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)輪機工程學院輪機工程學院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分析 3.3 吸收式熱泵的工質(zhì)對 3.4 熱壓縮機-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)將熱量從低溫熱源向高溫熱源的泵送的大型水/水熱泵機組再生器的作用，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)備所起的作用，相當于蒸氣壓縮式熱泵系統(tǒng)中的

2、壓縮機的作用，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”。 吸收式制冷循環(huán) QeQcQaQaWp3.1.2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，也可以利用低溫熱能，如太陽能、地熱等，特別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. 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 Abs

3、orption Heat Pump, Heat Amplifier ），也稱增熱型熱泵，是以消耗高溫熱能作為代價，通過向系統(tǒng)輸入高溫熱能，進而從低溫熱源中回收一部分熱能，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）則靠輸入中溫熱能（通常是廢熱）驅(qū)動系統(tǒng)運行，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。 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

4、 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)動熱源在機組中被直接利用一次多效熱泵：驅(qū)動熱源在機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. 按機組的結(jié)構(gòu)分： 單筒式 雙筒式 三筒式 多筒式熱泵12343412a. 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 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.

5、合適大熱量機組的分割運輸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計算 熱力學系數(shù)/制熱系數(shù)（COP）Coefficient Of PerformancegacHQQQCOPQeQcQaQgWp 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)器中低溫熱源的溫度為T0；4. 吸收器

6、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)熱力學第二定律：cagSSSSS0根據(jù)熱力學第一定律：cagQQQQ0COP的定義00TTTTTTCOPccgggaCHQQQCOPQeQcQaQgWpSTTgTaTcT000TTTTTTCOPccgg可逆熱可逆熱機機可逆熱可逆熱泵泵第一類吸收式熱泵的熱力學計算 質(zhì)量衡算：再生器：34473xxxmmf吸收器：32mm 46mm 710mm32xx 46xx 吸收劑的濃度第一類吸收式熱泵的熱力學計算 能量衡算：蒸發(fā)器冷凝器吸收器泵 再生器capegQQWQQ比焓/（kJ/kg)濃度（%）飽和液線氣態(tài)平衡線710，9“8，99465

7、213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反應(yīng)，所以每個組分進出每一個單元的質(zhì)量也應(yīng)當相等。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

8、.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，在進行過程熱力學分析時，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計算 熱力學系數(shù)/制熱系數(shù)（COP）egaHQQQCOP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；

9、3. 蒸發(fā)器溫度Te等于再生器的溫度Tg；4. 冷凝器的溫度Tc等于環(huán)境溫度；5. 忽略兩個泵的功耗Wp；根據(jù)熱力學第二定律：caegSSSSS根據(jù)熱力學第一定律：caegQQQQCOP的定義caagcgTTTTTTCOPegaHQQQCOP第一類吸收熱泵eccgegTTTTTTCOPSTTgTaTcT0caagcgTTTTTTCOP第二類吸收式熱泵的熱力學計算 質(zhì)量衡算：再生器：16671xxxmmf吸收器：31mm 64mm 710mm23xx 64xx 761mmm6611xmxm吸收劑的濃度第二類吸收式熱泵的熱力學計算 能量衡算：蒸發(fā)器冷凝器吸收器泵 再生器116677HmHmHmQg

10、33101044HmHmHmQa8877HmHmQc991010HmHmQe66551HmHmWp88992HmHmWpcappegQQWWQQ21比焓/（kJ/kg)濃度（%）飽和液線氣態(tài)平衡線71098465213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)。可根據(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

11、。 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，降低部件的承受壓力； 蒸發(fā)溫度下，飽和壓力不要太低，否則不凝氣容易進入蒸發(fā)器；比熱容?。?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?。?導熱系數(shù)大； 強化傳熱過程

12、； 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）總當量變暖影響（Total Equivalent Warming Impact, TEWI)壽命期氣候性（Life Cycle Climate Performance，LCCP） 其他方面要求 化學性質(zhì)穩(wěn)定； 無可燃性 無腐蝕性 無毒 經(jīng)濟性好3.3.2 對吸收劑的要求 具有強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

13、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； 熱導率大； 化學性質(zhì)穩(wěn)定； 無臭，無毒，不燃燒，不爆炸； 對環(huán)境友好； 經(jīng)濟性好。Pwater.5Psolution,25 吸收劑應(yīng)具有強烈吸收制冷劑的能力吸收劑應(yīng)具有強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

14、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 熱泵用工質(zhì)對：溴化鋰-水1.溴化鋰的物理化學性質(zhì)： 化學式：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

15、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. 溴化鋰溶液的熱導率（w/mK)質(zhì)量分數(shù)（%）溫度（）0255075100200.50.550.570.600.62400.450.490.510.530.55500.450.490.510.52600.430.450.480.50650.430.450.489. 溴化鋰溶液的腐蝕性特點: 1.點腐蝕和縫隙腐蝕特 別嚴重！ 2. 有氧時腐蝕嚴重！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

16、熱壓縮機-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 LiBrq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 強化吸收過程的方法Helical and transverse corrugated tubeSpiral tubeCorrugated tube Field synergy tube膜反轉(zhuǎn)吸收裝置Md.

17、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 marangoni convection process, ISHPC02, Proc. Of the int. sorption heat pump conf. shanghai, China September, 2002 P283288.實時激光干涉裝置的照片一溴化鋰一溴化鋰 水溶液第一類吸收式熱泵，其冷凝溫度為水溶液第一類吸收式熱泵，其冷凝溫度為8585，冷凝壓力為冷凝壓力為57.827kpa, 57.827kpa, 蒸發(fā)溫度為蒸發(fā)溫度為18 18 ，壓力為，壓力為2.062kpa2.062kpa，濃溶液濃度為濃溶液濃度為62%62%，稀溶液濃度為，稀溶液濃度為58%58%，再生器產(chǎn)生的蒸汽，再生器產(chǎn)生的蒸汽量為量為