(6.1)--第六章讲义吸收式制冷与热泵.pdf

1 建筑冷热源概述空气调节系统空气调节系统建筑冷热源建筑冷热源课程的知识结构课程的知识结构 蒸气压缩式制冷与热泵原理 制冷工质 制冷热泵系统主要设备 制冷热泵系统及其运行调节 建筑冷热源设备与系统 压缩机 辅助设备 换热器 节流装置 吸收式制冷与热泵 供热锅炉蒸气压缩式制冷与热泵冷热源系统冷热源系统 空调与供暖水系统能量输配系统能量输配系统1第第6讲讲 吸收式制冷与热泵吸收式制冷与热泵是一类热能驱动的是一类热能驱动的、基于气液相变吸热基于气液相变吸热（放热放热）的制冷的制冷（热热泵泵）系统系统在余热利用在余热利用、集中供集中供热热、热电联供系统中热电联供系统中具有广阔前景具有广阔前景23教学内容教学内容吸收式制冷技术发展简况吸收式制冷技术发展简况吸收式制冷的吸收式制冷的基本原理基本原理LiBr二元二元溶液溶液的基本的基本性质性质溴化锂吸收式溴化锂吸收式制冷制冷机组机组的结构原理的结构原理单效吸收机双效吸收机（热水型、蒸汽型、直燃型）双级吸收机吸收式吸收式热泵机组热泵机组的类型的类型与工作原理与工作原理吸收式制冷与热泵机组的吸收式制冷与热泵机组的性能性能改善改善一一、吸收式制冷技术发展简况吸收式制冷技术发展简况45吸收式制冷技术的发展吸收式制冷技术的发展：美国美国18至至19世纪世纪，出现了吸收式制冷技术的研究热潮出现了吸收式制冷技术的研究热潮1777年：Nairne E.Geral进行硫酸-水吸收式制冰实验1810年：J.Leslie研发出硫酸-水吸收式制冰装置1859年：F.Carre研制出以燃煤炉为驱动热源的直燃型氨-水吸收式制冷机，该设备已具备现代吸收式制冷机的基本特点美国是美国是溴化锂吸收式制冷机溴化锂吸收式制冷机（简称简称：溴冷机溴冷机）的创始国的创始国1945年：美国开利公司试制出第一台制冷量为532kW的单效溴化锂-水吸收式制冷机；随后又研制出了双效机目前生产溴冷机的公司目前生产溴冷机的公司开利，特灵，约克（江森自控），阿克拉等公司6吸收式制冷技术的发展吸收式制冷技术的发展：日本日本1959年年：研制出了一台研制出了一台698kW的单效溴化锂吸收式制冷的单效溴化锂吸收式制冷机机1962年年：荏原制造所荏原制造所研制出了双效吸收式制冷机研制出了双效吸收式制冷机1968年年：世界第一台双效直燃吸收式冷热水机诞生世界第一台双效直燃吸收式冷热水机诞生1982年：荏原总工高田秋一先生出版了吸收式冷冻机一书，被各国翻译成多种文字，引领了世界吸收式空调行业的发展日本的溴冷机无论在生产数量还是在性能指标日本的溴冷机无论在生产数量还是在性能指标，应用范应用范围和新技术围和新技术，新产品研制等方面新产品研制等方面，均超过美国均超过美国，为世界为世界上研究与生产领先的国家上研究与生产领先的国家目前目前：主要生产厂家主要生产厂家荏原制造所，松下（三洋），三菱重工，川崎，日立等公司7吸收式制冷技术的发展吸收式制冷技术的发展：中国中国1960-70年代初年代初：研究开发期研究开发期1970年代年代：单效机应用阶段单效机应用阶段，热力热力系数为系数为0.60.7，主要主要应用于纺织工业应用于纺织工业1980年代年代：双效机应用阶段双效机应用阶段，双效机的热力系数双效机的热力系数COP达达到到1.1以上以上相对于单效机，单位制冷量的蒸汽耗量减少近1/2，冷却水量减少约1/3目前目前：吸收式吸收式热泵技术得到了快速热泵技术得到了快速发展发展，整体技术国际整体技术国际先进先进、部分技术部分技术世界领先世界领先如：直燃机、吸收式热泵、吸收式换热器技术国际领先主要厂家：远大、同方、华源泰盟（冰轮）、双良等8吸收式制冷技术的发展吸收式制冷技术的发展：中国中国溴化锂吸收式制冷在中国的发展契机溴化锂吸收式制冷在中国的发展契机1980年代末期：因电力紧张，国家计委提出凡是有蒸汽等热源的地方应发展溴冷机。因此，上一代的火车站应用较多1990年代：因制冷剂替代，中国成为了蒙特利尔议定书缔约国，加速淘汰CFCs2000年以后，特别是2008年以后：北方发展热电联产技术，吸收式热泵技术取得突破性进步，如：吸收式换热机组、大温差吸收式热泵等设备在热电联供、余热利用等领域发展迅猛清华大学清华大学研发的大温差吸收式换热技术获研发的大温差吸收式换热技术获2014年年国家发明二国家发明二等奖等奖；在此基础上在此基础上，又研发出第二类吸收式换热器又研发出第二类吸收式换热器，实现了实现了“变温器变温器”功能功能，为工业余热品位提升利用为工业余热品位提升利用、远距离热量输送远距离热量输送提供了重要技术支撑提供了重要技术支撑二二、吸收式制冷的基本原理吸收式制冷的基本原理吸收式制冷与蒸气压缩吸收式制冷与蒸气压缩式制冷的基本原理完全式制冷的基本原理完全相同相同液体气化制冷液体气化制冷9101.蒸气压缩式与吸收式制冷的比较蒸气压缩式与吸收式制冷的比较冷凝器蒸发器节流装置制冷剂蒸气Q0Qc5678制冷剂蒸气制冷剂液体制冷剂气液压缩机Pin发生器吸收器浓溶液减压阀制冷剂-吸收剂溶液QaPQg1234稀溶液泵热力压缩机吸收剂回路吸收剂回路制冷剂回路制冷剂回路11功功能能所需设备所需设备蒸气压缩式制冷循环蒸气压缩式制冷循环吸收式制冷循环吸收式制冷循环原理图原理图增压增压蒸气式制蒸气式制冷压缩机冷压缩机容积减小容积减小或扩压器或扩压器溶液泵溶液泵提高压力提高压力维持蒸发器维持蒸发器内的低压内的低压压缩机的压缩机的抽吸作用抽吸作用吸收器吸收器吸收蒸发器中吸收蒸发器中的水蒸气的水蒸气提供高品位提供高品位能量能量电能或电能或机械能机械能发生器发生器提供热能提供热能使液态水蒸发使液态水蒸发压缩机的功能压缩机的功能冷凝器蒸发器膨胀阀制冷剂蒸气Q0Qk5678制冷剂蒸气制冷剂液体制冷剂气液压缩机Pin冷凝器蒸发器膨胀阀制冷剂蒸气Q0Qk5678制冷剂蒸气制冷剂液体制冷剂气液发生器吸收器吸收剂溶液制冷剂-吸收剂溶液QaPQg1234泵121.蒸气压缩式与吸收式制冷的比较蒸气压缩式与吸收式制冷的比较相同点相同点液态制冷剂在低温、低压下吸热气化实现制冷不同点不同点内容内容吸收式吸收式制冷机制冷机蒸气蒸气压缩式压缩式制冷机制冷机动力动力热能热能（蒸汽蒸汽、热水热水、高温高温余热余热、燃料燃烧锅炉燃料燃烧锅炉）机械能机械能（或电能或电能）工质工质两种两种沸点相差大沸点相差大的物质的物质组成的二元溶液组成的二元溶液单质单质或或沸点相近沸点相近的的f非非（近近）共沸工质共沸工质132.溴化锂吸收式制冷基本原理溴化锂吸收式制冷基本原理如何制取低温冷水如何制取低温冷水?水是一种水是一种高温高温（低压低压）制制冷剂冷剂，其沸点与其压力有其沸点与其压力有关关1bar=105Pa1005872Pa，458984Pa制取低温冷冻水的原理制取低温冷冻水的原理液态水蒸发为蒸气，从而吸收蒸发潜热【注意注意】溴化锂吸收式制冷系统中的三种水溴化锂吸收式制冷系统中的三种水：冷却水冷却水（冷凝器与吸收器冷凝器与吸收器）冷冻水冷冻水（蒸发器蒸发器）冷剂水冷剂水（作为制冷剂作为制冷剂，在制冷循环中循环流动在制冷循环中循环流动）0 00.20.20.40.40.60.60.80.81 10 0101020203030404050506060707080809090100100Temperature in CTemperature in C Vapour pressure in bar Vapour pressure in barH2OH2O55872 Pa872 Pa45458984 Pa8984 Pa14热力压缩机2.溴化锂吸收式制冷基本原理溴化锂吸收式制冷基本原理冷凝器冷凝器蒸发器蒸发器发生器发生器吸收器吸收器蒸发器泵蒸发器泵发生器泵发生器泵节流阀节流阀减压阀减压阀热源热源冷剂水冷凝器蒸发器压缩机节流阀PinQeQc压缩式制冷QeQcQg14冷冻水冷却水15发生与冷凝发生与冷凝冷却水冷剂水蒸气加热源冷剂水冷凝器发生器溴化锂溶液冷却水冷剂水蒸气加热源冷剂水冷凝器发生器溴化锂溶液冷剂水冷凝器发生器溴化锂溶液pgpkpgpkpgpgpkpkQcQgQcQg16蒸发与吸收蒸发与吸收冷剂水浓溴化锂溶液冷冻水冷剂水蒸气冷却水冷剂水蒸发器吸收器浓溴化锂溶液冷剂水浓溴化锂溶液冷冻水冷剂水蒸气冷却水冷剂水蒸发器吸收器浓溴化锂溶液冷剂水蒸发器吸收器浓溴化锂溶液稀溴化锂溶液p0pap0papapap0p0QeQaQeQa173.吸收式制冷机的热力系数吸收式制冷机的热力系数能量守恒能量守恒热力系数热力系数(即即：能效比能效比COP)COP)效率=产出（收益）付出（成本）Qg+Qe+P=Qa+Qc消耗热量消耗热量制冷量制冷量冷凝负荷1冷凝负荷1冷凝负荷2冷凝负荷2泵功泵功183.吸收式制冷机的热力系数吸收式制冷机的热力系数吸收式制冷吸收式制冷（热泵热泵）系统系统QQQwacTwTg泵TeQeQgP冷冻水熵增冷冻水熵增环境熵增环境熵增热媒熵增热媒熵增gggSQT QeeeST wwwSQT0gewSSSS 制冷制冷geacQQPQQ能量平衡能量平衡193.吸收式制冷机的热力系数吸收式制冷机的热力系数热力系数热力系数（即即能效比能效比COP）()()egweggweT TTQQTTTmaxgweccgweTTTTTT 最大热力系数最大热力系数 对工程的指导意义：（a）能效：热源温度（b）环保：SOx、NOx排放地TgTgTwTwPTeTeP 注意 最大热力系数或最大能效比的数值可能小于1，等于1，或大于1，取决于三个温度的高低 而与吸收式制冷循环的具体形式无关溶液浓差204.基于基于理想溶理想溶液液的吸收式制冷机效率的吸收式制冷机效率新的学术观点新的学术观点1,2有学者以LiBr溶液的吸收式制冷机为例，基于其内部实际发生的物理过程和理想溶液特性，建立了不同于目前的热机制冷机等效模型的吸收式热泵的理想模型温度温度提升系数提升系数理想理想制冷制冷能效比能效比COPmax单效双效：COPmax2；n效：COPmaxn1 谢晓云,江亿.理想溶液时吸收式热泵的理想过程模型J.制冷学报，2015,36(1):1-12.2 谢晓云,江亿.真实溶液下吸收式热泵的理想过程模型J.制冷学报，2015,36(1):13-23.理想单效吸收式制冷机流程结构Ta-Te：温升收益Tg-Tc：驱动温差三三、LiBr二元溶液的基本二元溶液的基本性质性质溴化锂溶液的性质非溴化锂溶液的性质非常重要常重要，需灵活应用需灵活应用21221.二元溶液二元溶液吸收式工质对一般为吸收式工质对一般为：二元溶液二元溶液二元溶液是由两种沸点不同二元溶液是由两种沸点不同、互相不起化学作用的物质互相不起化学作用的物质组成均匀混合物组成均匀混合物低沸点组分为制冷剂高沸点组分的溶液为吸收剂吸收式制冷系统中常用的二元溶液吸收式制冷系统中常用的二元溶液水系溴化锂-水溶液：水是（高温或低压）制冷剂，溴化锂溶液是吸收剂，制冷温度在0 以上负压系统氨系氨水溶液：氨是（中温或中压）制冷剂，氨水溶液是吸收剂，可制取0 以下的低温正压系统氟系 如：R134aDMF（二甲基甲酰胺）正压系统232.LiBr溶液的物理性质溶液的物理性质：一般性质一般性质LiBr在常压下不变质在常压下不变质、不分解不分解、不挥发不挥发，极易溶于水极易溶于水20时的溶解度：111.2g/100g纯溴化锂纯溴化锂-水溶液水溶液是无色透明的是无色透明的液体液体，无毒无毒、对皮肤无刺激对皮肤无刺激添加缓蚀剂铬酸锂添加缓蚀剂铬酸锂（Li2CrO4）后后呈呈淡黄色淡黄色，有毒有毒，有咸苦味有咸苦味溅在皮肤上微痒，要避免溴化锂溶液直接接触皮肤，防止溅入眼内一旦溅入眼内或溅到皮肤上，可用清水洗净纯LiBr溶液添加了铬酸锂缓蚀剂的LiBr溶液242.LiBr溶液的物理性质溶液的物理性质：腐蚀性腐蚀性溴化锂溶液对碳素钢材和铜材均有溴化锂溶液对碳素钢材和铜材均有腐蚀性腐蚀性，尤其尤其在有氧的条件下在有氧的条件下，腐蚀性加剧腐蚀性加剧需严格控制需严格控制LiBr吸收式机组中的溶液吸收式机组中的溶液指标指标质量浓度质量浓度：50500.5%wt0.5%wt酸碱度酸碱度：pH=9.5pH=9.510.510.5（弱弱碱性碱性）铬酸锂含量铬酸锂含量：0.10.10.3%0.3%252.LiBr溶液的物理性质溶液的物理性质：溶液密度溶液密度密度密度溴化锂溶液的密度比水大，且随浓度增加而增加溶液密度随温度升高而减小，但变化很小因此因此，在实际应用在实际应用中中，不管温度高低不管温度高低都可以用都可以用波美波美计计（比重计比重计）直接测直接测量溶液的浓度量溶液的浓度可可在溶液除湿在溶液除湿、溶溶液再生系统中应用液再生系统中应用波美计（比重计）很小很小(0.1)262.LiBr溶液的物理性质溶液的物理性质：结晶特性结晶特性常压下溴化锂水溶液的一常压下溴化锂水溶液的一般特性般特性沸点（1 1大气压下）水水：100100溴化锂溴化锂：1265 1265 结晶点水水：结冰点结冰点00溶液溶液：与浓度有关与浓度有关饱和浓度溶液溶液：与温度有关与温度有关在在闭式闭式吸收机吸收机、开式开式吸收吸收机机（溶液除湿溶液除湿）中均需关中均需关注溶液的结晶问题注溶液的结晶问题析冰线溶液区272.LiBr溶液的溶液的物理性质物理性质：结晶结晶特性特性溴化锂在水中的溶解度很溴化锂在水中的溶解度很高高，在在20的常温下的常温下，饱饱和溶液的浓度约为和溶液的浓度约为61当浓度一定时，温度降低析出晶体当温度一定时，浓度升高析出晶体低温浓溶液极容易结晶在机组运行或停机期间必在机组运行或停机期间必须十分注意须十分注意，以防止结晶以防止结晶事故的发生事故的发生析冰线析盐线（结晶线）合晶点283.LiBr溶液的溶液的热力性质热力性质：p-t图图（溴化锂溶液沸腾时对应的水蒸气压溴化锂溶液沸腾时对应的水蒸气压）结晶线 当溶液温度一定时：溶液的水蒸气压力同温度的饱和水蒸气压 溶液的水蒸气压随浓度升高而减小 当溶液浓度一定时：水蒸气压随温度升高而升高重要性相当于压焓图H2OLiBr-H2OtAtB强强溶液溶液溶液温度t/冷剂水温度t/饱和压力p/kPa弱弱溶液溶液溶液循环制冷循环A29过热蒸气过热蒸气两相区两相区过冷溶液过冷溶液3.LiBr溶液的溶液的热力特性热力特性：h图图 横坐标为浓度，纵坐标为溶液和水蒸气的比焓=0时(左坐标轴)，溶液即为液态水，蒸气即为水蒸气，左轴垂直面上也藏着一张lgp-h图 水为制冷剂，在制冷循环过程中，具有冷凝 节流 蒸发 压缩过程 压缩过程（左下图中的虚线）在热力压缩机中进行h(kJ/kg)(%)pkp0pkp0ws饱和液线t410,98,99气态平衡辅助线t21,2343g5,66a7ppkp08799x=1x=0109QhH2O 制冷循环lgp-h图LiBr溶液吸收式循环h-图h-图lg p-h 图h p 展平293047发生器出口冷凝器出口5蒸发器入口蒸发器出口吸收器出口发生器入口 实线实线：纯制冷剂纯制冷剂 虚线虚线：溶液溶液水蒸气压焓图7108912制冷循环及热力压缩机工作过程低压蒸气进入低压浓溶液 低压稀溶液溶液泵加压，低压稀溶液 高压稀溶液发生器加热 高压过热水蒸气+浓溶液LiBr-H2O吸收式制冷循环中冷剂水的吸收式制冷循环中冷剂水的lgp-h图图43031查找查找A A点位置点位置；读取读取 A A=59%,=59%,h hA A=255kJ/kg=255kJ/kg液面上水蒸气的温度液面上水蒸气的温度t=40;t=40;沿沿 A A=59%=59%线找与线找与p=0.93 p=0.93 kPa kPa 蒸气线的交点蒸气线的交点B B过过B B作水平线与作水平线与=0=0交点交点C C,读取水蒸气读取水蒸气h hC C=2998kJ/kg=2998kJ/kgCA 溶液状态参数的确定方法 若浓度59%的溶液温度为t=40，但p=2.0kPa，请问：此时溶液的状态参数？已知已知：LiBrLiBr饱和溶液饱和溶液A A点点p=0.93kPa,t=40p=0.93kPa,t=40，求溶求溶液及其表面水蒸气状态参数液及其表面水蒸气状态参数BDD3.LiBr溶液的溶液的热热力特性力特性：h图图31四四、LiBr吸收式吸收式制冷机组的结构制冷机组的结构原理原理单效吸收式制冷机的工作原单效吸收式制冷机的工作原理和典型流程理和典型流程单效机的理论制冷循环单效机的理论制冷循环单效机组的性能特点单效机组的性能特点32（一一）单效单效机组机组331.单效单效LiBr吸收式制冷机吸收式制冷机：典型结构典型结构冷却水冷却水发生器冷凝器吸收器发生器泵吸收器泵蒸发器泵U型管（节流）三通阀逆流热交换器融晶管抽气装置热媒冷水蒸发器3334H2O制冷循环lgp-h 图LiBr溶液吸收式循环h-图ppkp08799x=1x=0109h(kJ/kg)(%)pkp0pkp0ws饱和液线t410,98,99气态平衡辅助线t21,2343g5,66a7345,66atp7,89,10wst0tkpkp01,23g=0LiBr溶液吸收式循环p-t 图h(kJ/kg)QhQh34tw2冷凝器发生器蒸发器吸收器泵高压水蒸气低压水蒸气冷却水浓溶液溶液热交换器QgQkQaQ0tw3tw2tw1tcw12153781094th62.单效单效LiBr吸收式制冷机吸收式制冷机：理论循环理论循环735h(kJ/kg)(%)pkp0pkp0ws饱和液线t410,98,99气态平衡辅助线t21,2343g5,66a7ppkp08799x=1x=0109QhH2O 制冷循环p-h图LiBr溶液吸收式循环h-图345,66a7,89,101,23g8799109pthpkp0t0tkLiBr溶液吸收式循环p-t 图制冷循环lgp-h图Qhx=1x=0ws=035 将将LiBr溶液的溶液的p-t图图和和H2O蒸气的蒸气的lgp-h图图结合在一起结合在一起，构建三维对应图构建三维对应图 将将LiBr溶液溶液的的h-图图和和H2O蒸气的蒸气的lgp-h图结合在一起图结合在一起，也可构建也可构建三维对应三维对应图图的展平图的展平图 关联分析关联分析，可加深对吸收式制冷循环可加深对吸收式制冷循环、溶液循环的理解溶液循环的理解2.单效单效LiBr吸收式制冷机吸收式制冷机：理论循环理论循环tw2冷凝器发生器蒸发器吸收器泵高压水蒸气低压水蒸气冷却水浓溶液溶液热交换器QgQkQaQ0tw3tw2tw1tcw12153781094th63636345,66at(oC)p(kPa)7,89,10wst0tkpkp01,23g=08799x=1x=0109pkp0pkp010,98,997t4t21,2343g6aQhQh5,6(%)ws 进一步进一步，将将LiBr溶液溶液的的h-图图、p-t图图和和H2O蒸气的蒸气的lgp-h图图结合在一起结合在一起，得到这得到这种种三维图三维图，从而更为从而更为清晰地看到各个过程清晰地看到各个过程的制冷剂和吸收剂的的制冷剂和吸收剂的状态变化和能量转换状态变化和能量转换关系关系2.单效单效LiBr吸收式制冷机吸收式制冷机：理论循环理论循环tw2冷凝器发生器蒸发器吸收器泵高压水蒸气低压水蒸气冷却水浓溶液溶液热交换器QgQkQaQ0tw3tw2tw1tcw12153781094th6LiBr溶液吸收式循环p-t 图H2O制冷循环lgp-h图37热力热力系数系数循环倍率循环倍率ff：稀溶液循环量与制冷剂循环量之比放放气范围气范围45%为宜三个热源温度三个热源温度tcw（冷冻水）tw（冷却水）th（热源）1094374()()hhf hhhh3.单效单效LiBr吸收式制冷机吸收式制冷机：性能影响因素性能影响因素sFfDswhppkp08791099tw2冷凝器发生器蒸发器吸收器泵高压水蒸气低压水蒸气冷却水浓溶液溶液热交换器QgQkQaQ0tw3tw2tw1tcw12153781094th6h/kJ/kg/%pkp0pkp0ws饱和液线t410,98,99气态平衡辅助线t272 1345 66a388090100110120678910相对单位耗气量相对单位耗气量/%冷水出水温度冷水出水温度/蒸汽压力=0.6MPa tw=32=f(tcw)S809010011012029303132333435相对单位耗气量相对单位耗气量/%冷却水入口温度冷却水入口温度/单位冷量的耗气量：kg/kW=f(tw)蒸汽压力=0.6MPa twc=7S4.单效单效LiBr吸收式制冷机吸收式制冷机：性能特点性能特点蒸汽型吸收机性能系数蒸汽型吸收机性能系数常用单位制冷量的常用单位制冷量的耗气量耗气量（单位耗气量单位耗气量：kg/kW）冷水温度冷水温度tcw升高升高制冷量增大单位耗气量减小，热力系数 升高冷却水温度冷却水温度tw升高升高制冷量减小；单位耗气量增大，热力系数 降低热源温度热源温度th升高升高制冷量增大；热力系数 有所提升，但升幅较小30405060708090100110120130140707580859095相对制冷量相对制冷量/%热水进口温度热水进口温度/C29C30C31C32CQ0=f(tw,th)Stwc=7506070809010011012013014045678910相对制冷量相对制冷量/%冷水出水温度冷水出水温度/CQ0=f(tw,tcw)蒸汽压力=0.6MPaS394.单效单效LiBr吸收式制冷机吸收式制冷机：性能特点性能特点当发生器的当发生器的加热温度过高加热温度过高时时，浓溶液温度过高浓溶液温度过高，浓溶液在热交换器部分容易发生浓溶液在热交换器部分容易发生结晶结晶发生器产生的冷剂水发生器产生的冷剂水过热蒸气过热蒸气的凝结热通过冷凝的凝结热通过冷凝器全部排放至环境器全部排放至环境，导致冷却水量很大导致冷却水量很大单效吸收式制冷机的单效吸收式制冷机的热力系数较低热力系数较低过热蒸气的冷凝热没有得到利用（实际上是可以利用的）热力系数0.7左右双效吸收机的工作原理和典双效吸收机的工作原理和典型流程型流程直直燃机与常规双效机的燃机与常规双效机的区别区别双效和双级吸收机的双效和双级吸收机的区别区别40四四、LiBr吸收式吸收式制冷机组的结构制冷机组的结构原理原理（二二）双效双效机组机组411.双双效效LiBr吸收式吸收式制冷机的工作原理制冷机的工作原理如有如有高温热水高温热水、表压表压600800kPa的的蒸汽蒸汽（饱和温度在饱和温度在160170）或有或有燃油燃油、燃气燃气或温度较高的或温度较高的烟气烟气作热源时作热源时，通常采用双效型溴化锂吸收式制冷机通常采用双效型溴化锂吸收式制冷机（冷水机组冷水机组）类型类型（与热源的类型有关与热源的类型有关）热水、蒸汽双效型直燃双效型（包括：烟气余热型）设有高设有高、低压两级低压两级发生器发生器，高高、低温低温两级两级溶液溶液热交换热交换器器在蒸汽驱动型双效机中有时还有利用凝水热量的在蒸汽驱动型双效机中有时还有利用凝水热量的溶液预热溶液预热器器（凝水回热器凝水回热器）42高压冷高压冷剂蒸气剂蒸气蒸蒸发发器器吸吸收收器器水蒸气水蒸气p0冷剂水冷剂水节流装置节流装置高温驱高温驱动热源动热源高压发生器高压发生器p pr rOR低压发生器低压发生器p pk k稀溶液稀溶液浓溶液浓溶液中压冷中压冷剂蒸气剂蒸气中间中间溶液溶液1.双效双效LiBr吸收式吸收式制冷机的工作原理制冷机的工作原理【问题问题1】五个容器中五个容器中的压力高的压力高、低顺序低顺序？低温低温热交热交换器换器高温高温热交热交换器换器【问题问题2】为何高温发为何高温发生器产生的蒸气能够生器产生的蒸气能够将低压发生器中的溶将低压发生器中的溶液加热至沸腾状态液加热至沸腾状态？h3cprpkp0prpkp03a1a3b31ws s2710111254813992710125483c31a942冷却水冷却水冷凝器冷凝器中压冷剂蒸气中压冷剂蒸气3a431.双效双效LiBr吸收式吸收式制冷机的工作原理制冷机的工作原理以高压发生器中溶液沸腾所产生的高温冷剂水蒸以高压发生器中溶液沸腾所产生的高温冷剂水蒸气作为低压发生器加热溶液的气作为低压发生器加热溶液的内热源内热源热利用效热利用效率高率高高压过热冷剂蒸气的冷凝热已用于吸收机的动力循环中，发生器的耗热量减少，热力系数达1.0以上（1.21.4）冷却水带走的主要是低压发生器和吸收器的冷剂冷却水带走的主要是低压发生器和吸收器的冷剂蒸气的冷凝热或吸收热蒸气的冷凝热或吸收热 冷却水循环量大幅冷却水循环量大幅减小减小对于相同制冷量的机组，其冷凝负荷仅为普通单效机的一半左右442.热水热水或或蒸汽型蒸汽型双效制冷机双效制冷机根据吸收器中的稀溶液进入高根据吸收器中的稀溶液进入高、低压发生器中的流程不同低压发生器中的流程不同，双效溴化锂吸收式制冷机主要分为两类双效溴化锂吸收式制冷机主要分为两类串联流程系统并联流程系统性能稳定调节方便热力系数较高高压发生器低压发生器冷凝器蒸发器吸收器高温热交换器低温热交换器高压发生器低压发生器高温热交换器低温热交换器吸收器蒸发器冷凝器453.直燃型直燃型双效吸收式制冷机双效吸收式制冷机（简称简称：直燃机直燃机）直燃双效型和蒸汽双效型的直燃双效型和蒸汽双效型的异同点异同点相同点：制冷原理完全相同不同点：高压发生器的热源和形式不同蒸汽双效型蒸汽双效型：蒸汽蒸汽、换热器换热器直燃双效型直燃双效型：燃气与燃油锅炉燃气与燃油锅炉直燃机的功能直燃机的功能夏天为制冷机，冬天作为锅炉使用，属于冷热同源型设备在发生器中设置一组换热器，可在供冷与供热的同时，制取生活热水燃料燃烧部分排烟部分463.直燃型直燃型双效制冷机双效制冷机（简称简称：直燃机直燃机）根据热水制取方式不同根据热水制取方式不同，直燃机目前主要采用如直燃机目前主要采用如下两种类型下两种类型 设置与高压发生器相连的热水换热器，用发生器产生的过热蒸气制取供暖热水制取供暖用热水制取供暖用热水采用同样方法可制取生活热水采用同样方法可制取生活热水 将发生器产生的过热蒸气引入蒸发器，在蒸发器盘管内制取供暖热水如果用该机组来制取生活热水如果用该机组来制取生活热水，还需在发生器中增还需在发生器中增加热水器盘管加热水器盘管47设置和高压发生器相连的热水器的直燃机设置和高压发生器相连的热水器的直燃机并联系统48在在蒸发器内蒸发器内制制取取供暖供暖热水热水的的直燃机直燃机串联系统切换阀切换阀燃烧器高温热交换器低温热交换器吸收器冷却水溶液泵冷剂泵蒸发器冷凝器低温发生器高温发生器排烟冷却水冷水【制冷循环】：A、B阀均关闭AOFFOFFBU型管49在在蒸发器内蒸发器内制取制取供暖热水供暖热水的的直燃机直燃机切换阀切换阀燃烧器高温热交换器低温热交换器吸收器溶液泵冷剂泵蒸发器冷凝器低温发生器高温发生器排烟温水串联系统【制热循环】：A、B阀均开启ONAONB U型管50 高压冷剂蒸气 pk 低压冷剂蒸气 p0 中压冷剂蒸气 pm G1 G2 A1 A2 T1 T2 C E 节流装置 4.双级双级吸收式吸收式循环循环及其及其与与双效循环双效循环的比较的比较双级吸收式制冷循环双效吸收式制冷循环低压级热力压缩机高压级热力压缩机 热源温度热源温度降低降低：吸收机的放气范围吸收机的放气范围将减小将减小 热源温度热源温度很低很低：3%，甚至甚至为负值为负值采用多级采用多级（双级双级）循环循环A1A1T1G1A2T2G2五五、吸收式吸收式热泵机组热泵机组的类型的类型与工作与工作原理原理51521.吸收式热泵的类型吸收式热泵的类型第一类吸收式热泵第一类吸收式热泵增热型吸收增热型吸收式热泵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制热系数约1.6（增量）第二类吸收式热泵第二类吸收式热泵热变换器热变换器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热力系数约0.5（增质）驱动热源TH第一类热泵低温热源TL输出热量TUTHTUTLQgQ0Qa+Qk输出热量TU第二类热泵低温热源TL驱动热源TMTUTMTLQaQkQg+Q05370热水,Qa+Qk=2.5Q0 C 600800kPa 蒸汽 Qg=1.5Q0 2025 2530 Q0 35 Qa=1.4Q0 G A T E P 2.第一类吸收式热泵第一类吸收式热泵第一类吸收式热泵第一类吸收式热泵与蒸气压缩式热泵相同与蒸气压缩式热泵相同结构与吸收式制结构与吸收式制冷机组相同冷机组相同高温热源低温热源中温热水54E A G T C P 8 6冷却水70中温水 65 100热水 95 65 70中温水 P 3.第二类吸收式热泵第二类吸收式热泵第二类吸收式第二类吸收式热泵热泵注意各换热器注意各换热器相对位置变化相对位置变化中温热源中温热源高温热水低温冷源55供水70回水50供水130回水70二次网一次网凝结水抽凝机组凝汽器冷却塔换热器汽-水换热器0.4MPa 抽汽4.吸收式热泵的应用吸收式热泵的应用：热电联产集中供热系统热电联产集中供热系统传统的热电联产集中供热系统吸收式换热机组吸收式换热机组二次水供二次水回一次水进一次水回902550407555251307050HG CAE564.吸收式热泵的应用吸收式热泵的应用：热电联产集中供热系统热电联产集中供热系统【资料来源】清华大学建筑节能研究中心 著.建筑节能年度发展研究报告2015M，中国建筑工业出版社，2015.574.吸收式热泵的应用吸收式热泵的应用：热电联产集中供热系统热电联产集中供热系统显著特点显著特点城市热网输送能力大幅提高：吸收式换热机组大幅提升一次网供回水温差节能效果显著：电厂的乏汽余热不再单独依靠冷却塔降温，而是作为各级吸收式热泵的低温热源系统整体能效提高：各级热泵的驱动热源均来自于抽凝机组的抽汽，与常规热电联产系统相比，减少了汽轮机的抽汽量，增加了汽轮机的发电能力不可逆损失减小：一次网逐级升温加热，避免了大温差传热导致的不可逆损失具有广阔的应用前景具有广阔的应用前景六六、吸收式制冷与热泵机组吸收式制冷与热泵机组的性能改善的性能改善59591.防腐蚀问题防腐蚀问题溴化锂水溶液对一般金属具有腐蚀性溴化锂水溶液对一般金属具有腐蚀性，尤其在有尤其在有空气存在的情况下腐蚀更为严重空气存在的情况下腐蚀更为严重防腐措施防腐措施确保机组的密封性运行时运行时：维持机内的高度真空维持机内的高度真空长期停运时长期停运时：充入惰性气体充入惰性气体（氮气氮气）微正压保护微正压保护在溶液中加入缓蚀剂0.10.3%的铬酸锂的铬酸锂（Li2CrO4）+0.02%的氢氧化锂的氢氧化锂pH=9.510.5602.强化传热传质强化传热传质在溶液中加入表面活性剂在溶液中加入表面活性剂：辛醇辛醇降低表面张力增加吸收器中传热传质的接触面积降低溶液表面水蒸气压力提高吸收器中传质驱动力传热管表面形成马拉各尼对流效应提高吸收系数和吸收速率，强化吸收效果水蒸气在铜管表面的凝结状态珠状凝结9010011012013000.10.20.30.40.50.60.7相对制冷量相对制冷量/%辛醇添加质量分数辛醇添加质量分数/%添加质量分数为0.1%0.3%的辛醇可以带来10%17%的制冷量提升613.防结晶问题防结晶问题溴化锂水溶液的温度越低溴化锂水溶液的温度越低、浓浓度越高度越高，易进入结晶区易进入结晶区最容易发生在溶液热交换器的最容易发生在溶液热交换器的浓溶液出口侧浓溶液出口侧发生结晶后发生结晶后，浓溶液通路被阻浓溶液通路被阻塞塞，引起吸收器液位下降引起吸收器液位下降，发发生器液位上升生器液位上升，直到制冷机不直到制冷机不能运行能运行在发生器和吸收器之间设置融在发生器和吸收器之间设置融晶管晶管，有助于浓溶液侧结晶的有助于浓溶液侧结晶的缓解缓解5 5析冰线析盐线（结晶线）合晶点624.排出不凝性气体排出不凝性气体自动抽气装置原理图自动抽气装置原理图1-溶液泵；2-引射器；3-抽气阀；4-冷剂水分离器；5-储气室；6-排气阀；7-真空泵；8-回流阀；9-压力传感器;10-供液阀13去发生器去发生器2459为何需设置抽气装置为何需设置抽气装置？系统内压力为负压，难免有微量空气渗入，并且因腐蚀也会产生不凝性气体设有抽气装置，排除聚积在筒体内的不凝性气体抽气装置还可用于制冷机的抽空、试漏与充液自动抽气装置自动抽气装置利用压力传感器9检测储气室5的压力当压力超过设定值（约蒸发压力+8kPa）时，打开阀门3和10，利用引射器2喷射少量的稀溶液，经阀门3引射吸收器内的不凝性气体不凝性气体在冷剂分离器（也是一个吸收器）中分离，并由真空泵7排出系统分离出来的溶液经回流阀8返回系统10吸收器吸收器867635.容量调节容量调节（制冷制冷、制热量调节制热量调节）被控对象被控对象冷（热）水的出水温度调节方式调节方式热源介质质量流量溶液循环量三通阀三通阀（以前常用以前常用）变频溶液泵变频溶液泵（广泛广泛）调节范围调节范围在10100%范围内连续（无级）调节制冷（热）量以制冷机为例646.提高效率提高效率吸收式制冷机吸收式制冷机（热泵热泵）主要由换热设备组成主要由换热设备组成，如如何何强化传热强化传热，降低金属耗量降低金属耗量，提高效率是其推广提高效率是其推广应用中必需解决的重要问题之一应用中必需解决的重要问题之一根据根据外部工作条件外部工作条件和和温度对口温度对口，梯级利用的梯级利用的用能用能原则原则，合理组织溶液流程合理组织溶液流程探寻吸收式制冷机与热泵的最佳应用场合探寻吸收式制冷机与热泵的最佳应用场合制冷：能量的综合利用（如：BCHP系统）；存在余热、废热的场合制热：热电联供集中供热、余热废热利用（电厂、工业余热丰富的场合）本章小结本章小结6666本讲小结本讲小结吸收式制冷机吸收式制冷机（热泵热泵）的基本原理与蒸气压缩式相同的基本原理与蒸气压缩式相同，但须明确二者的区别与联系但须明确二者的区别与联系明确明确LiBr二元溶液的基本性质二元溶液的基本性质，对吸收式制冷机对吸收式制冷机、吸收吸收式热泵和溶液除湿机式热泵和溶液除湿机（开式吸收机开式吸收机）的研发都有重要意的研发都有重要意义义吸收式制冷机与热泵都有多种类型吸收式制冷机与热泵都有多种类型，需在实际工程中进需在实际工程中进行技术经济分析行技术经济分析，最终选择适宜的技术方案最终选择适宜的技术方案吸收式制冷机的一次能源效率远低于蒸气压缩式机组，在余热丰富的场合应推广应用吸收式制冷技术；除特殊场合外，不宜采用高品位能源进行制冷吸收式热泵在热电联产集中供热、工业余热整合利用等领域具有广阔的应用前景