吸收式制冷机用户培训手册

吸收式制冷机用户培训手册内容摘要：

〈图 3〉和〈图 1〉正相反，从水蒸汽中液化返回水中的分子数较多，称为冷凝状态。 〈图 2〉的状态双方分子数相等，称为饱和状态。 工质在饱和状态下的压力和温度是一一对应的；压力的变化必然带来饱和温度的变化；饱和状态下的压力和温度的关系可以用一曲线图表示，称为工质的饱和曲线。 工质不同，其饱和曲线也不同。 水蒸汽的饱和压力温度曲线图如图所示。 在制冷机的运转过程中，冷剂液体一直保持在饱和状态之前的〈图 1〉和〈图 3〉的状态，蒸发和冷凝反复进行；停止后，即变为〈图 2〉状态 饱和状态。 根据水蒸汽的饱和压力温度曲线图可知，在温度为 100℃时，其所对应的饱和压力为760mmHg（大气压力）；换而言之，在 760mmHg 的压力下，水的温度达到 100℃时开始蒸发、沸腾。 而如果压力降到 7 mmHg，水的开始蒸发、沸腾温度则约为 7℃，这时的水即可用来制冷。 3． 3 工质的显热与潜热 工质由一种状态转变到另一种状态，其中就存在工质内部热量的转移。 由液态转变到气态， 蒸发 图 1 饱和 图 1 冷凝 图 3 压力 温度 低 高 高 低 水的饱和温度和压 力曲线 烟台荏原空调设备有限公司 PM002/0 工质就必须吸收热量；由气态转变到液态就要放出热量。 这部分热量称为工质的潜热。 工质的饱和状态不同，所蕴涵的潜热也不同。 潜热的大小可从饱和工质的性能表中查得。 与潜热相对的是工质的显热。 如果工 质不存在状态的改变而仅有温度的变化，那么由温度的变化而产生的这部分热量称为显热。 例： 0℃时水的潜热为： 2501 KJ/Kg； 0℃的水变为 100℃的水的显热为 420 KJ/Kg。 3． 4 利用水进行制冷 如上所述，保持在 7 mmHg 下的水即可用于制冷。 但如何使水形成和保持在 7 mmHg 的压力下，是用水作为制冷剂的关键。 一般来讲，用真空泵抽真空可以形成 7 mmHg 的真空状态，连续抽气，则可以使水连续蒸发，使物体变冷。 如上图所示，向充分抽过气的容器内注入水，容器上的阀门处于关闭状态，容器内的水就与 周围环境温度相平衡，从真空压力计上可以读出容器内的压力，相当于在环境温度下容器内水的饱和压力。 假设环境温度为 25℃，相对应的饱和压力即为 24mmHg，那么在容器内无液体的空间就充满着 24mmHg 压力的水蒸汽。 起动真空泵，抽出容器内的水蒸汽，容器内压力下降，饱和状态变为不饱和状态，就有部分水由液态变为气态。 液态的水转变为气态的水蒸汽就必然要吸收热量（潜热），液态的水由于失去部分热量就 蒸发器原理 烟台荏原空调设备有限公司 PM002/0 会发生温度的变化（显热） 水的温度不断下降。 假设外部的热量不能进入容器内，那么，如果继续抽真空，容器内的压力不断降低， 温度也不断下降，最终容器内的水就会结冰。 可见，用真空泵可以产生冷水，但以上模式有以下缺点。 1） 由于容器内蒸发的水蒸汽被排到大气中，必须以某种方式加以补充。 2） 由于水蒸汽进入了真空泵中，使真空泵油恶化。 必须频繁更换真空泵油、对真空泵进行保养。 在实际应用中，溴化锂溶液作为吸收剂代替了上述模式中的真空泵。 烟台荏原空调设备有限公司 PM002/0 3． 5 溴化锂溶液对水蒸汽的吸收 由溴化锂水溶液的温度 — 压力曲线可知， ① 温度相同的水和一定浓度的溴化锂水溶液的饱和蒸汽压力比较，溶液的蒸汽压力较低。 ② 在温度相同的情况下，溶液浓度越高饱和蒸汽压力越低。 ③ 蒸 汽压力相同的情况下，水的温度低于溶液的温度。 ④ 在同一压力下，溶液的浓度越高，所对应的温度也越高。 在两容器中分别注入水和溴化锂溶液，如下图所示放置。 假定环境温度为 30℃，溶液的 浓度为 60%，则两容器内对应的饱和压力分别为 和。 烟台荏原空调设备有限公司 PM002/0 在这种状态下，打开阀门，由于蒸汽压力的压差使水蒸汽从容器 E（水）流向容器 A（溶液）。 结果在两容器内分别发生以下变化： ① 随着阀门的打开，容器 E 中的压力下降， A 中的压力上升，平衡状态被破坏。 ② E 中的水将开始蒸发，蒸发的水带走的热 量使得 E 中的温度下降。 容器 A 中的水蒸汽将开始冷凝，水蒸汽冷凝放出的热量使得溶液温度上升；冷凝水进入溶液中，使得溶液浓度下降；另外，凝结水和溶液混合时产生的稀释热也使得溶液温度上升。 ③ 随着 A 中溶液浓度的降低使得所对应的饱和压力上升；溶液温度的上升使得 A 中的压力进一步升高。 ④ 随着 E 中水温度的下降，所对应的饱和压力也降低。 因此，利用溴化锂溶液作为吸收剂也可以产生制冷效果。 由于容器 E、 A 中的压力最终会相同，这时溶液的吸收作用就没有了， E 中的水也就不蒸发了，制冷作用也没有了。 3． 6 吸收作用的维持 为了维持制冷 效果，就必须保持容器 A 中溶液的吸收作用。 A 中的溶液无吸收作用是因为 吸收作用的过程 水 30℃ 溴化锂溶液 60% 30℃ 阀门 全闭 容器 E 容器 A 水和溴化锂水溶液的蒸汽压力差 烟台荏原空调设备有限公司 PM002/0 溶液浓度的降低和温度上升，造成了容器 A 和容器 E 之间没有了压力差。 也就是说，如果能维持水和溶液的压力差，就能使保持溶液的吸收作用、水蒸发作用的持续。 容器 E 中压力的下降，使得容器中水的温度降低，而冷冻机的目的就是降低水的温度，因此，容器 E 蒸汽压力的下降就成了目的，这一趋势是不能改变的。 那么为了维持压力差，即吸收作用，就只能在容器 A 侧作出对策，也就是说需要降低溶液的温度和控制溶液的浓度。 降低溶液的温度，可以在容器 A 中通冷却水来解决。 但如何控制溶 液的浓度呢。 控制溶液浓度下降的方法有两个： 一个是不吸收来自容器 E 的水蒸气；再一个是把吸收了的水分排出来。 前者显然不使用于制冷机，因此，防止溶液浓度下降的方法只能采用后者。 如下图所示，另外准备一个容器 G，将浓度下降的溶液用泵输送到该容器中，并用外部热源加热，使溶液中的水分蒸发出来，就可以恢复溶液原来的浓度。 然后将恢复浓度的溶液回流到容器 A 中。 通过以上操作，就可以抑制容器 A 中压力的上升，保持溶液的吸收作用。 3． 7 冷剂的再生 对容器 A 中的溶液浓缩和降温，可以使容器 E 中的水连续蒸发。 但，容器 E 中的水是 有限的，如果要连续蒸发，就必须解决水的补充问题。 另一方面，容器 G 中的溶液浓缩后产生的水蒸汽如果没有去处，也会使其中的压力上升， 烟台荏原空调设备有限公司 PM002/0 失去浓缩溶液的功能。 因此，使容器 G 中的水蒸气变为液体的水，然后流向容器 E 就成为最佳方案。 为了实现这一方案，如上图所示，在容器 G 和 E 之间加入容器 C。 容器 G 和容器 C 用配管连接，在容器 C 中通冷却水来冷凝从容器 G 来的水蒸汽，使之变为液态的水。 容器 C 的下部和容器 E 的上部也用配管连接，使容器 C 中液化了水流到容器 E 中；这样被容器 A 吸收了水蒸汽就又返回到了容器 E 里面。 这些水再次在容器 E 中蒸 发，被容器 A 吸收。 另外，为了防止容器 E 中的温度不断下降而造成水由液态变为固态（结冰），在其中加装了换热管，通过管内流动的水将容器 E 中的冷量带走，即对外输出冷量。 以上即为吸收式制冷的最基本的原理。 3． 8 吸收式制冷机的基本构成 如上所述，吸收式制冷机最基本的构成需要 4 个容器，但在实际应用时，为了提高效率，还要增加一些辅助设施。 1）溶液热交换器 吸收容器 E 的蒸汽后、浓度下降了的溶液（以下简称稀溶液），从容器 A 送到容器 G，在容器 G 中被加热、浓缩。 烟台荏原空调设备有限公司 PM002/0 也就是说，稀溶液在进入容器 G 之前最好能尽可能地升高温度， 这样在容器 G 中加热时可以减少热量的消耗。 另一方面，容器 G 中被加热、浓缩了的溶液（以下简称浓溶液）返回容器 A，再次从容器 E 中吸收蒸汽，最好能降低溶液的温度。 这样不仅可以增强吸收能力，还可以减少容器 A 中冷却水的使用量。 象这样，一面要升高温度、另一面又要降低温度，能有这样功能的设备就是热交换器。 在容器 G 和容器 A 之间安装热交换器，既可以减少容器 G 热量的消耗，又可以减少容器 A 的冷却水流量和冷却水系统的配置。 因此，可以大大降低外界能量的消耗。 3） 喷淋方式的采用 a．容器 A 容器 A 中的溶液吸收来自容器 E 的蒸汽，但是， 溶液只能吸收接近其表面的蒸汽，而不能吸收溶液表面以外的蒸汽。 另外，用冷却水冷却时，由于不管怎样冷却，溶液底部也不能吸收蒸汽，所以是一种浪费。 因此容器 A 中采用了喷淋的方式，如上图所示。 将流动着冷却水的换热管安装在液面上，使溶液通过喷嘴喷淋在这些换热管上。 这样，溶液会附着在管的表面，形成液膜，所以吸收蒸汽的表面积有了大幅度的增加；另外，冷却水也只对这些溶液进行有效的冷却。 因此，在实际制造的吸收式制冷机中，设置了用于喷淋的泵，或设法采用取代喷淋泵的装置。 烟台荏原空调设备有限公司 PM002/0 b．容器 E 如下图的容器 E 中的压力分布所示，在容 器 E 中，液面的上部充满着水蒸汽，压力为 PE0，即蒸发压力为 PE0。 但在液面以下 h（ mm）深度，其压力 PE1 又为多少呢。 若水的比重为 γ ，那么 hPP EE  （ ） 举例说明， PE0 为 ，对应的饱和温度为 7℃；若 h=72mm，那么在 h 容器 E 中的压力分布 烟台荏原空调设备有限公司 PM002/0 深度的压力为： EP （ ） 与之对应的饱和温度为 15℃，也就是说，尽管水平面上的蒸发温度为 7℃，但在水平面下 72mm 处，其蒸发温度为 15℃；另外，即 使在水中通上换热管，管表面也不能有效地蒸发。 因此，在容器 E 中也采用了容器 A 的喷淋结构，消除液体压力的影响，增加了换热面积。 以上就是吸收式制冷机的基本构成。 3． 9 吸收式制冷机各组成的名称 1）蒸发器 容器 E 中的水是用来蒸发制冷的，称为冷剂水；容器 E 称为蒸发器（ Evaporator）。 用符号“ E”表示。 2）吸收器 容器 A 是溶液吸收冷剂蒸汽的地方，称为吸收器（ Absorber），用符号“ A”表示。 3）发生器 容器 G 是溶液被加热蒸发，再生出冷剂蒸汽的地方，称为发生器（ Generator）或再生器，用符 号“ G”表示。 4）冷凝器 容器 C 是用来冷凝发生器来的冷剂蒸汽的，称为冷凝器（ Condenser），用符号“ C”表示。 5）循环泵 将溶液从吸收器送到发生器中的泵，称为溶液泵（ Solution Pump），用“ SP”表示。 吸收器内用于喷淋的泵，称为溶液喷淋泵（ Solution Spray Pump），用“ SSP”表示。 蒸发器内的喷淋泵称为冷剂泵（ Refrigerant Pump），用“ RP”表示。 6）热交换器 烟台荏原空调设备有限公司 PM002/0 在吸收式机组中，一般有温度较低的低温热交换器和温度较高的高温热交换器。 在蒸汽型机组中，还有利用蒸汽凝结水热量的凝水热交换器。 烟台荏原空调设备有限公司 PM002/0 4． 吸收式制冷机的分类和结构 4． 1 吸收式制冷机的分类 1） 按用途分 冷水机组： 提供冷水（夏季的空调水） 冷温水机组：可提供冷水和温水（夏季的空调水和冬季的供暖水） 热泵机组： 吸收低温热源的热量，供应高温水或蒸汽 2） 按驱动热源的种类分 蒸汽型： 以高温蒸汽的潜热为驱动热源 直燃型： 以燃料的燃烧产生的热为驱动热源 热水型： 以热水的显热为热源 3） 按热源的利用方式分 单效型： 驱动热源在机内被直接利用一次 双效型： 驱动热源在 机内被直接和间接地二次利用 多效型： 驱动热源在机内被直接和间接地多次利用 4） 按溶液的循环流程分 串联方式：溶液先进入高温发生器，再进入低温发生器，然后回流到吸收器 并联方式：溶液同时进入高温发生器和低温发生器，然后回流到吸收器 串并联方式：溶液同时进入高温发生器和低温发生器，流出高温发生器的溶液再进入低温发生器，然后回流到吸收器 5） 按机组的结构分 单筒型： 机组的主要部件布置在一个筒。