吸收式制冷原理（888）.ppt

第五章,溴化锂吸收式制冷循环 Absorption Refrigeration,1,制冷技术,吸收式制冷目前在日本、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，吸收式制冷正在制冷空调中发挥重要作用。 充分利用余热的冷热电联产系统将使得吸收式制冷必不可少； 广泛的燃气供应，以及夏季燃气低谷和用电高峰，可以使得燃气直燃式吸收式空调得到更广泛的应用。 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。,前言,2,制冷技术,第一节,吸收式制冷的基本原理,3,制冷技术,气体制冷剂回复到液体状态,制冷剂蒸发,吸收热量制冷,（利用吸收方式）,基本原理,4,制冷技术,基本原理,吸收式制冷利用溶液在一定条件下能析出低沸点组分的蒸气，在另一种条件下又能吸收低沸点组分这一特性完成制冷循环。 目前吸收式制冷机多用二元溶液，习惯上称低沸点组分为制冷剂，高沸点组分为吸收剂。,5,制冷技术,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,6,制冷技术,基本原理,整个系统包括两个回路： 制冷剂回路 溶液回路,吸收式制冷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。,7,制冷技术,基本原理,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6.58kPa，因而采用U型管、节流短管或节流小孔即可。,8,制冷技术,基本原理,发生器 generator 吸收式制冷机中，通过加热析出制冷剂的设备。 吸收器 absorber 吸收式制冷机中，通过浓溶液吸收剂在其中喷雾以吸收来自蒸发器的制冷剂蒸气的设备。,9,制冷技术,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U形管进入蒸发器，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。,10,制冷技术,压缩式与吸收式制冷的异同,高压制冷剂蒸气在冷凝器中冷凝后，经节流元件节流，温度和压力降低，低温、低压液体在蒸发器内汽化，实现制冷。,共同点,11,制冷技术,压缩式与吸收式制冷的异同,消耗的能量不同 蒸发压缩式制冷机消耗机械功，吸收式制冷机消耗的是热能。 吸收制冷剂蒸气的方式不同 利用液体蒸发连续不断地制冷时，需不断地在蒸发器内产生蒸气。蒸气压缩式用压缩机A吸收此蒸气，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、发生器和节流阀完成。 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,12,制冷技术,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,13,制冷技术,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区分，可分为水类、氨类、乙醇类和氟里昂类。,14,制冷技术,吸收式制冷的特点,(1)可以利用各种热能（蒸气、废热、余热、燃油、燃气等）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。,15,制冷技术,热力系数,评价指标：吸收式制冷机所消耗的能量主要是热能，常以热力系数 作为其经济性评价指标。 热力系数 是吸收式制冷机所制取的制冷量QO与消耗的热量Qh之比：,16,制冷技术,最大热力系数,因此，最大热力系数为：,逆卡诺循环的制冷系数,卡诺循环的热效率,17,制冷技术,热力完善度,热力系数与最大热力系数之比，称为 热力完善度。,18,制冷技术,最大热力系数,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，二者的理想最大热力系数是相同的。 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进行比较。,可逆吸收式制冷循环,19,制冷技术,第二节,吸收式制冷机的 溶液热力学基础,20,制冷技术,两种互相不起化学作用的物质组成的均匀混合物称为二元溶液。 吸收式制冷工质对是一种二元溶液,其质量分数 是以溶液中溶质的质量百分数表示的。,二元溶液的质量分数,溴化锂水溶液的质量百分数：,21,制冷技术,二元溶液的摩尔分数 是以溶液中溶质的摩尔百分数表示的。,二元溶液的摩尔分数,溴化锂水溶液的摩尔分数：,22,制冷技术,拉乌尔定律：在一定温度下，理想溶液任一组分的蒸气分压等于其纯组分的饱和蒸气压乘以该组分在液相中的摩尔分数。,气液相平衡,，,对于二元溶液，总饱和蒸气压等于两组分的蒸气压之和：,（ ）,23,制冷技术,气液相平衡,对于溴化锂水溶液，由于溴化锂的沸点比水高 得多，因此：,即气相中只有水蒸气。,24,制冷技术,混合现象,两种液体混合时容积和温度的变化,25,制冷技术,混合现象,混合热：每生成1kg混合物所需要加入或排出的热 量，称为混合物的混合热 。,两种液体混合前的比焓：,混合后的比焓：,26,制冷技术,二元溶液的温度浓度图,封闭容器内二元溶液的定压气化,27,制冷技术,二元溶液在不同压力下的温度-浓度图,二元溶液在不同压力下的温度-浓度关系,28,制冷技术,封闭容器内二元气态溶液的定压冷凝,二元溶液的温度浓度图,29,制冷技术,二元溶液的的特性（小结）,纯物质在一定压力下只有一个饱和温度，其定压气化或冷凝过程是定温过程。而二元溶液在一定压力下的饱和温度却与浓度有关。随着溶液的气化，剩余液体中低沸点物质含量的减少，其温度将逐渐升高。所以，二元溶液的定压气化过程是升温过程。同理，二元气态溶液的定压冷凝过程则是降温过程。 湿蒸气中饱和液与饱和气的温度相同而浓度不同，饱和液的浓度低于湿蒸气的浓度，饱和气的浓度高于湿蒸气的浓度。 对于一定浓度的二元溶液，其饱和温度随压力的增加而上升。 纯物质的饱和液或饱和气状态点只需压力或温度二者中一个参数即可确定，而二元溶液的饱和液或饱和气状态点必须由压力、温度、浓度中任意两个参数确定（p-t图）。,30,制冷技术,溶解和结晶,0以上，溴化锂极易溶于水，0时饱和浓度为55；溴化锂在水中的溶解度随温度的降低而降低，溶液的浓度不宜超过66，否则运行中，当溶液温度降低时，将有溴化锂结晶析出的危险性，破坏循环的正常运行。 溴化锂的结晶线很陡峭，浓度略有变化，结晶温度相差很大 。,溴化锂水溶液的特性,31,制冷技术,溴化锂结晶线,32,制冷技术,吸收能力,溴化锂水溶液的水蒸气分压比同温度下纯水的饱和蒸汽压小得多，故在相同压力下，溴化锂水溶液具有吸收温度比它低得多的水蒸气的能力，这是溴化锂水溶液能作为吸收式制冷工质对的原因。 如浓度为58的溴化锂水溶液在温度为32时，溶液水蒸气分压力为479Pa，纯水在32时为4759Pa； 溴化锂水溶液浓度越高，它对水蒸气的吸收能力越强。,溴化锂水溶液的特性,33,制冷技术,一个大气压下： 水的沸点 100 溴化锂的沸点 1265,溴化锂与水的沸点,溴化锂水溶液的特性,由于溴化锂的沸点比水高得多，溴化锂水溶液在发生器中沸腾时只有水汽化，生成纯冷剂水，故不需要蒸汽精馏设备，系统较为简单，热力系数较高。,34,制冷技术,腐蚀性,对一般金属（炭钢、紫铜等）有强腐蚀性，有空气（氧气）存在时腐蚀性更为严重。 运行时控制腐蚀方法： 严格保持系统内的真空度（真空泵）； 在溶液在加缓蚀剂减缓腐蚀。,溴化锂水溶液的特性,35,制冷技术,毒性,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（微痒感）； 加入缓蚀剂后视缓蚀剂的种类有不同的毒性。,溴化锂水溶液的特性,36,制冷技术,溴化锂水溶液的压力-饱和温度图（P-T）图,37,制冷技术,溴化锂水溶液的压力-饱和温度图（P-T）图,温度越低，溴化锂水溶液的饱和浓度也越低。因此，溴化锂水溶液的浓度过高或温度过低时均易于形成结晶，这是溴化锂吸收式制冷机设计和运行中必须注意的问题。 在一定温度下，溶液面上水蒸气饱和分压力低于纯水的饱和分压力，而且溶液的浓度越高，液面上水蒸气饱和分压力越低，则溶液的吸水性越强。 相同压力时，随着浓度的升高；对应的溶液饱和温度上升,38,制冷技术,溴化锂水溶液的压力-饱和温度图（P-T）图,P-T图除了可以用来确定溶液的状态参数外，还常被用来表示溴化锂水溶液热力状态的变化及溴化锂吸收式制冷的工作循环过程。,39,制冷技术,A B:溶液在发生器中的等压加热浓缩过程，称为发生过程 C D:溶液在吸收器中的等压冷却稀释过程，称为吸收过程 B C:浓溶液在热交换器中的冷却过程； D A:稀溶液在热交换器中的加热过程；,溴化锂水溶液的压力-饱和温度图（P-t）图,这两个过程因为没有发生传质现象，因此溶液的浓度不变。,P-T图由于没有反映比焓的变化，因此不能用P-T图进行吸收式制冷循环的热力计算。为了进行热力计算，常用比焓浓度图（h- ） 。,40,制冷技术,溴 化 锂 水 溶 液 的 比 焓 浓 度 图,比焓-浓度图不但可以求得溶液的状态参数，还可以将溶液的热力过程清楚地表示出来，是进行吸收式制冷循环的理论分析，热力计算和运行特性分析的主要图表。 其用途相当于蒸气压缩制冷中的压焓图。,气相区,液相区,41,制冷技术,溴 化 锂 水 溶 液 的 比 焓 浓 度 图,四个参数： 温度 浓度 水蒸气压 比焓 只要知道任意2个，就可以查出另外2个 注意：等压线反映的是溶液所具有的水蒸气压，而不是溶液的压力。只有处于相平衡时，溶液的压力才等于其水蒸气压。,42,制冷技术,第三节,溴化锂吸收式制冷机,43,制冷技术,图5-1 单筒单效蒸汽型溴化锂冷水机组 1冷凝器 2发生器 3蒸发器 4吸收器 5溶液热交换器 6溶液泵I 7冷剂泵 8溶液泵II,44,制冷技术,图5-2双筒单效溴化锂吸收式制冷机的典型结构,45,制冷技术,结构型式,单筒类型,双筒类型,三筒类型,图5-1为一种单筒型单效溴化锂冷水机组,46,制冷技术,理想循环在h-w图上的表示,点2：稀溶液出吸收器的状态。t2、wa 2-7：稀溶液。t 、w=C 7-5：稀溶液在发生器中的等浓度加热过程。t7t5 5-4：发生器内蒸汽发生过程。t5t4,wawr 点4：发生器出口浓溶液状态， wr, t4 4-8：浓溶液在热交换器中的预冷过程，t4t8 ， wr=C 8-9：浓溶液与稀溶液的混合过程。wo,t9 9-9：混合溶液出吸收器喷嘴的闪发过程,wo w9 9-2：喷淋液在吸收器的吸收过程,w,t 3-3：发生器产生的蒸汽在冷凝器的冷凝过程。压力pk 3-1:冷剂水经U形管产生部分闪发（1），未闪发冷剂水（1）进蒸发器被吸收器中喷淋的混合溶液吸收。完成一个制冷循环。,47,制冷技术,图5-2溴化锂吸收式制冷的h-w图（右图为溶液在h-w图上的循环）,(1) 理想溴化锂制冷循环,48,制冷技术,循环倍率和放气范围,系统中每产生1kg制冷剂所需要的制冷剂-吸收剂溶液的kg数，称为溶液的循环倍率，用a表示。对发生器进行溶质守恒计算：,放气范围，表示浓溶液与稀溶液的浓度差,wa.qmf =(qmf - qmd)wr+0.qmd 令 a =qmf/qmd 解出a=wr/wr-wa,49,制冷技术,PgPk，两者之差是发生器与冷凝器之间的压力损失。当加热温度不变时，等温线55不变，如图5-3。,由于发生器的压力由Pk到Pg，本来在5点可以沸腾的稀溶液在5，点才开始沸腾，降低了开始发生蒸汽的浓度，由wa为wa 。由于w使溶液的含水量增加，从而使逸出溶液的水量减少，制冷剂流量qmd，造成制冷量，（waw a）称发生不足。另一方面在加热温度不变的情况下，由于压力由Pk到Pg，溶液的饱和压力（温度）也，溶液产生蒸汽的过热度，这也使蒸汽的蒸发量，制冷量。,(2)实际循环与理想循环的比较,50,制冷技术,从图上也可以看到5点的水蒸汽焓比5点的水蒸汽焓大，即h5”h5a，可知由于发生不足生产水蒸气会增加能耗，热力系数，所以在设计中要尽量减少发生器与冷凝器之间的压差。,图5-3 压力变化对制冷量的影响,51,制冷技术,在理想情况下蒸发器压力pa与吸收器压力Pa相同，实际上paPa ，当冷却水温不变时（溶液的蒸汽压不变），如图5-3其溶液吸收终了的浓度增加wr wr wr -wr 称吸收器吸收不足。从热力学的观点看，吸收器中的压力降低有利于蒸发而不利于吸收（凝结），吸收水蒸汽的量减少，一方面使溶液的质量分数增加，这和图上是一致的。另一方面使制冷剂流量qmd ，造成制冷量 ，热力系数 。 除了上述两种情况外，还有传热不充分，不凝性气体的存在，混合液没有达到平衡状态，传热热阻变化等都影响吸收式制冷机的制冷量。,52,制冷技术,从目前吸收式系统制冷剂和吸收剂看，对几个热量项可以概括如下：,k,0,a,g,理想单效吸收式制冷循环的热力系数估算,53,制冷技术,对于大多数吸收工质对有以下关系式成立:,3,.,1,2,.,1,k,a,),(,2,.,1,0,k,a,g,T,T,T,T,-,-,理想单效吸收式制冷循环的热力系数估算,8,.,0,a,k,ideal,54,制冷技术,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，确保机组处于最佳运行状态。 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，应选择直燃机或蒸汽双效制冷机，其COP在1.31以上。,单效溴化锂吸收式机组的特征,55,制冷技术,直燃吸收式溴化锂冷温 水机，我们称之为“直燃 机”，是直接燃烧天然气、 煤气、液化石油气， 柴油作能源，以水/溴 化锂作介质的冷热源设 备。由于直燃机不以电 为能源（只需极少的电 作循环辅助动力），并 具有制冷、采暖、卫生 热水功能，可以大幅度 削减电力投资和供热设 备投资。在电空调广泛 采用的国家和地区，直 燃机更能削减夏季峰值 电力、填补夏季燃气低 谷的综合经济效益，对 于电力行业及燃烧行业 健康发展都具有举足轻 重的影响。,世界首台直燃机1968年在日本诞生，从1980 年起成为日本、韩国等国的主要空调设备， 占有该国中央空调市场80%以上的份额。远大1992年 开发成功中国首台直燃机，1996年成为全球直燃机 产销量最大的企业，至2002年已出口20余个国家， 在中、美等国市场占有率为同行之首。,56,制冷技术,57,制冷技术,单效蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组循环流程的溶液回路包括下列过程：,（1）稀溶液经溶液热交换器的加 热升温过程 （2）稀溶液在发生器中的发生过 程 （3）浓溶液经溶液热交换器的冷 却降温过程 （4）浓溶液和稀溶液在进入吸收 器之前的混合过程 （5）混合溶液在吸收器中的吸收 过程,58,制冷技术,单效蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组循环流程的制冷剂回路包括下列过程：,（1）冷剂蒸汽在冷凝器中的冷凝过程,（2）冷剂水在蒸发器中的蒸发过程,59,制冷技术,吸收式机组的应用系统,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,吸收式制冷的系统构成,60,制冷技术,溴化锂吸收式制冷机的主要附加措施,防腐蚀问题； 抽气装置； 防结晶问题； 制冷量的调节。,61,制冷技术,吸收式热泵,吸收式制冷机可以作为热泵使用，它可以回收废热水的热量，制取高温水，用于采暖等场合。,吸收式热泵有两种形式,第一类吸收式热泵,第二类吸收式热泵,62,制冷技术,吸收式热泵,第一类吸收式热泵 利用高温热源，把低温热源的热能提高到中温的热泵系统，它是同时利用吸收热和冷凝热以制取中温热水的吸收式制冷机。这种热泵以增加热量为目的，故又称为增热型吸收式热泵。,低温热源,驱动热源,输出热源,63,制冷技术,吸收式热泵,第二类吸收式热泵 利用中温废热和发生器形成驱动热源系统，同时还利用中温废热和蒸发器构成热源系统，在吸收器中制取温度高于中温废热的热水的热泵系统。这种热泵以升温为目的，故又称为热变换器。,驱动热源,输出热源,驱动热源,低温冷却水,64,制冷技术,吸收式热泵,第二类吸收式热泵 由于冷凝压力低于蒸发压力，所以，需由溶液泵P将浓溶液从发生器送至吸收器，而冷剂水需用冷剂水泵P 将其从冷凝器送至蒸发器。 当有510的低温水(如冬季)作为冷却水时，这种机型可利用较低温度(如70 )的中温废热水作发生器和蒸发器的热源，使较高温度的水在吸收器内升温(95100 )，其热力系数约0.5。冷凝器中的冷却水温度越低，所得到的高温水温度越高。,低温冷却水,65,制冷技术,第四节,双效溴化锂吸收式制冷机,66,制冷技术,动画串联双效溴化锂流程.swf,5.4.1 串联式,67,制冷技术,点2：稀溶液出吸收器的状态。 t2、wa 、pa 2-7-10：稀溶液在低温和高温热交换器中的预热过程。t2t7t10 、w=C 10-11：稀溶液在高压发生器中的等浓度加热过程。t10饱和温度t11 11-12：高压发生器内蒸汽发生过程。t11 t12, wa wo 12-5：wo溶液状态在高温热交换器中的预冷过程， wo, t5经节流后进入低压发生器，压力为pk,68,制冷技术,5-4：低压发生器中的发生过程。 t5t4 ，wowr 4-8：低发出口浓溶液在低温热交换器中的预冷过程，t4t8 ， wr=C 8-9：浓溶液与稀溶液的混合过程。w9 t9 9-9：混合溶液出吸收器喷嘴的闪发过程,wo w9 9-2：喷淋液在吸收器的吸收过程,w,t t2、wa 3c:高发产生的制冷剂蒸汽；压力为pr 3c-3b:蒸汽在低发内凝结而加热溶液，变成下pr饱和水 经节流后与低发产生的3状态的蒸汽一起进入冷凝器， 凝结成为点3状态的制冷剂饱和水，压力pk 3-3：发生器产生的蒸汽在冷凝器的冷凝过程。压力pk 3-1-1a：冷剂水经节流产生部分闪发（1），未闪发冷剂 水1进蒸发器吸热汽化为1a状态的蒸汽，被吸收器中喷淋的混合溶液吸收。完成一个制冷循环。,69,制冷技术,并联式双效溴化锂吸收式制冷机原理图,5.4.2 并联式,70,制冷技术,并联式双效溴化锂吸收式制冷机h-w图,71,制冷技术,第五节 三效和多效溴化锂吸收式制冷循环,三效溴化锂吸收式制冷机使用的加热热源温度高，其热量可以按温度不同进行梯度利用，即达到了节能的目的，也提高了热力系数，热力系数可达1.6以上。具有高温热源的场合，应尽量采用三效溴化锂制冷循环。在此基础上，如果有更高的热源，可以推广到多效溴化锂制冷循环，以获得更大的热力系数。,72,制冷技术,串联三效 溴化锂吸 收式制冷机原理图,73,制冷技术,三效溴化锂吸收式制冷机的h-w图,74,