溴化锂制冷的工作原理Word文档下载推荐.docx

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而有一定压力和较高温度的蒸汽也是一种能源，是否也可转变为冷能呢？

还有其他一些能源，如太阳能、化学能等，是否也可转变为冷能呢？

答案是肯定的（参见第1.5节）。

如利用蒸汽作为能源的溴化锂吸收式制冷机和蒸汽喷射式制冷机等。

溴化锂吸收式制冷机中是怎样利用蒸汽作为能源取代压缩机的呢？

（参见第1.4节第1.5节第2.3节）

目前，在一般制冷机中使用的是象氟利昂之类的工质。

实际上，能作为制冷剂的工质有很多，只要它们具有以下条件。

1.在要求的温度范围你内，其状态会发生变化（相变）；

2.有较大的蒸发潜热；

3.工作压力适中；

4.物理、化学性质稳定；

5.经济、实用。

可见，水就具有以上条件。

它在一定的压力下，在适当的温度范围内，能够容易地由液态转变成汽态，或者相反；

其蒸发潜热也较大，工作压力和物理、化学性质十分稳定，且绝对经济、实用。

所以，水是一种非常合适的制冷剂。

（参见第2.3节）

但它也有一定的局限性：

0℃以下时，它能转变为固体，所以，以水作为制冷剂的制冷机，不能制取0℃以下的冷媒。

压缩机的作用是把压力较低的冷剂蒸汽变成压力较高的冷剂蒸汽。

所以，只要能将压力较低的冷剂蒸汽变成压力较高的冷剂蒸汽的部件都可取代压缩机。

下面就是一例。

我们都知道，食盐在夏天的时候容易吸收空气中的水蒸汽而变得比较潮湿。

这也是一般盐类所具有的性质。

溴化锂也是一种盐，它也有吸收水蒸汽的能力，且其吸收水蒸汽的能力远大于食盐。

不但固态的溴化锂能吸收水蒸汽，浓度较高的溴化锂水溶液（以下简称溴化锂溶液）也具有较强的吸收水蒸汽的能力。

溴化锂溶液所处的容器压力较低且水蒸汽的分压力较高时，溴化锂溶液的吸收能力较强。

吸收水蒸汽后，溴化锂溶液的浓度变低，需浓缩后才能循环使用。

浓缩可在一个压力和温度都较高的容器中进行。

而浓缩时又产生一定数量的水蒸汽。

所以，溴化锂溶液可在低压下吸收水蒸汽，而在高压下产生水蒸汽。

也就是说，溴化锂溶液有把低压水蒸汽变成高压水蒸汽的能力。

因此，溴化锂溶液可把低压制剂蒸汽变成高压冷剂蒸汽从而取代压缩机。

吸收水蒸汽的容器叫作吸收器。

产生水蒸汽的容器叫作发生器。

图1.5.1为溴化锂溶液可把低压水蒸汽变成高压水蒸汽从而取代压缩机的原理图。

在吸收器中吸收了水蒸汽的浓溶液变成了稀溶液，由溶液泵送至发生器，由其中的高温蒸汽加热沸腾浓缩，并产生温度较高的高压冷剂蒸汽，稀溶液的浓度也变高，浓缩后的浓溶液经节流阀送至吸收器，吸收来自蒸发器的低压冷剂蒸汽，从而达到了把低压冷剂蒸汽变成高压冷剂蒸汽，取代压缩机的目的（参见第2.1节，第2.2节，第2.3节）。

图1.5.1吸收器和发生器取代压缩机的原理图

溴化锂吸收式制冷机是以溴化锂溶液为吸收剂，以水为制冷剂，利用水在高真空下蒸发吸热达到制冷的目的。

为使制冷过程能连续不断地进行下去，蒸发后的冷剂水蒸气被溴化锂溶液所吸收，溶液变稀，这一过程是在吸收器中发生的，然后以热能为动力，将溶液加热使其水份分离出来，而溶液变浓，这一过程是在发生器中进行的。

发生器中得到的蒸汽在冷凝器中凝结成水，经节流后再送至蒸发器中蒸发。

如此循环达到连续制冷的目的。

可见溴化锂吸收式制冷机主要是由吸收器、发生器、冷凝器和蒸发器四部分组成的。

从吸收器出来的溴化锂稀溶液，由溶液泵（即发生器泵）升压,经溶液热交换器，被发生器出来的高温浓溶液加热温度提高后，进入发生器。

在发生器中受到传热管内热源蒸汽加热，溶液温度提高直至沸腾，溶液中的水份逐渐蒸发出来，而溶液浓度不断增大。

单效溴化锂吸收式制冷机的热源蒸汽压力一般为0.098MPa（表压）。

发生器中蒸发出来的冷剂水蒸气向上经挡液板进入冷凝器，挡液板起汽液分离作用，防止液滴随蒸汽进入凝凝器。

冷凝器的传热管内通入冷却水，所以管外冷剂水蒸气被冷却水冷却，冷凝成水，此即冷剂水。

积聚在冷凝器下部的冷剂水经节流后流入蒸发器内，因为冷凝器中的压力比蒸发器中的压力要高。

如：

当冷凝器温度为45℃时，冷凝压力为9580Pa（71.9mmHg）；

蒸发温度为5℃时，蒸发压力872Pa（6.45mmHg）。

U型管是起液封作用的，防止冷凝器中的蒸汽直接进入蒸发器。

冷剂水进入蒸发器后，由于压力降低首先闪蒸出部分冷剂水蒸气。

因蒸发器为喷淋式热交换器，喷啉量要比蒸发量大许多倍，故大部分冷剂水是聚集在蒸发器的水盘内的，然后由冷剂水泵升压后送入蒸发器的喷淋管中，经喷嘴喷淋到管簇外表面上，在吸取了流过管内的冷媒水的热量后，蒸发成低压的冷剂水蒸气。

由于蒸发器内压力较低，故可以得到生产工艺过程或空调系统所需要的低温冷媒水，达到制冷的目的。

例如蒸发器压力为872Pa时，冷剂水的蒸发温度为5℃，这时可以得到7℃的冷媒水。

蒸发出来的冷剂蒸汽经挡液板将其夹杂的液滴分离后进入吸收器，被由吸收器泵送来并均匀喷淋在吸收管簇外表的中间溶液所吸收，溶液重新变稀。

中间溶液是由来自溶液热交换器放热降温后的浓溶液和吸收器液囊中的稀溶液混合得到的。

为保证吸收过程的不断进行，需将吸收过程所放出的热量由传热管内的冷却水及时带走。

中间溶液吸收了一定量的水蒸气后成为稀溶液，聚集在吸收器底部液囊中，再由发生器泵送到发生器，如此循环不已。

由上述循环工作过程可见，吸收式制冷机与压缩式制冷机在获取冷量的原理上是相同的，都是利用高压液体制冷剂经节流阀（或U型管）节流降压后，在低压下蒸发来制取冷量，它们都有起同样作用的冷凝、蒸发和节流装置。

而主要区别在于由低压冷剂蒸汽如何变成高压蒸汽所采用的方法不同，压缩式制冷机是通过原动机驱动压缩机来实现的，而吸收式制冷机是通过吸收器，溶液泵和发生器等设备来实现的。

从吸收器出来的稀溶液温度较低，而稀溶液温度越低，则在发生器中需要更多热量。

自发生器出来的浓溶液温度较高，而浓溶液温度越高，在吸收器中则要求更多的冷却水量。

因此设置溶液交换器，由温度较高的浓溶液加热温度较低的稀溶液，这样既减少了发生器加热负荷，也减少了吸收器的冷却负荷，可谓一举两得。

溴化锂吸收式制冷机除了上述冷剂水和溴化锂溶液两个内部循环外，还有三个系统与外部相联，这就是：

①热源系统；

②冷却水系统；

③冷媒水系统。

热源蒸汽（或热水）通入发生器，在管内流过，加热管外溶液使其沸腾并蒸发出冷剂蒸汽，而热源蒸汽放出汽化潜热后凝结成水排出。

一般情况下，应将该凝结水回收并送回锅炉加以利用。

在吸收器中溶液吸收来自蒸发器的低压冷剂蒸汽，是个放热过程。

为使吸收过程连续进行下去，需不断加以冷却。

在冷凝器中也需冷却水，以便将来自发生器的高压冷剂蒸汽变成冷剂水。

冷却水先流经吸收器后，再流过冷凝器，出冷凝器的冷却水温度较高，一般是通入冷却水塔，降温后再打入吸收器循环使用。

来自用户的冷媒水通入蒸发器的管簇内，由于管外冷剂水的蒸发吸热，使冷媒水降温。

制冷机的工作目的是获得低温（如7℃）的冷媒水，冷媒水就是冷量的&

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。

在吸收式制冷机中，溶液的循环是至关重要的。

因为它是用溶液的浓缩和吸收而使低压蒸汽变成高压蒸汽，从而取代压缩机的的关键问题所在。

在溴化锂吸收式制冷机中，发生器和吸收器中起到上述作用的是溴化锂溶液，它的吸收水蒸汽的能力很强。

吸收式制冷机的溶液循环原理如图2.2.1所示。

图2.2.1吸收式制冷机的溶液循环 

在吸收器中吸收了低压水蒸汽的溴化锂溶液浓度变小，温度也较低，被溶液泵送往使之浓缩的发生器中，被管内流动的高压工作蒸汽加热至对应压力下的沸点，使之沸腾并产生冷剂蒸汽，因发生器中的压力较高，所以冷剂蒸汽的压力也较高，也就是说通过泵的升压和工作蒸汽的加热，使低压蒸汽的压力升高。

溶液沸腾产生出冷剂蒸汽后，浓度和温度都有所升高，又具有了吸收水蒸汽的能力。

因发生器中的压力比吸收器中的压力要高得多，故在送往吸收器中让其吸收水蒸汽时必须通过节流阀降压。

在吸收器中，溶液被喷淋在内通冷却水的传热管管簇上，因溶液在吸收水蒸汽时要放出大量的吸收热，故需大量的冷却水进行冷却，实验和理论都表明，溶液的浓度越高、温度越低，吸收水蒸汽的能力就越强，所以，在实际中，要努力提高其浓度、降低其温度，但要注意避免因浓度过高、温度过低而结晶。

图2.2.2有溶液热交换器的吸收式制冷机的溶液循环

另外，从图中不难看出，一方面稀溶液温度较低，送往发生器后需消耗能量对其加热；

而另一方面，浓溶液的温度较高，在吸收器中需冷却才能有较强的吸收水蒸汽的能力，所以，如能使浓溶液和稀溶液进行热交换，无疑可提高机组的性能系数。

因此，在实际的溴化锂吸收式制冷机中，一般都设有溶液热交换器（如图2.2.2所示）。

在溶液热交换器中，稀溶液在管内流动，而浓溶液的管外（壳程）流动，从而达到热交换的目的。

溴化锂吸收式制冷机中的制冷剂就是水。

水在制冷循环中状态不断改变，并利用其在蒸发时的吸热而产生制冷的。

首先，从发生器中产生的高压冷剂蒸汽在冷凝器中被冷却水冷凝成冷剂水。

因其压力较高，故通过一个节流阀送入蒸发器，在蒸发器中吸收管内冷媒水的热量而蒸发，蒸发后的冷剂蒸汽压力较低，通过挡水板送入吸收器以被较浓的溴化锂溶液吸收，而后又在发生器产生出压力较高的冷剂蒸汽，从而完成循环。

在溴化锂吸收式制冷机中，蒸发器中的压力非常低，以至于水在5℃时即达到饱和而蒸发，在蒸发时吸收管内冷媒水的热量而使其温度降低，从而达到制冷的目的。

一般而言，冷媒水进蒸发器的温度为12℃，放热后温度降低到7℃，由冷媒水泵送给用户使用。

图2.3.1吸收式制冷机的制冷剂循环

一般而言，溴化锂吸收式制冷机的性能比较稳定，其性能系数（COP）的高低取决于设计水平、机组型式、运转情况，工作蒸汽压力、冷却水温度和流量、污垢情况、机组内的真空水平等许多因素。

溴化锂吸收式制冷机在实际运行中，常常由于热源加热蒸汽压力的波动、季节气候变化和用户负荷的改变，使制冷机不能在设计工况下工作，例如引起制冷机工作蒸汽与冷却水的消耗量、制冷机的性能系数等产生一系列的变化。

另外，在用户冷负荷发生变化时，制冷机的制冷量也应随时作相应的改变。

因此，我们必须了解制冷机的这种运转性能和研究它们的变化规律。

根据这种变工况的特性，用户能够按自己的具体条件恰当地选择制冷机；

能够确定和选择制冷机的调节、控制方案，使制冷机在最合理的情况下工作。

这种调节和控制应是自动化的，它不仅可以减少操作人员的劳动强度，而且可以准确地保证制冷机在规定的工况下运行，从而降低运转费用，防止运转事故的发生。

单效溴化锂吸收式制冷机一般有单筒型和双筒型两种型式。

单筒型溴化锂吸收式制冷机主要用于小型机组（1000kW以下）；

而双筒型可用于稍大一点的机组，但由于其性能系数（COP）较小（〈0.8），故现已被性能系数（COP）较大的双效溴化锂吸收式制冷机取代。

单筒型溴化锂吸收式制冷机各换热设备的基本布置型式有五种，如图3.1.1所示。

图3.1.1单筒型单效溴化锂吸收式制冷机的结构型式

图a是单筒型一种较早的布置方式，这种结构型式不够紧凑，蒸发器的冷剂蒸汽通道面积又较小，故目前已很少采用；

图b在单效蒸汽型溴化锂吸收式制冷机中也是一种较早的布置方式，这种方式能使蒸发器与吸收器之间的流通面积增加，流阻减小，且减少了一个水槽，布置也较方便，但因发生器中汽流上升高度较小，溴化锂溶液的液滴易进入冷凝器，造成冷剂水的污染，设计时应注意加强挡液措施。

这种布置方式目前在热水型溴化锂吸收式制冷机中应用较多，因为在热水型溴化锂吸收式制冷机中，发生器中一般管子数较多，如发生器和冷凝器上下布置则发生器中在垂直方向管排数较多，由于液位的影响不宜使用沉浸式发生器，只能使用喷淋式发生器和左右布置方式。

图c、d、e均为图a、b型的改进布置方式。

图c在图b的基础上变换了一下吸收器和蒸发器的排列方式，改左右布置为上下布置，这样可减少吸收器与蒸发器的垂直方向的管排数，并在管排间留有汽道，从而降低了管间汽阻；

而图d型布置目前在蒸汽单效溴化锂吸收式制冷机中应用较多。

这种布置方式是在图c型布置的基础上把发生器和冷凝器并列布置改为上下布置，从而使发生器在垂直方向上的管排数明显减少，溶液的液位降低，减少了静液柱对发生过程的影响，提高了发生器的换热效果，冷凝器的管排数也相应减少，传热系数也相应得以提高，这一布置的另一个优点是结构紧凑，可以减小筒体直径；

图e型布置是最近几年才使用的，它在图d型布置的基础上把吸收器改为П型布置，把蒸发器放在吸收器的中间，从而增加了蒸发器与吸收器间的通道面积，使蒸汽流阻进一步减小，同时这种布置方式和b型布置一样，可以使吸收器中的冷却水下进上出，增强吸收效果，但这种布置的缺点是不够紧凑，吸收器冷却水管路和溶液喷淋管路布置较为复杂，也容易造成冷剂水的污染。

常见的双筒单效溴化锂吸收式制冷机的布置型式有四种，如图3.1.2所示。

图3.1.2双筒型单效溴化锂吸收式制冷机的结构

在双筒型的布置型式中，一般把发生器和冷凝器布置在一个筒体中，称为上筒体，把吸收器和蒸发器布置在另一个筒体中，称为下筒体。

这几种布置方式目前都有使用。

发生器和冷凝器的布置在蒸汽型溴化锂吸收式制冷机器中一般为上下排列方式，在热水型溴化锂吸收式制冷机中一般为左右排列方式。

上下排列的发生器和冷凝器可使纵向管排数减少，有利于克服静液柱的影响，从而提高传热系数；

而左右排列可使机组结构紧凑，体积缩小，同时也可减小汽流阻力，但在设计时应注意加强发生器与冷凝器之间的挡液措施，以免造成冷剂水的污染。

左右排列的吸收器与蒸发器有以下优点：

①有足够空间布置挡液板，蒸发器与吸收器之间的冷剂蒸汽的流动阻力小，吸收效果提高；

②利用壳体代替蒸发器水盘，结构简单；

③喷淋管组可布置于同一高度，结构紧凑；

④在同一喷淋密度下，冷剂水与溶液的喷淋量可减少，从而可减小蒸发器泵与吸收器泵的流量和功率；

⑤吸收器中冷却水可以布置成下进上出的形式，增强吸收效果。

上下排列的优点是减少了吸收器与发生器在垂直方向上的管排数，可以提高传热效果。

单筒型和双筒型各有其优缺点，从某一角度来看是优点，从另一角度来看则可认为是缺点；

而一种型式的不足之处，往往正是另一种型式的长处所在。

一般认为，单筒型溴化锂吸收式制冷机有以下优点：

整台机组结构紧凑，机组高度较小，不需现场焊接连接管道，气密性好；

缺点是：

高温的发生器和冷凝器与低温的吸收器和蒸发器在一个筒体中互相接触，它们之间的传热损失较大，同时，由于同一筒体内有较大的温差，因此热应力也大，易造成热应力腐蚀；

另外，筒体外径比双筒型大，安装面积大，对于大制冷量机组，运输和安装都较困难。

双筒型溴化锂吸收式制冷机的优点是：

①温度较高的发生器和冷凝器与温度较低的吸收器和蒸发器分别置于两个筒体内，因此相互之间无传热损失；

②同一筒体内的温差较小，热应力减小，热应力腐蚀也小；

③筒体直径比单筒型小，因此安装面积减小；

④由于分成了两个筒体，减小了运输尺寸，安装和运输都比较方便；

⑤每个筒体的内部结构比单筒型简单，制造也相应方便。

它的缺点是：

两筒体上下叠置，整体高度增加，如在运输时不将上下筒体分开，则运输和安装都较困难，如将上下筒体分开运输，则到达现场后必须将管道重新连接，还必须重新检漏，安装工作量较大。

设计制冷机时，可根据使用场合、制冷量的大小、制造和运输条件及用户要求等综合考虑选用何种型式

为使制冷过程能连续不断地进行下去，蒸发后的冷剂水蒸气被溴化锂溶液所吸收，溶液变稀，这一过程是在吸收器中发生的，然后以热能为动力，将溶液加热使其水份分离出来，而溶液变浓，这一过程是在发生器中进行的。

可见溴化锂吸收式制冷机主要是由吸收器、发生器、冷凝器和蒸发器四部分组成的。

从吸收器出来的溴化锂稀溶液，由溶液泵（即发生器泵），升压经溶液热交换器，被发生器出来的高温浓溶液加热温度提高后，进入发生器。

单效溴化锂吸收式制冷机的热源蒸汽压力一般为0.098MPa（表压）。

积聚在冷凝器下部的冷剂水经节流后流入蒸发器内，因为冷凝器中的压力比蒸发器中的压力要高。

U型管是起液封作用的，防止冷凝器中的蒸汽直接进入蒸发器。

蒸发出来的冷剂蒸汽经挡液板将其夹杂的液滴分离后进入吸收器，被由吸收器泵送来并均匀喷淋在吸收管簇外表的中间溶液所吸收，溶液重新变稀。

为保证吸收过程的不断进行，需将吸收过程所放出的热量由热管内的冷却水及时带走。

①热源系统；

②冷却水系统；

③冷媒水系统。

热源蒸汽（或热水）通入发生器，在管内流过，加热管外溶液使其沸腾并蒸发出冷剂蒸汽，而热源蒸汽放出汽化潜热后凝结成水排出。

近几年来，溴化锂吸收式制冷机发展的非常迅速，新机型、新结构不断出现，目前已有许多型式，既有用于普通空调的溴化锂冷水机组，又有用于各种工业过程的专用制冷机组。

按其工作原理分，可分为单效溴化锂吸收式制冷机组和双效溴化锂吸收式制冷机组；

按其能源种类分，可分为利用废热、废汽、高温热水以及低品位蒸汽（0.1MPa、0.25MPa、0.4MPa、0.6MPa）加热的制冷机组和直接燃油、燃气、燃煤的直燃式溴化锂吸收式制冷机组；

按其输出方式分，可分为制取冷水的制冷机组以及同时制取冷水和温水的冷温水机组；

按其结构型式分，可分为单筒型、双筒型和三筒型机组等等。

标准的单效溴化锂吸收式制冷机，一般是以0.1MPa的低压蒸汽或75℃以上的热水作为驱动热源的。

它的优点是体积小、结构紧凑、操作简单、使用热源的品位较低、造价便宜，但其性能系数较低，一般只有0.7左右。

由于它是溴化锂吸收式制冷机的基础，其他机组都是在此基础之上发展起来的，因此，本章着重讨论单效溴化锂吸收式制冷机的结构。

单效溴化锂吸收式制冷机主要由以下部分组成：

1）发生器其作用是使从吸收器来的稀溶液沸腾浓缩，产生冷剂蒸汽和浓溶液；

2）冷凝器其作用是使发生器产生的冷剂蒸汽冷凝成冷剂水并送往蒸发器；

3）蒸发器其作用是使冷剂水蒸发吸热，供出低温冷媒水；

4）吸收器其作用是使发生器来的浓溶液吸收蒸发器来的冷剂蒸汽产生稀溶液；

5）溶液热交换器其作用是使从吸收器来的低温稀溶液和从发生器来的高温浓溶液之间进行热量交换，从而减轻发生器和吸收器的热负荷，提高机组的性能系数。

6）其他装置主要有使