制冷方法z4.2.2.2蒸汽喷射式制冷循环工作过程第4章其它制冷方法第4章其它制冷方法图4-6蒸汽喷射式制冷系统1－喷射器（α－喷嘴b－扩压器c－吸入室）2－冷凝器3－蒸发器4－节流阀5、6－泵第4章其它制冷方法图4-7蒸汽喷射式制冷机理论工作循环的温－熵图第4章其它制冷方法z4.3吸附式制冷z吸附制冷系统是以热能为动力的能量转换系统。z其道理是：一定的固体吸附剂对某种制冷剂气体具有吸附作用。z吸附能力随吸附温度的不同而不同。z周期性地冷却和加热吸附剂，使之交替吸附和解析。解析时，释放出制冷剂气体，并使之凝为液体；z吸附时，制冷级液体蒸发，产生制冷作用.图4-8吸附式制冷系统原理1－吸附剂容器2、5－单向阀3－冷凝器4－贮液器第4章其它制冷方法图4-9沸石太阳能制冷系统原理图a）白天脱附b）夜间吸附1－沸石密封盒2－冷凝器3－贮水箱（蒸发器）第4章其它制冷方法第4章其它制冷方法z吸附式制冷系统的特点是：z具有不耗电、无任何运动部件、系统简单、没有噪声、无污染、不需维修、寿命长、安全可靠、投资回收期短、对大气臭氧层无破坏作用等一系列优点。z另外，还可利用吸附剂吸附吸附质时所放出的吸附热，提供家庭用热水和冬季采暖用热源。z缺点是循环属于间歇性的，热力状态不断地发生变化，难以实现自动化运行；对能量的贮存也较困难，特别是太阳能吸附式制冷系统，太阳能的波动会进一步影响到系统的循环特性。第4章其它制冷方法z4.4热电制冷z热电制冷具有其显著特点：z不用制冷剂z无机械传动部分z冷却速度和制冷温可任意调节z可将冷热端互换z体积和功率都可做得很小z方便的可逆操作z可做成家用冰箱，或小型低温冰箱z可制成低温医疗器具z可对仪器进行冷却z可做成零点仪第4章其它制冷方法z4.4.1热电效应z热电制冷的理论基础是固体的热电效应，在无外磁场存在时，它包括五个效应，导热、焦耳热损失、西伯克(Seebeck)效应、帕尔帖(Peltire)效应和汤姆逊(Thomson)效应。热电制冷又称作温差电制冷，或半导体制冷.第4章其它制冷方法单级热电堆第4章其它制冷方法图4-11单级热电堆将数十个乃至数百个热电电偶串联，将冷端排在一起，热端排在一起，组成热电堆，称单级热电堆，借助热交换器等各种传热手段，使热电堆的热端不断散热并且保持一定的温度，把热电堆的冷端放到被冷却系统中去吸热降温，这就是单级热电堆式半导体制冷器热的工作原理。4.4.2热电制冷工作原理第4章其它制冷方法图4-12多级热电堆式半导体制冷器原理图a)串联二级热电堆b)并联二级热电堆c)串、并联三级热电堆为了获得更低的温度或更大的温差可采用多级热电堆式半导体制冷。它是由单级热电联结而成。联结的方式有串联、并联及串并联。其中二级、三级热电堆式半导体制冷昀为常见第4章其它制冷方法z4.5空气膨胀制冷¾历史上第一次实现的气体制冷机是以空气作为工质的，并且称为空气制冷机¾压缩式空气制冷机的工作过程也是包括等熵压缩，等压冷却，等熵膨胀及等压吸热四个过程¾这与蒸汽压缩式制冷机的四个工作过程相近，其区别在于工质在循环过程中不发生集态改变第4章其它制冷方法无回热定压循环气体制冷机的流程图第4章其它制冷方法图4-13无回热定压循环气体制冷机的流程图及温－熵图a)系统流程图b)循环温－熵图1－压缩机2－冷却器3－膨胀机4－冷箱第4章其它制冷方法图4-14定压回热气体制冷机的流程图及温－熵图a)系统流程图b)循环温－熵图A－透平压缩机B－冷却器C－透平膨胀机D－冷箱E－回热器第4章其它制冷方法z4.6涡流管制冷z涡流管制冷器是一种结构简单的制冷装置，涡流冷却效应的实质是利用人工方法产生漩涡，使气流分为冷热两部分。利用分离出来的冷气流即可制冷.图涡流管制冷装置1－喷嘴2－孔板3－涡流室4－控制阀第4章其它制冷方法4.6涡流管制冷涡流管制冷装置第4章其它制冷方法第4章其它制冷方法图4-16带回热器的涡流管冰箱系统1－干燥器2－冷（冰）箱3－涡流管4－喷射器5－回热器为了提高涡流管制冷效率，可在系统中增加回热器、干燥器、喷射器等设备它不仅可降低进涡流管气体的温度，也可降低冷气流的压力，从而降低冷气流的温度，提高涡流管制冷的经济性压缩空气经干燥器干燥后进入回热器，被由冷箱中排出的冷气流冷却后进入涡流管，获得更低温度的冷气流进入冷箱中。由涡流管内排出的热气流，经喷射器内喷嘴膨胀，造成一真空，吸出由冷箱出来的气体。经回热器升温后的气流，再经喷射器内的扩压器，压力升高后排入大气第4章其它制冷方法思考题1.吸收式制冷的能量补偿是什么？2.吸收式制