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溴化锂吸收式制冷机的工作原理及设计计算.doc
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溴化锂吸收式制冷机的工作原理及设计计算.doc
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溴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后的低温冷剂水冷却,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,在再生器中稀溶液被加热,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。另一方面,在再生器内,外部高温水加热溴化锂溶液后
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
制冷量的最正确分配,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 66℃。以上循环如
此反复进展,最终到达制取低温冷水的目的。
溴化锂吸收式制冷机以水为制冷剂,溴化锂水溶液为吸收剂,制取 0℃以上的
低温水,多用于空调系统。
溴化锂的性质与食盐相似,属盐类。它的沸点为 1265℃,故在一般的高温下
对溴化锂水溶液加热时,可以认为仅产生水蒸气,整个系统中没有精馏设备,
因而系统更加简单。溴化锂具有极强的吸水性,但溴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%,否那么运行中,当溶液温度
降低时,将有溴化锂结晶析出的危险性,破坏循环的正常运行。溴化锂水溶液
的水蒸气分压,比同温度下纯水的饱和蒸汽压小得多,故在一样压力下,溴化
锂水溶液具有吸收温度比它低得多的水蒸气的能力,这是溴化锂吸收式制冷机
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。如果蒸气压力为 0.85kPa 的溴化锂溶液与具有
1kPa 压力〔7℃〕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〕为止。
图 1 吸收制冷的原理
0.87kPa 和 0.85kPa 之间的压差用于克制连接收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 5℃下蒸发时,就可能从较高温度的被冷却介质中
吸收气化潜热,使被冷却介质冷却。
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为了使水在低压下不断气化,并使所产生的蒸气不断地被吸收,从而保证吸收过程的不断
进展,供吸收用的溶液的浓度必须大于吸收终了的溶液的浓度。为此,除了必须不断地供
应蒸发器纯水外,还必须不断地供应新的浓溶液,如图 1 所示。显然,这样做是不经济的。
图 2 单效溴化锂吸收式制冷机系统 图 3 双筒溴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
实际上采用对稀溶液加热的方法,使之沸腾,从而获得蒸馏水供不断蒸发使用,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。稀溶液在加热
以前用泵将压力升高,使沸腾所产生的蒸气能够在常温下冷凝。例如,冷却水温度为
35℃时,考虑到热交换器中所允许的传热温差,冷凝有可能在 40℃左右发生,因此发生
器内的压力必须是 7.37kPa 或更高一些〔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。在溴化锂吸收式制冷机中,这一压差相当小,一般只
有 6.5~8kPa,因而采用 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高,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度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度才开场沸腾,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展热量交换,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,为防止流动时产生过大的压降,需要很粗的管道,为防止这一
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内,如图
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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 单筒溴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、7、8-泵;9-U 型管
综上所述,溴化锂吸收式制冷机的工作过程可分为两个局部:
(1)发生器中产生的冷剂蒸气在冷凝器中冷凝成冷剂水,经 U 形管进入蒸发器,在低压下蒸
发,产生制冷效应。这些过程与蒸气压缩式制冷循环在冷凝器、节流阀和蒸发器中所产生
的过程完全一样;
(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,
用泵将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起的作用。
工作过程在 图上的表示
溴化锂吸收式制冷机的理想工作过程可以用 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
溶液均到达平衡状态。
图 5 溴化锂吸收式制冷机工作过程在 图上的表示
(1)发生过程
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点 2 表示吸收器的饱和稀溶液状态,其浓度为 ,压力为 ,温度为 ,经过发生器
泵,压力升高到 ,然后送往溶液热交换器,在等压条件下温度由 升高至 ,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 升高到 压力下的
饱和温度 ,并开场在等压下沸腾,溶液中的水分不断蒸发,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到达 ,温度到达 ,用点 4 表示。2-7 表示稀溶液在
溶液热交换器中的升温过程,7-5-4 表示稀溶液在发生器中的加热和发生过程,所产生的
水蒸气状态用开场发生时的状态〔点 4' 〕和发生终了时的状态〔点 3' 〕的平均状态点 3'
表示,由于产生的是纯水蒸气,故状态 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 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 的饱和冷剂水〔点 3〕经过节流装置〔如 U 形管〕,压力降为 ( = )后
进入蒸发器。节流前后因冷剂水的焓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,局部冷剂水气化成冷剂蒸气〔点 1'〕,尚未气化
的大局部冷剂水温度降低到与蒸发压力 相对应的饱和温度 〔点 1〕,并积存在蒸发
器水盘中,因此节流前的点 3 表示冷凝压力 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〕相混合的湿蒸气状态。
(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外表,
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 1',1-1'表示
冷剂水在蒸发器中的气化过程。
(5)吸收过程
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