溴化锂吸收式制冷机的工作原理讲解.docx

1、溴化锂吸收式制冷机的工作原理讲解澳化锂吸收式制冷机的工作原理是：冷水在蒸发器内被来自冷凝器减压节流E的低温冷剂水冷却，冷剂水自身吸收冷 水热量后蒸发，成为冷剂蒸汽，进入吸收器内，被浓溶液吸收，浓溶液变成稀溶 液。吸收器里的稀溶液，由溶液泵送往热交换器、热回收器后温度升高，最后进 入再生器，在再生器中柿溶液被加热，成为最终浓溶液。浓溶液流经热交换器， 温度被降低，进入吸收器，滴淋在冷却水管上，吸收来自蒸发器的冷剂蒸汽，成 为稀溶液。另一方而，在再生器内，外部高温水加热渙化锂溶液后产生的水蒸汽, 进入冷凝器被冷却，经减压节流，变成低温冷剂水，进入蒸发器，滴淋在冷水管 上，冷却进入蒸发器的冷水。该系

2、统由两组再生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、 热交换器、溶液泵及热回收器组成，并且依靠热源水、冷水的串联将这两组系统 有机地结合在一起，通过对高温侧、低温侧溶液循环量和制冷量的最佳分配，实 现温度、压力、浓度等参数在两个循环之间的优化配置，并且最大限度的利用热 源水的热量，使热水温度可降到66C.以上循环如此反复进行，最终达到制取低 温冷水的目的。渙化锂吸收式制冷机以水为制冷剂，渙化锂水溶液为吸收剂，制取0C以上的低 温水，多用于空调系统。渙化锂的性质与食盐相似，属盐类。它的沸点为1265C,故在一般的高温下 对渙化锂水溶液加热时，可以认为仅产生水蒸气，整个系统中没有精镭设备，因 而系统更加简单。

3、涣化锂具有极强的吸水性，但渙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，当溶液温度降低吋， 将有涣化锂结晶析出的危险性，碇坏循环的正常运行。決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，渙化锂水溶液具有 吸收温度比它低得多的水蒸气的能力，这是;臭化锂吸收式制冷机的机理之一。工作原理与循环溶液的蒸气压力是对平衡状态而言的。如果蒸乞压力为0。85kPa的涣化锂溶液与具有1kPa 压力（7C）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

4、）为止.Oo 87kPa和085kPa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5C下蒸发吋，就可能从较鬲温度的被冷却介质中吸收气 化潜热，使被冷却介质冷却。图2单效涣化锂吸收式制冷机系统 图3双筒涣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柿溶液加热的方法，使之沸腾，从而获得蒸馅水供不斷蒸发使用，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。祐溶液在加热以前用 泵将压力升商，

5、使沸腾所产生的蒸气能够在常温下冷凝。例如,冷却水温皮为35C时，考虑 到热交换器中所允许的传热温差，冷凝有可能在40C左右发生，因此发生器内的压力必须 是7. 37kPa或更离一些（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。在涣化蚀吸收式制冷机中，这一压差相当小，一般只有6。5飞kPa,因而釆用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鬲，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皮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

6、慶才开始沸腾，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童交换，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内，将吸收器和蒸发器做在另一个容器內，如图3所示。 也可以将这四个主要设备置于一个壳体内，高压侧和低压侧之间用隔板隔开，如图4所示。图4单筒涣化锂吸收式制冷机的系统1 一冷凝器；2发生器；3蒸发器；4一吸收器;5热交换器；6、7. 8泵；9-U型管综上所述，涣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

7、冷剂水，经U形管进入熬发器，在低压下 蒸发，产生制冷效应.这些过程与熬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, 用泵將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 冷循环中压缩机所是的作用。工作过程在h 一 E图上的表示涣化锂吸收式制冷机的理想工作过程可以用血一右图表示，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.S图5涣化锂吸收式制冷机工作过程在图上的表示（1）发生过程

8、点2表示吸收器的饱和椿溶液状态，其浓度为疋$ ,压力为庐温度为6 ,经过发生器 泵，压力升高到歹屯，然后送往溶液热交换器，在等压条件下温度由5 升鬲至S，浓度不 变，再进入发生器，被发生器传热管内的工作蒸气加热，温度由 升鬲到羽1压力下的饱 和温度“，并开始在等压下沸腾，溶液中的水分不斷蒸发，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什，温庾达到“,用点4表示。27表示稀溶液在溶液 热交换器中的升温过程，7-5-4表示柿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 ）和发生终了吋的状态（点3）的平均状态点3表示， 由于产生的是纯水蒸气，故状态

9、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，在压力歹上不变的情况下被冷凝器管内流 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） 节流过程压力为去上的饱和冷剂水（点3）经过节流装置（如U形管），压力降为（A=fc） 后进入蒸发器.节流前后因冷剂水的焙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卩o相对应的饱和温厦 （点1）,并积存在蒸发器水 盘中，因此节流前的点3表

10、示冷凝压力歹上下的饱和水状态，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）相混合的遼蒸气状态。（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 收管内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r,1-1表示冷剂 水在蒸发器中的气化过程。（5） 吸收过程浓度为徐、温度为九.压力为歹匕的溶液,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，温度降到亦（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， 形成浓度为鼻、温度为心的

11、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，由于压力的究然降低，故首先闪发出一部分水蒸气，浓度增大.用点9表示.由于吸收器管簇内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，使溶液的浓皮降至红，温度 由 降至5 （点2） o 8-W 和29表示混合过程,92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0亦唧$，浓皮为 ,产生Gmdkg念的冷剂水蒸气，剩 下的流量为匕试一？说）kg/s、浓度为徐的浓溶液出发生器。根据发生器中的质量平衡关系 得到下式匚馆一盛4）存彳ad VVttd 7令!

12、,则 存一红（1）a称为循环倍率.它表示在发生器中毎产生1kg水蒸气所需要的涣化锂稀溶液的循环量。（徐二）称为放气范围。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 吋压力下降，因此在发生器中，发生压力戸匕应大于冷礙压力刀尢，在加热温度不变的情况下 将引起溶液浓度的降低。另外，由于溶液液柱的影响，底部的溶液在较高压力下发生，同时 又由于溶液与加热管表面的接触面积和接触时间的有限性，使发生终了浓溶液的浓度空低 于理想情况下的浓度負,（3密）称为发生不足；在吸收器中，吸收器压力 应小于蒸 发压力，在冷却水温度不变的情况下，它将引是稀溶液浓度的增大。由于吸收剂与被

13、吸收的 蒸气相互接触的时间很短.接触面积有限，加上系统内空气等不凝性气体存在，均降低溶液 的吸收效果，吸收终了的稀溶液浓度空 比理想情况下的2 鬲,（空一仁）称为吸收不足。 发生不足和吸收不足均会引超工作过程中参数的变化，使放气范围减少，从而影响循环的经 济性。渙化锂吸收式制冷机的热力及传热计算涣化铿吸收式制冷机的计算应包括热力计算、传热计算、结构设计计算及强度校核计算等， 此处仅对热力计算和传热计算的方法与步骤加以说明。热力计算涣化锂吸收式制冷机的热力计算是根据用户对制冷量和冷媒水温的要求，以及用户所能提供 的加热热源和冷却介质的条件，合理地选择某些设计参数(传热温差、放气范围等)，然后 对

14、循环加以计算，为传热计算等提供计算和设计依扌居.(1)已知参数1制冷量2它是根据生产工艺或空调要求，同时考虑到冷损、制造条件以及运转的经济 性等因素而提出。2冷媒水出口温度4它是根据生产工艺或空调要求提出的.由于4与蒸发温度 心有关。若下降，机组的制冷及热力系数均下降，因此在满足生产工艺或空调要求的基础上，应尽可能地提爲蒸发温度。对于涣化锂吸收式制冷机，因为用水作制冷剂，故一般S大于5C3冷却水进口温皮心 根据当地的自然条件决定。应当指出，尽管降低能使冷凝压力下降，吸收效果增强，但考虑到涣化锂结晶这一特殊问题，并不是愈低愈好，而是有一定 的合理范围。机组在冬季运行时尤应防止冷却水温度过低这一问

15、題.4加热热源温度 考虑到废热的利用、结晶和腐蚀等问題，釆用0.10. 25Mpa的饱和蒸气或 75C以上的热水作为热源较为合理。如能提供更鬲的蒸气压力，则热效率可获得进一步的提(2)设计撰数的选定(3)1吸收器出口冷却水温和冷凝器的口冷却水温込2由于吸收式制冷机釆用热能作 为补偿手段，所以冷却水带走的热童远大于蒸气压缩式制冷机。为了节省冷却水的消耗量， 往往使冷却水串联地流过吸收器和冷凝器。考虑到吸收器内的吸收效果和冷礙器允许有较鬲 的冷凝压力这些因素，通常让冷却水先经过吸收器，再进入冷凝器。冷却水的总温升一般取 79”C,视冷却水的进水温度而定。考虑到吸收器的热负荷2较冷凝器的热负荷。尢大

16、，通过吸收器的温升较通过冷凝器的温升右&2高.冷却水的总温升为心二拉皿十加也如果水源充足或加温皮太低，则可釆用冷却水并联流过吸收器和冷凝 器的方式，这时冷濒器内冷却水的温升可以高一些。当釆取串联方式时，心=红+山“ U (2)也=心+&说+ g =心+叽 U2冷凝温厦S 及冷凝压力刀尢冷凝温度一般比冷却水出口温慶高25C,即4 =仏+(2为匸(4)根据S查水蒸气表求得巩，即=/()3蒸发温度心及蒸发压力卩0蒸发温度一般比冷媒水出水温度低24C如果 要求较低, 则温差取较小值，反之，取较大值，即俎=也 +（2 4） C（5）蒸发压力Po根据必求得，即Po =/（o）4吸收器内稀溶液的罠低温度2吸

17、收器内稀溶液的出口温度2 般比冷却水出口温度商35C,取较小值对吸收效呆有利，但传热温差的减小将导致所需传热面积的增大，反之亦 然。匕=虬+&归+ （3为匸（6）5吸收器压力吸收器压力因蒸气流经挡水板时的阻力损失而低于蒸发压力压降的大小 与档水板的结构和气流速度有关，一般取A0 = （10-70）Pa ,即P严 Pz 血（Ma）（7）6稀溶液浓度鼻 根腐乳和由涣化锂溶液的图确定，即170）7浓溶液浓度什 为了保证循环的经济性和安全可行性，希望循环的放气范围（徐一红）在Oo 030. 06之间，因而=4-（0.03-0.06）8发生器内溶液的最鬲温度冷 发生器出口浓溶液的温度（4可根据snj %

18、。）的关系在涣化锂溶液的图中确定。尽管发生出来的冷剂蒸乞流经挡水板时有阻力存 在，但由于“X与Pt相比其数值很小，可以忽略不计，因此假定时影响甚微。一 般希望S比加热温度4低1040C,如杲超出这一范囲，則有关参数应作相应的调整。4 较爲时，温差取较大值.9溶液热交换器出口温度S与浓溶液出口温度呢由热交换器冷端的温差确定，如果温差 较小，热效率虽较高，要求的传热面积仍会较大。为防止浓溶液的结甜，亦应比存浓度所对 应的结晶温度鬲10C以上，因此冷端温差取1525C即& +15 2为 U（U）如果忽略溶液与环境介质的热交换，稀溶液的出口温度可根据溶液交换的热平衡式确定, 即 *?mf （沟7 “2

19、 ） = （mf mdX4 - 血8）a 1爲=（如一如）+沟2 kJ/Xga （12）再由祐和 在图上确定式中a = fr/（4 ）.10吸收器喷淋溶液状态 为强化吸收器的吸收过程，吸收器通常采用喷淋形式。由于进入吸 收器的浓溶液量较少，为保证一定的喷淋密度，往往加上一定数量稀溶液，形成中间溶液后 喷淋，虽然浓度有所降低，但因喷淋童的增加而使吸收效果增强.假定在応-？讹）1$的浓溶液中再加入皿蛔$的柿溶液，形成状态为9的中间溶液， 如图6所示，根据热平衡方程式（q就一仏+爼）為=爲一务a）施+务爲2十/一1 （13）f称为吸收器稀溶液再循环倍率。它的意爻是吸收1kg冷剂水蒸气需补充稀溶;夜的

20、公斤数。一般/ = 2050?有吋用浓溶液直接喷淋，即/ = 0 o同样，可由混合溶液的物量平衡式求出中间溶液的浓度。即再由必y和&通过图确定混合后溶液的温度力。(4)设备热负荷计算设备的热负荷根据设备的热平衡式求出。1和蒸发器中的单位热负荷g o确定。制冷机中的冷剂水的流量幺映 冷剂水流董务w由已知的制冷量。航 (15)由图7可知00 =尿一為(16)2发生器热负荷Qg由图8可知Qs = fenf 一务尽斗今nd纵一务f為即Qg =尬脳-他 +妇 T) kw (17)3冷凝器热负荷。匕由图9可知Qx二仏処一九)冈(18)4吸收器热负荷2由图10可知Qb = Smf 0说)划十 Qnd 为1：

21、 一 mf 倒2 =歸血-认+対-必2) kW (19)5溶液热交换热负荷由图11可知Qex = ?mf (祐-為)=- Paul )(4-鹰)=务d 。(為-為)= - 1)(4 沟8 ) kW(20)(5)装.徨的热平衡式、热力系数及热力完善度 若忽略泵消耗功率带给系统的热量以及系统与周国环境交换的热量，整个装置的热平衡式应 为0g+0o = 2+Ok kW(21)热力系数用芒 表示，它反映消耗单位蒸气加热量所获得的制冷量，用于评价装置的经济性, 按定狡2g (22)单效涣化锂吸收式制冷机的 一般为0. 650。75,双效涣化锂吸收式制冷机的芒通常在1.0 以上。热力完善度是热力系数与同热

22、源温度下最鬲热力系数的比值。假设热源温度为耳,环境温 厦为*2,冷源温度为則灵高热力系数为热力完善度可表示为& = (24)它反映制冷循环的不可逆程度。(6)加热蒸气的消耗加热蒸气的消耗量彳陝，式中A 考虑热损失的附加系数，A=1o 051.10: htt 加热蒸气焙值，kJ/kg：一一址 加热蒸气凝结水焙值,kJ/kgo2吸收器泵的流量纟-X3600二农 +、二 1冬x3600 n?/hQNlO 炖灯0 (26)式中幺砂 吸收器喷淋溶液量，kg/s;_一P0 喷淋溶液密度，kg/l,由图查取.3发生器泵的流量纟也% = 爼 严3600 = 7x3600 m2/hP.X103 仇x （27）式

23、中久 稀溶液密度，kg/l,由图查取。4冷媒水泵的流量纟式中q 冷媒水的比热容，喊 炒她卫）；5冷却水泵的流量各b如呆冷却水是串联地流过吸收器和冷凝器，它的流董应从两方面确 定.对于吸收器对于冷凝器计算结果应为q“=g 如果两者相差较大，说明以祈假定的冷却水总温升的分配不当, 需重新假定，至两者相等为止。6蒸发器泵的流量知由于蒸发器内压力很低，冷剂水静压力对蒸发沸腾过程的影响较大, 所以蒸发器做成喷淋式。为了保证一定的喷淋密度，使冷剂水均匀地润湿发器管簇的外表面, 蒸发器泵的喷淋量要大于蒸发器的蒸发量，两者之比称为蒸发器冷剂水的再循环倍率，用a 表示，a=1020。蒸发泵的流量为传热计算(1)

24、传热计:简化的渙化锂吸收式制冷.机的传热计算公式如下,疋(一 aA心-) (32)式中月 传热面积，tt?:一一Q 传热董，w:一一A 热交换器中的最大温差，即热流体进口和冷流体进口温度之差，C：一一a, b 常数，它与热交换器内流体流动的方式有关，具体数据见表1：一一 流体a在换热过程中温度变化,C;一一企 流体b在换热过程中的温度变化，C。釆用公式(32)时，要求Z。* 1各种流动狀态下的”力值流动方式ab应甲范围逆流0.350.65顺流0.650.65叉流0.4250.65两流体均作交叉流动0.50.65种流体作交灭流动如果有一种流体的换热过程中发生集态改变，例如冷凝器中的冷凝过程，由于

25、此时该流体的 温度没有变化，故Ai = 0,公式(32)可简化为m2(2)乞种换热设备传热面，1发生器的传热面积1 进入发生器的稀溶液处于过冷状态(点7),必须加热至饱和状态(点5)才开始沸腾，由于温度从上升到“所需热量与沸腾过程中所需热董相比很小.因 此在传热计算时均按饱和温度“计算。此外，如果加热介质为过热蒸气，其过热区放出的热 量远小于潜热，计算时也按饱和温度计算。由于加热蒸气的换热过程中发生相变，故=0,相应的发生器传热面积为式中Fg 发生器传热系数，07(2.K)。2冷凝器的传热面积月k进入冷凝器的冷剂水蒸气为过热蒸气，因为它冷却到饱和蒸气时放 出的热量远小于冷凝过程放出的热董，故计算时仍按饱和冷凝温度4 进行计算。由于冷剂 水蒸气在换热过程中发生相变，故=0,即虽二 _ &. 2一心)一 0硕心一心) (35)式中丄红 冷凝器传热系数.W/(m2.R.)o3吸收器的传热面积刀如果吸敢器中的冷却水作混合流动而喷淋液不作混合流动，则代二 区 G 、 m2瓦仏 - ）- 0.5為-心）- 0.6509 -心） （36）式中 吸收器传热系数，W/(m0-4?0 = (7.57xlQ-4-1.33xlQ-5) MPa=