吸收式制冷機

吸收式制冷機第一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二它的優(yōu)點是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單；使用熱源的品位低、造價便宜，但其性能系數(shù)較低，一般只有0.7左右。由于它是溴化鋰吸收式制冷機的基礎(chǔ)，其他機組都是在此基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的，因此，本節(jié)著重討論單效溴化鋰吸收式制冷機的結(jié)構(gòu)。溴化理吸收式機組均由熱交換熱器，并輔以屏蔽泵、真空閥門、管道、抽氣裝置、控制裝置等組合而成。盡管機組型式各異，但其主要構(gòu)成部分是相同的，僅是各部分所起的作用不同而已。

第二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二5.2.5.1單效溴化鋰吸收式制冷機的組成單效溴化鋰吸收式冷水機組由下列九個主要部分構(gòu)成：（1）發(fā)生器：其作用是使從吸收器來的稀溶液沸騰濃縮，產(chǎn)生制冷劑蒸汽和濃溶液，一般為管殼式結(jié)構(gòu)，沉浸式或噴淋式換熱器；（2）吸收器：其作用是使發(fā)生器來的濃溶液吸收蒸發(fā)器過來的制冷劑蒸汽，產(chǎn)生稀溶液，保持蒸發(fā)壓力恒定，一般為管殼式結(jié)構(gòu)，噴淋式換熱器；第三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二（3）冷凝器：其作用是使發(fā)生器產(chǎn)生的制冷劑蒸汽冷凝成制冷劑水并送往蒸發(fā)器，一般為管殼式結(jié)構(gòu)；（4）蒸發(fā)器：其作用是使制冷劑水蒸發(fā)吸熱，供應低溫冷媒水。一般為管殼式結(jié)構(gòu)，噴淋式換熱器；（5）溶液熱交換器：其作用是使從吸收器來的低溫稀溶液和從發(fā)生器的高溫濃溶液之間進行熱交換，從而減輕發(fā)生器和吸收器的熱負荷，提高機組的性能系數(shù)，一般為長方形管殼式結(jié)構(gòu)或板式結(jié)構(gòu)；第四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二（7）溶液泵和沖劑泵：其作用是輸送溴化鋰溶液和制冷劑水，為屏蔽自潤滑密封電泵；（8）抽氣裝置：其作用是抽除影響機組吸收與冷凝效果的不凝性氣體，抽氣管一般布置在吸收器和冷凝器中，有機械真空泵抽氣裝置與各種型式的自動抽氣裝置；（9）控制裝置：主要有冷量控制裝置、液位控制裝置等；（10）安全裝置：其作用是確保安全運轉(zhuǎn)所用的裝置。第五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二上述（1）～（4）設(shè)備之間的組合有許多方式，實際的產(chǎn)品主要有單筒型和雙筒型、三筒型或多筒型等幾種布置型式。機組的主要換熱器（發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器）布置在一個筒體內(nèi)的布置型式稱為單筒型；所謂雙筒型是指將發(fā)生器、冷凝器兩個壓力較高的換熱設(shè)備置于一個簡體中，而將蒸發(fā)器和吸收器兩個壓力較低的換熱設(shè)備置于另一個筒體中，再將兩個簡體上下疊置的結(jié)構(gòu)型式；機組的主要換熱器布置在三個或多個筒體內(nèi)的布置形式稱為三筒型或多筒型。第六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二

目前國內(nèi)使用的發(fā)生器結(jié)構(gòu)型式主要有兩種：沉浸式發(fā)生器和噴淋式發(fā)生器。所謂沉浸式發(fā)生器是指加熱管浸沒在溴化鋰溶液中進行熱量交換的發(fā)生器。它的主要優(yōu)點是加熱均勻，能充分利用傳熱面積，運轉(zhuǎn)安全可靠。但由于發(fā)生器中壓力較低，只有9330Pa（70mmHg）左右，靜液柱的高度對傳熱效果的影響較大。故發(fā)生器中垂直方向的管排數(shù)不宜布置太多。如果傳熱面積大，垂直方向需要布置多排管子時，可考慮采用噴淋式發(fā)生器結(jié)構(gòu)。在噴淋式發(fā)生器的優(yōu)點是：熱質(zhì)交換性能好，氣泡逸出的阻力小，且不存在靜液柱的影響問題。但由于其噴淋量較?。▋H為稀溶液循環(huán)量），傳熱管很難得到均勻潤濕，傳熱面積得不到充分利用，影響了傳熱效果。這一矛盾可通過增設(shè)一臺發(fā)生器再循環(huán)泵以增大噴淋量的方法來解決，但此時應注意發(fā)生器中的高溫溶液對屏蔽泵的不利影響。第七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二

在單筒型溴化鋰吸收式制冷機中，發(fā)生器的主要組成部分有：傳熱管、溶液盤、進液管、液囊、溶晶管和折流板等。①傳熱管：發(fā)生器中的傳熱管國內(nèi)常采用紫銅光管，國外采用銅鎳合金光管或不銹鋼光管?，F(xiàn)在已開始使用各種強化傳熱管。但強化傳熱管的型式和適應性還有待進一步研究。第八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二②

液襄：一般用在沉浸式發(fā)生器中。③

溶液盤：在單筒型沉浸式發(fā)生器中，溶液盤的主要作用是貯存溶液，并在其中保持一定的液位，同時還可起到隔開上下兩個不同壓力空間的作用，一般為雙層鋼板焊接而成的槽子。④折流板：其主要作用是支承管子和導流溶液，其布置方式有上下布置和左右布置兩種。

第九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二

⑤熔晶管：熔晶管的結(jié)構(gòu)為它的一端位置高出發(fā)生器正常工作時的液位，另一端伸向吸收器并有—定高度以形成U型液封。在正常情況下，濃溶液從溶晶管外邊的液槽中流向溶液熱交換器，當由于某種原因而使溶液熱交換器濃溶液結(jié)晶時，溶液熱交換器的濃溶液通道堵塞，發(fā)生器溶液槽中的液位上升而使?jié)馊芤哼M入熔晶管，從熔晶管中直接導入到吸收器，使吸收器中的溶液溫度上升，這些溫度較高的溶液經(jīng)溶液泵送到溶液熱交換器的管程加熱殼程的濃溶液，使結(jié)晶熔解。第十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二

冷凝器一般為管殼式結(jié)構(gòu)，主要有水盤、傳熱管、擋液板、制冷劑水節(jié)流裝置和抽氣裝置組成。冷凝器與發(fā)生器上下布置的冷凝器水盤結(jié)構(gòu)與發(fā)生器的溶液盤結(jié)構(gòu)類似，只是左右兩邊各有一塊擋液板，冷凝器與發(fā)生器左右布置的單筒型溴化鋰吸收式制冷機中二者共用溶液盤；雙筒型制冷機中用殼體作發(fā)生器的溶液盤和冷凝器的水盤，其間用擋液板和雙層隔熱板隔開。第十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二

制冷劑水節(jié)流裝置主要有兩種：U型管節(jié)流和小孔節(jié)流，H一般為1m左右。U型管的管徑應根據(jù)機組的冷劑水流量來確定。小孔的孔徑由前后壓力差來確定。小孔過大起不到節(jié)流作用，過小則會影響冷劑水的流量和機組制冷量，小孔節(jié)流的特定是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，但小孔直徑選取合理與否直接影響機組性能。節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)如下圖。小孔節(jié)流裝置

U型管節(jié)流裝置

第十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二蒸發(fā)器也是管殼式換熱器，主要由水盤、傳熱管、噴淋裝置、擋水板組成。傳熱管一般用紫銅管。水盤的主要作用是匯集未蒸發(fā)的冷劑水并送往水槽。水槽形狀一般為矩形或圓柱形箱體，上有視液鏡以觀察水位。在水槽下方設(shè)有制冷劑水泵，將水槽中的制冷劑水以l0～15倍的再循環(huán)倍率送往噴淋裝置，以增強傳熱效果。噴淋裝置由主管，若干支管和噴嘴組成，噴淋主管一般由筒體中間進入，然后流向各支管，由離心旋渦噴嘴噴向蒸發(fā)器管簇并吸熱蒸發(fā)。蒸發(fā)出的制冷劑蒸汽中夾雜著水滴，如直接進入吸收器，則會造成制冷劑水的浪費，降低機組的性能系數(shù)。因此必須在蒸發(fā)器和吸收器之間設(shè)置擋水板。第十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二

吸收器主要由噴淋裝置，管簇，液囊和抽氣裝置等組成，因其一般布置在筒體下方，其溶液盤由筒體代替。噴淋方式主要有三種：一種是將發(fā)生器來的濃溶液D（f－1）直接進行噴淋；另一種是將濃溶液與溶液泵出來的一部分稀溶液經(jīng)引射器混合后進行噴淋，還有一種是設(shè)置一個專用吸收器泵，將濃溶液送入吸收器泵入口由泵混合后打入噴淋裝置。第一種方法由于噴淋量較小，目前已使用不多，第二種適應與小冷量機組，而第三種方法用于制冷量較大的機組。為保證合適的噴淋密度，再循環(huán)倍率一般為20～50。第十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二5.2.5.2單效溴化鋰吸收式制冷機的工作過程單效溴化鋰吸收式制冷機的工作過程如下圖，可見溴化鋰吸收式制冷機的工作過程可分為兩個部分：a.發(fā)生器中產(chǎn)生的制冷劑蒸氣在冷凝器中冷凝成制冷劑水，經(jīng)U形管進入蒸發(fā)器，在低壓下蒸發(fā)，產(chǎn)生制冷效應。這些過程與蒸氣壓縮式制冷循環(huán)在冷凝器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器中所產(chǎn)生的過程完全相同。具體過程為：第十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二溴化鋰溶液被發(fā)生器管簇內(nèi)的工作蒸氣或熱水加熱。由于溶液內(nèi)水的沸點比溴化鋰的沸點低得多，故稀溶液沸騰時，溶液中的水先氣化，成為制冷劑水蒸汽。制冷劑水蒸汽經(jīng)擋水板將其攜帶的液滴分離后進入到冷凝器，被冷凝器其管簇內(nèi)的冷卻水冷卻而凝結(jié)成制冷劑水，積聚在冷凝器下面的水盤內(nèi)。由于冷凝器的壓力較高，因此，制冷劑水通過U形管節(jié)流減壓后進入蒸發(fā)器的水盤內(nèi)，然后由蒸發(fā)器泵送往蒸發(fā)器的噴淋裝置，被均勻的噴淋在蒸發(fā)器管簇的外表面上。由于蒸發(fā)器內(nèi)壓力較低，制冷劑水在低壓下氣化，同時吸收蒸發(fā)器管簇內(nèi)冷媒水的熱量。冷媒水因放出熱量而被冷卻到所需要的溫度，成為空調(diào)用的冷水送給用戶并循環(huán)使用。蒸發(fā)器中，由于氣化吸熱而產(chǎn)生的制冷劑水蒸汽經(jīng)過擋水板，將其中所攜帶的液滴分離后進入吸收器。第十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二雙筒單效溴化鋰吸收式制冷機的流程圖A－發(fā)生器；B－冷凝器；C－蒸發(fā)器；D－吸收器；E－冷凍水循環(huán)泵；F－發(fā)生器泵；G－吸收泵；H－熱交換器；I－溶液三通閥；J－制冷劑水管U型管；K－防晶管；L－制冷劑水；M－抽氣裝置第十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二b.發(fā)生器中流出的濃溶液降壓后進入吸收器，吸收由蒸發(fā)器產(chǎn)生的制冷劑蒸氣，形成稀溶液，用泵將稀溶液輸送至發(fā)生器，重新加熱，形成濃溶液。這些過程的作用相當于蒸氣壓縮式制冷循環(huán)中壓縮機所起的作用。具體過程為：第十八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二

在吸收器內(nèi)，吸收了制冷劑水蒸汽而產(chǎn)生的溴化鋰稀溶液，積聚在吸收器下部的溶液囊內(nèi)，這些溫度較低的稀溶液，由發(fā)生器泵送至溶液換熱器，通過溶液換熱器吸收了由發(fā)生器的高溫濃溶液的熱量，溫度升高后進入發(fā)生器，在發(fā)生器內(nèi)，由于沸騰失去水分而形成了溴化鋰濃溶液，經(jīng)過溶液熱交換器放出熱量后進入吸收器下部的溶液囊內(nèi)，與部分稀溶液混合后而成為中間溶液。這些中間溶液被吸收器泵送往吸收器內(nèi)的噴淋裝置而均勻的噴淋出來。吸收由蒸發(fā)器進入吸收器的制冷劑水蒸汽，吸收過程中發(fā)出的溶液熱被吸收器管簇內(nèi)的冷卻水帶走。吸收了制冷劑水蒸汽的溴化鋰溶液從濃溶液變成了稀溶液。這些稀溶液再通過發(fā)生器泵的加壓，再通過溶液換熱器，送往發(fā)生器區(qū)加熱沸騰。如此周而復始，連續(xù)不斷的完成溶液的循環(huán)以及制冷劑水的循環(huán)，兩不斷地制取冷量。第十九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二5.2.5.3制冷循環(huán)在濃度圖上的表示溴化鋰吸收式制冷機的理想工作過程可以用下圖來表示。所謂理想過程是指工質(zhì)在流動過程中沒有任何阻力損失；各設(shè)備與周圍空氣之間不發(fā)生熱量交換；發(fā)生終了和吸收終了的溶液均達到平衡狀態(tài)。圖中，為冷凝壓力，為蒸發(fā)壓力。、分別為稀溶液和濃溶液中溴化鋰的質(zhì)量分數(shù)。a．發(fā)生過程。點2表示吸收器的飽和稀溶液狀態(tài)，其質(zhì)量分數(shù)為，壓力為，溫度為t2，經(jīng)過發(fā)生器泵，壓力升高到，然后送往溶液熱交換器，在等壓條件下溫度由t2升高至t7，質(zhì)量分數(shù)不變，再進入發(fā)生器，被發(fā)生器傳熱管內(nèi)的工作蒸氣加熱，溫度由t7升高到壓力下的飽和溫度t5，并開始在等壓下沸騰，溶液中的水分不斷蒸發(fā)，溶液的質(zhì)量分數(shù)逐漸增大，溫度也逐漸升高，發(fā)生過程終了時溶液的濃度達到，溫度達到t4，用點4表示。第二十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二2-7表示稀溶液在溶液熱交換器中的升溫過程，7-5-4表示稀溶液在發(fā)生器中的加熱和發(fā)生過程，所產(chǎn)生的水蒸汽狀態(tài)用開始發(fā)生時的狀態(tài)（點4‘）和發(fā)生終了時的狀態(tài)（點3’）的平均狀態(tài)點3‘表示，由于產(chǎn)生的是純水蒸汽，故該狀態(tài)點位于的縱坐標軸上。b．冷凝過程由發(fā)生器產(chǎn)生的水蒸汽（點3‘）進入冷凝器后，在壓力不變的情況下被冷凝器管內(nèi)流動的冷卻水冷卻，首先變?yōu)轱柡驼魵猓缓蟊焕淠娠柡鸵后w（點3），3'-3表示制冷劑水蒸汽在冷凝器中冷卻及冷凝的過程。c．節(jié)流過程壓力為的飽和制冷劑水（點3）經(jīng)過節(jié)流裝置（如U形管），壓力降為后進入蒸發(fā)器。節(jié)流前后因制冷劑水的焓值和濃度均不發(fā)生變化，故節(jié)流后的狀態(tài)點（圖中未標出）與點3重合。但由于壓力的降低，部分制冷劑水氣化成制冷劑蒸氣（點1‘），尚未氣化的大部分制冷劑水溫度降低到與蒸發(fā)壓力相對應的飽和溫度t1（點1），并積存在蒸發(fā)器水盤中，因此節(jié)流前的點3表示冷凝壓力下的飽和水狀態(tài)，而節(jié)流后的點3表示壓力為的飽和蒸氣（點1'）和飽和液體（點1）相混合的濕蒸氣狀態(tài)。第二十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二d．蒸發(fā)過程積存在蒸發(fā)器水盤中的制冷劑水（點1）通過蒸發(fā)器泵均勻地噴淋在蒸發(fā)器管簇的外表面，吸收管內(nèi)冷媒水的熱量而蒸發(fā)，使制冷劑水的等壓、等溫條件下由點1變?yōu)?'，1-1'表示制冷劑水在蒸發(fā)器中的汽化過程。e．吸收過程濃度為、溫度為t4、壓力為的溶液，在自身的壓力與壓差作用下由發(fā)生器流至溶液熱交換器，將部分熱量傳給稀溶液，溫度降到t8（點8），4-8表示濃溶液在溶液熱交換器中的放熱過程。狀態(tài)點8的濃溶液進入吸收器，與吸收器中的部分稀溶液（點2）混合，形成濃度為、溫度為t9‘的中間溶液（點9’），然后由吸收器泵均勻噴淋在吸收器管簇的外表面。中間溶液進入吸收器后，由于壓力的突然降低，故首先閃發(fā)出一部分水蒸汽，濃度增大，用點9表示。由于吸收器管簇內(nèi)流動的冷卻水不斷地帶走吸收過程中放出的吸收熱，因此中間溶液便具有不斷地吸收來自蒸發(fā)器的水蒸汽的能力，使溶液的濃度降至，溫度由t9降至t2（點2）。8-9'和2-9'表示混合過程，9-2表示吸收器中的吸收過程。第二十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二1″-5'-3-4-1″為制冷劑的逆向循環(huán)，2-7-5-3-4-8-9-2為“熱化學壓縮器”的正向循環(huán)。其中：2-7表示稀溶液在溶液熱交換器中的升溫過程；7-5-4表示稀溶液在發(fā)生器中的加熱和發(fā)生過程；8-9'和2-9'表示混合過程；9-2表示吸收器中的吸收過程。3'-3表示制冷劑水蒸汽在冷凝器中冷卻及冷凝的過程；1-1'表示制冷劑水在蒸發(fā)器中的汽化過程；上面所分析的過程是對理想情況而言的。實際上，由于流動阻力的存在，水蒸汽經(jīng)過擋水板時壓力會下降，因此在發(fā)生器中，發(fā)生壓力應大于冷凝壓力，在加熱溫度不變的情況下將引起溶液濃度的降低。發(fā)生終了濃溶液的濃度低于理想情況下的濃度（發(fā)生不足）；吸收終了的稀溶液濃度比理想情況下的高（吸收不足）。發(fā)生不足和吸收不足均會引起工作過程中參數(shù)的變化，使放氣范圍減少，從而影響循環(huán)的經(jīng)濟性。第二十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二5.2.5.4單筒型溴化鋰吸收式制冷機單筒型溴化鋰吸收式制冷機主要用于小型機組（1000kW以下），而雙筒型可用于稍大一點的機組，但由于其性能系數(shù)（COP）較?。?lt;0.8），故現(xiàn)已被性能系數(shù)（COP）較大的雙效溴化鋰吸收式制冷機取代。單筒型就是將發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器置于一個筒體內(nèi)。整個筒體一分為二，形成兩個壓力區(qū)，即發(fā)生－冷凝壓力區(qū)和蒸發(fā)－吸收壓力區(qū)。壓力區(qū)之間通過管道及節(jié)流裝置相聯(lián)。單筒型溴化鋰吸收式制冷機四個熱交換器的布置方式依照其性能特點，如下圖所示。單筒型具有機組結(jié)構(gòu)緊湊、整體密封性好、機組高度低等優(yōu)點，但制作較復雜，熱應力及熱損失比較大。單筒型溴化鋰吸收式制冷機的布置型式A-吸收器C-冷凝器E-蒸發(fā)器G-發(fā)生器abcde第二十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二圖a是單筒型一種較早的布置方式，這種結(jié)構(gòu)型式不夠緊湊，蒸發(fā)器的制冷劑蒸汽通道面積又較小，故目前已很少采用；圖b在單效蒸汽型溴化鋰吸收式制冷機中一種較早的布置方式，這種方式能使蒸發(fā)器與吸收器之間的流通面積增加，流阻減小，且減少一個水槽，布置也較方便，但因發(fā)生器中氣流上升高度較小，溴化鋰溶液的液滴比較容易進入冷凝器，造成制冷劑水的污染，設(shè)計時應注意加擋液措施。圖c在圖b的基礎(chǔ)上變換了吸收器和蒸發(fā)器的排列方式，將左右布置改成上下布置，這樣即可減少吸收器與蒸發(fā)器的垂直方向的管排數(shù)，且在管排間留有汽道，從而降低了管間汽阻；第二十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二圖d型布置目前在蒸汽單效溴化鋰吸收式制冷機中應用較多。發(fā)生器和冷凝器并列成上下布置，溶液的液位降低，減少了靜液柱對發(fā)生過程的影響，提高了發(fā)生器換熱效果，冷凝器的管排數(shù)也相應減少，傳熱系數(shù)相應提高。圖e型布置是最近幾年才使用的。蒸發(fā)器放在吸收器的中間，增加了蒸發(fā)器與吸收器之間的通道面積，使蒸汽流阻進一步減小，同時使吸收器中的冷卻水下進上出，增強吸收效果，其缺點是不夠緊湊，吸收器冷卻水管路和溶液噴淋管路布置較為復雜，也容易造成制冷劑的污染。第二十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二5.2.5.5雙筒型溴化鋰吸收式制冷機雙筒型是將壓力大致相同的發(fā)生器和冷凝器置于一個筒體內(nèi)，而將蒸發(fā)器和吸收器置于另外一個筒體內(nèi)，特別適合大冷量機組的分割搬運。但高度有所增加，聯(lián)接管道多，泄漏點比單筒機組多。常見的雙筒單效溴化鋰吸收式制冷機的布置型式有四種，如下圖。發(fā)生器和冷凝器的布置在溴化鋰吸收式制冷機中一般為上下排列方式，在熱水型溴化鋰吸收式制冷機中一般為左右排列方式。雙筒型溴化鋰吸收式制冷機的布置型式A－吸收器C－冷凝器E－蒸發(fā)器G－發(fā)生器第二十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二吸收器與蒸發(fā)器左右排列有以下優(yōu)點：（1）有足夠空間布置擋液板，蒸發(fā)器與吸收器之間的制冷劑蒸汽的流動阻力小，吸收效果可得到提高；（2）利用殼體代替了蒸發(fā)器水盤，使結(jié)構(gòu)變得簡單；（3）噴淋管組可布置于同一高度，結(jié)構(gòu)緊湊；（4）在同一噴淋密度