第五章吸收式制冷.

第五章吸收式制冷AbsorptionRefrigeration气体制冷剂回复到液体状态液态制冷剂蒸发吸收热量制冷（利用吸收方式）5.1概述液体汽化制冷基本原理1.组成设备：蒸发器、冷凝器、吸收器、发生器、溶液泵、节流阀。①吸收器：吸收制冷剂蒸汽②发生器：加热、释放制冷剂③溶液热交换器：内部能量利用，提高效率。④溶液泵：加压作用2.循环：制冷剂循环溶液循环：相当于压缩机的作用。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。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，经节流阀进入蒸发器，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；(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，用泵将稀溶液加压输送至发生器，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。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)吸收式制冷循环压缩式与吸收式制冷的比较压缩式与吸收式制冷的比较均是利用液体汽化原理制冷共同点压缩式与吸收式制冷的比较消耗的能量不同蒸气压缩式制冷机消耗机械功或电能，吸收式制冷机消耗的是热能。吸收制冷剂蒸气的方式不同蒸气压缩式用压缩机吸收制冷剂蒸气，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。不同点工质不同压缩式制冷吸收式制冷单组分或多组分工质双组分工质对溴化锂－水氨－水吸收剂制冷剂高沸点组分低沸点组分压缩式与吸收式制冷的异同不同点（续）5.1.1制冷剂与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可分为水类氨类醇类氟里昂类对工质对的要求：两种组分互溶性好，且具有不同的沸点。5.1.1制冷剂与吸收剂TFE--三氟乙醇HFIP--六氟异丙醇GAX--GeneratorAbsorberHeatExchangerNMP--甲基吡咯烷酮5.1.2吸收式制冷机的性能系数评价指标：以COP作为其经济性评价指标。COP:吸收式制冷机所制取的制冷量与消耗的热量之比：可逆吸收制冷循环的制冷系数高温热源（环境）Ta制冷机低温热源Tc驱动热源TgΦ0ΦaΦg图5-2热能驱动的吸收式制冷系统可逆吸收制冷循环的制冷系数当系统可逆时，得到最大制冷系数：逆卡诺循环的制冷系数卡诺循环的热效率可逆吸收式制冷循环的本质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蒸气压缩式制冷机相比，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，二者的最大性能系数是相同的。因此，蒸气压缩式制冷机的制冷系数应乘以驱动压缩机的原动机的热效率后，才能与吸收式制冷机的热力系数相比较。可逆吸收式制冷循环热力完善度制冷系数与最大制冷系数之比，称为热力完善度或循环效率。maxCOPCOP吸收式制冷的特点优点：1.可以利用各种热能（蒸气、废热、余热、燃油、燃气等）驱动；2.运动部件少，安全可靠；3.对环境和大气臭氧层无害。4.效率高，可以大量节约用电。缺点：1.机组无价格优势；2.机组笨重；3.对真空度要求高；4.冷量衰减严重。热力学第二定律证实，能量的每次转换必然伴随着损耗（转化为难以使用的低品位能量）能量经过5次转换，总效率约83%。（若加上2-4次电力变压，共7-9次）燃料热能机械能电能机械能冷量能量仅经过1次转换，总效率约153%。燃料冷量（如果用废热而不是燃料，效率会更高）5.2.1氨水溶液的h-w图1.从点A向上作垂线，与对应的p2压力辅助线交于点B；2.从点B作水平线，与压力为p2的饱和气体线交于点C。点C就是与点A相对应的饱和蒸气点，它们的温度和压力相同，即点A和点C的压力均为p2，温度均为tA。在h-w图上求饱和气体状态点的方法：液体区的等温线不随压力变化，气体区的等温线随压力而变。E5.2.1氨水溶液的h-w图湿蒸气区状态参数如温度等的确定：例如：点d处在湿蒸气区，已知其比焓hd，氨的质量分数wd，压力p2等温线杠杆规则直角三角形试凑法5.2.2溴化锂水溶液的h-w图例如：欲确定与饱和溶液点A相平衡的水蒸气状态，可由点A向上作垂直线，与相应的压力为p1的等压线相交于点B，从点B作水平线，与w=0的纵坐标交于点C，点C即为所求。在h-w图上求饱和气体状态的方法：对溴化锂水溶液，因为在气相区只有水蒸气，表示水蒸气状态的点都处于w=0的纵坐标线上，所以在h-w图的气相区有一组辅助等压线，用于确定与各个质量分数的溶液所对应的水蒸气状态。四个参数：温度，浓度，水蒸气分压，比焓。只要知道任意2个，就可以查出另外2个。溴化锂LiBr为无色粒状晶体，熔点为549℃，有碱味；沸点为1265℃，在常温或一般高温下可视为不挥发；易溶于水；性质稳定，在大气中不分解；分子量为86.856，密度为3464kg/m3（25℃时）溴化锂的特性5.3溴化锂吸收式制冷剂无色液体，加入铬酸锂后溶液呈淡黄色。有咸味；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（仅有微痒感）；加入缓蚀剂后，视缓蚀剂的种类有不同的毒性。5.3.1溴化锂水溶液的性质(1)毒性5.3.1溴化锂水溶液的性质(2)溴化锂在水中的溶解度随温度的降低而降低图中的曲线为结晶线，曲线上的点表示溶液处于饱和状态，它的左上方表示有固体溴化锂结晶析出，右下方表示溶液中没有结晶存在。溴化锂的质量浓度不宜超过66％，否则在运行中当溶液温度降低时将有结晶析出，破坏制冷机的正常运行。5.3.1溴化锂水溶液的性质(3)溶液中水蒸气分压力很低。它比同温度下纯水的饱和蒸气压力低得多，因而有强烈的吸湿性。当温度相等时，溴化锂溶液面上的水蒸气分压力小于纯水的饱和蒸气压力，且浓度愈高或温度愈低时水蒸气的分压力愈低。同理，如果压力相同，溶液的饱和温度一定大于纯水的饱和温度，由溶液中产生的水蒸气总是处于过热状态的。5.3.1溴化锂水溶液的性质(4)密度比水大，并随溶液的浓度和温度而变。5.3.1溴化锂水溶液的性质(5)比热容较小当温度为150℃、浓度为55％时，其比热容约为2.01kJ/(kg.k)，这意味着发生过程中加给溶液的热量比较少，再加上水的蒸发潜热比较大这一特点，将使机组具有较高的热力系数。5.3.1溴化锂水溶液的性质(6)粘度较大(7)表面张力较大5.3.1溴化锂水溶液的性质(8)溴化锂水溶液的导热系数随浓度之增大而降低，随温度的升高而增大。(9)对黑色金属（碳钢）和紫铜等材料有强烈的腐蚀性，有空气存在时更为严重，因腐蚀而产生的不凝性气体对装置的制冷量影响很大。5.3.2单效溴化锂吸收式制冷机1.系统(1)高压区：发生器、冷凝器、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：吸收器、蒸发器来自冷凝器的水节流后降温、降压，在蒸发器中蒸发，产生制冷效应。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。吸收式机组的循环回路驱动热源回路制冷剂回路溶液回路冷却水回路冷水回路抽气装置自动控制装置安全保护装置蒸汽型直燃型热水型余热型5.3.2单效溴化锂吸收式制冷机5.3.2单效溴化锂吸收式制冷机结构型式和驱动热源结构型式双筒单效单筒单效由于水蒸气的比容很大，需要很大的流量，为避免流动时产生太大的压力降，需要很粗的管道。因此往往将冷凝器和发生器放在一个容器内，将蒸发器和吸收器放在另一个容器内，形成双筒溴化锂吸收式制冷机的系统。将四个设备置于一个壳体内，高压侧与低压侧之间用隔板隔开，成为单筒溴化锂吸收式制冷机。驱动热源：0.1~0.25MPa的蒸气或者75~140℃的热水5.3.2单效溴化锂吸收式制冷机双筒单效5.3.2单效溴化锂吸收式制冷机单筒单效5.3.2单效溴化锂吸收式制冷机2.理论制冷循环在h-w图上的表示理论制冷循环的假设：1.制冷剂在流动过程中没有阻力；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。5.3.2单效溴化锂吸收式制冷机2.理论制冷循环在h-w图上的表示（1）发生过程（2）冷凝过程（3）节流过程（4）蒸发过程（5）吸收过程2'5.3.2单效溴化锂吸收式制冷机2.理论制冷循环在h-w图上的表示（1）发生过程：2→2'→7→54'45.3.2单效溴化锂吸收式制冷机2.理论制冷循环在h-w图上的表示（1）发生过程中状态参数的变化设备过程作用压力浓度温度换热量备注泵2→2′泵加压Pa→PkWa，不变t2≈t2′02、2′点基本重合，饱和液→过冷液溶液热交换器2′→7过冷液体预热Pk，不变Wa，不变t7，上升吸热过冷液发生器7→5液体被加热Pk，不变Wa，不变t5，上升吸热吸热达到饱和5→4水沸腾汽化Pk，不变Wr，上升t4，上升吸热稀溶液→浓溶液5→4′水沸腾汽化Pk，不变0t4，上升吸热饱和水蒸气5.3.2单效溴化锂吸收式制冷机2.理论制冷循环在h-w图上的表示（2）冷凝过程3'→35.3.2单效溴化锂吸收式制冷机2.理论制冷循环在h-w图上的表示（2）冷凝过程中状态参数的变化设备过程压力温度换热量备注冷凝器3′→3Pk，不变不变放热饱和水蒸汽→饱和水5.3.2单效溴化锂吸收式制冷机2.理论制冷循环在h-w图上的表示（3）节流过程3→3，节流后h和w不变5.3.2单效溴化锂吸收式制冷机2.理论制冷循环在h-w图上的表示（3）节流过程中状态参数的变化设备过程压力温度换热量备注节流阀3→3Pk→Pat3→t1，下降0饱和水→湿蒸汽（由1的饱和水和1′的饱和水蒸气组成）5.3.2单效溴化锂吸收式制冷机2.理论制冷循环在h-w图上的表示（4）蒸发过程1→1'5.3.2单效溴化锂吸收式制冷机2.理论制冷循环在h-w图上的表示（4）蒸发过程中状态参数的变化设备过程压力温度换热量备注蒸发器1→1′Pa不变吸热饱和水→饱和水蒸汽5.3.2单效溴化锂吸收式制冷机2.理论制冷循环在h-w图上的表示（5）吸收过程若浓溶液直接进入吸收器：4→6→24→829→9′21′5.3.2单效溴化锂吸收式制冷机2.理论制冷循环在h-w图上的表示（5）吸收过程中状态参数的变化设备过程作用压力浓度温度换热量备注溶液热交换器4→8浓溶液预冷Pk不变Wr不变下降放热饱和液→过冷液吸收器8→92混合Pa不变W0，下降下降放热浓溶液和稀溶液混合→中间浓度的溶液9→9′加压喷淋先升高后降至Pa升高不变放热由吸收器泵加压后送入吸收器，压力突然降低而闪发。9'→21′吸收Pa不变Wa，下降下降放热中间溶液吸收水蒸气→稀溶液5.3.2单效溴化锂吸收式制冷机循环倍率和放气范围稀溶液参数：---质量流量---质量分数浓溶液参数：---质量流量---质量分数水蒸气参数：---质量流量循环倍率：表示在发生器中产生1kg水蒸气需要的溴化锂稀溶液的循环量。放气范围发生器溶液中溴化锂的质量平衡关系：为提高系统的性能：1.循环倍率a越小越好2.放气范围越大越好5.3.2单效溴化锂吸收式制冷机发生不足由于