1 第七讲吸收式制冷 z吸收式技术是建立在自 然定律和物理学以及热 力学定律的基础上的 z环保型的、高效节能的 提供冷水的系统 z不用含氯的制冷剂即 CFC 《制冷原理与技术》讲义 陈江平 上海交通大学制冷研究所 吸收式制冷与压缩式的比较 冷 凝 器 蒸 发 器 节流阀 减压阀 发生器吸收器 放 热 吸 热 溶解热 泵 压缩机 1、吸收式制冷技术的发展 z 溴化锂吸收式制冷机自1945年问世以来，历经 半个世纪， z 美国是溴化锂吸收式制冷机的创始国，目前日 本，前苏联等国也有较大的发展。 z 美国开利公司1945年试制出第一台制冷量为 532kw的单效溴化锂吸收式制冷机。随后又研制 出了双效机。目前生产溴冷机的公司有开利， 约克，川恩和阿克拉等。 日本是1959年研制出了一台698kw的单效溴化锂吸 收式制冷机。1962 年荏原制造所研制出了双效机。 目前的主要生产厂家为荏原制造所，三洋，三菱， 川崎和日立等公司。日本的溴冷机无论在生产数量 还是在性能指标，应用范围和新技术，新产品研制 等方面，均超过美国。为世界上研究与生产领先的 国家 吸收式制冷技术的发展 2 z 我国的研究起步于60年代，从60-70年代初一 直为研究期。 z 70年代为单效机的应用阶段。主要应用在纺织 工业上。 z 80年代是双效机的应用阶段。双效机的热力系 数可达到1。1以上，而单效机的热力系数一般 在0。7 —0。6，双效机的蒸汽单耗比单效机减 少1/2，冷却水量减少1/3，是节能型的制冷机 组。 吸收式制冷技术的发展 3 z 90年代为多种新型制冷机研制应用阶段 z 契机： （1）80年代末期国家计委提出凡是有蒸汽等热源的地方都 要发展溴冷机。 （2）90年代我国在世界禁止使用氟里昂（CFC）生产与使 用协议书上签字 吸收式制冷技术的发展 4 2 z 两种互相不起化学作用的物质组成均匀混合物。由沸点不 同的两种物质所组成。低沸点组分用做制冷剂，高沸点组 分用做吸收剂。 z 常用的二元混合物是： 氨-水溶液，氨是制冷剂，水是吸收剂，制冷0 O C以下 溴化锂-水溶液，水是制冷剂，溴化锂是吸收剂，制冷0 O C 以上 z 水作为制冷剂，优点：汽化潜热大，无毒，无味，安全。 z 缺点：常压下蒸发温度高。蒸发温度降低时，蒸发压力也 降低。蒸汽的比容大，制冷剂所能达到的温度在0 O C以上 2、制冷工质采用二元混合物 Refrigerant ? Distilled water ? Stable ? Nontoxic ? Low cost ? Readily available ? Environmentally friendly ? High latent heat of vaporization Boiling Point of Water 1.5 psia [10.34 kPa] 0.15 psia [1.034 kPa] temperat ure pressure 45°F [7.2°C] 115°F [46.1°C] Absorbent ? Lithium Bromide (LiBr) ? High affinity for water (refrigerant) ? In solution, higher boiling point than water ? Nontoxic 溴化锂溶液的物理特性 溴化锂水溶液的 一般特性：常压 条件，水的沸点 100 O C， 溴化锂的沸点 1265 O C。 溴化锂溶液的物理特性2 ? 溶解度的大小与溶质和溶剂的特性有关，还与温 度有关 ? 某浓度下降低溶液的浓度，就会有晶体析出固体 影响正常运行 ? 溴化锂吸收式制冷机要求溴化锂浓度不低于50%， 一般在60%左右。 3 溴化锂溶液的密度 2 同温度下溴 化锂溶液的 密度比水的 大。 运行中用比 重计和温度 计测出密度 ，温度浓度 很重要 溴化锂溶液的饱和蒸汽压 3、溴化锂吸收式制冷原理 吸收式制冷原理 溴化锂吸收式制冷机原理 Single-Effect Absorption Refrigeration Cycle Absorption Cycle condenser evaporator absorber generator chilled water cooling water steam or hot water heat exchanger Air Handler Cooling Tower Boiler High Pressure Low Pressure Cooling Tower Absorber cooling water refrigerant vapor concentrated solution intermediate solution absorber spray pump dilute solution absorber 100°F 0,15 psi From Cooling Tower To generator 4 Generator steam or hot water dilute solution refrigerant vapor concentrated solution generator Condenser cooling water refrigerant vapor liquid refrigerant condenser 115°F 1.5 psi Evaporator chilled water evaporator spray pump refrigerant vapor liquid refrigerantabsorber evaporator Air Handler 45°F 0,15 psi Expansion Device liquid refrigerant expansion device evaporator Heat Exchanger generator pump dilute solution heat exchanger concentrated solution precools the concentrated solution More Example… 1---冷凝器 2---发生器 3---蒸发器 4---吸收器 5---热交换器 6---U型节流管 7---防结晶管 8---抽气装置 9---蒸发器泵 10---吸收器回流泵 11---发生器泵 12---溶液三通阀 5 More Example… 蒸发器部分 吸收器部分 发生器部分 冷凝器部分 吸收式循环是一个连续的过程...... 吸收式技术溴化锂压焓图 1 3 2 4 7 5 6 4 6 3、吸收式技术能量调节 吸收器 蒸发器 冷凝器 7 5 6 4 1 2 3 蒸汽 能量调节阀 传感器 100% 全负荷 50% 全负荷 10% 全负荷 示意图表示法 吸收式技术能量调节 2 机组照片（CARRIER） 双效蒸汽型 单效蒸汽/热水型 双效直燃型 Absorption Chillers condenser generator evaporator absorber 单效溴化锂吸收式制冷机一般采用0.1￣0.25Mpa的蒸气或75￣140℃的 热水作为加热热源，循环的热力系数较低（一般为0.65￣0.75）。如 果有压力较高的蒸气（例如表压力在0.4MPa以上）可以利用，则可采 用双效溴化锂吸收式制冷循环，热力系数可提高到1以上。 　　双效溴化锂吸收式制冷机在机组中同时装有高压发生器和低压发 生器，在高压发生器中采用压力较高的蒸气（一般为0.7￣1MPa）或燃 气、燃油等高温热源加热，所产生的高温冷剂水蒸气用于加热低压发 生器，使低压发生器中的溴化锂溶液产生温度更低的冷剂水蒸气，这 样不仅有效地利用了冷剂水蒸气的潜热，而且可以减少冷凝器的热负 荷，使机组的经济性得到提高。 4、双效溴化锂系统 串联流程 双效溴化锂吸收式制冷机循环 7 并联流程 溴化锂吸收式制冷机的特点 溴化锂吸收式制冷机也是以热能作补偿实现制冷的装置，因而很多特点与氨-水吸收式制冷机相似。 　　(1)以水作制冷剂，溴化锂溶液作吸收剂，因此它无臭、无味、无毒，对人体无危害。 　　(2)对热源的要求不高。一般的低压蒸气（0.12Mpa以上）或75℃以上的热水均能满足要求，特别适用于有 废气、废热水可利用的化工、冶金和轻工业企业，有利于热源的综合利用。随着地热和太阳能的开发利用，它将 具有更加广泛的前途。 　　(3)整台装置基本上是热交换器的组合体，因除泵以没有其它运行部件，所以振动、噪声都很小，运转平稳， 对基建的要求不高，可在露天甚至楼顶安装，尤其适用于舰艇、医院、宾馆等场合。 　 (4)结构简单，制造方便。 　　(5)装置处于真空下运行，无爆炸危险。 　　(6)操作简单，维护保养方便，易于实行自动化运行。 　　(7)能在10%￣100%的范围内进行制冷量的自动无级调节，而且在部分负荷时机组的热力系数并明显下降。 　　(8) 溴化锂溶液对金属，尤其对黑色金属有强烈的腐蚀性，特别在有空气存在的情况下更为严重，因而机组 应很好地密封。 　　(9)由于系统以热能作为补偿，加上溴化锂溶液的吸收过程是放热过程，故对外界的排热量大（通常比活塞 式制冷机大一倍），冷却水消耗量大。但它允许有较高的冷却水温度升高。冷却水可采用串联流动方式，以减少 冷却水的消耗量。  　　(10)因用水作制冷剂，故一般只能制取5℃以上的冷水，多用于空气调节及一些生产工艺用冷冻水。 　　(11)热力系数较低。 　　(12)溴化锂价格较贵，机组充灌量大，初投资较高。 开利吸收式技术单效循环 开利吸收式技术双效循环 开利吸收式技术直燃型循环 开利吸收式技术16JB 单效机组 z循环保护集中调节系统 z高度密封的泵 z 90-10 铜镍U 型管发生器 z无真空泵抽气系统 z不堵塞的喷头 z双槽/U型挡板 z环氧涂层的水室 z冷量降至55%不需要冷却塔旁 通调节 z低噪声、低振动，一般80dBA 制冷量范围~ 330 - 5140 kW 8 开利吸收式技术16JT 双效机组 z循环保护集中调节系统 z高度密封的泵 z 90-10 铜镍U 型管发生器 z无真空泵抽气系统 z不堵塞的喷头 z铰链水室 z环氧涂层的水室 z美国国家标准协会（ANSI）认 可的水室出口法兰连接 z冷量降至59%不需要冷却塔旁 通调节 z低噪声、低振动 制冷量范围~ 320 - 5280 kW 开利吸收式技术16DF 冷热水机组 z自动集中控制系统 z高度密封的泵 z无真空泵抽气系统 z钯元件 z不堵塞的喷头 z铰链水室 z环氧涂层的水室 z冷量降至59%不需要冷却塔旁 通调节 z供热运行 z微信息处理机控制 z低噪声、低振动 制冷量范围~ 480 - 3520 kW 制热量范围~ 430 - 3170 kW 开利吸收式技术RAP 冷热水机组 z循环保护集中调节系统 z高度密封的泵 z 90-10 铜镍U 型管发生器 z无真空泵抽气系统 z不堵塞的喷头 z铰链水室 z环氧涂层的水室 z美国国家标准协会（ANSI）认 可的水室出口法兰连接 z冷量降至59%不需要冷却塔旁 通调节 z低噪声、低振动 制冷量范围~ 110 - 422 kW 制热量范围~ 125 - 375 kW 吸收式技术主要设计要求 z避免空气进入机组 z抽空进入机组的空气 z防止机组结晶 吸收式技术主要设计要求 z制造质量和检验标准 z抽气系统 z防结晶控制 z稀释循环 提高溴化锂吸收机效率的途径 z 及时抽取不凝性气体 z 调节溶液的循环量 z 强化传热传质过程:添加能量增强剂(辛醇),减少 蒸汽流动阻力,提高换热器管内介质流速,改善喷 淋雾化效果,提 高冷却水和冷媒水的水质,减少结 垢,采用强化传热管,合理调节喷淋密度 z 采取适当的防腐措施 9 吸收式技术开利产品特点 z U型管束结构 z循环保护 z专用回路的密封泵结构 z无真空泵抽气系统 z电子控制 z运行调节范围宽 “循环保护”系统 循环保护系统 运行示意图 密封的溶液泵 密封的冷剂泵 冷水出口/进口 电磁浮球开关 循环保护阀 吸收器 蒸发器 “循环保护”系统2 16JT 循环保护阀 和高位制冷剂开关 无真空泵抽气系统 效率高 机组运行时 连续动作 排除不凝性气体， 确保机组的寿命和效率 冷凝器 蒸发器 无真空泵抽气系统 抽气系统 灰色表示 (16DF) 喷射器 集气罐 分离室 溶液泵 真空泵的结构 检修区域 检修周期为6年 密封结构 铸铁的泵叶轮 10 开利专用的循环泵的结构 冷剂泵在左侧 溶液泵在右侧 16JB 泵装配 循环保护阀 直接装在溶液泵的进口 控制溶液浓度 “U”型传热管的结构 开利浮动的U型管 束结构 有竞争力的安装定 位设计 浮动管束结构 16JB 发生器浮动U型管 束结构（装配） 16JB 发生器管束 （制造中） 原材料选择 冷凝器中的铜管 发生器中的90-10 铜镍管 原材料选择 管板装配 吸收器的喷头 冷凝器中的铜管 蒸发器的喷头 喷头结构 吸收器喷头 帽盖消除了LiBr 的闪蒸 11 内部挡水板阻止了水被带走 不锈钢结构 避免容量的衰减 材料防腐蚀 水室结构 发生器的混合室 环氧涂层 和铰链的水室 7、吸收扩散式冰箱 1-热源 2-发生器 3-气水分离器 4-精馏器 5-冷凝器 6-蒸发器 7-冰箱外壳 8-贮液器 9-吸收器 10-下降管 11-平衡管 总压 1.337MPa 氢压 1.264MPa 氨循环: 2-3-4-6-9-8-2 水循环: 2-3-10-9-8-2 氢循环: 6-8-9-11-6 氨液进 入蒸发 器利用 扩散原 理使其 分压力 降低而 降温