Transcript 二、溴化锂-水吸收式制冷机的热工计算

第八章
双级和复叠式制冷循环
武汉纺织大学
Wuhan Textile University
环境与城建学院
§8-1
两级蒸汽压缩式制冷循环
一、循环型式分类
中间不完全冷却
两级压缩两级节流
中间完全冷却
两级压缩
制冷循环
中间不完全冷却
两级压缩一级节流
中间完全冷却
§8-1
两级蒸汽压缩式制冷循环
二、一级节流中间完全冷却循环（NH3系统）
1.循环三图（图）
§8-1
两级蒸汽压缩式制冷循环
二、一级节流中间完全冷却循环（NH3系统）
2.流程简述
Ⅰ节流阀（付）
6点分两路
蛇形盘管（过冷）→Ⅱ节流阀（主）
§8-1
两级蒸汽压缩式制冷循环
二、一级节流中间完全冷却循环（NH3系统）
3.特点
①两个单级循环（t0→t01,t01 →tk）靠中间冷却器连接
②低压级（P0→P01）和高压级（ P01→Pk）工质循环量Gd.Gg
不同，显然Gg＞Gd，但高压压缩机的理论排量却小于低压
压缩机Vhg＜Vhd
③节流阀Ⅱ是主节流阀，实现Pk↓ P0，而节流阀Ⅰ作用在于
提高中间液体制冷剂用于冷却低压排气和高压液体过冷，
并可避免高压吸气带油
④高压液体在盘管冷却后，温度t7－t01=3～5℃
⑤确定中间压力P01（t01）
⑥系统适用NH3
§8-1
两级蒸汽压缩式制冷循环
三、一级节流中间不完全冷却循环R系统
1.循环三图
§8-1
两级蒸汽压缩式制冷循环
三、一级节流中间不完全冷却循环R系统
2.流程简述：高压吸汽在中间冷却器外管混合
3.特点
①高压级吸入中间压力下的过热蒸汽
②中间冷却器热负荷小些，结构也简单些
§8-1
两级蒸汽压缩式制冷循环
四、中间压力和高低压容积比
1.中间压力确定方法
（1）经验公式法（NH3系统)
t01=0.4tk+0.6t0+3℃
（2）按几何比例中项法：高低压缩机压缩比相等原则
（3）按制冷系统的制冷系数最大原则决定（试算法）
（4）按ξ= Vhg/Vhd=const 试算决定P01（t01）
§8-1
两级蒸汽压缩式制冷循环
四、中间压力和高低压容积比
2.高低压容积比
ξ= Vhg/Vhd
现行产品：1/3
1/3
8FS12.5（烟冷、上冷、武冷）
8AS170
§8-2
复叠式制冷循环
采用中温制冷剂（R12、R22、NH3）的两级循环所能
达到的最低温度受到P0过冷的限制。过冷的压力使得空气
极易泄入，且λ↓，蒸汽比容↑而加大压缩机尺寸。采用低
温制冷剂又受到冷凝压力过高的限制。
所以采用两种制冷剂复叠使用，扬长避短。
一、复叠制冷循环
1.循环两图
§8-2
复叠式制冷循环
一、复叠制冷循环
2.流程简述
两个独立的单级制冷循环
高温部分→R12
低温部分→R13
3.特点
①用蒸发冷凝器两部分联合起来
②蒸发冷凝器传热温差△t=5～10℃，
即R22蒸发温度比R13冷凝温度低5～10℃
③只有低温部分制取冷量，且t0=-60～-100℃
§8-2
复叠式制冷循环
二、几个注意问题
1.启动时先运行高温部分，待中间温度降低到足够保证低
温部分冷凝压力不至过高＜16bar，再启动低温部分
2.膨胀容器，停机后，系统内温度与环境温度相同，所以
低温工质R13全部汽化成过热蒸汽，并使压力升高超过
最大工作压力。即低温部分接入一个膨胀容器，以使停
机后大部分R13进入容器中，不致使整个系统压力过高。
第九章
吸收式制冷机
武汉纺织大学
Wuhan Textile University
环境与城建学院
§9-1
概述
本章主要了解吸收式制冷机的基本原理、
热工计算、工作流程。
制冷必须消耗能量：
压缩式→电能
吸收式→热能
§9-1
一、基本工作原理比较
（图）
概述
§9-1
概述
一、基本工作原理比较
相同：冷凝器、蒸发器、主节流阀
不同：
压缩机
电能
A吸收器
低温蒸汽↑高温蒸汽
B溶液泵
C发生器
D节流阀
热能
§9-1
概述
二、工作概述
（1）吸收器A中有一种吸收剂的液态物质，具有吸收
汽态制冷剂（水蒸气）的特性，且温度越低吸汽量
越大。
（2）溶液泵B升压送液至C
（3）发生器C中，由于通入外部热能（蒸汽）使C中
溶液在相应高压中吸热，使溶液中制冷剂再蒸发成
蒸汽，排至冷凝管。C发生过程：高压吸热，溶液
中制冷剂汽化
（4）蒸发后的溶液由节流阀D减压后回流至A→反复
循环
§9-1
概述
三、特点
（1）吸收剂只是一种媒介，并不参与制冷循环
（2）可利用低品味热源，如60℃以上热水，0.5～
0.7bar表压蒸汽（能源综合利用)
（3）采用水作为制冷剂→适于空调 t工作＞0℃
（4）运行无噪音，振动小，能无极调节负荷
（5）设备以筒体为主，金属耗量大，价高
§9-2
吸收式制冷剂的工质对
低沸点组分
制冷剂（易挥发）
二元溶液
工质对
高沸点组分
吸收剂（难挥发）
一、一般要求
对制冷剂（低沸点）：
与蒸汽压缩式制冷循环类似：q0↑，压力适中，安全可靠
对吸收剂（高沸点）：
（1）强烈的吸收能力（吸收制冷剂），能力↑，循环量↓
（2）压力一定时，t0吸收剂＞＞ t0制冷剂︱p=const
（3）安全、可靠、不腐蚀金属材料
§9-2
吸收式制冷剂的工质对
二、常用“工质对”
1.“溴化锂-水”溶液
LiBr→吸收剂
H2O →制冷剂
（1）物性：M=86.856，成分Li/Br
7.99/92.01
比重3.464（25℃），熔点549 ℃，沸点1265 ℃
（2）溴化锂水溶液的饱和水蒸汽分压很低，如溶液浓度
ξ=58%，t=42℃时Pb=973pa，则水温为6.5℃，且随
ξ↑t↓ Pb↓ 吸湿能力↑
（3）溴化锂水溶液中易结晶，一般ξ＜65%
（4）对金属有较大腐蚀性
2.“氨-水”
NH3→制冷剂
H2O →吸收剂
制取零摄氏度以下的环境温度
§9-3 溴化锂吸收式制冷机的热工计算
目的：
根据空调冷负荷、冷冻水温和水量、
热源参数值和冷却水温度，经计算后确
定各热交换设备的热负荷，确定各类泵
的容量、蒸汽消耗量。
§9-3 溴化锂吸收式制冷机的热工计算
一、溴化锂——水溶液的h-ξ图
由三种曲线构成
1.液相等温线
液体组分的焓值随压力变化很小，因此改变压力时等温线
几乎不变。
2.液相等压饱和线
在液相等压饱和线以下的点为过冷态。
3.汽相等压辅助线
因为在汽相应只有水蒸汽，所以利用一组辅助线使能在
ξ=0的纵轴上得到水蒸汽的焓值
例：饱和溶液的压力为7mmHg，温度40℃，求溶液及其液面
上水蒸汽各状态参数
得ξA=57.3%，hA=66kcal/kg,hc=715kcal/kg
C点在7mmHg的辅助线与ξ=0轴的交点之上，故是过热态。
如果压力为20mmHg，则Ａ点为过冷态。
§9-3 溴化锂吸收式制冷机的热工计算
二、溴化锂-水吸收式制冷机的热工计算
１.制冷循环在ｈ－ξ图上的表示
（1）溴化锂溶液的循环
４-５：浓溶液在热交换器中放热过程，ξ一定，ｔ↓
５-６：浓溶液的节流过程，Ｐｋ↓Ｐ０，液体由过冷→湿状态，
点５和点６重合
６-１：浓溶液在吸收器中的吸收过程，ξ↓，放出吸收热
１-２：泵加压过程，Ｐ０↑Ｐｋ，液体由饱和→过冷，点１和点
２重合
２-３：稀溶液在热交换器中预热过程，ξ不变，ｔ↑
３-４：稀溶液在发生器中加热过程，ξ↑ ，ｔ不变
§9-3 溴化锂吸收式制冷机的热工计算
二、溴化锂-水吸收式制冷机的热工计算
１.制冷循环在ｈ－ξ图上的表示
（2）水的循环
混合
3′
开始沸腾的水蒸汽与终了沸腾的水
7
4′
蒸汽混合，出发生器的水蒸汽态
7→7′ 冷却放热过程，放热量（h7-h7′),t过↓t饱和
7′→8 冷凝放热过程，t不变，放潜热（h7′-h8)
8→9 节流过程，压力↓，h不变，8、9点重合
9→10 沸腾吸热过程，制取冷量（h10-h9）
§9-3 溴化锂吸收式制冷机的热工计算
二、溴化锂-水吸收式制冷机的热工计算
2.计算参数的确定
（1）制冷量Q0
根据空调要求定
（2）冷冻水进出口温度ts′、ts〞 根据空调要求定
（3）冷却水温度tw
根据当地水源温度
（4）工作蒸汽压力Ph
单效为1.5～2.5bar
（5）工作蒸汽温度th
根据Ph查水的饱和性质表
（6）进吸收器冷却水温度tw′
tw′= tw
（7）出吸收器冷却水温度tw〞
tw〞= tw′+5℃
（8）进冷凝器冷却水温度tk′ tk′= tw〞
（9）出冷凝器冷却水温度tk〞 tk〞 = tk′+4 ℃
（10）冷凝温度tk tk= tk〞+5 ℃
（11）冷凝压力Pk 根据tk查表
（12）蒸发温度t t =t 〞-3 ℃
§9-3 溴化锂吸收式制冷机的热工计算
二、溴化锂-水吸收式制冷机的热工计算
2.计算参数的确定
（13）蒸发压力P0 根据t0查表
（14）出吸收器稀溶液温度t1 t1=tw〞+5 ℃
（15）稀溶液浓度ξa 根据P0和t1查h-ξ图
（16）浓溶液浓度ξr ξr=ξa+4%
（17）发生器出口浓溶液温度t4
根据ξr、Pk查
h-ξ图
（18）吸收器内吸收压力Pa Pa=P0-40
（19）溶液循环倍率a a=ξr/(ξr-ξa）
（20）出热交换器浓溶液的温度t0 t0= t1+15～25
（21）稀溶液出热交换器的焓值h3
h3=（a-1）/a（h4-h6)+h1
§9-3 溴化锂吸收式制冷机的热工计算
二、溴化锂-水吸收式制冷机的热工计算
3.热负荷计算
（1）发生器负荷
（2）冷凝器热负荷
（3）蒸发器热负荷
（4）吸收器热负荷
（5）热交换器热负荷
（6）热平衡
（7）热力系数
（8）冷剂循环量
qh=h7+(a-1)h4-ah3
qk=h7-h9
q0=h10-h9
qa=(a-1)h6+h10-ah2
qt=(a-1)(h4-h6)
qh+q0=qa+qk
ξ=q0/qh
D=Q0/q0
§9-3 溴化锂吸收式制冷机的热工计算
二、溴化锂-水吸收式制冷机的热工计算
4.工作蒸汽量及各泵的流量计算
（1）工作蒸汽量
Dg=1.05Qh/r=1.05Dqh/r kg/h
（2）冷冻水泵流量
（3）冷却水泵流量
§9-4 溴化锂制冷机主要机型
一、单效型
二、双效型
三、热水型
四、直燃型
五、热泵型
第十章 蒸汽喷射式制冷机
§10-1
一、基本工作原理（图）
概述
一、基本工作原理（图）
1.比较
不同：用喷射式、锅炉、泵代替压缩机
消耗热能
2.基本原理
根据水饱和蒸汽压力与温度的对应关系，利用喷
射器产生低压区
二、蒸汽喷射器的工作原理
（图）
工作蒸汽的压力：P1（2～10bar）
蒸发器蒸发温度（H2O）：t0= 2～10℃
（P0=0.0705 ～0.02335bar）
喷嘴前后压比P1/P0
引射蒸汽压比Pk/P0
§10-2 蒸汽喷射式制冷机结构
单效→蒸发器中只有一种蒸发温度
多效→蒸发器中具有两种以上不同的蒸发温
度，且在蒸发器中内用隔板分隔成不
同的蒸发室
一、单效工作原理
tk=32℃ Pk=25.6mmHg
冷冻水通过蒸发器、温降取10 ℃（从15 ℃↓5℃）
t0=5℃
P0=6.5mmHg
压缩比
Pk/P0=35.6/6.5=5.5
显然：压缩比越大，工作蒸汽消耗量越大
二、两效工作效果
第一段由15℃↓10℃，t01=10℃，P01=9.2mmHg
Pk/P01=3.9
第二段由10℃↓5℃，t02= 5℃，P02=6.5mmHg
Pk/P02=5.5
采用两效后，约一半的冷量在t0=10 ℃，压缩
比3.9下获得，故蒸汽消耗量明显减少。
一般，冷冻水温降5～7 ℃
双效
10 ～20℃
三效
三、三效蒸发器连接方式
图10-9-5，图10-10用喷射器相连接。（图）
§10-3 蒸喷制冷机主要参数的确定
一、效率及各效工况的确定
回水要求温降5～7℃ 单效
5 ～12℃ 两效
10 ～20℃ 三效
每效冷却水温升为 2℃，冷凝水温度高于出口温度
1 ～2℃。
制冷量在各效中的分配，△Q0一般为均分。
冷冻水在各效中的降温值， △T一般为均分。
二、蒸发器中各效参量的确定
1.蒸发器中制冷剂水的流量
m0=△Q0/c △t
kg/s
c=4.187kJ/kg*℃
2.蒸发器中抽出的制冷剂蒸汽量（公式）
三、喷射系数μ
定义：引射流体的质量流量Mz与工作流体的质量流
量M1之比
μ = Mz/ M1
求法：
① μ=0.765（√△h1/△h2)-1 （加裕量10%）
△h1：工作蒸汽由压力P1绝热膨胀到Ｐ０的焓差，
ｋＪ／ｋｇ
△h２：混合蒸汽由压力Ｐ０绝热压缩至Ｐｋ的焓
差，ｋＪ／ｋｇ
△h1、 △h２可由水蒸汽ｈ－ｓ图查得
四、各效工作蒸汽消耗量
ｍ１＝ｍｚ／μ
ｋｇ／ｓ
另外，辅助喷射器的工作蒸汽约为元
喷射器的１０％（△ｍ１）
五、冷凝器冷却水量的计算
各效△Ｑｋ＝ｒｋ（ｍ１＋ｍｚ） ｋｗ
ｒｋ：冷凝压力下的汽化潜热，ｋＪ／ｋｇ
冷却水量ｍｋ＝ △Ｑｋ／ｃ△ｔｋ
六、整机参数表
１效
２效
３效
４效