(九)吸收式制冷机 (一)

一、吸收式制冷机的工作原理吸收式制冷是用热能作动力的制冷方法，它也是利用制冷剂汽化吸热来实现制冷的。因此，它与蒸气压缩式制冷有类似之处，所不同的是两者实现把热量由低温处转移到高温处所用的补偿方法不同，蒸气压缩式制冷用机械功补偿，而吸收式制冷用热能来补偿。吸收式制冷机中所用的工质是由两种沸点不同的物质组成的二元混合物(溶液)。低沸点的物质是制冷剂，高沸点的物质是吸收剂。吸收式制冷机中有两个循环—制冷剂循环和溶液循环。8.1吸收式制冷机二、吸收式制冷机的工作原理制冷剂循环：由发生器G出来的制冷剂蒸气(可能含有少量的吸收剂蒸气)在冷凝器C中冷凝成高压液体，同时释放出冷凝热量。高压液体经膨胀阀EV节流到蒸发压力．进入蒸发器E中。低压制冷剂液体在蒸发器中蒸发成低压蒸气，并同时从外界吸取热量(实现制冷)。低压制冷剂蒸气进入吸收器A中，而后由吸收器、发生器组成的溶液循环将低压制冷剂蒸气转变成高压蒸气。二、吸收式制冷机的工作原理溶液循环：在吸收器中，由发生器来的稀溶液(若溶液的浓度以制冷剂的含量计)吸收蒸发器来的制冷剂蒸气，而成为浓溶液，吸收过程释放出的热量用冷却水带走。由吸收器出来的浓溶液经溶液泵P提高压力，并输送到发生器G中。在发生器中，利用外热源对浓溶液加热。其中低沸点的制冷剂蒸气被蒸发出来(可能有少量吸收剂蒸气同时被蒸发出来)，而浓镕液成为稀镕液。从发生器出来的高压稀溶液经膨胀阀EV节流到蒸发压力，而又回到吸收器中。溶液由吸收器—发生器—吸收器的循环实现了将低压制冷剂蒸气转变为高压制冷剂蒸气。二、吸收式制冷与压缩式制冷相比的特点：(1)可以利用各种热能驱动(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(5)热力系数COP低于压缩式制冷循环三、吸收式制冷机热力系数吸收式制冷机的效率常用热力系数衡量热力系数定义：/egQQ热力系数计算：设一台理想的吸收式制冷机，在高温热源(温度为Tg)、低温热源(即被冷却物，温度为Te)、环境热源(温度为Ts)间进行工作。制冷机与三个热源之间的关系是：蒸发器从低温热源中吸取热量Qe；冷凝器、吸收器向环境热源分别放出热量Qc和Qa，即向环境放出的总热量Qs=Qc+Qa；发生器从高温热源中吸取热量Qg；另外，泵消耗功Wp。根据热力学第一定律有：segpQQQW由于泵消耗的功相对于其他几项热量来说很小，可以忽略不计，即segQQQQeQcQgQaWp三、吸收式制冷机热力系数在由三个热源和吸收式制冷机所组成的孤立系统中，制冷机工作的结果使系统熵增大于等于零。即：0gseissegQQQSTTT0eggesegQQQQTTTgssegegeTTTTQQTT则egseggseTTTQQTTT上式说明，理想的吸收式制冷机的热力系数等于逆卡诺循环的制冷系数与卡诺循环的热效率的乘积。另外还可看到，热力系数将随着Tg、Te的升高或Ts的降低而增加。QeQcQgQa溴化锂水溶液是溴化锂溶解于水中所形成的溶液。溴化锂是无色结晶物，化学稳定性好，在大气中不变质、不分解和不挥发，溴化锂无毒。溴化锂的分子量为86．856，溶点549℃，沸点1265℃。溴化锂水溶液是无色液体，有咸味。溴化锂水溶液的主要特性１．溶解度２．吸收能力３．溴化锂与水的沸点相差大４．腐蚀性５．毒性四、溴化理水溶液的特性1.溶解度:溴化锂在水中的溶解度是指100g饱和溶液中所含无水溴化锂的克数。右图给出了溴化锂溶解度曲线。图中左边是析冰线，右边是结晶线，曲线上的任一点表示溶液处于饱和状态。从图上可以看到，在0℃以上，溴化理极易溶于水，溶解度可达55％。当＞37％时，溴化锂在水中的溶解度将随着温度的升高而增加。而且溴化锂的结晶线很陡，即浓度略有变化，结晶温度相差很大。在＞65％时，情况尤为突出，这时溶液中水蒸发而浓度稍变大，就有结晶的危险。因此，为防止溴化锂吸收式制冷机中出现结晶，溴化锂水溶液的浓度一般不大于65％。四、溴化理水溶液的特性2．吸收能力溴化锂水溶液的水蒸气分压力很小。例如，58％的溴化锂水溶液。当溶液温度为32℃时，溶液的水蒸气分压力为479.９６Pa，而纯水在32℃时的饱和蒸气压力为4759.6Pa，前者仅为后者的1／10。溶液的水蒸气分压力小，表明水分子从溶液中逃逸能力小。换句话说，表明水分子容易进人溶液中，即对水蒸气的吸收能力强。溴化锂水溶液的浓度越高，温度愈低，它对水蒸气的吸收能力就愈强。3．溴化锂与水的沸点相差大1大气压下，水的沸点为100℃，而溴化锂的沸点为l265℃，两者相差1165℃。因此，溶液沸腾时，产生的蒸气几乎全是水的成分，而无溴化锂成分。这样，在溴化锂吸收式制冷机中，无需设分离蒸气中吸收剂的精馏装置。4．腐蚀性溴化锂水溶液对一放金属(如碳钢、紫铜)具有强烈的腐蚀性。在有空气(氧气)存在时腐蚀更为严重。因此，溴化锂吸收式制冷机在实际运行中，应严格保持系统内的真空度，此外．应在镕液中添加缓蚀剂，以减缓腐蚀。5．毒性溴化锂水溶液无毒，有镇静作用。但大量服用也是有害的。当溶液中加入缓蚀剂后，则视缓蚀剂的种类而有不同程度的毒性。溴化锂水溶液对皮肤也无刺激作用，沾在皮肤上则有微痒感。溅人眼中，则应请医生诊治。四、溴化理水溶液的特性溴化锂溶入水中后，就改变了水的饱和状态下压力和温度的关系，而且在同一压力下所对应的饱和温度将随着溴化捏浓度的变化而变化。也就是说，溴化锂水溶液在饱和状态下，温度不只与压力有关，而且与浓度有关，即温度是压力和浓度的函数(,tfp。这种关系可以用ｐ－ｔ图来表示。图中左侧第一条斜线是纯水的压力和饱和湿度的关系；对应一浓度，就有一条压力与饱和温度关系的斜线，并随着浓度的增加，斜线依次向右排列。从图上不难看到，在同一压力下，随着浓度的增加，相对应的饱和温度将增加；或是说，在同一温度下，随着浓度的增加，相对应的饱和压力将降低。图的右下角的折线是结晶线，不难看到，溶液的溶解度随着溶液温度的降低而减小。五、溴化理水溶液的压力-饱和温度溴化锂水溶液的h描述了溴化锂水溶液的压力、温度、浓度和比焓这四个参数之间的关系。图上的纵座标为比焓ｈ，横座标为浓度。全图分成两部分；下面是液相区的图线，其中虚线为等温线，实线为等压线；上面是溶液相平衡的水蒸气等压辅助曲线。利用h图，我们只要知道饱和溶液的ｐ、ｔ、ｈ、中的任意两个参数，就可以确定出其他两个参数。例如，若已知饱和溶液的浓度1温度ｔ１，就可以在h图上找到相应的等浓度线和等温线，它们的交点l即为该饱和液体的状态点。由此可以求得该饱和溶液的其他两个参数，ｐ１和ｈ1。通过1点作垂直线．与相应的辅助等压线ｐ１交于点1′再由点1′作水平线与纵座标轴相交，即可得到与溶液相平衡的水蒸气的比焓1h五、溴化理水溶液的比焓-浓度温度还必须指出，液相区不但可以表示溶液的饱和伏态，而且可以表示溶液的过冷或湿蒸气状态。例如状态点l的溶液、温度、浓度、比焓还是原来的值111,,th，当该状态的压力21pp，虽然状态点的位置未变，但它表示的已是另一种状态－过冷热状态；当该状态的压力21pp，则表示是蒸气状态。五、溴化理水溶液的比焓-浓度温度一、溴化锂吸收式制冷机的工作原理溴化锂吸收式制冷机是靠水在低压下不断汽化而产生制冷效应。１．最简单的利用溴化锂浓溶液的吸收作用实现制冷的装置把两容器内的空气抽尽量维持一定真空度。由于吸收器A中溴化锂浓溶液强烈的吸收水蒸气的作用，不断吸收蒸发器E中的水蒸气，从而促使水不断蒸发，即产生吸热的制冷效应。但是，这个装置随着演化理溶液吸收水汽而逐渐变稀，吸收能力逐渐下降，制冷能力也逐渐减小，以至不能制冷。同时，蒸发器中水不断蒸发而逐渐减少，也无法维持连续不断的制冷。8.2溴化理吸收式制冷机的工作原理２．改进后的装置在蒸发器中不断补水，以补充蒸发掉的水。为了提高蒸发器的换热能力及减少液柱对蒸发温度的影响，在蒸发器中设置盘管和冷剂水泵，将水喷淋在盘管上。盘管内通以需要冷却的空调用冷冻水。同时，在吸收器中不断补充溴化锂浓溶液，诽走吸收水汽后变稀了的溶液。从而维持了这个装置连续运行。为了增强吸收作用，将溶液喷淋在管簇上。管簇内通以冷却水，带走吸收过程放出的热量。虽然这种装置可连续运行了，但不断消耗溴化锂水溶液和水，显然是不经济的。为此需将溶液再生利用。8.2溴化理吸收式制冷机的工作原理３．溶液进行循环、制冷剂水(筒称冷剂水)也进行循环的溴化锂吸收式制冷机在这个系统中增设了发生器G和冷凝器C。在发生器中设有加热盘管，通以表压为0.1MPa左右的工作蒸气或120℃左右的高温水，加热稀溶液，使之沸腾，产生水蒸气，而溶液变为浓溶液。浓溶液经节流后再返回吸收器；吸收器中的稀溶液经溶液泵压送到发生器中。为了减少吸收器的排出热量和发生器的耗热量并提高吸收式制冷机的热效率，系统中设有溶液热交换器，使稀溶液和浓溶液进行热交换，稀溶液被预热，浓溶液被冷却。发生器中产生的冷剂水蒸气在冷凝器中冷凝成冷却水，再经Ｕ形管进入蒸发器中。Ｕ形管起冷剂水的节流作用。冷凝器与蒸发器间的压差很小。8.2溴化理吸收式制冷机的工作原理图8—6(c)所示的溴化锂吸收式制冷机的流程只有一个发生器，称为单效溴化锂吸收式制冷机。为提高所使用的工作蒸气的压力或高温水的温度，在系统中增设一高压发生器，即有两个发生器，这种溴化锂吸收式制冷机称为双效溴化锂吸收式制冷机。8.2溴化理吸收式制冷机的工作原理溴化理吸收式制冷的理论循环的含意是指工作过程中工质流动没有压力损失。所有设备及管路与周围空气不发生热量交换，发生过程和吸收过程终了的溶液均达到稳定状态。图8-7给出了溴化理吸收式制冷循环在h-ξ图上的表示。图中pc为冷凝压力，也是发生器中的压力；pe为蒸发压力，也是吸收器中的压力。ξw为吸收器出口稀溶液浓度点为发生器出口的浓溶液浓度。在h-ξ图上由两条等压线(pc、pe)和两条等浓度线(ξw、ξs)组成的四边形即为溶液循环的状态变化过程。二、溴化理吸收式制冷机理论循环在h-ξ图上的表示1.稀溶液的加压和预热过程由吸收器出来的稀溶液(点1)压力为pe，浓度为ξw，温度为t1。经泵加压后，压力升高到pc，溶液状态由点1→点2，此时，浓度不变，温度t2≈t1，因此，点2与点1基本上是重合的。这两状态点的区别在于点l是压力pe下的饱和液体，点2是压力pc下的过冷液体。点2状态的溶液经溶液热交换器被预热，点2→点3。2．发生器中的蒸气发生过程稀溶液(点3)进入发生器后，先从过冷状态加热到饱和状态(过程3—3’)，此时浓度不变，温度由t3升高到t´3；而后继续被加热，稀溶液在压力pc下沸腾汽化，其中冷剂水被蒸发出来，溶液浓度变浓，温度也逐渐升高。点4是发生过程的终了状态，此时温度为t4,浓度为ξs。二、溴化理吸收式制冷机理论循环在h-ξ图上的表示3．浓溶液的冷却与节流过程由发生器出来的浓溶液(点4)在溶液热交换器中被冷却到点5，温度由t4降到t5。点5是压力pc下的过冷液体。5→6是浓溶液的节流过程，浓度不变，焓始值不变，则点6与点5重合。此时点6是压力pe下的湿蒸汽状态。4．吸收器中的吸收过程状态6的浓溶液进入吸收器中，在等压下与蒸发器来的冷剂水蒸气混合，浓溶液吸收水蒸气并放出热量，最后达到状态1点。这个过程可以看成溶液由6冷却到饱和状态6´，再进一步冷却并吸收水蒸气达到l点。二、溴化理吸收式制冷机理论循环在h-ξ图上的表示溴化锂吸收式制冷循环中的冷剂水经历了以下三个边程。1．冷凝过程发生器蒸发出来的蒸气应该是发生过程3´-4所产生蒸气的混合物。我们看成是3´-4过程平均状态的蒸气(即状态点7)。由于产生的是纯水蒸气，故位于ξ=0的纵座标轴上。该蒸气进入冷凝器后，在压力pc下冷凝成饱和水(点8)，同时放出冷凝热量。过程7—8即是冷剂水蒸气在冷凝器中的冷凝过程。三、溴化理吸收式制冷机循环过程2．节流过程压力为pc的饱和水(点8)经U形管节流后，压力降到pe，焓值不变，故节流后的状态点9与8重合。但状态9是在压力pe下的湿蒸