第7章_溴化锂吸收式制冷机

第七章溴化锂吸收式制冷机目的、要求1.了解溴化锂水溶液的性质；2.掌握溴化锂吸收式制冷循环的原理、流程和特点；3.熟悉溴化锂吸收式制冷机的计算。第一节溴化锂水溶液的性质7．1．1水特点：便宜，安全，气化潜热大，常压下蒸发温度高（100℃），常温下饱和压力低，0℃以下结冰。7．1．2溴化锂属盐类，融点549℃,沸点高（1265℃,不挥发），易溶于水，性质稳定。7.1.3溴化锂水溶液1．无色、咸味、无毒。2．溶解度（质量浓度）随温度降低而降低。不宜超过66%，防止结晶。3．水蒸气分压力（=溶液蒸气总压力）很低。①具有吸收温度比它低的水蒸气的能力；同温度下，溶液蒸气分压力远低于纯水饱和蒸汽压。②溶液中的蒸气处于过热状态。同压力下，溶液蒸气温度高于纯水饱和温度。溴化锂-水溶液性质溴化锂-水溶液性质7.1.3溴化锂水溶液4．密度大于水。5．比热容小,热力系数大。6．粘度大，表面张力大。7．导热系数随浓度增大而降低；随温度升高而增加。对黑色金属和紫铜等材料腐蚀性强烈。7.1.4计算公式溶液的饱和温度，定压比热，密度，质量浓度，导热率，动力粘度，表面张力。 溴化锂-水溶液的密度溴化锂-水溶液的比热容溴化锂-水溶液的动力粘度溴化锂-水溶液的表面张力溴化锂-水溶液的导热系数第二节溴化锂吸收式制冷机原理7．2．1工作原理与循环1）原理：溶液中水蒸气分压力很低，具有吸收纯水的水蒸气的能力。使纯水蒸发吸热。为使吸热连续进行，设置发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、节流阀、溶液泵、溶液热交换器等设备组成溴化锂吸收式制冷机。图7-7吸收制冷的原理2）吸收式制冷循环系统节流阀冷凝器发生器工作蒸汽吸收器冷却水蒸发器调压阀单效溴化锂吸收式制冷机工作过程组成热源回路冷却水回路冷媒水回路冷剂水回路溶液回路溴化锂吸收式制冷机的系统A-发生器B-冷凝器C,F-节流阀D-蒸发器E-吸收器G-溶液热交换器H-泵3）设备的作用①发生器：加热使稀溶液中的水蒸发变为浓溶液。②冷凝器：冷却使水蒸气冷凝为纯水。③节流阀：降压，使水在低压下蒸发。④蒸发器：纯水蒸发吸热制冷。⑤吸收器：浓溶液吸收水分使蒸发器的水蒸发。其中设置冷却水管用于吸收吸收热。⑥溶液泵：提升溶液压力，使水蒸气能在常温下凝结。⑦溶液热交换器：使出发生器的浓溶液冷却，出吸收器的稀溶液加热，有效利用能量。冷凝器与发生器在一容器中，蒸发器与吸收器在一容器中。避免连接管路过粗。4）工作过程①发生器水蒸气→冷凝器冷凝成水→U型管节流→蒸发器制冷②发生器浓溶液→节流降压→吸收器吸收水蒸气→泵升压→发生器（压缩机的功能）溴化锂吸收式制冷机7.2.2工作过程在h-ξ图上的表示一．理想过程①工质流动无阻力损失。②设备与周围空气无热交换。③发生和吸收终了为平衡状态。④冷凝器、发生器压力为Pk，蒸发器、吸收器压力为P0。溴化锂吸收式制冷机理论循环在h-ξ图上的表示1）发生器中的发生过程2）水蒸汽冷凝过程3）水蒸汽节流过程4）水蒸汽蒸发过程5）吸收器中的吸收过程（1）发生过程吸收器2(饱和稀溶液)→发生器泵2→溶液热交换器7→发生器(饱和溶液5→4)(P0,t2,ξa)→(Pk,t2,ξa)→(Pk,t7,ξa)→(Pk,t5,ξa)→(Pk,t4,ξr)①水分蒸发3（开始5，终了4）②浓溶液4→吸收器2→7稀溶液在溶液热交换器中升温。7→5→4发生器中加热和发生过程。（2）冷凝过程发生器3(过热水蒸气→冷凝器（饱和水蒸气3→饱和液体水3）(Pk,t3,0)→(Pk,t3，0)→(Pk,t3,0)3→3水蒸气在冷凝器中的冷却和冷凝过程。（3）节流过程饱和液体水3→节流器降压3（饱和蒸气1与饱和液体1混合的湿蒸气）→蒸发器(Pk,t0)→(P0,t1,0)3→3水蒸气在节流装置中的节流过程。（4）蒸发过程冷剂水（饱和液体）点1→蒸发器1（饱和水蒸气）(P0,t10)→(Pk,t3,0)1→1冷剂水在蒸发器中的蒸发过程。（5）吸收过程浓溶液4(饱和浓溶液)→溶液热交换器8→吸收器(先8与2混合→9,后9→2吸收)(Pk,t4,ξr)-(Pk,t8,ξr)-(Pk,t9/,ξ0)-(Pk,t2,ξa)ξaqmf=(qmf-qmd)ξr，ξaqmf/qmd=(qmf/qmd-1)ξr循环倍率：a=qmf/qmd=ξr/(ξr—ξa)；放气范围：ξr—ξa4→8浓溶液在溶液热交换器中降温，8与2混合→9，9→9→2中间溶液降压并吸收水气的过程。二．实际过程发生器的Pg>Pkξr/<ξr，发生不足ξr-ξr/。吸收器的Paξa，吸收不足ξa/-ξa。第三节溴化锂吸收式制冷机的热力和传热计算包括：热力计算、传热计算、结构设计计算、强度校核计算7.3.1热力计算（1）已知参数①制冷量Q0②冷媒水出口温度tx/③冷却水进口温度tw④加热热源温度0.1～0.25Mpa，或75℃以上的热水。（2）设计参数①吸收器出口冷却水温度tw1冷凝器出口冷却水温度tw2冷却水串联吸收器→冷凝器，总温升按7～9℃。②冷凝温度与压力tk=tw2+(2～5)℃；Pk=f(tk)③蒸发温度与压力t0=tx/-(2～4)℃；P0=f(t0)④吸收器内的最低（出口）温度t2t2=tw+Δtw1+(3～5)℃；⑤吸收器压力PaPa=P0-ΔP0ΔP0=10～70Pa⑥稀溶液浓度ξaξa=f(Pa，t2)⑦浓溶液浓度ξrξr=ξa+(0.03～0.06)⑧发生器溶液的最高温度t4t4=f(ξr，Pg)Pg=Pkt4=th-(10～40)℃th：热源温度⑨溶液热交换器出口温度t7与t8t8=t2-(15～25)℃由热平衡方程式求t7qmf(h7-h2)=(qmf-qmd)(h4-h8)a=ξr/(ξr-ξa)h7=a-1/a•(h4-h8)+h2由ξa和h7确定t7为强化吸收，将一定量的稀溶液与浓溶液混合形成中间溶液9ˊ喷淋。由热平衡方程式求h9/和ξ0(qmf-qmd+qm)h9/=(qmf-qmd)h8+qmh2再循环倍率：f=qm/qmdh9/=(a-1h8+fh2/(a+f-1)f=20～50,或直接用浓溶液喷淋f=0,中间溶液浓度ξ0=fξa+(a-1)ξr/(a+f-1)⑩吸收器溶液喷淋状态(3)设备热负荷计算①制冷机中冷剂水的流量qmwqmw=Q0/q0q0=h1/-h3②发生器热负荷QgQg=(qmf-qmd)h4+qmdh3/-qmfh7=qmd[(a-1)h4+h3/-ah7]③冷凝器热负荷QkQk=qmd(h3/-h3)④吸收器热负荷QaQa=(qmf-qmd)h8+qmdh1/-qmfh2=qmd[(a-1)h8+h1/-ah2]⑤溶液热交换器热负荷QexQex=qmf(h7-h2)=(qmf-qmd)(h4-h8)=qmd[a(h7-h2)=qmd[(a-1)(h7-h2)](4)装置的热平衡式、热力系数及热力完善度忽略泵的功率消耗Qg+Q0=Qa+Qk热力系数：ζ=Q0/Qg单效ζ=0.65～0.75;双效ζ=1热力完善度：β=ζ/ζmax(5)加热蒸气的消耗量和各类泵的流量计算①加热蒸气的消耗量：qmv=AQg/(h//-h/)②吸收器泵的流量:qvs=qma×3600/ρ0×103③发生器泵的流量:qvg=qmf×3600/ρa×103④冷媒水泵的流量:qv0=Q0×3600/1000(tx//-tx/)cp⑤冷却水泵的流量吸收器：qvb1=Qa×3600/1000(tw1-tw)cp发生器：qvb2=Qk×3600/1000(tw2-tw1)cpqvb1=qvb2⑥蒸发器泵的流量:qvd=αqmd×3600/1000蒸发器冷剂水再循环倍率α=喷淋量/蒸发量=10～207.3.2传热计算（1）传热计算公式F=Q/K（Δ-aΔta-bΔtb）m2若换热时流体温度没有变化，Δt=0.(2)各种换热设备传热面积的计算①发生器:Fg=Qg/kg(Δ-bΔtb)=Qg/[Kg(th-t5)-0.65(t4-t5)]②冷凝器：Fk=Qk/Kk(Δ-bΔtb)=QK/[KK(tK-tW1)-0.65(tW2-tW1)]③吸收器：Fa=Qa/Ka（Δ-aΔta-bΔtb）=Qa/[Ka(t9-tw)-0.5(tW1-tW)-0.65(t9-t2)]④蒸发器：F0=Q0/K0(Δ-bΔtb)=Q0/[K0(tx//-t0)-0.65(tx//-tx/)]⑤溶液热交换器：Fex=Qex/Kex（Δ-aΔta-bΔtb）=Qex/[Kex(t4-t2)-0.35(t7-t2)-0.65(t4-t8)](3)传热系数—查表第四节溴化锂吸收式制冷机的性能及提高途径7.4.1溴化锂吸收式制冷机的性能（1）加热蒸气压力（温度）的变化对机组性能的影响Ph↑→Q0↑;Ph≤0.294Mpa(132℃)发生浓溶液结晶的危险和削弱珞酸锂的缓蚀作用。溴化锂吸收式制冷机的性能受冷媒水、冷却水的温度、流量、水质，加热蒸气的温度、溶液流量等影响。图7-16加热蒸气压力与制冷量的关系加热蒸气压力变化对循环的影响①Ph↓→发生器浓溶液出口温度t4↓→t4/，浓度ξr↓→ξrˊ→水蒸气量减少→Q0↓→冷凝器、吸收器热负荷减少（Pk↓Pk/↓，溶液出吸收器温度t2↓→t2ˊ）②Q0↓→冷媒水出口温度↑→蒸发压力P0↑。循环由2-5-4-6-2变为2ˊ-5ˊ-4ˊ-6ˊ-2ˊ。Δξa>Δξr，总放气范围减少a=ξr/(ξr-ξa)，制冷量下降，热力系数降低。图7-17加热蒸气压力变化对循环的影响（2）冷媒水出口温度的变化对机组性能的影响(℃)图7-20冷媒水出口温度与制冷量的关系冷媒水出口温度tx/↓→蒸发压力P0↓→吸收能力减弱→ξa↑→放气范围减少→Q0↓→冷媒水出口温度回升→蒸发压力P″0↑→Pˊ0，冷凝器、吸收器热负荷减少→发生器浓溶液出口温度t4↑→t4/Pk↓→Pkˊ，溶液出吸收器温度t2↓→t2ˊ（2）冷媒水出口温度的变化对机组性能的影响循环由2-5-4-6-2变为2ˊ-5ˊ-4ˊ-6ˊ-2ˊ。Δξr>Δξa，总放气范围减少a=ξr/(ξr-ξa)，制冷量下降，热力系数降低。冷媒水出口温度的变化对循环的影响（3）冷却水进口温度的变化对机组性能的影响冷却水进口温度tw↓→溶液出吸收器温度t2↓t2″→ξa↓；Pk↓Pk/→发生器出口浓溶液ξr↓→放气范围↑→Q0↑→吸收器热负荷增加（溶液出吸收器温度t2″↑→t2ˊ）→冷媒水出口温度↓→蒸发压力P0↓→冷凝器热负荷增加Pk″↑Pkˊ→发生器负荷增加，浓溶液出口温度t4↓→t4/，循环由2-5-4-6-2变为2ˊ-5ˊ-4ˊ-6ˊ-2ˊ。放气范围↑，Q0↑，热力系数提高。（4）冷却水量与冷媒水量的变化对机组性能的影响冷却水量↑→Q0↑冷媒水量↑→Q0影响很小。（6）稀溶液循环量qmf对机组性能的影响循环倍率：a=qmf/qmd不变时,Q0=qmfΔh（5）冷却水与冷媒水质的变化对机组性能的影响污垢对制冷量产生不利的影响（7）不凝气体对机组性能的影响增加溶液表面的分压力，吸收效果降低；传热管热阻增大，制冷量降低。7.4.2提高溴化锂吸收式制冷机性能的途径（1）及时抽除不凝性气体原因：蒸发器、吸收器的绝对压力极低，易漏入气体。措施：设抽气装置（两种），设于冷凝器与吸收器的上部。前者带水气分离器，中间溶液喷淋，吸收水气，不凝性气体由分离器顶部排出，经阻油器进入真空泵排出。阻油器用于防止真空泵停机时，大气压力将油压入制冷系统中。后者为自动抽气。由引射器引射不凝性气体入气液分离器，打开放气阀排气。(2)调节溶液的循环量发生器热负荷一定①进入发生器的稀溶液循环量↑→溶液浓度差↓→水蒸气量↓→Q0↓进入吸收器的浓溶液循环量↑→吸收液温度↑→吸收效果↓→Q0↓②溶液循环量↓→机组部分负荷运行→制冷能力未充分发挥溶液循环量↓→溶液浓度差↑→结晶危险(3)强化传热与传质过程①   添加能量增强剂。如辛醇② 减少冷剂蒸气的流动阻力。增大流通截面，管簇间留气道，吸收器采用热质分开的结构③   提高交换器内工质的流速④   传热管表面进行脱脂和防腐处理⑤   改进喷嘴结构，改善喷淋雾化程度⑥   提高冷却水和冷媒水的水质减少污垢⑦   采用强化传热管⑧   合理调节喷淋密度。(4)采用适当的防腐措施溴化锂溶液对金属强烈腐蚀，漏入空气时更为严重。措施：防止空气漏入，设置抽气装置，添加缓蚀剂。第五节溴化锂吸收式制冷机冷量的调节及安全保护7.5.1冷量的自动调节冷量的自动调节：根据外界负荷的变化，自动调节机组制冷量，使蒸发器的冷媒水出口温度保持恒定，并使机组有较高的热效率。方法：①   加热蒸气量调节法；②   加热蒸气压力调节法；③   加热蒸气凝结水量调节法；④   冷却水量调节法；⑤   溶液循环量调节法；⑥   溶液循环量与蒸气量调节法；⑦   溶液循环量与加热蒸气凝结水量调节法。多采用⑥⑦两种方法，其优点是调节时蒸气的单耗量不变，减少结晶危险。7.5.2安全保护措施（1）防止溶液结晶的措施当溶液浓度过高或温度过低，可能引起结晶。措施：①设自动融晶管—消除结晶②设温控器控制加热蒸气量③蒸发器设液位控制器，用冷剂水稀释浓溶液④设溶液泵和蒸发器泵延时继电器，防止停机时溶液温度降低而结晶⑤设冷剂水旁通管，防止突然停机时结晶。（2）预防蒸发器中冷媒水和冷却水冻结当负荷突然降低或水泵故障，发生结冻。措施：冷剂水管设温度继电器；冷媒水管设压力继电器或压差继电器。（3）屏蔽泵保护措施：① 蒸发器和吸收器设液位控制器，保证泵的吸入高度，防止气蚀。② 泵中设过载继电器。③ 泵出口处设温度继电器，防止润滑油温度过高。（4）预防冷剂水污染冷却水温度过低或冷凝器压力过低，溶液会溅入冷凝器使冷剂水污染。措施：冷却水进口处设水量调节阀，减少水量，提高压力。第六节双效溴化锂吸收式制冷机单效溴化锂吸收式制冷机：蒸气压力0.1～0.25MPa或75～140℃的热水。循环热力系数为0.65～0.75.双效溴化锂吸收式制冷机：蒸气压力≥0.4Mpa，循环热力系数≥1.设置高压发生器和低压发生器，高压发生器产生的高温冷剂水蒸气加热低压发生器。充分利用了冷剂水蒸气的潜热，减少冷凝器的热负荷。经济性得以提高。7.6.1双效溴化锂吸收式制冷机 （1）串联流程7.6.1双效溴化锂吸收式制冷机 （1）串联流程溶液流程：吸收器低压稀溶液2（P0）→泵加压2ˊ（Pr）→低温溶液热交换器（加热）7→高温溶液热交换器（加热7ˊ→10）→高压发生器（加热11→12）→高温溶液热交换器5→低压发生器（加热）4→低温溶液热交换器（冷却为低温浓溶液）8→吸收器溶液混合9闪发9ˊ吸收水蒸气→2低压稀溶液。3c3a1a3bξaξ0ξr水的流程：高压发生器（加热11→12）产生水蒸气3c→低压发生器（放热凝为水）3b→冷凝器冷凝3低压发生器（加热4）产生水蒸气3a→冷凝器冷凝3→节流→蒸发器1a→吸收器2（低压稀溶液）3c3a1a3bξaξ0ξr并联流程串联流程1－高压发生器泵2－高温热交换器3－吸收器4－蒸发器5－高压发生器6－冷凝器7－低压发生器8、12－引射器9－冷剂水泵10－凝水回热器11－低温热交换器13－溶液泵双效溴化锂吸收式制冷机并联系统流程(2)并联流程溶液流经高压发生器的过程：吸收器低压稀溶液2→泵加压2ˊ（Pr）→高温溶液热交换器（加热）10→高压发生器（吸热）12→高温溶液热交换器（放热低温浓溶液）13→与吸收器稀溶液及低温发生器的浓溶液混合9闪发9ˊ吸收水蒸气→2低压稀溶液。溶液流经低压发生器的过程：吸收器低压稀溶液2→泵加压2ˊ（Pr）→低温溶液热交换器（加热）7→凝水回热器和低压发生器（加热）4→低温溶液热交换器（冷却为低温浓溶液）8→与吸收器稀溶液及高温发生器的浓溶液混合9闪发9ˊ吸收水蒸气→2低压稀溶液水的流程：高压发生器12产生水蒸气3c→低压发生器（放热凝为水）3b→冷凝器冷凝3低压发生器（加热4）产生水蒸气3a→冷凝器冷凝3→节流→蒸发器1a→吸收器2（低压稀溶液）1）蒸汽型双效溴化锂吸收式制冷机并联系统流程1－高压发生器泵2－高温换热器3－吸收器4－蒸发器5－高压发生器6－冷凝器7－低压发生器8、12－引射器9－冷剂水泵10－凝水换热器11－低温换热器13－溶液泵2）直燃型第七节溴化锂吸收式制冷机的特点1.水为制冷剂，有利于环保；2.能源利用范围广；3.对安装基础的要求低，机组运行安静4.结构简单，制造方便；5.制冷机在真空状态下运行，安全可靠6.易于实现自动化7.制冷量调节范围广8.腐蚀性强，气密性要求高；9.对外排热量大、允许较高的冷却水温升；10.制取5℃以下的冷水11.热力系数较低12.溴化锂价格贵。机组特征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.远大直燃机或蒸汽双效制冷机，其COP在1.31以上。溴化锂吸收式制冷机的分类1.按用途分：1）冷水机组2）冷热水机组3）热泵机组2.按驱动热源分：1）蒸汽型2）直燃型3）热水型3．按驱动热源的利用方式分：1）单效2）双效3）多效溴化锂吸收式制冷机的分类4．按溶液循环流程分类1）串联流程，分为两种，一种是溶液先进入高压发生器，后进入低压发生器，最后流回吸收器；另一种是溶液先进入低压发生器，后进入高压发生器，最后流回吸收器。2）并联流程，溶液分别同时进入高、低压发生器，然后分别流回吸收器。溴化锂吸收式制冷机的分类3）串并联流程，溶液分别同时进入高、低发生器，高压发生器流出的溶液先进入低压发生器，然后和低压发生器的溶液一起流回吸收器。5．按机组结构分类1）单筒型，机组的主要换热器（发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器）布置在一个筒体内。2）双筒型，机组的主要换热器布置在二个筒体内。3）三筒或多筒型，机组的主要换热器布置在三个或多个筒体内。思考题溴化锂吸收式制冷机的系统图，设备名称，循环流程，h-ξ图。了解溴化锂吸收式制冷机的热力计算及传热计算.系统如何调节制冷量？双效溴化锂吸收式制冷机的制冷循环及h-ξ图。为什么双效溴化锂吸收式制冷机的热力系数较高？双级溴化锂吸收式制冷机的流程及特点。自动融晶管是怎样融解结晶的？溴化锂吸收式制冷机有哪些安全保护措施？U型管在系统中起什么作用？为什么系统要设抽气装置？1、如下三套空调系统在相同的压缩机及其转速、相同的外界环境下，测出空调系统参数如下，若过热为无效过热。05045C05555B50555A过热度℃蒸发温度℃过冷度℃冷凝温度℃请利用p-h图进行分析，比较这三套空调的制冷量和制冷系数大小。作业2、有一台厨房冰箱和家用空调器使用相同的制冷剂R22，经实验测定，冰箱的COP只有1.1，而家用空调器的COP达到3.0，实验时，冷凝温度同为54.4℃，而蒸发温度分别为-25℃（冰箱）和7.2℃（空调器）。请利用p-h图，分析空调器的COP比冰箱大的原因。