吸收式制冷机复习 - 图文

考试时间：第九周周三下午1:30 考试地点：阶梯教室五

※第一章 理论基础

§1-2 溶液热力学基础

溶液是由溶质和溶剂所组成的均匀体系

在吸收式制冷机中，制冷剂不断地被溶液吸收或放出。溶液在循环过程中发生压力、温度

和浓度的变化，并与外界进行热交换。

溶液热力学研究溶液的热力学性质及溶液在加热（或放热）过程中状态的变化情况，是吸收式

制冷机的重要热工基础。

一.溶液、溶液的成分 溶液：

溶体：由两种或两种以上的物质所组成的均匀混合物称溶体。 气态溶体、液态溶体、固态溶体。 其中液态溶体称溶液。

2．溶液的成分：溶液的成分表示各组分在溶液中所占的百分比。 mi?? 3．质量分数：是溶液中某一组分的质量与溶液总质量之比。 im

摩尔分数 ：是溶液中某一组分的摩尔数与溶液总摩尔数之比。

二. 相、独立组分数、自由度和相律 1．相和相数

体系中物理及化学性质完全均一的部分总称为一个“相”。

相与相之间有明显的分界面，越过界面时，物理及化学性质发生突变。 体系中所具有的相的总数，称为“相数”。用φ表示。

例1：H2o在1大气压下，高于100℃为单一的气相；达到100℃时为汽、液共存的两相；降到0.0099℃和4.58mmHg时，形成固态冰、液态水和水蒸汽三相共存。

例2：盐溶于水形成的体系，常温常压下，浓度较小时，可形成单相的不饱和溶液；如加多盐，将形成饱和溶液和结晶盐两相共存；若将温度降低到一定值，体系中会出现固体冰，此时为三相共存；若再将压力降到足够低，体系中将蒸发出水蒸汽，此时形成四相共存，即：固体冰、固体盐、饱和溶液和水蒸汽。

气相：由于各种气体能无限地均匀混合，所以一个体系中无论有多少种气体存在，也只能有一个相。

液相：由于不同种液体的互相溶解程度不同，一个体系中可以出现一个、两个，甚至同时有三种液相共存

固相：如果不同种固体没有达到分子程度的扩散、混合，即没有形成固溶体，那么体系中有多少种固体物质，就有多少个固相。

如果达到分子程度的均匀混合，形成了固溶体，例如处于熔融状态时能完全溶解的不同种金属，冷却后就形成合金。合金的固溶体是一个固相，而不是多个固相。

nixi?n

2．独立组分数

确定平衡体系中各相组成所需要的最小数目的独立物质，称为独立组分。

在物质间没有化学反应的情况下，独立组分数就是平衡体系中的物质数。用k 表示。

3．自由度

在不引起旧相消失和新相形成的前提下，可以在一定范围内自由变化的强度性质，称为体系在

指定条件下的自由度。

强度性质为压力、温度、浓度。自由度用f 表示。

例1：一个容器中，储存有液体的水，p、t可以在一定范围内变化，f=2；

例2：水与平衡蒸汽共存，f=1；因此时p=f(t)，在一定压力下，温度达到一定值时，才能达到

两相共存，即只要一个状态参数（p或t）确定，体系的状态就确定了。

例3：不饱和盐水，f=3；（压力、温度、浓度）

例4：饱和盐水与固体盐，f=2；在一定p和T下，盐的溶解度是一定的，即饱和盐水的浓度是固

定的， 不可能， 则固体盐会溶解，∴f=2。

4．吉布斯定律——相律

用来表示平衡体系内自由度、相数和组分数之间的关系。 产生熔解热的原因： 第一类溶液的蒸气压——气相组成线是：（1）溶质分子溶于溶剂中并扩散时的吸热过程； 与蒸气压——液相组成线两端重合，中间 （2）溶质分子与水分子之间相互结合成水合物的放不重合的曲线。在p-x图上，气相线位于 热过程 液相线的下方。 （LiBr）结晶：一定温度下的饱和溶液，当温度降低 时，溶解度减小，溶液中就有固体溶质的结晶析出。 精馏原理：对于两组分体系，把液相部分地汽化（蒸 发）或把气相部分地冷凝，都能起到在液相中浓集难 挥发组分和在气相中浓集易挥发组分的作用 方法：不断地分别从系统中取出液体和气体，将溶 液液体进行加热，又产生新的液体与气体，而液体的 浓度比未加热前的A组分浓度加大了，再取出液体， 再加热，不断重复，最后可以得到纯的难挥发组分。

1.混合现象

两种液体混合时，混合前后的容积和温度一般都有变化

??????f?k?2?f?k?2??

2．混合后焓hm及浓度ξm

需要混合的两种物质的质量为m1和m2，它们的浓度、比焓和温度分别为ξ1、h1和t1，

以及ξ2、h2和t2。试求缓和后的比焓hm和浓度ξm。

从混合物中的质量平衡关系，得到： 12从混合物中的浓度平衡关系，得到： ?m?? 112m2??mm联立（1）、（2），可以导出： ?2??m?1m1??2m2m2?m??1

m?m?m???1?(?2??1)m?m1 2?????? mm?m212112

由热平衡可得： mhm?m1h1?m2h2 ?m??1h?h?(h2?h1)1把（3）代入（5），得： m ?2??13．节流

无论是溶液还是纯工质，节流的过程可以认为是绝热的，因此节流后焓不变，溶液

的浓度也不变，但其压力降低，温度下降，处于两相状态。

※第二章 制冷剂与吸收剂

二．吸收剂应具有的性质

1.在相同压力下，吸收剂的沸点比制冷剂的高，而且相差的越大越好；

2.具有强烈地吸收制冷剂的能力；

3.无毒、无臭、不燃烧、不爆炸，安全可靠；

4.对金属材料的腐蚀性小；

5．价格低廉。易于获得。

§2-2 溴化锂溶液的性质

溴化锂水溶液是由固体的溴化锂溶解在水中而成的。在常压下，水的沸点是100℃，而溴

化锂的沸点是1265℃，两者相差1165℃。

一.水作为制冷剂的特点

优点：1.价格低廉，取用方便；2.汽化潜热大；

3. 无毒、无味、不燃烧、不爆炸。

缺点：常压下蒸发温度高，当蒸发温度降低时，蒸发压力也很低；蒸汽的比容大；不能制取0℃

以下的低温。

溴化锂水溶液具有下列特点：

1．无色液体，有咸味，无毒，加入铬酸锂后溶液呈淡黄色；

2．水蒸汽分压很小，它比同温度下纯水的饱和蒸汽压小的多，故有强烈的吸湿性；

3．溴化锂在水中的溶解度随温度的降低而降低，很容易产生结晶；

m?m?m

4．溴化锂溶液对黑色金属和紫铜管等普通材料有强烈的腐蚀性，有空气存在时情况更为严

重，因腐蚀而产生的不凝性气体对装置的制冷量影响较大；

5．溴化锂溶液的密度与温度、质量分数有关；溴化锂溶液的密度比水大，当温度一定时，

随着质量分数增大，其密度增大；如质量分数一定，则随着温度的升高，其密度减小。

6．在一定温度下。随着质量分数的增大，粘度急剧增大；在一定质量分数下，随着温度升

高，粘度下降。 7．溴化锂溶液的表面张力与温度和质量分数有关：质量分数不变时，随温度的升高而降低；

温度不变时，随质量分数的增大而增大。

8．溴化锂溶液的比热很小。

一．氨水溶液的特点：

1．氨水溶液无色，有特殊的刺激性臭味；

； 2 ．氨腐蚀铜及铜合金（磷青铜除外）

3．低温时氨水将析出结晶；

4．氨对人体有较大的毒性；氨可以燃烧与爆炸； 5．氨极易溶于水组成氨水溶液；

※第三章 单效溴化钾吸收式制冷剂 Q?T?Tk??T0?评价经济性能指标 ?max?0??h?????????? Qh?Th??Tk?T0?

式中 η——工作在高温热源Th和环境温度Tk间的正卡诺循环的热效率，?

ε——工作在低温热源T0和环境温度Tk间的逆卡诺循环的制冷系数， ??

?热力完善度，用β表示。

max

热力完善度越大，表明循环中的不可逆损失越小，循环越接近理想循环。

§3-3 单效溴化锂吸收式制冷实际循环 双筒的也必须会

1-发生器 2-冷凝器 3-蒸发器 4-吸收器 5-溶液热交 换器

6-U型管节流 装置 7-冷剂泵 8-发生器泵 9-吸收器泵

???T0Tk?T0Th?TkTh? 三．实际循环在 h-ξ图上的表示

忽略压力、浓度在过程中的

变化，与理论循环的区别在

于：溶液热交换器具有端部

温差，即浓溶液出口温度不 等于稀溶液入口的温度。

§3-4 单效溴化锂吸收式制冷机各设备负荷 (推导热负荷)

制冷机中各换热设备的热负荷可通过对循环过程及各设备热平衡关系的分析求得。 一．发生器的热负荷

加入发生器的总热量为：Q

?Fh(kw)

h7 流出发生器的总热量为： Dh3'?(F?D)h4(kw)

在稳定状态下，加入发生器的总热量流出发生器的总热量相等。 即Q h?Fh7?Dh3'?(F?D)h4 ?Q?Dh?(F?D)h?Fh h3'47

令F/D=a，a称为循环倍率，它表示在发生器中每产生1kg冷剂水蒸汽所需要的溴化锂稀 ?溶液的循环量。q?Q

h hD?(a?1)h4?h3'?ah7

q h称为发生器的单位热负荷。

意义：在发生器中产生1kg冷剂蒸汽所需加入的热量。

a可以通过发生器中溴化锂的质量平衡关系求得。

进发生器的溴化锂量为Fξa kg/s，出发生器的溴化锂量为(F-D) ξr kg/s。由于发生过程中

溴化锂量是不挥发的，所以： ar两边同除D， ? r ? ? ? 称为放汽范围。

raa? ar ?r??a

溶液的循环倍率a为发生器出口浓溶液的浓度与放汽范围之比。

§3-5 热力计算

设计计算的任务：根据设计任务书提出的要求和给定的条件，进行制冷循环计算，以求得与制 冷量相适应的工作介质循环量和各换热设备的热负荷，确定传热面积、结构以及配管尺寸、泵、 阀的型号选择等。

设计计算分：热力计算，传热计算和结构计算。

热力计算的目的:是根据给定的技术条件（制冷量、冷媒水出水温度、冷却水进水温度及加热热

，合理选定热力参数，并依据溶液的热力性质图表来完成循环的热力过程计算，为传 源条件等）

热计算提供必要的数据。

ξr一般在60～65%的范围。

。 浓溶液浓度ξr ξr－ξa最好在4～5%（或3～6%）

※第四章 双效溴化锂吸收式制冷机

§4-1双效溴化锂吸收式制冷机工作原理

一．组成

双效溴化锂吸收式制冷机与单效溴化锂吸收式制冷机相比，多了一个高压发生器、一个高温

溶液热交换器、一个凝水换热器。

蒸汽型双效机组与单效机组相同，也有蒸汽回路、溶液回路、冷剂回路、冷却水回路和冷水回

路构成。

二．循环流程

根据稀溶液进入高、低压发生器的方式，双效循环流程可以分为：串联流程、并联流程、倒串

联流程和串并联流程。

串联流程图 （重点单效） 1．

1-高压发生器 2-低压发生器 3-冷

凝器 4-吸收器 5-蒸发器

6-低温溶液热交换器 7-高温溶

液热交换器 8-发生器泵

9-吸收器泵 10-冷剂泵 11-U

型管

F??(F?D)?ra??(a?1)?r

四．将循环表示在h-ξ图上 1.串联流程 2-11’稀溶液在低温溶液热交换器的升温过程； 11’-12’稀溶液在高温溶液热交换器的升温过程； 12’-12稀溶液在凝水换热器的升温过程； 12-6-7稀溶液在高压发生器中的预热与发生过程； 7-8中间溶液在高温溶液热交换器中的温降过程； 8-5中间溶液在低压发生器中的发生过程； 3’’’-3’’高压发生器冷剂蒸汽在低压发生器传热管内冷凝过程； 3’’-3高压冷剂水节流过程； 3’-3低压发生器的冷剂蒸汽在冷凝器内的冷凝过程； 1-1’冷剂水在蒸发器内的蒸发过程。 5-9浓溶液在低温溶液热交换器中的降温过程； 9/2-10浓溶液和吸收器内的稀溶液混合过程； 10-10’混合溶液在吸收器内的闪发降温过程； 10’-2吸收器吸收过程； 2.倒串联流程 2-11稀溶液在低温溶液热交换器的升温过程； 11-5-4稀溶液在低压发生器中升温和浓缩过程； 4-12中间溶液在高温溶液热交换器的升温过程； 12-6-7中间溶液在高压发生器中升温和浓缩过程； 7-9浓溶液在高温溶液热交换器的降温过程； 9-8浓溶液在低温溶液热交换器的降温过程； 2/8-10浓溶液和吸收器内的稀溶液混合过程； 10-10’混合溶液在吸收器内闪发降温过程； 10’-2吸收器吸收过程； 3’’’-3’’高压发生器冷剂蒸汽在低压发生器传热管内冷凝过程； 3’’-3高压冷剂水节流过程； 3’-3低压发生器的冷剂蒸汽在冷凝器内的冷凝过程； 1-1’冷剂水在蒸发器内的蒸发过程。 3.并联流程（分流流程） 2-11’稀溶液在低温溶液热交换器的升温过程； 11’-11稀溶液在凝水换热器中的升温过程； 11-4-5稀溶液在低压发生器中升温和浓缩过程； 5-9浓溶液在低温溶液热交换器的降温过程； 2-12稀溶液在高温溶液热交换器的升温过程； 12-6-7稀溶液在高压发生器中升温和浓缩过程； 7-8浓溶液在高温溶液热交换器的降温过程； 2/8，9-10高压发生器，低压发生器中的浓溶液和 吸收器中的稀溶液混合过程； 10-10’混合溶液在吸收器内闪发降温过程； 10’-2吸收器吸收过程； 3’’’-3’’ 高压发生器冷剂蒸汽在低压发生器传 热管内冷凝过程； 3’’-3高压冷剂水节流过程； 3’-3低压发生器的冷剂蒸汽在冷凝器内的冷凝过 程； 1-1’冷剂水在蒸发器内的蒸发过程。 4. 4.串并联流程 2-12稀溶液在低温溶液热交换器的升温过程； 12-4-5稀溶液在低压发生器中升温和浓缩过程； 4-13稀溶液在高温溶液热交换器的升温过程； 12-6-7稀溶液在高压发生器中升温和浓缩过程； 7-8浓溶液在高温溶液热交换器的降温过程； 高温溶液热交换器流出的浓溶液进入低压发生器 8-8’ 后的闪发过程； /5-9高温溶液热交换器流出的浓溶液进入低压发生 8’ 器闪发后的浓溶液与低压发生器出口状态为5的浓溶 液的混合过程； 9-10浓溶液在低温溶液热交换器的降温过程； 2/10-11浓溶液和吸收器内的稀溶液混合过程； 11-11’混合溶液在吸收器内闪发降温过程； 11’-2吸收器吸收过程； ’’-3’’高压发生器冷剂蒸汽在低压发生器传热管 3’ 内冷凝过程； ’-3高压冷剂水节流过程； 3’ 3’-3低压发生器的冷剂蒸汽在冷凝器内的冷凝过程； 1-1’冷剂水在蒸发器内的蒸发过程。 ※第五章 溴化锂吸收式制冷机的形式与结构 1．机组中的不凝性气体的排除。 （会集中在冷凝器、吸收器） 2.蒸发器多为喷淋型。（吸收式的必须用喷淋型） 3.传热管一般采用紫铜管。管束下方设有蒸发器水盘，为使未蒸发的冷剂水汇集至液囊，水 盘具有一定的坡度，管簇两侧设有挡水板。 挡水板的压力损失越小越好。当冷剂蒸汽速度不大时可采用普通结构的低阻力挡水板，但这 种挡水板所占空间较大，筒体直径也被迫增大。另一种是用于压力损失稍大、冷剂蒸汽速度 较高的不锈钢薄板制成的曲折形挡水板。也可采用聚氯乙烯薄板制成的挡水板。 4.吸收器的喷淋方式有三种： （1）借助于发生器与吸收器之间的压力差，使溶液在吸收器中喷淋； （2） 通过引射作用将溶液泵送往发生器的稀溶液旁通一部分，使之与浓溶液混合后喷淋； （3）借助专用的溶液泵，将大量的溶液进行喷淋。 5.喷淋系统可分为喷嘴喷淋式和淋激式两种 6.为了提高吸收效果，设计时需注意： （1）采用喷淋式结构； （2）减少冷剂汽阻，提高传质效果； （3）设置抽气管路，抽除不凝性气体。 7.发生器通常有沉浸式、喷淋式两种。 8.沉浸式发生器目前采用的较多。优点是：加热均匀，能够充分利用传热面积，运行安全可 靠。 缺点是：静液柱高度对传热的影响较大。 为提高沉浸式发生器的发生效果，采用如下措施： （1）尽量降低发生器中的液位，减小静液柱高度对溶液沸腾过程的影响。即发生器垂直管排 数应尽量少。 （2）溶液在发生器中具有一定的扰动，以增强换热效果。 9.发生器中溶液浓度的分布大致如下：对沉浸式发生器而言， 浓溶液聚集在远离稀溶液进口端位置。一般，稀溶液进口与 浓溶液出口设在两端。浓溶液出口靠近热源进口， 以利于提高传热温差。 随着稀溶液的流动、浓缩，浓度不断提高。在浓溶液 出口端设有液囊。 发生器浓溶液出口形式如图示。液囊内设有限位板， 也就是隔板。其高度应保证发生器中溶液的静液柱之 上暴露1.5~2排传热管。 这样在发生过程中暴露的管排为鼓动换热，既对传热有利， 又对溶液的飞溅起到阻尼作用。 1.挡液板的结构：人字型结构、滤网型结构、交错板结构、交错孔结构。 2.在发生器中消除热应力的方法： （1）采用膨胀节结构；（2）浮头结构；（3）U型管结构；（4）筒体与传热管选用线膨胀系数 相近的材料，使发生器在高温工作时筒体与传热管的伸长量相近，从而降低温差热应力。 §5-4 溴化锂吸收式制冷机的抽气装置 常用的抽气装置有机械真空泵抽气装置和自动抽气装置。 一．机械真空泵抽气装置 组成：冷剂分离器、阻油器、真空泵、连接管路、阀门等。 §5-5溴化锂吸收式制冷机的安全装置 一．防冻、防结晶装置 1.冷剂水和冷媒水的防冻装置 采取的措施如下： （1）在冷剂水管道上安装温度继电器； （2）在冷媒水管路上安装一个压力继电器或压差继电器； （3）带电触电的差压流量计。 二．防止溴化锂溶液结晶的装置 如果溴化锂溶液的浓度过高或温度过低，会使溴化锂溶液在机组运行中产生结晶，而不得不迫使制冷机停止运行。 产生结晶的原因：（1）加热蒸汽压力不稳定、加热蒸汽量突然增大，使发生器出口浓溶液浓度过高；（2）由于操作不当或系统大量漏气，使吸收器中吸收冷剂蒸汽的能力大大减弱，而引起发生器出口浓溶液浓度过高；（3）运行过程中突然停电，由发生器来的浓溶液来不及稀释；（4）冷却水温度过低，稀溶液与浓溶液在热交换器进、出口处热交换程度过于剧烈，致使浓溶液温度过低等等。 溶晶装置：J型管——防结晶管。 三．防冷剂水污染装置 1.冷剂水被污染的原因 当冷却水温度过低时会造成冷凝器中冷凝压力过低，使发生过程变得剧烈，发生器中溶液液滴可能被冷剂蒸汽带入冷凝器中，致使进入蒸发器的冷剂水中含有微量溴化锂而使冷剂水被污染。 因此冷却水温度必须随负荷变化加以控制。 2.冷剂水污染的排除方法 当蒸发器中冷剂水的密度超过1.04时，说明溴化锂溶液已混入冷剂水中。要解决冷剂水污染必须先查出引起污染的原因与部位，然后再使冷剂水再生。 冷剂水再生的步骤： （1）关闭冷剂水管道上的蝶阀（或其它形式的阀门）； （2）打开冷剂水旁通阀，将冷剂水直接排入吸收器； （3）随着冷剂水的排放，蒸发器中的冷剂水越来越少。当冷剂泵发出吸空声音而无法运行时，停止冷剂泵的运转； （4）由于送往发生器的稀溶液浓度降低，可根据需要适当关小供汽阀门，以防止再次发生污染； （5）如此反复操作，直到蒸发器中冷剂水密度达到1.04以下时，冷剂水再生工作结束。

※第六章 溴化锂吸收式制冷机性能

一. 加热蒸气压力（温度）的变化对机组性能的影响

§6-3 溴化锂吸收式制冷机的特点 溴化锂吸收式制冷机具有以下特点： （1）以水作制冷剂，溴化锂作吸收剂，因此无臭、无毒、无味、，对人体无危害。 （2）对热源的要求不高。 （3）整个制冷机除泵外没有运动部件，所以振动、噪音较小。 （4) 结构简单，制造方便。 （5）装置处于真空下运行，无爆炸危险。 （6）操作简单，维护保养方便，易于实现自动化运行。 (7)机组能在10~100%的范围内进行制冷量的自动无级调节，而且在部分负荷时机组的热力 系数并不明显下降。 (8)溴化锂溶液对金属，尤其是黑色金属有强烈的腐蚀性，特别在有空气存在的情况下更为 严重，因而机组应很好地密封。 (9)由于系统以热能作为补偿，加上溴化锂溶液的吸收过程是放热过程，故对外界的排热量 大，冷却水消耗量大。 (10)因水作制冷剂，故一般只能制取5℃以上的冷水，多用于空调及一些生产工艺用冷冻水。 (11)热力系数低。 （12）溴化锂价格较贵，机组充灌量大，初投资较高。 ※第七章 直燃机溴化锂吸收式冷温水机

§7-1直燃型溴化锂冷温水机的特点

直燃型溴化锂冷温水机是以燃油或燃气燃烧时产生的热量为热源，可以同时生产空调用 冷水与生活用温水或热水。直燃型溴化锂冷温水机是在溴化锂吸收式制冷机的基础上，增加 了一套热源设备，因此除了吸收式制冷机所具有的特点外，还具有以下特点： 1.自身具备热源，无需另建锅炉或依赖城市热网，节省占地及热源购置费用。

2.采用燃油或燃气的直燃机由于燃烧完全，对大气环境无污染，即使在有严格环境保护限 制的地方也可采用。

3.主机负压运转，机房可设在建筑物内任何位置。

4.制冷机主与燃烧设备一体化，可根据负荷变化实现燃烧耗量的调节，并避免了能量

的输送损失，提高了能量利用率。

5.具有生产卫生热水的功能，可满足诸如宾馆、高级写字楼或公寓等各类用户的要求。

幻灯片8

6.可平衡城市煤气和电力的季节耗量，有利于城市季节能源的合理使用。

7.热源稳定，制冷机出力容易保证，且可实现自动控制。

8.主机安装简单，操作简便。

构成热水回路提供热水有三种方式：

（1）将冷却水回路切换成热水回路，以吸收器，冷凝器和加热盘管构成热水回路；

（2）热水和冷水采用同一回路，以蒸发器和加热盘管构成热水回路；

（3）专设热水回路、以热水器和加热盘管构成专用的热水回路。

三．直燃机的结构

1． 高压发生器

由筒体、管板、螺纹烟管、前后烟箱组成。

燃烧机从前管板插入内筒体，喷出火焰（约1400℃），使内筒体及烟管周围的溴化锂

稀溶液沸腾，产生水蒸汽，同时使溶液浓缩，产生的水蒸气进入低压发生器；而浓溶液

经高温热交换器进入吸收器。

高压发生器的压力约700mmHg。

（1）炉筒

燃烧在炉筒中进行，炉筒通常为圆筒型结构，炉筒上设有膨胀节以降低热应力。（高

压蒸汽可走管内也可走管外）

※第八章 氨水吸收式制冷机（上课的时候我没有听，谁听了谁补充一下吧）

NH3 的沸点（—33.4℃） LiBr的沸点（1265℃）

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