溴化锂电制冷制冷机制冷原理Word格式.docx

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压缩机是消耗能源的装置，它的目的是使压力较低的工质蒸汽变成压力较高的工质蒸汽。

实际上，能达到上述目的不只是压缩机，也有其他手段。

制冷实际上是一个能量的转换过程在制冷机中，把压缩机（或能起到压缩机作用的其他部件）中消耗的能量转换成冷能（其温度低于环境温度）。

所以，原则上讲，只要是有一定品质的能量，都能作为压缩机的能源。

压缩机消耗的是电能或机械能。

而有一定压力和较高温度的蒸汽（或热水）也是一种能源，是否也可转变为冷能呢？

还有其他一些能源，如太阳能、化学能等，是否也可转变为冷能呢？

答案是肯定的。

如利用蒸汽（或热水）作为能源的溴化锂吸收式制冷机和蒸汽喷射式制冷机等。

3水为什么能作为制冷剂

（1）显热——物体吸收或放出热量后，只改变了物体的温度，物质的形态并不发生变化，

这种热量称为显热。

（2）潜热——物体吸收或放出热量后，只改变了物体的形式，物质的温度并不发生变化，这种热量称为潜热。

（3）比热——工程上常将质量比热容简称为比热，它是指1Kg物质的温度变化1℃时，所吸收或放出的热量。

（4）水的比热——4.18kj/（kg·

K）≈1kcal/（kg·

K）

（5）水的潜热（汽化）——2257.2kj/kg≈540kcal/kg（100℃）≈600kcal/kg（0℃）

（6）冰的潜热（液化）——80kcal/kg（1kj=0.2388kcal）

目前，在一般制冷机中使用的是象氟利昂之类的工质。

实际上，能作为制冷剂的工质有很多，只要它们具有以下条件。

1.在要求的温度范围内，其状态会发生变化（相变）；

2.有较大的蒸发潜热；

3.工作压力适中；

4.物理、化学性质稳定；

5.经济、实用。

可见，水（R718）就具有以上条件。

它在一定的压力下，在适当的温度范围内，能够容易地由液态转变成汽态，或者相反；

其蒸发潜热也较大，工作压力和物理、化学性质十分稳定，且绝对经济、实用。

在常温状态下100℃就可沸腾，在真空状态下4℃就可沸腾。

所以，水是一种非常合适的制冷剂。

但它也有一定的局限性：

0℃以下时，它能转变为固体，所以，以水作为制冷剂的制冷机，不能制取0℃以下的冷媒。

4吸收式制冷机中的吸收剂的循环为什么能起到压缩机的作用

低压——高压——节流——低压吸收器——发生器——节流——吸收器

压缩机的作用是把压力较低的冷剂蒸汽变成压力较高的冷剂蒸汽。

所以，只要能将压力较低的冷剂蒸汽变成压力较高的冷剂蒸汽的部件都可取代压缩机。

下面就是一例。

我们都知道，食盐在夏天的时候容易吸收空气中的水蒸汽而变得比较潮湿。

这也是一般盐类所具有的性质。

溴化锂也是一种盐，它也有吸收水蒸汽的能力，且其吸收水蒸汽的能力远大于食盐。

不但固态的溴化锂能吸收水蒸汽，浓度较高的溴化锂水溶液（以下简称溴化锂溶液）也

具有较强的吸收水蒸汽的能力。

溴化锂溶液所处的容器压力较低且水蒸汽的分压力较高时，溴化锂溶液的吸收能力较强。

吸收水蒸汽后，溴化锂溶液的浓度变低，需浓缩后才能循环使用。

浓缩可在一个压力和温度都较高的容器中进行。

而浓缩时又产生一定数量的水蒸汽。

所以，溴化锂溶液可在低压下吸收水蒸汽，而在高压下产生水蒸汽。

也就是说，溴化锂溶液有把低压水蒸汽变成高压水蒸汽的能力。

因此，溴化锂溶液可把低压制剂蒸汽变成高压冷剂蒸汽从而取代压缩机。

吸收水蒸汽的容器叫作吸收器。

产生水蒸汽的容器叫作发生器。

图2为溴化锂溶液可把低压水蒸汽变成高压水蒸汽从而取代压缩机的原理图。

在吸收器中吸收了水蒸汽的浓溶液变成了稀溶液，由溶液泵送至发生器，由其中的高温蒸汽加热沸腾浓缩，并产生温度较高的高压冷剂蒸汽，稀溶液的浓度也变高，浓缩后的浓溶液经节流阀送至吸收器，吸收来自蒸发器的低压冷剂蒸汽，从而达到了把低压冷剂蒸汽变成高压冷剂蒸汽，取代压缩机的目的。

图2吸收器和发生器取代压缩机的原理图

5溴化锂吸收式制冷机的工作原理

（1）溶液变稀——是在吸收器中发生的。

（2）溶液变浓——是在发生器中进行的。

（3）冷剂水蒸气冷凝成冷剂水——是在冷凝器中进行的。

（4）高压冷剂水经节流后成压冷剂水蒸发——是在蒸发器中进行的

溴化锂吸收式制冷机是以溴化锂溶液为吸收剂，以水为制冷剂，利用水在高真空下蒸发吸热达到制冷的目的。

为使制冷过程能连续不断地进行下去，蒸发后的冷剂水蒸气被溴化锂溶液所吸收，溶液变稀，这一过程是在吸收器中发生的，然后以热能为动力，将溶液加热使其水份分离出来，而溶液变浓，这一过程是在发生器中进行的。

发生器中得到的蒸汽在冷凝器中凝结成水，经节流后再送至蒸发器中蒸发。

如此循环达到连续制冷的目的。

可见溴化锂吸收式制冷机主要是由吸收器、发生器、冷凝器和蒸发器四部分组成的。

从吸收器出来的溴化锂稀溶液，由溶液泵（即发生器泵），升压经溶液热交换器，被发生器出来的高温浓溶液加热温度提高后，进入发生器。

在发生器中受到传热管内热源蒸汽（或热水）加热，溶液温度提高直至沸腾，溶液中的水份逐渐蒸发出来，而溶液浓度不断增大。

蒸发出来的冷剂蒸汽经挡液板将其夹杂的液滴分离后进入吸收器，被由吸收器泵送来并均匀喷淋在吸收管簇外表的中间溶液所吸收，溶液重新变稀。

中间溶液是由来自溶液热交换器放热降温后的浓溶液和吸收器液囊中的稀溶液混合得到的。

为保证吸收过程的不断进行，需将吸收过程所放出的热量由传热管内的冷却水及时带走。

中间溶液吸收了一定量的水蒸气后成为稀溶液，聚集在吸收器底部液囊中，再由发生器泵送到发生器，如此循环不已。

由上述循环工作过程可见，吸收式制冷机与压缩式制冷机在获取冷量的原理上是相同的，都是利用高压液体制冷剂经节流阀（或U型管）节流降压后，在低压下蒸发来制取冷量，它们都有起同样作用的冷凝、蒸发和节流装置。

而主要区别在于由低压冷剂蒸汽如何变成高压蒸汽所采用的方法不同，压缩式制冷机是通过原动机驱动压缩机来实现的，而吸收式制冷机是通过吸收器，溶液泵和发生器等设备来实现的。

6溴化锂吸收式制冷机的溶液循环

稀溶液与浓溶液的交换，一举两得。

在溴化锂吸收式制冷机中，发生器和吸收器中起到上述作用的是溴化锂溶液，它的吸收水蒸汽的能力很强。

吸收式制冷机的溶液循环原理如图3示。

图3式制冷机的溶液循环

收器中吸收了低压水蒸汽的溴化锂溶液浓度变小，温度也较低，被溶液泵送往使之浓缩的发生器中，被管内流动的高压工作蒸汽（或热水）加热至对应压力下的沸点，使之沸腾并产生冷剂蒸汽，因发生器中的压力较高，所以冷剂蒸汽的压力也较高，也就是说通过泵的升压和工作蒸汽的加热，使低压蒸汽的压力升高。

溶液沸腾产生出冷剂蒸汽后，浓度和温度都有所升高，又具有了吸收水蒸汽的能力。

因发生器中的压力比吸收器中的压力要高得多，故在送往吸收器中让其吸收水蒸汽时必须通过节流阀降压。

在吸收器中，溶液被喷淋在内通冷却水的传热管管簇上，因溶液在吸收水蒸汽时要放出大量的吸收热，故需大量的冷却水进行冷却，实验和理论都表明，溶液的浓度越高、温度越低，吸收水蒸汽的能力就越强，所以，在实际中，要努力提高其浓度、降低其温度，但要注意避免因浓度过高、温度过低而结晶。

图4交换器的吸收式制冷机的溶液循环

另外，从图中不难看出，一方面稀溶液温度较低，送往发生器后需消耗能量对其加热；

而另一方面，浓溶液的温度较高，在吸收器中需冷却才能有较强的吸收水蒸汽的能力，所以，如能使浓溶液和稀溶液进行热交换，无疑可提高机组的性能系数。

因此，在实际的溴化锂吸收式制冷机中，一般都设有溶液热交换器（如图4示）。

在溶液热交换器中，稀溶液在管内流动，而浓溶液的管外（壳程）流动，从而达到热交换的目的。

7溴化锂吸收式制冷机的制冷剂循环

溴化锂吸收式制冷机中的制冷剂就是水。

水在制冷循环中状态不断改变，并利用其在蒸发时的吸热而产生制冷的。

首先，从发生器中产生的高压冷剂蒸汽在冷凝器中被冷却水冷凝成冷剂水。

因其压力较高，故通过一个节流阀送入蒸发器，在蒸发器中吸收管内冷媒水的热量而蒸发，蒸发后的冷剂蒸汽压力较低，通过挡水板送入吸收器以被较浓的溴化锂溶液吸收，而后又在发生器产生出压力较高的冷剂蒸汽，从而完成循环。

在溴化锂吸收式制冷机中，蒸发器中的压力非常低，以至于水在5℃时即达到饱和而蒸发，在蒸发时吸收管内冷媒水的热量而使其温度降低，从而达到制冷的目的。

一般而言，冷媒水进蒸发器的温度为12℃，放热后温度降低到7℃，由冷媒水泵送给用户使用。

图5吸收式制冷机的制冷剂循环

8单效溴化锂吸收式制冷机的工作原理

（1）水的状态——（水——蒸汽——水）

（2）溶液的状态——（浓溶液——稀溶液——浓溶液）

单效吸收式制冷机是以溴化锂溶液为吸收剂，以水为制冷剂，利用水在高真空下蒸发吸热达到制冷的目的。

在发生器中受到传热管内热源蒸汽（或热水80-95℃）加热，溶液温度提高直至沸腾，溶液中的水份逐渐蒸发出来，而溶液浓度不断增大。

发生器中蒸发出来的冷剂水蒸气向上经挡液板进入冷凝器，挡液板起汽液分离作用，防止液滴随蒸汽进入凝凝器。

冷凝器的传热管内通入冷却水，所以管外冷剂水蒸气被冷却水冷却，冷凝成水，此即冷剂水。

积聚在冷凝器下部的冷剂水经节流后流入蒸发器内，因为冷凝器中的压力比蒸发器中的压力要高。

如：

当冷凝器温度为45℃时，冷凝压力为9580Pa（71.9mmHg）；

蒸发温度为5℃时，蒸发压力872Pa（6.45mmHg）。

U型管是起液封作用的，防止冷凝器中的蒸汽直接进入蒸发器。

冷剂水进入蒸发器后，由于压力降低首先闪蒸出部分冷剂水蒸气。

因蒸发器为喷淋式热交换器，喷啉量要比蒸发量大许多倍，故大部分冷剂水是聚集在蒸发器的水盘内的，然后由冷剂水泵升压后送入蒸发器的喷淋管中，经喷嘴喷淋到管簇外表面上，在吸取了流过管内的冷媒水的热量后，蒸发成低压的冷剂水蒸气。

由于蒸发器内压力较低，故可以得到生产工艺过程或空调系统所需要的低温冷媒水，达到制冷的目的。

例如蒸发器压力为872Pa时，冷剂水的蒸发温度为5℃，这时可以得到7℃的冷媒水。

为保证吸收过程的不断进行，需将吸收过程所放出的热量由热管内的冷却水及时带走。

从吸收器出来的稀溶液温度较低，而稀溶液温度越低，则在发生器中需要更多热量。

自发生器出来的浓溶液温度较高，而浓溶液温度越高，在吸收器中则要求更多的冷却水量。

因此设置溶液交换器，由温度较高的浓溶液加热温度较低的稀溶液，这样既减少了发生器加热负荷，也减少了吸收器的冷却负荷，可谓一举两得。

溴化锂吸收式制冷机除了上述冷剂水和溴化锂溶液两个内部循环外，还有三个系统与外部相联，这就是：

①热源系统；

②冷却水系统；

③冷媒水系统。

在吸收器中溶液吸收来自蒸发器的低压冷剂蒸汽，是个放热过程。

为使吸收过程连续进行下去，需不断加以冷却。

在冷凝器中也需冷却水，以便将来自发生器的高压冷剂蒸汽变成冷剂水。

冷却水先流经吸收器后，再流过冷凝器，出冷凝器的冷却水温度较高，一般是通入冷却水塔，降温后再打入吸收器循环使用。

来自用户的冷媒水通入蒸发器的管簇内，由于管外冷剂水的蒸发吸热，使冷媒水降温。

制冷机的工作目的是获得低温（如7℃）的冷媒水。

9溴化锂吸收式制冷机的结构型式

简要了解溴化锂吸收式制冷机的有哪些结构型式

近几年来，溴化锂吸收式制冷机发展的非常迅速，新机型、新结构不断出现，目前已有许多型式，既有用于普通空调的溴化锂冷水机组，又有用于各种工业过程的专用制冷机组。

按其工作原理分——可分为单效溴化锂吸收式制冷机组和双效溴化锂吸收式制冷机组，现在还出现了三效溴化锂吸收式制冷机组；

按其能源种类分——可分为利用废热、废汽、高温热水以及低品位蒸汽（0.1MPa、0.25MPa、0.4MPa、0.6MPa）加热的制冷机组和直接燃油、燃气、燃煤的直燃式溴化锂吸收式制冷机组、太阳能溴化锂吸收式制冷机组；

按其输出方式分——可分为制取冷水的制冷机组以及同时制取冷水和温水的冷温水机组；

按其结构型式分——可分为单筒型、双筒型和三筒型机组等等。

10单效溴化锂吸收式制冷机的结构布置

高压部分——布置在上方。

低压部分——布置在下方。

标准的单效溴化锂吸收式制冷机，一般是以0.1MPa的低压蒸汽或75℃以上的热水作为驱动热源的。

它的优点是体积小、结构紧凑、操作简单、使用热源的品位较低、造价便宜，但其性能系数较低，一般只有0.7左右。

由于它是溴化锂吸收式制冷机的基础，其他机组都是在此基础之上发展起来的，因此，本章着重讨论单效溴化锂吸收式制冷机的结构。

单效溴化锂吸收式制冷机主要由以下部分组成：

（1）发生器其作用是使从吸收器来的稀溶液沸腾浓缩，产生冷剂蒸汽和浓溶液；

（2）冷凝器其作用是使发生器产生的冷剂蒸汽冷凝成冷剂水并送往蒸发器；

（3）蒸发器其作用是使冷剂水蒸发吸热，供出低温冷媒水；

（4）吸收器其作用是使发生器来的浓溶液吸收蒸发器来的冷剂蒸汽产生稀溶液；

（5）溶液热交换器其作用是使从吸收器来的低温稀溶液和从发生器来的高温浓溶液之间进行热量交换，从而减轻发生器和吸收器的热负荷，提高机组的性能系数。

（6）其他装置主要有使溶液和冷剂水循环的溶液泵和冷剂水泵，抽出机内不凝气体并产生高度真空的抽气装置以及冷量调节系统等。

从溴化锂吸收式制冷机的原理可知，发生器和冷凝器的压力较高，而吸收器和蒸发器的压力较低，因此，通常把发生器和冷凝器布置在一个空间内，而把吸收器和蒸发器布置在另一个空间内。

又由于溴化锂吸收式制冷机工作时处于高真空状态下，因此都把它的外壳设计成圆筒形结构。

把高压部分布置在上方，低压部分布置在下方，中间用溶液槽隔开，如图6所示。

图6单效溴化锂吸收式制冷机的结构型式

11单效溴化锂吸收式制冷机的性能

经济运行——确定和选择制冷机的调节、控制方案，使制冷机在最合理的情况下工作。

一般而言，溴化锂吸收式制冷机的性能比较稳定，其性能系数（COP）的高低取决于设计水平、机组型式、运转情况，工作蒸汽压力、冷却水温度和流量、污垢情况、机组内的真空水平等许多因素。

溴化锂吸收式制冷机在实际运行中，常常由于热源加热蒸汽压力（或水温）的波动、季节气候变化和用户负荷的改变，使制冷机不能在设计工况下工作，例如引起制冷机工作蒸汽与冷却水的消耗量、制冷机的性能系数等产生一系列的变化。

另外，在用户冷负荷发生变化时，制冷机的制冷量也应随时作相应的改变。

由于单效溴化锂吸收式制冷机的性能较差，其性能系数（COP）较小，一般只有0.7左右。

影响其性能的主要有以下一些因素：

（1）不凝性气体对制冷机性能的影响

"

真空是溴化锂吸收式制冷机的第一生命"

，溴化锂吸收式制冷机是在高真空状态下工作的制冷设备，有些机组的制冷性能不稳定或达不到设计能力的一个主要原因，就是机组真空问题没有解决好。

对于溴化锂吸收式制冷机来讲，真空度的高低实质上是机组内不凝性气体被抽除多少的反映。

（4000m高空，水88℃沸腾；

8.04mmHg压力下,水8℃沸腾）

机组系统内不凝性气体的来源大致如下：

机组启动时，机组内空气未完全抽尽；

空气通过管路连接处、焊缝、阀门等处泄漏到机组内；

在机组内，由于溴化锂溶液对金属材料的腐蚀而产生的氢气。

机组内存在不凝性气体，主要影响吸收过程，使传热、传质减弱。

外部漏入制冷机的空气与制冷机内因金属表面腐蚀所释放的氢气等均属不凝性气体。

这些气体都不能凝结，也不会被溴化锂溶液吸收。

当它们附着于冷凝器的传热管表面时，增加了传热热阻，提高了冷凝压力，使发生器压力随之增大，减小了发生器的产汽量，使制冷机的制冷量下降。

不凝性气体存在于吸收器中时，减少了吸收过程中水蒸气被吸收的质推动力，使传质系数减小，传质过程恶化，制冷量明显下降。

不凝性气体积聚越多，制冷量下降越厉害，有时甚至会达到不能制冷的地步。

（2）溶液循环量对制冷机性能的影响

溶液循环量的多少对机组的经济运转非常重要。

对于额定的加热蒸汽压力、冷却水温度和冷媒水出口温度，溴化锂吸收式制冷机有与之对应的溶液循环倍率，从上式可看出，在此循环倍率下，进发生器的稀溶液量与制冷量成正比。

若调整不当，会出现以下两种情况。

（一）稀溶液量过大若进入发生器的稀溶液量过大，则发生器里加热蒸汽的热量大部分用来提高稀溶液的温度，产汽量降低，从而使发生器中溶液的平衡浓度下降，同时使通向吸收器的浓溶液流量增大，加大了吸收器的放热量，提高了喷淋溶液的温度，降低了喷淋溶液的浓度，使喷淋溶液的吸收效果恶化，吸收能力下降。

产汽量降低使制冷量下降，浓溶液浓度降低使性能系数下降。

（二）稀溶液量过小若进入发生器的稀溶液量过小，其结果与上述情况相反。

但浓溶液出口浓度的增加，将会产生浓溶液结晶的危险。

一旦发生结晶，吸收器吸收效果将恶化，蒸发器不可能发挥其制冷效果，使制冷机处在局部负荷下运行，这是很不利的。

因此，溶液循环量的调节是否合适，对溴化锂吸收式制冷机的经济运行是十分重要的。

另外，吸收器喷淋量加大可以适当地改善吸收器的吸收效果，但却增加了吸收器泵的电耗。

反之，若吸收器喷淋量太小，则会影响吸收效果。

所以必须调整喷淋量到一个合适的值。

蒸发器喷淋量的影响结果与吸收器喷淋量的影响结果相类似。

（3）冷剂水中溴化锂的含量对制冷机性能的影响

溴化锂吸收式制冷机因发生器容汽空间的垂直高度太小，冷剂蒸汽的流速太高或挡液板结构不良，或者由于加热蒸汽压力突然升高，稀溶液浓度较低，溶液的pH值太大，冷却水温度太低等原因而造成发生器中溶液强烈沸腾，使发生器中的溴化锂液滴被冷剂蒸汽带入冷凝器；

吸收器溴化锂液滴也有可能溅入蒸发器，造成冷剂水污染。

可以从蒸发器液囊视镜观察冷剂水的颜色，发现冷剂水带黄色时，有污染之疑。

这时可通过冷剂水取样阀取样，测定冷剂水的密度，若测得的密度不大于1.04kg/l时，一般不作处理；

当大于1.04kg/l时，可通过冷剂水旁通阀使冷剂水再生，直至冷剂水的密度达到合格。

冷剂水被污染后，随着机组运行时间的增长，冷剂水中溴化锂的含量会越来越多，试验表明，当冷剂水的密度大于1.1时，制冷量将明显下降。

这是因为冷剂水含溴化锂后会呈现稀溶液状态。

根据拉乌尔定律可知：

同一温度下溴化锂水溶液的饱和蒸汽压力总是低于纯水的蒸汽压力，由于溶液周围冷剂蒸汽压力的下降，使吸收器中传质推动力减小，吸收过程减弱，造成冷媒水出口温度上升，制冷机的制冷量下降。

（4）表面活性剂对制冷机性能的影响

为了提高溴化锂吸收式制冷机中传热，传质效果，提高制冷机的性能，目前广泛地添加一定的有机物质----表面活性剂，在溴化锂溶液中添加0.1%的辛醇，可以使制冷量提高10%～15%。

在溴化锂溶液中常用的表面活性剂有异辛醇或正辛醇，它们在常压下均为无色有刺激性气味的油状液体，几乎不能溶解于溴化锂溶液。

在加热蒸汽压力较高的两效溴化锂吸收式制冷机中，由于加热温度较高，辛醇在较高温度下要分解，可改用氟化醇。

它们的强化机理如下：

（一）提高吸收效果

添加表面活性剂后提高了吸收效果。

这是因为添加辛醇后，溶液的表面张力大幅度下降，使溶液与水蒸气的结合能力增强，这意味着吸收效率的提高；

另外，添加辛醇后，溴化锂水溶液的分压力降低，吸收推动力增大，提高了吸收效果。

（二）增强传热 

添加表面活性剂后，冷凝器由膜状凝结变为珠状凝结，提高了冷凝效果，添加辛醇后起到了改善凝结表面的作用。

由于辛醇可以使铜管受热面完全润湿，含有辛醇的水蒸汽与铜管受热面接触后，随后形成一层液膜，水蒸气在辛醇液膜上呈现珠状凝结。

珠状凝结的放热系数可比膜状凝结提高两倍以上，因而提高了冷凝器的传热效果。

一般添加0.1%～0.3%已能满足要求。

辛醇的密度较小，它总是漂浮于吸收器液囊的液面上。

为使辛醇能随着溶液的喷淋进入吸收器的传热面，在吸收器液面上设有冲辛醇管，冲击辛醇，使之与溶液混合，然后通过喷淋溶液把它带至吸收器传热管。

如不足时可予以补充。

（5）水侧污垢系数对制冷机性能的影响

溴化锂吸收式制冷机运行一段时间后，由于各种因素的影响，传热管内壁上逐渐生成一层水垢，增加了传热热阻，使传热恶化。

这时冷凝器压力和吸收器压力都增加，从而降低了浓度差，加大了溶液的循环倍率f，导致制冷量下降。

污垢系数是表示这种污垢所引起的热阻大小的参数，污垢系数越大，热阻越大，传热效果越差，制冷量越小。

通常来说，新机组的制冷量比设计值高8%～10%，这是因为新溴化锂吸收式制冷机的污垢系数近似等于零。

但为了保证在长期运行以后，制冷量仍可达到设计要求，在运行期间应注意水质分析，若发现水