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Chapter3.2單效溴化鋰吸收式制冷原理與循環(huán)

Chapter3.2.1：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)在p－t圖上的表示Chapter3.2.3：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)在h-ξ圖上的表示Chapter3.2.2：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)回路單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)在p－t圖上的表示

p－t圖可以表示溶液在加熱或冷卻過程中的熱力狀態(tài)的變化，圖上沒有反映比焓的變化，因而不能用來進(jìn)行熱力計(jì)算。（1）確定狀態(tài)參數(shù)：溴化鋰水溶液的p-t圖上有三個(gè)狀態(tài)參數(shù)：溫度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、水蒸汽壓。（根據(jù)其中的兩個(gè)就可以確定第三個(gè)）（3）表示：溴化鋰溶液熱力狀態(tài)的變化過程。（4）四個(gè)過程（ABCD表示了最基本的單效溴化鋰吸收式機(jī)組中溶液的工作循環(huán)）：AB/BC/CD/DA用途：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)在p－t圖上的表示（2）確定結(jié)晶溫度A－B：等壓加熱濃縮過程，在溴化鋰吸收式機(jī)組中，稱為發(fā)生過程。溶液從A點(diǎn)70mmHg壓力下等壓加熱。隨著溫度的升高，溶液中的水分被蒸發(fā)出來，溴化鋰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷增大，達(dá)到了狀態(tài)點(diǎn)B，此時(shí)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為64％。注：忽略冷劑蒸汽的流動(dòng)阻力損失，可以認(rèn)為：（1）冷凝器中的冷凝壓力pc等于發(fā)生器中的發(fā)生壓力pg；（2）吸收器中的吸收壓力pa等于蒸發(fā)器中蒸發(fā)壓力pe。C－D：等壓冷卻稀釋過程，在溴化鋰吸收式機(jī)組中，稱為吸收過程。溶液從C點(diǎn)6mmHg壓力下等壓冷卻。隨著溫度的下降，溶液中的水蒸汽壓力下降，具有吸收水蒸汽的能力，不斷吸收水蒸汽。當(dāng)溫度降低到40℃時(shí)，達(dá)到了狀態(tài)點(diǎn)D，此時(shí)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60％。B－C：濃溶液冷卻過程。D－A：稀溶液加熱升溫過程。

在吸收式制冷循環(huán)中，二元溶液從發(fā)生器到吸收器的節(jié)流過程通常由U形管、孔板完成。

溶液節(jié)流前后濃度不變，即ξ1=ξ2；由于節(jié)流時(shí)溶液與外界的熱交換時(shí)間非常短，一般認(rèn)為節(jié)流過程為絕熱過程，故節(jié)流前后溶液的焓值不變，即h1=h2。所以，在h-ξ圖上，二元溶液節(jié)流前后狀態(tài)點(diǎn)的位置不變。但并不意味著節(jié)流前后溶液的狀態(tài)相同，因?yàn)楣?jié)流前后的壓力降低了。二元溶液的節(jié)流：二元溶液的加壓：

在吸收式制冷循環(huán)中，二元溶液從吸收器到發(fā)生器，需要通過溶液泵加壓。

溶液加壓前后濃度不變，即ξ1=ξ2；考慮到溶液泵加壓消耗的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于溶液在發(fā)生器中發(fā)生過程所消耗的熱量，一般忽略加壓過程中溶液泵消耗的功率，認(rèn)為加壓前后溶液的焓值相等，即h1=h2。

所以，在h-ξ圖上，二元溶液加壓前后狀態(tài)點(diǎn)的位置不變。但這不意味著加壓前后溶液的狀態(tài)相同，因?yàn)榧訅汉笕芤旱膲毫ι吡恕?/p>

溴化鋰吸收式制冷機(jī)就是利用水在低壓真空環(huán)境下的蒸發(fā)進(jìn)行制冷的。利用溴化鋰溶液極易吸收制冷劑水的特性，通過溴化鋰溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化（發(fā)生與吸收過程）使制冷劑在一封閉的系統(tǒng)中不斷地循環(huán)，這就是吸收式制冷循環(huán)的基礎(chǔ)。Chapter3.2.2：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)回路熱源回路冷卻水回路冷凍水回路冷劑水回路溶液回路溴化鋰吸收式冷水機(jī)組的應(yīng)用系統(tǒng)Chapter3.2.2：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)回路幾個(gè)回路：(1)制冷劑回路；(2)熱源回路；(3)溶液回路；(4)冷卻水回路；(5)冷凍水回路；Chapter3.2.2：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)回路制冷劑回路：由蒸發(fā)器、冷凝器、節(jié)流閥等構(gòu)成。Chapter3.2.2：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)回路熱源回路：如果熱源回路由發(fā)生器和蒸汽（熱水）鍋爐等構(gòu)成，可以將單效機(jī)做成蒸汽（熱水）型Chapter3.2.2：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)回路鍋爐溶液回路：溶液回路由發(fā)生器、吸收器、溶液換熱器、水泵等構(gòu)成。Chapter3.2.2：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)回路冷凍水回路Chapter3.2.2：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)回路用戶冷卻水回路Chapter3.2.2：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)回路冷卻塔溶液回路

機(jī)組工作時(shí)，從吸收器流出的稀溶液，經(jīng)溶液泵升壓，流經(jīng)溶液換熱器進(jìn)入發(fā)生器。稀溶液在溶液換熱器中，被來自發(fā)生器的濃溶液加熱，再在發(fā)生器中被驅(qū)動(dòng)熱源（熱水、加熱蒸汽等）加熱，濃縮成濃溶液。從發(fā)生器流出的濃溶液，在壓差和位差的作用下，經(jīng)溶液換熱器進(jìn)入吸收器。濃溶液在溶液換熱器中，向來自吸收器的稀溶液放熱，再在吸收器中吸收來自蒸發(fā)器的冷劑蒸汽，稀釋成稀溶液，同時(shí)向冷卻水放出溶液的吸收熱。1’QG發(fā)生器QA吸收器QC冷凝器QE蒸發(fā)器節(jié)流裝置pg5pcpapeDD4’43D678(a-1)D溶液換熱器aD溶液泵（?。?Chapter3.2.2：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)回路制冷劑回路

在發(fā)生器中產(chǎn)生的冷劑蒸汽，流入冷凝器，在其中向冷卻水放熱，凝結(jié)成冷劑水。從冷凝器流出的冷劑水，經(jīng)節(jié)流裝置節(jié)流進(jìn)入蒸發(fā)器。冷劑水在蒸發(fā)器中蒸發(fā)，同時(shí)向冷水吸熱，使之降溫而產(chǎn)生制冷效果。在蒸發(fā)器中產(chǎn)生的冷劑蒸汽，進(jìn)入吸收器，完成了單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)的制冷劑回路。1’QG發(fā)生器QA吸收器QC冷凝器QE蒸發(fā)器節(jié)流裝置pg5pcpapeDD4’43D678(a-1)D溶液換熱器aD溶液泵2Chapter3.2.2：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)回路2—7：稀溶液在溶液換熱器中的升溫過程，即等濃度加熱過程。Chapter3.2.2：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)回路7—5—4：稀溶液在發(fā)生器中的顯熱加熱及發(fā)生過程。Chapter3.2.2：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)回路4—8：濃溶液經(jīng)溶液換熱器的冷卻過程。Chapter3.2.2：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)回路8—6—2：濃溶液在吸收器中的降溫及吸收過程。Chapter3.2.2：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)回路5—3：發(fā)生器中的冷劑蒸汽在冷凝器管內(nèi)冷卻水的冷卻下，被凝結(jié)成點(diǎn)3狀態(tài)。Chapter3.2.2：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)回路3—1：冷凝器中的冷劑水進(jìn)入蒸發(fā)器的節(jié)流過程。Chapter3.2.2：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)回路Chapter3.2.3：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)在h-ξ圖上的表示3’冷卻水冷凍水熱源在h-ξ圖上的理論制冷循環(huán)

圖中Pc為冷凝壓力也是發(fā)生器中的壓力，Pe為蒸發(fā)壓力，也是吸收器中的壓力。

ξω為吸收器出口的稀溶液濃度；ξs為發(fā)生器出口的濃溶液濃度。在h-ξ圖上由兩條等壓線（Pc、Pe）和兩條等濃度線（ξω、ξs）組成的四邊形為溶液循環(huán)的狀態(tài)變化過程。Chapter3.2.3：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)在h-ξ圖上的表示3’在h-ξ圖上的理論制冷循環(huán)（1）稀溶液的加熱和預(yù)熱由吸收器出來的稀溶液（點(diǎn)1）壓力為Pe，濃度為ξω，溫度為t1，經(jīng)泵加壓后，壓力升高到Pc，溶液狀態(tài)由點(diǎn)1到點(diǎn)2，此時(shí)濃度不變，溫度t2≈t1，因此點(diǎn)2與點(diǎn)1基本重合。這兩點(diǎn)的區(qū)別在于點(diǎn)1是Pe下的飽和液體，點(diǎn)2是壓力Pc下的過冷液體。點(diǎn)2狀態(tài)的溶液經(jīng)溶液熱交換器被預(yù)熱到狀態(tài)點(diǎn)3。t1Chapter3.2.3：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)在h-ξ圖上的表示在h-ξ圖上的理論制冷循環(huán)（2）發(fā)生器中蒸氣的發(fā)生稀溶液（點(diǎn)3）進(jìn)入發(fā)生器后，先從過冷狀態(tài)加熱到飽和狀態(tài)（過程3—3’），此時(shí)濃度不變，溫度由t3升高到t’3。繼續(xù)加熱，稀溶液在壓力Pc下沸騰氣化，其中冷劑水被蒸發(fā)出來，溶液濃度和溫度升高。點(diǎn)4是發(fā)生過程的終了狀態(tài)，此時(shí)溫度為t4，濃度為ξs。Chapter3.2.3：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)在h-ξ圖上的表示t1t33’在h-ξ圖上的理論制冷循環(huán)（3）濃溶液的冷卻與節(jié)流從發(fā)生器出來的濃溶液（點(diǎn)4）在溶液熱交換器中被冷卻到點(diǎn)5，溫度由t4降到t5。

點(diǎn)5是Pc下的過冷液體。點(diǎn)5—6是濃溶液節(jié)流過程，濃度不變，焓值不變，則點(diǎn)6與點(diǎn)5重合，此時(shí)點(diǎn)6壓力是Pe。Chapter3.2.3：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)在h-ξ圖上的表示3’t1t3在h-ξ圖上的理論制冷循環(huán)（4）吸收器中的吸收過程狀態(tài)點(diǎn)6

的濃溶液進(jìn)入吸收器中，在等壓下與蒸發(fā)器來的冷劑水蒸氣混合，濃溶液吸收水蒸氣并放出熱量，最后達(dá)到狀態(tài)點(diǎn)1。這個(gè)過程可以看成溶液由狀態(tài)點(diǎn)6

冷卻到飽和狀態(tài)點(diǎn)6’，再進(jìn)一步冷卻并吸收水蒸氣達(dá)到點(diǎn)1。Chapter3.2.3：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)在h-ξ圖上的表示3’t1t36’（1）冷凝過程發(fā)生器蒸發(fā)出來的水蒸氣應(yīng)該是發(fā)生過程3‘—4所產(chǎn)生的蒸氣混合物，可以看成是3’—4過程平均狀態(tài)的蒸氣（即狀態(tài)點(diǎn)7），由于從理論上講產(chǎn)生的是純水蒸氣，故位于ξ=0的縱坐標(biāo)軸上。該蒸汽（冷劑水蒸汽）進(jìn)入冷凝器中，在壓力Pc下淋灑在冷凝器管簇外表面，放出冷凝熱量，凝結(jié)成冷劑飽和水（點(diǎn)8）。過程7—8即是冷劑水蒸氣在冷凝器中的冷凝過程。凝結(jié)熱量通過流經(jīng)管簇內(nèi)的冷卻水吸收，由冷卻水將冷凝熱量排到系統(tǒng)外。在h-ξ圖上的理論制冷循環(huán)Chapter3.2.3：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)在h-ξ圖上的表示t1t3在h-ξ圖上的理論制冷循環(huán)（2）節(jié)流過程壓力為Pc的飽和冷劑水（點(diǎn)8）經(jīng)U形管節(jié)流后，壓力降到Pe，進(jìn)入蒸發(fā)器，此時(shí)焓值不變，故節(jié)流后的狀態(tài)點(diǎn)9與點(diǎn)8重合，但狀態(tài)點(diǎn)9是在壓力Pe下的濕蒸氣，即由大部分的飽和水（點(diǎn)9’）與小部分的飽和水蒸氣（點(diǎn)9″）所組成。

U形管不僅起節(jié)流作用，還有水封作用，防止上下筒壓力串通，破壞上下筒之間壓力差，影響制冷劑的蒸發(fā)與吸收。Chapter3.2.3：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)在h-ξ圖上的表示t1t3在h-ξ圖上的理論制冷循環(huán)（3）蒸發(fā)過程節(jié)流后的冷劑水（點(diǎn)9）進(jìn)入蒸發(fā)器中，由于壓力下降，一部分冷劑水即刻汽化，溫度降低，尚未汽化的冷劑水經(jīng)蒸發(fā)器管簇外表面吸收載冷劑的熱量而汽化。狀態(tài)點(diǎn)9—10表示了冷劑水在蒸發(fā)器中等壓汽化過程。Chapter3.2.3：單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)在h-ξ圖上的表示t1t33’6’分析一下單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)的性能

在吸收式制冷循環(huán)中，工質(zhì)對在發(fā)生器中從高溫?zé)嵩传@得熱量，在蒸發(fā)器中從低溫?zé)嵩传@得熱量，在吸收器和冷凝器中向外界環(huán)境放出熱量，而溶液泵只是提供輸送溶液時(shí)克服管路阻力和重力位差所需的動(dòng)力，消耗的機(jī)械功很小。對于一理想的吸收式制冷循環(huán)，如果忽略溶液泵的機(jī)械功和其他熱損失，則由熱力學(xué)第一定律得到如下熱平衡關(guān)系式（加入機(jī)組的熱量等于機(jī)組向外放出的熱量）：

Q0＋Qg＝Qa+QkQ0：蒸發(fā)器的熱負(fù)荷，制冷量；Qg：發(fā)生器的熱負(fù)荷；Qa：吸收器的熱負(fù)荷；Qk：冷凝器的熱負(fù)荷；分析一下單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)的性能

Q0＋Qg＝Qa+QkQ0：蒸發(fā)器的熱負(fù)荷，制冷量；Qg：發(fā)生器的熱負(fù)荷；Qa：吸收器的熱負(fù)荷；Qk：冷凝器的熱負(fù)荷；定義吸收式制冷循環(huán)的熱力系數(shù)ξ：

ξ＝Q0/Qg熱力系數(shù)表示消耗單位熱量所制取的冷量，是衡量吸收式機(jī)組的主要性能指標(biāo)。在給定的條件下，熱力系數(shù)越大，循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性就越好。分析一下單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)的性能忽略吸收式循環(huán)中各個(gè)過程的損失，可以得到理想吸收式循環(huán)的熱力系數(shù)ξmax（最大值）：工作在高溫?zé)嵩礈囟群铜h(huán)境溫度之間的正卡諾循環(huán)的熱效率高溫?zé)嵩礈囟拳h(huán)境溫度工作在低溫?zé)嵩礈囟群铜h(huán)境溫度之間的逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)低溫?zé)嵩礈囟壤碚撟畲鬅崃ο禂?shù)分析一下單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)的性能在實(shí)際過程中，由于存在各種不可逆損失，吸