溴化锂吸收式制冷原理.docx

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溴化锂吸收式制冷原理

溴化锂吸收式制冷原理

溴化锂吸收式制冷机以水为制冷剂，溴化锂水溶液为吸收剂，制取0℃以上的低温水，多用于空调系统。

溴化锂的性质与食盐相似，属盐类。

它的沸点为1265℃，故在一般的高温下对溴化锂水溶液加热时，可以认为仅产生水蒸气，整个系统中没有精馏设备，因而系统更加简单。

溴化锂具有极强的吸水性，但溴化锂在水中的溶解度是随温度的降低而降低的，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，这是溴化锂吸收式制冷机的机理之一。

溴化锂吸收式制冷原理同蒸汽压缩式制冷原理有相同之处，都是利用液态制冷剂在低温、低压条件下，蒸发、气化吸收载冷剂（冷水）的热负荷，产生制冷效应。

所不同的是，溴化锂吸收式制冷是利用“溴化锂一水”组成的二元溶液为工质对，完成制冷循环的。

　　在溴化锂吸收式制冷机循环的二元工质对中，水是制冷剂。

在真空（绝对压力：

870Pa）状态下蒸发，具有较低的蒸发温度（5℃），从而吸收载冷剂热负荷，使之温度降低，源源不断地输出低温冷水。

工质对中溴化锂水溶液则是吸收剂，可在常温和低温下强烈地吸收水蒸气，但在高温下又能将其吸收的水分释放出来。

制冷剂在二元溶液工质对中，不断地被吸收或释放出来。

吸收与释放周而复始，不断循环，因此，蒸发制冷循环也连续不断。

制冷过程所需的热能可为蒸汽，也可利用废热，废汽，以及地下热水（75'C以上）。

在燃油或天然气充足的地方，还可采用直燃型溴化锂吸收式制冷机制取低温水。

这些特征充分表现出溴化锂吸收式制冷机良好的经济性能，促进了溴化锂吸收式制冷机的发展。

　　因为溴化锂吸收式制冷机的制冷剂是水，制冷温度只能在o℃以上，一般不低于5℃，故溴化锂吸收式制冷机多用于空气调节工程作低温冷源，特别适用于大、中型空调工程中使用。

溴化锂吸收式制冷机在某些生产工艺中也可用作低温冷却水。

　　第一节吸收式制冷的基本原理

　　一、吸收式制冷机基本工作原理

　　从热力学原理知道，任何液体工质在由液态向气态转化过程必然向周围吸收热量。

在汽化时会吸收汽化热。

水在一定压力下汽化，而又必然是相应的温度。

而且汽化压力愈低，汽化温度也愈低。

如一个大气压下水的汽化温度为100~C，而在o．05大气压时汽化温度为33℃等。

如果我们能创造一个压力很低的条件，让水在这个压力条件下汽化吸热，就可以得到相应的低温。

　　一定温度和浓度的溴化锂溶液的饱和压力比同温度的水的饱和蒸汽压力低得多。

由于溴化锂溶液和水之间存在蒸汽压力差，溴化锂溶液即吸收水的蒸汽，使水的蒸汽压力降低，水则进一步蒸发并吸收热量，而使本身的温度降低到对应的较低蒸汽压力的蒸发温度，从而实现制冷。

　　蒸汽压缩式制冷机的工作循环由压缩、冷凝、节流、蒸发四个基本过程组成。

吸收式制冷机的基本工作过程实际上也是这四个过程，不过在压缩过程中，蒸汽不是利用压缩机的机械压缩，而是使用另一种方法完成的。

如图2—1所示，由蒸发器出来的低压制冷剂蒸汽先进人吸收器，成在吸收器中用一种液态吸收剂来吸收，以维持蒸发器的低压，在吸收的过程中要放出大量的溶解热。

热量由管冷却水或其他冷却介质带走，然后用溶液泵将这一由吸收剂与制冷剂混合而成的溶液送人发生器。

溶液在发生器中被管蒸汽或其他热源加热，提高了温度，制冷剂蒸汽又重新蒸发析出。

此时，压力显然比吸收器中的压力高，成为高压蒸汽进入冷凝器冷凝。

冷凝液经节流减压后进入蒸发器进行蒸发吸热，而冷（媒）水（或称冷冻水）降温实现了制冷。

发生器中剩下的吸收剂又回到吸收器，继续循环。

由上可知吸收式制冷机是以发生器、吸收器、溶液泵代替了压缩机。

　　吸收剂仅在发生器、吸收器、溶液泵、减压阀中循环，并不到冷凝器、节流阀、蒸发器中去。

而冷凝器、蒸发器、节流阀中则与蒸汽压缩式制冷机一样，只有制冷剂存在。

　　二、吸收式制冷机的工质及其基本热力性质

　　吸收式制冷机的工质与压缩式制冷机不同，它有两种工质，即制冷剂和吸收剂，我们通常称为工质对。

如水一溴化锂（H：

O—LiBr）、氨一水（NH3一H：

O）。

在吸收器和发生器它们组成了溶液。

因而吸收式制冷剂的工作原理还与溶液的特性有关。

　　现在我们进一步讨论吸收器、发生器工质的吸收和解析过程：

　　图2—2表示容器A为纯水，月为溴化锂水溶液。

若两容器的液体都处于相同温度下蒸发，由于两种不同分子间的吸引力不同，形成的蒸汽压力也不相同，容器A中的蒸汽压PA小于容器月中的蒸汽压几。

若将通道阀门打开使两容器相通，则容器A中的水分子就逐渐向容器月中扩散，最后进入溴化锂溶液中。

由此可知，溴化锂溶液所以会吸收水蒸气是因为它们的蒸汽压不相同，两者的蒸汽压相差越大，吸收的能力就越强。

同时也以知道，作为吸收剂的工质，它的蒸汽压必须比制　　冷剂的小，其沸点也就必须比制冷剂的高。

　　作为吸收剂的溶液其饱和蒸汽压的大小必须由溶液的温度和浓度来确定。

也就是说，只有在温度和浓度都已确定的情况下，饱和蒸汽压才有定值。

这与单工质不相同，对于单工质来说，如果已知其温度，则其饱和蒸汽压力也就随之而定了。

溴化锂吸收式制冷机原理

工作原理与循环

溶液的蒸气压力是对平衡状态而言的。

如果蒸气压力为0.85kPa的溴化锂溶液与具有1kPa压力（7℃）的水蒸气接触，蒸气和液体不处于平衡状态，此时溶液具有吸收水蒸气的能力，直到水蒸气的压力降低到稍高于0.85kPa（例如：

0.87kPa）为止。

图1吸收制冷的原理

0.87kPa和0.85kPa之间的压差用于克服连接管道中的流动阻力以及由于过程偏离平衡状态而产生的压差，如图1所示。

水在5℃下蒸发时，就可能从较高温度的被冷却介质中吸收气化潜热，使被冷却介质冷却。

为了使水在低压下不断气化，并使所产生的蒸气不断地被吸收，从而保证吸收过程的不断进行，供吸收用的溶液的浓度必须大于吸收终了的溶液的浓度。

为此，除了必须不断地供给蒸发器纯水外，还必须不断地供给新的浓溶液，如图1所示。

显然，这样做是不经济的。

图2单效溴化锂吸收式制冷机系统图3双筒溴化锂吸收式制冷机的系统

1-冷凝器；2-发生器；3-蒸发器；4-吸收器；5-热交换器；6-U型管；

7-防晶管；8-抽气装置；9-蒸发器泵；10-吸收器泵；11-发生器泵；12-三通阀

实际上采用对稀溶液加热的方法，使之沸腾，从而获得蒸馏水供不断蒸发使用，如图2所示。

系统由发生器、冷凝器、蒸发器、节流阀、泵和溶液热交换器等组成。

稀溶液在加热以前用泵将压力升高，使沸腾所产生的蒸气能够在常温下冷凝。

例如，冷却水温度为35℃时，考虑到热交换器中所允许的传热温差，冷凝有可能在40℃左右发生，因此发生器的压力必须是7.37kPa或更高一些（考虑到管道阻力等因素）。

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。

离开发生器的浓溶液的温度较高，而离开吸收器的稀溶液的温度却相当低。

浓溶液在未被冷却到与吸收器压力相对应的温度前不可能吸收水蒸气，而稀溶液又必须加热到和发生器压力相对应的饱和温度才开始沸腾，因此通过一台溶液热交换器，使浓溶液和稀溶液在各自进入吸收器和发生器之前彼此进行热量交换，使稀溶液温度升高，浓溶液温度下降。

由于水蒸气的比容非常大，为避免流动时产生过大的压降，需要很粗的管道，为避免这一点，往往将冷凝器和发生器做在一个容器，将吸收器和蒸发器做在另一个容器，如图3所示。

也可以将这四个主要设备置于一个壳体，高压侧和低压侧之间用隔板隔开，如图4所示。

图4单筒溴化锂吸收式制冷机的系统

1－冷凝器；2－发生器；3－蒸发器；4－吸收器；

5－热交换器；6、7、8－泵；9－U型管

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）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）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。

工作过程在图上的表示

溴化锂吸收式制冷机的理想工作过程可以用图表示，见图5。

理想过程是指工质在流动过程中没有任何阻力损失，各设备与周围空气不发生热量交换，发生终了和吸收终了的溶液均达到平衡状态。

图5溴化锂吸收式制冷机工作过程在图上的表示

（1）发生过程

点2表示吸收器的饱和稀溶液状态，其浓度为，压力为，温度为，经过发生器泵，压力升高到，然后送往溶液热交换器，在等压条件下温度由升高至，浓度不变，再进入发生器，被发生器传热管的工作蒸气加热，温度由升高到压力下的饱和温度，并开始在等压下沸腾，溶液中的水分不断蒸发，浓度逐渐增大，温度也逐渐升高，发生过程终了时溶液的浓度达到，温度达到，用点4表示。

2-7表示稀溶液在溶液热交换器中的升温过程，7-5-4表示稀溶液在发生器中的加热和发生过程，所产生的水蒸气状态用开始发生时的状态（点4'）和发生终了时的状态（点3'）的平均状态点3'表示，由于产生的是纯水蒸气，故状态位于的纵坐标轴上。

（2）冷凝过程

由发生器产生的水蒸气（点3'）进入冷凝器后，在压力不变的情况下被冷凝器管流动的冷却水冷却，首先变为饱和蒸气，继而被冷凝成饱和液体（点3），3'－3表示冷剂蒸气在冷凝器中冷却及冷凝的过程。

（3）节流过程

压力为的饱和冷剂水（点3）经过节流装置（如U形管），压力降为（＝）后进入蒸发器。

节流前后因冷剂水的焓值和浓度均不发生变化，故节流后的状态点（图中未标出）与点3重合。

但由于压力的降低，部分冷剂水气化成冷剂蒸气（点1'），尚未气化的大部分冷剂水温度降低到与蒸发压力相对应的饱和温度（点1），并积存在蒸发器水盘中，因此节流前的点3表示冷凝压力下的饱和水状态，而节流后的点3表示压力为的饱和蒸气（点）和饱和液体（点1）相混合的湿蒸气状态。

（4）蒸发过程

积存在蒸发器水盘中的冷剂水（点1）通过蒸发器泵均匀地喷淋在蒸发器管簇的外表面，吸收管冷媒水的热量而蒸发，使冷剂水的等压、等温条件下由点1变为1'，1－1'表示冷剂水在蒸发器中的气化过程。

（5）吸收过程

浓度为、温度为、压力为的溶液，在自身的压力与压差作用下由发生器流至溶液热交换器，将部分热量传给稀溶液，温度降到（点8），4-8表示浓溶液在溶液热交换器中的放热过程。

状态点8的浓溶液进入吸收器，与吸收器中的部分稀溶液（点2）混合，形成浓度为、温度为的中间溶液（点9'），然后由吸收器泵均匀喷淋在吸收器管簇的外表面。

中间溶液进入吸收器后，由于压力的突然降低，故首先闪发出一部分水蒸气，浓度增大，用点9表示。

由于吸收器管簇流动的冷却水不断地带走吸收过程中放出的吸收热，因此中间溶液便具有不断地吸收来自蒸发器的水蒸气的能力，使溶液的浓度降至，温度由降至（点2）。

8－9'和2－9'表示混合过程，9-2表示吸收器中的吸收过程。

假定送往发生器的稀溶液的流量为，浓度为，产生的冷剂水蒸气，剩下的流量为、浓度为的浓溶液出发生器。

根据发生器中的质量平衡关系得到下式

令，则

（1）

a称为循环倍率。

它表示在发生器中每产生1kg水蒸气所需要的溴化锂稀溶液的循环量。

（）称为放气围。

上面所分析的过程是对理想情况而言的。

实际上，由于流动阻力的存在，水蒸气经过挡水板时压力下降，因此在发生器中，发生压力应大于冷凝压力，在加热温度不变的