吸收式熱泵ppt

1、熱能與動力工程專業(yè)熱能與動力工程專業(yè) 輪機(jī)工程學(xué)院輪機(jī)工程學(xué)院 20092009年年8 8月月 主要內(nèi)容 3.1 吸收式熱泵概述 3.2 吸收式熱泵的工作過程及熱力學(xué) 分析 3.3 吸收式熱泵的工質(zhì)對 3.4 熱壓縮機(jī)-吸收器/再生器 3.1 吸收式熱泵概述 壓縮式熱泵的工作過程 吸收式熱泵是一種以熱能為動力，利用溶液的吸收特 性來實現(xiàn)將熱量從低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩吹谋盟偷拇笮?水/水熱泵機(jī)組 再生器的作用，則 是使制冷劑 (水)從 二元溶液中汽化， 使稀溶液變濃。 吸收器的作用，是 把制冷劑蒸汽輸送 回二元溶液中去。 依靠溶液泵來提高 工質(zhì)的壓力。 吸收式熱泵中， 再生器和吸收 器兩個熱交換 設(shè)

2、備所起的作 用，相當(dāng)于蒸 氣壓縮式熱泵 系統(tǒng)中的壓縮 機(jī)的作用，因 此，常把熱泵 中吸收器和發(fā) 生器及其附屬 設(shè)備所組成的 系統(tǒng)，稱為 “熱壓縮機(jī)”。 吸收式制冷循環(huán) Qe Qc Qa Qa Wp 3.1.2吸收式熱泵的特點 優(yōu)點： 吸收式熱泵是一種以熱為動力的制熱方式，驅(qū)動它的 熱量可以來自煤、氣、油等燃料的燃燒，也可以利用 低溫?zé)崮埽缣柲?、地?zé)岬龋貏e是可以直接利用 工業(yè)生產(chǎn)中的余熱或廢熱； 制熱量非常大，通常制熱能力可達(dá)每小時幾百萬千焦； 體系中除溶液泵外，無其它傳動設(shè)備，耗電量很少。 缺點： 熱力系數(shù)較低，一般為0.42； 設(shè)備比壓縮熱泵循環(huán)龐大，靈活性較小,難以實現(xiàn)空冷 化。 1

3、. 根據(jù)制熱的目的來分： 第一類吸收式熱泵和第二類吸收式熱泵。 第一類吸收式熱泵（Type Absorption Heat Pump, Heat Amplifier ），也稱增熱型熱泵，是以消耗高溫?zé)崮茏鳛榇?價，通過向系統(tǒng)輸入高溫?zé)崮埽M(jìn)而從低溫?zé)嵩粗谢厥找徊糠?熱能，提高其溫位，以中溫位的熱能供給用戶。 3.1.3 吸收式熱泵的分類 第二類吸收式熱泵（Type Absorption Heat Pump）或稱為熱變換器（Heat Transformer）則 靠輸入中溫?zé)崮埽ㄍǔＪ菑U熱）驅(qū)動系統(tǒng)運(yùn)行，將其中 一部分熱能的溫位提高，即吸收過程放出的熱量，送 至用戶，而另一部分熱能則排放到環(huán)境中。

4、 廢熱 2. 按熱泵所用工質(zhì)對來分： 水-溴化鋰熱泵 氨-水熱泵 3. 按驅(qū)動熱源分： 蒸汽型 熱水型 直燃型 熱泵 余熱型 復(fù)合型 4.按驅(qū)動熱源的利用方式分： 單效熱泵：驅(qū)動熱源在機(jī)組中被直接利用一次 多效熱泵：驅(qū)動熱源在機(jī)組中被直接或間接利用多次 多級熱泵：驅(qū)動熱源在多個壓力不同的發(fā)生器中依次 被直接利用 5.按溶液循環(huán)流程分（流經(jīng)不同壓力發(fā)生器和吸收器 的順序）： 串聯(lián)式 倒串聯(lián)式 并聯(lián)式 串并聯(lián)式 熱泵 6. 按機(jī)組的結(jié)構(gòu)分： 單筒式 雙筒式 三筒式 多筒式 熱泵 1 2 3 4 3 4 1 2 a. 單筒式b. 雙筒式 1.蒸發(fā)器；2.吸收器；3.發(fā)生器；4.冷凝器 兩種結(jié)構(gòu)的特點

5、 單筒型 1. 結(jié)構(gòu)緊湊 2. 密封性好 3. 高度低 4. 制作復(fù)雜 5. 熱應(yīng)力大 6. 熱損失大 雙筒型 1. 熱損失小 2. 熱應(yīng)力小 3. 結(jié)構(gòu)簡單，制作方便 4. 合適大熱量機(jī)組的分 割運(yùn)輸 5. 高度高 6. 連接管路多 7. 可能的泄漏點多 3.2 吸收式熱泵的工作過程 及熱力學(xué)分析 3.2.1 第一類吸收式熱泵 3.2.2 第二類吸收式熱泵 3.2.1 第一類吸收式熱泵 與蒸汽壓縮式 熱泵完全相同 吸收式熱泵特 有的 第一類吸收式熱泵在P-T圖上的表示 第一類吸收式熱泵的熱力學(xué)計算 熱力學(xué)系數(shù)/制熱系數(shù) （COP） Coefficient Of Performance g a

6、c H Q QQ COP Qe Qc Qa Qg Wp 與Qg比，數(shù)量很 小，可以忽略 第一類吸收式熱泵的理想循環(huán) 假設(shè)： 1. 整個吸收式熱泵循環(huán)過程 是可逆的； 2. 發(fā)生器熱媒的溫度為Tg； 3. 蒸發(fā)器中低溫?zé)嵩吹臏囟?為T0； 4. 吸收器的吸收溫度Ta等于 冷凝器中溫度Tc； 5. 忽略泵的功耗Wp； 根據(jù)熱力學(xué)第二定律： cag SSSSS 0 根據(jù)熱力學(xué)第一定律： cag QQQQ 0 COP的定義 0 0 TT T T TT COP c c g g g aC H Q QQ COP Qe Qc Qa Qg Wp S T Tg Ta Tc T0 0 0 TT T T TT COP

7、 c c g g 可逆熱可逆熱 機(jī)機(jī) 可逆熱可逆熱 泵泵 第一類吸收式熱泵的熱力學(xué)計算 質(zhì)量衡算： 再生器： 34 4 7 3 xx x m m f 吸收器： 32 mm 46 mm 710 mm 32 xx 46 xx 吸收劑 的濃度 第一類吸收式熱泵的熱力學(xué)計算 能量衡算： 蒸發(fā)器 冷凝器 吸收器 泵 再生器 capeg QQWQQ 比焓/（kJ/kg) 濃度（%） 飽和液線 氣態(tài)平衡線 7 10， 9“ 8，9 9 4 6 5 2 1 3 單效溴化鋰第一類吸收式熱泵循環(huán)在h-圖上的表示 3g 例3.1 下表中給出了一溴化鋰水 吸收式熱泵中各點的有關(guān)參數(shù)（各 狀態(tài)點對應(yīng)于圖，根據(jù)這些參數(shù)計

8、 算系統(tǒng)的循環(huán)倍率和各元件的熱量 及系統(tǒng)COP。 在穩(wěn)定流動狀態(tài)，進(jìn)出每一個單元的工質(zhì)質(zhì)量 必須相等，因為水和溴化鋰之間沒有化學(xué)反應(yīng)， 所以每個組分進(jìn)出每一個單元的質(zhì)量也應(yīng)當(dāng)相 等。又因為工質(zhì)中只有兩個組分（水和溴化 鋰），所以有兩個獨立的質(zhì)量平衡方程。 組分 LiBr 的質(zhì)量平衡 （a） （b） 水的質(zhì)量平衡可以由式（b）減去式（a）得到，即 （c） 例如，考慮再生器的質(zhì)量平衡，工質(zhì)質(zhì)量平衡為 質(zhì)量衡算 上式表明，通過泵的流體質(zhì)量流量是 離開再生器的蒸汽質(zhì)量流量的 10.84 倍 。 能量平衡 蒸發(fā)器 冷凝器 再生器 吸收器 泵 另一個與質(zhì)量有關(guān)的參數(shù)，并且是一個經(jīng)常用到 的參數(shù)是溶液循環(huán)倍

9、率，用 f 來表示。 由于泵消耗的功率與其他單元的熱傳遞速率相比很小， 所以，在進(jìn)行過程熱力學(xué)分析時，可以將其忽略。 吸收熱泵的性能系數(shù) 如果將這套裝置用于制冷，則性能系數(shù)為 Coefficient Of Performance 大約 遠(yuǎn)低于壓縮式熱泵 （79） 3.2.2 第二類吸收式熱泵 廢熱 第一類吸收式熱泵 第二類吸收式熱泵 第二類吸收式熱泵的熱力學(xué)計算 熱力學(xué)系數(shù)/制熱系數(shù) （COP） eg a H QQ Q COP 第二類吸收式熱泵的理想循環(huán) 假設(shè)： 1. 整個吸收式熱泵循環(huán)過程 是可逆的； 2. 發(fā)生器熱媒的溫度為Tg； 3. 蒸發(fā)器溫度Te等于再生器 的溫度Tg； 4. 冷凝器

10、的溫度Tc等于環(huán)境 溫度； 5. 忽略兩個泵的功耗Wp； 根據(jù)熱力學(xué)第二定律： caeg SSSSS 根據(jù)熱力學(xué)第一定律： caeg QQQQ COP的定義 ca a g cg TT T T TT COP eg a H QQ Q COP 第一類吸收熱泵 ec c g eg TT T T TT COP S T Tg Ta Tc T0 ca a g cg TT T T TT COP 第二類吸收式熱泵的熱力學(xué)計算 質(zhì)量衡算： 再生器： 16 6 7 1 xx x m m f 吸收器： 31 mm 64 mm 710 mm 23 xx 64 xx 761 mmm 6611 xmxm 吸收劑 的濃度 第

11、二類吸收式熱泵的熱力學(xué)計算 能量衡算： 蒸發(fā)器 冷凝器 吸收器 泵 再生器116677 HmHmHmQg 33101044 HmHmHmQa 8877 HmHmQc 991010 HmHmQe 66551 HmHmWp 88992 HmHmWp cappeg QQWWQQ 21 比焓/（kJ/kg) 濃度（%） 飽和液線 氣態(tài)平衡線 7 10 9 8 4 6 5 2 1 3 單效溴化鋰第二類吸收式熱泵循環(huán)在h-圖上的表示 3g 例 下表中給出某一熱泵循環(huán)系統(tǒng)相應(yīng)于 P-T 圖中各 點的有關(guān)參數(shù)?？筛鶕?jù)此表中的數(shù)據(jù)來計算質(zhì)量平 衡.能量平衡.循環(huán)倍率以及性能系數(shù)等。 循環(huán)倍率 第二類吸收熱泵的性

12、能系數(shù) 所以， 第二類吸收熱泵的性能系數(shù)雖然較低，一 般在 0.40.49之間，但由于它利用的是工業(yè)生 產(chǎn)中排放的 60100 的廢熱，因此節(jié)能效 果十分顯著，日益得到人們的重視。 3.3 吸收式熱泵的工質(zhì)對 吸收式熱泵工質(zhì)對是兩 組份溶液： 低沸點組分是制冷劑， 它的作用與蒸汽壓縮式 熱泵相同，通過它的蒸 發(fā)和冷凝過程實現(xiàn)熱量 從低溫物體向高溫物體 的傳遞。 高沸點的組分是吸收劑， 通過它對制冷劑的吸收 與解吸實現(xiàn)制冷蒸氣的 壓縮。 3.3.1對制冷劑的要求： 工質(zhì)熱物理性質(zhì)的要求 臨界溫度高于冷凝溫度； 在熱泵溫度工作區(qū)間內(nèi)有合適的飽和壓力； 冷凝溫度下，飽和壓力不要太高，避免工質(zhì)泄露，

13、降低部件的承受壓力； 蒸發(fā)溫度下，飽和壓力不要太低，否則不凝氣容易 進(jìn)入蒸發(fā)器； 比熱容小； 減少節(jié)流損失 ； 汽化潛熱大； 一般工質(zhì)的分子量越大，汽化 潛熱越小，因此，工質(zhì)分子量 要??； 導(dǎo)熱系數(shù)大； 強(qiáng)化傳熱過程； 粘度和密度要低； 降低流動阻力,減少泵功； 環(huán)保要求 對臭氧層的破壞 大氣臭氧層損耗潛能值 （Ozone Depletion Potential，ODP） 溫室效應(yīng) 全球溫室效應(yīng)潛能值 （Global Warming Potential，GWP） 總當(dāng)量變暖影響 （Total Equivalent Warming Impact, TEWI) 壽命期氣候性 （Life Cycle

14、 Climate Performance，LCCP） 其他方面要求 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定； 無可燃性 無腐蝕性 無毒 經(jīng)濟(jì)性好 3.3.2 對吸收劑的要求 具有強(qiáng)烈的吸收制冷劑的能力，既具有吸收 比它溫度低的制冷蒸氣的能力； 相同壓力下，它的沸點要高于制冷劑，而且 相差越大越好，可以提高發(fā)生器中制冷劑的 純度，進(jìn)而提高系統(tǒng)COP； 與制冷劑的溶解度高，可以避免結(jié)晶的危險； 在發(fā)生器和吸收器中，對制冷劑溶解度的差 距大，以減少溶液的循環(huán)量，降低溶液泵的 能耗； 粘度小，以減少在管道和部件中的流動阻力； 熱導(dǎo)率大； 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定； 無臭，無毒，不燃燒，不爆炸； 對環(huán)境友好； 經(jīng)濟(jì)性好。 Pwater.5P

15、solution,25 吸收劑應(yīng)具有強(qiáng)烈吸收制冷劑的能力吸收劑應(yīng)具有強(qiáng)烈吸收制冷劑的能力 3.3.3 工質(zhì)對的種類 隨制冷劑的不同可分為四類： 1. 以水作為制冷劑 制冷劑吸收劑 水 溴化鋰 氯化鋰 碘化鋰 2. 以醇作為制冷劑 制冷劑吸收劑 甲醇溴化鋰、碘化鋰 三氟乙醇（TFE） 溴化鋰、甲基吡喀烷酮 (NMP) 六氟異丙醇六氟異丙醇 （HFIP）溴化鋰 3. 以氨作為制冷劑 制冷劑吸收劑 氨水，硫氰酸鈉水溶液，氯化鈣水溶液 甲胺水，硫氰酸鈉水溶液，氯化鈣水溶液 4.以氟利昂作為制冷劑 制冷劑吸附劑 二氟一氯甲烷（R22） 二甲醚四甘醇（DMETEG） 三氟二氯乙烷（R123a） 3.3.4

16、 熱泵用工質(zhì)對：溴化鋰-水 1.溴化鋰的物理化學(xué)性質(zhì)： 化學(xué)式：LiBr； 相對分子量：86.856； 成分：Li為7.99%，Br為92.01%； 密度：3464kg/m3 (25 ); 熔點：549 ； 沸點：1265 ； 溴化鋰溶液是無色透明的，對金屬有腐蝕 性，因加入了緩蝕劑-鉻酸鋰，呈微黃色。 2. 溴化鋰溶液的溶解度： 結(jié)晶問題！ 3. 溴化鋰溶液的飽和蒸汽壓： 4. 溴化鋰溶液的密度： 5. 溴化鋰溶液的表面張力： 6. 溴化鋰溶液的動力粘度： 7. 溴化鋰溶液的定壓熱容： 8. 溴化鋰溶液的熱導(dǎo)率（w/mK) 質(zhì)量分?jǐn)?shù) （%） 溫度（） 0255075100 200.50.55

17、0.570.600.62 400.450.490.510.530.55 500.450.490.510.52 600.430.450.480.50 650.430.450.48 9. 溴化鋰溶液的腐蝕性 特點: 1.點腐蝕和縫隙腐蝕特 別嚴(yán)重！ 2. 有氧時腐蝕嚴(yán)重！ 措施： 1.加緩蝕劑（如鉻酸鋰、 鉬酸鋰等） 2.保持設(shè)備的密封性 3.4 熱壓縮機(jī)-吸收器/再生器 再生器的作用，則 是使制冷劑 (水)從 二元溶液中汽化， 使稀溶液變濃。 吸收器的作用，是 把制冷劑蒸汽輸送 回二元溶液中去。 依靠溶液泵來提高 工質(zhì)的壓力。 R 0管壁 管軸線 冷卻水 氣相 液相 tm ,q m LiBr q

18、 吸收過程吸收過程 3.4.1 3.4.1 吸收的方式吸收的方式 a. 降膜形式降膜形式b. 泡狀形式泡狀形式 c. 噴霧形式噴霧形式 水平降膜式 垂直降膜式 板式垂直降膜式 3.4.2 強(qiáng)化吸收過程的方法 Helical and transverse corrugated tube Spiral tubeCorrugated tube Field synergy tube 膜反轉(zhuǎn)吸收裝置 Md.Raisul Islam et al. International Journal of Refrigeration 26 (2003) 909-917 表面活性劑 n-octanol （辛醇）（辛醇） n-heptanol（庚醇）（庚醇） 2-ethyl-1-hexanol（二（二 已基己醇）已基己醇） 3-octanol Yong Tae Kang, Takao Kashiwagi, Heat transfer enhancement by ma