附录 溴化锂吸收式制冷实验装置结构示意图
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中文翻译
低温热驱动双级LiBr/H2O吸收式制冷系统的理论分析
W. B. Ma 广州能源研究所、中国科学院、中央大道81号,中国广州
S. M. Deng 屋宇设备工程系,香港理工大学九龙区,香港 1994年12月19日收到;修改于1995年6月6日
摘要：一份详细的理论分析,提出了两级libr/h20吸收制冷系统,是由一个蒸发器、低压吸收器、低压发生器、高压吸收器、高压发生器、冷凝器、低压热交换器和高压热交换器组成.是通过低温热源驱动的. 由理论分析和初步实验比较结论表明,发展理论分析体系可以合理准确地描述一个实际系统,并且今后的有广阔的发展前途。 关键字:吸收；溴化锂--水溶液；双级
文献著作上的吸收式制冷系统是由低品位的能量驱动的,例如:太阳能,工业废热.图1-5说明这些系统按照不同的工质一般分为两种类型:吸收式制冷系统,利用水和溴化锂工质对,氨水工质对,水-氯化锂工质对;吸附系统,使用氯化物和氨吸附剂,水-硅胶,水合物,活性炭-甲醇.但是,只有吸收式制冷系统利用水合溴化物作为工质对得以成功运作并已投入商业使用中。
单级溴化锂吸收式制冷系统通常是由一个蒸发器,一个吸收器,一个发生器,一个冷凝器和一个热交换器组成.这个系统的运作中,水作为制冷剂,溴化锂作为吸收剂,并且热源要求至少要在摄氏86度以上,为了达到一个合理的制冷系数(COP)。然而,存在大量小于86摄氏度的低温热源,例如:工业废热,太阳能和地热.如果这些低温热源能被利用或再利用,它不但可以提高能源系统的整体效率,而且还可以减少对环境的热污染。
双级溴化锂制冷系统,以水作为制冷剂,溴化锂作为吸附剂,然而它的运行要求75到86摄氏度的热源即可并且它的制冷系数(COP)在0.38以上,这样的系统可以达到当冷凝水是32摄氏度并且得到9摄氏度的冷冻水的制冷过程,尤其是低温热源的出口温度可以降到64摄氏度以下.因此,双效溴化锂吸收式制冷系统在工业废热的回收,太阳能,地热能利用方面有重要意义和用途.双效溴化锂制冷系统的研究是通过模拟单级溴化锂制冷系统进行的. 双效溴化锂吸收式制冷系统和吸收式热泵已经报道过一些研究其中包括马龙,Vliet森Al、格罗斯曼森等,但到目前为止很少研究双级溴化锂吸收式制冷系统. 本文的理论分析阐明了双级吸收制冷系统在不同的工况条件下的性能,并对理论分析和初步实验结果进行比较。 术语表 COP 制冷系数 c 冷凝器 h 焓(kj/kg) ch 冷冻水 m 表面张力(kg/s) E 蒸发器 P 压力(pa) G 发生器 Q 热量(kw) H 高压 q 热导率(kj/kg) I 入口 T 温度(°C) L 低压 X 吸收率（%） O 出口 ?T 流体传热温差r 浓溶液 （°C） 下面是设备
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a w 吸收器；稀溶液 冷却水 1-9 1,，3,，m 状态点 相对蒸发压力Pc,Pc,,Pm 下列是假设过程中所作的假设分析: 1. 溴化锂溶液的浓度和温度都在溴化锂溶液饱和压力下。 2. 系统热损失忽略不记。
3. 溴化锂溶液的压力忽略,即:在容器的压力等于饱和水蒸汽的压力。 系统过程介绍：
双级溴化锂吸收式制冷系统通过大略显示在图表1是由一个蒸发器,低压(LP)吸收器、低压发生器,低压溶液热交换器,高压吸收器,高压发生器,高压热交换器,冷凝器和两个溶液泵组成.蒸发器中的压力与低压吸收器中的压力相等(Pe),低压发生器中的压力和高压吸收器中压力相同(Pm)也正如高压发生器中压力与冷凝器中压力相等(Pc).这些压力的关系是Pe 冷冻水循环是通过蒸发器,低压吸收器,低压发生器,高压吸收器,高压发生器和冷凝器进行的.之后水蒸气在冷凝器中凝结,然后通过一个膨胀阀节流后进入蒸发器.而吸收剂溴化锂溶液是通过内部两个独立的循环:一个是低压循环在低压吸收器和低压发生器之间进行;另一个是高压循环在高压吸收器和高压发生器之间进行。 图2是双级溴化锂吸收制冷循环P-T图上的表示.其中21--71--51--41--81—91--21循环是低压阶段,而2h--7h--5h--4h--8h--9h--2h是高压阶段的循环,相当于图形1上的各点.与单级溴化锂吸收制冷系统相比,双级溴化锂吸收制冷系统存在两个额外部件,即高压吸收器和低压发生器.它们是用来在低压循环阶段收集溴化锂稀溶液以至于在蒸发器制得7--9的冷冻水。 吸收循环的理论分析 低压循环 蒸发器中吸热汽化的水蒸汽被通过低压热交换器来自低压发生器的溴化锂浓溶液吸收之后,溴化锂浓溶液变为溴化锂稀溶液.溴化锂溶液出口的温度(T12)和浓度(X1)是根据冷却水的压力(Pe)和温度(Twi)测定的。 T12?TWi??TW??T (1) f(Pe,T12,X1a)?0 (2) 溴化锂稀溶液通过泵的作用进入低压发生器然后通过低压热交换器,通过低压发生器稀溶液和浓溶液进行热交换.在低压发生器中稀溶液被加热到T14和浓度为X1r.温度T14和浓度X1r处于压力Pm下的平衡状态。 f(T14,X1r,Pm)?0 (3) 然后浓溶液以低压循环的形式回到低压发生器。 高压循环： 高压吸收器中浓度为Xhr浓溶液通过高压热交换器来自于高压发生器吸收低压发生器中产生的水蒸气.浓度为Xha的稀溶液通过泵的作用再经过高压热交换器进入高压发生器.同样,浓度Xh和温度Th2是通过冷却水的温度Twi和压力Pm测定的。 Th2?Twi??Tw??T (4) f(Pm,Th2,Xha)?0 (5) 30 高压发生器中的稀溶液通过热源被加热到Th4并且浓度为Xhr。温度Th4和浓度Xhr处于压力Pm下的平衡状态。 f(Xhr,Th4,Pc)?0 (6) Th4?Thi??Th??T (7) Tc?Twi??Tw??T (8) Pc?f(Tc) (9) 浓溶液以高压循环的形式通过高压发生器回到高压吸收器。 质量和能量守恒 蒸发器: 质量守恒: m3?m1?0 能量守恒: qe?m1h1'?m3h3 低压吸收器: 质量守恒: m1?m18?m12 能量守恒: q1a?m12h12?m1h1'?m18h8 低压发生器: 质量守恒: m17?m14?mm 能量守恒: q1g?m17h17?mmhm?m14h14 (15)质量守恒: mm?m18?m12 (16) 低压热交换器: 质量守恒: m14?m18 m12?m17 能量守恒: m14h14?m18h18?m17h17?m12h12 高压吸收器: 质量守恒: mm?mh8?mh2 (20)能量守恒: qha?m2hh2?mmhm?mh8hh8 (21) 高压发生器: 质量守恒: mh7?mh4?m3' (22) 31 (11) (14) 17) 18) 19) (10) (12) (13) （（（能量守恒: qhg?mh8hh8?m3'h3'?mh4hh4 (23)高压溶液热交换器: 质量守恒: mh4?mh8 (24) mh2?mh7 (25) 能量守恒: mh4hh4?mh8hh8?mh7hh7?mh2hh2 (26) 冷凝器: 质量守恒: m3?m3' (27) 能量守恒: qc?m3'h3'?m3h3 (28) 总输入热量: Qin?qlg?qhg?qe (29) 总输出热量: Qout?qe?qla?qha (30) 总能量守恒: Qin?Qout (31) 制冷系数: COP?qeqlg?qhg (32) 溴化锂水溶液登载1--9点的状态参数,温度,浓度和焓值可以通过文献资料来计算。 不同温度(摄氏)两种液体在热交换器的出口方式不同的基础上确定了工作参数和热交换机热交换器结构不同. 例如,在蒸发器中、冷却水和冷媒水的进出口温度存在差异,冷媒水出入口温度分别是7℃和2℃。 结论 利用低温热水作为热源的分析结论和讨论如下: 热水温度的影响 图形3显示了热水温度对制冷系数(COP)的影响，很显然双级溴化锂吸收式在高压发生器和低压发生器中的溴化锂水溶液的出口温度低于58°C.时是无法运行的,在这种情况下,当冷冻水的温度是7°C.并且冷却水是32°C.假如热水的入口温度Th4和溴化锂水溶液的出口温度T14不同,在高压发生器和低压发生器中的温度假定为15°C.,这时双级溴化锂吸收式制冷系统在热水温度Thi低于73°C时就无法行。双级溴化锂吸收式制冷系统的制冷系数是随着热水的温度增加而增加的,但当该温度Thi高于87°C时,或者Th4和T14高于72°C时制冷系数的增加非常微小.因为热源温度Thi增加时,系统热损失也在增加,对于双级溴化锂吸收式制冷系统热源温度Thi高于87°C是不利的.图形3表明对于双级溴化锂吸收式制冷系统来说热源的最佳温度范围是介于75°C和87°C之间。 冷冻水温度的影响(Tch0) 图4表明不同的冷冻水温度Tch0对双级溴化锂吸收式制冷系统的制冷系数的影响.双级溴化锂吸收式制冷系统更多用于供应空调或其它用途的9°C以上的冷冻水.假如冷冻水温度低于7°C时制冷系统的冷却水温度为32°C,这是系统的制冷系数是非常小的。 冷却水温度的影响(Twi) 冷凝器冷却水温度Twi是影响双级溴化锂吸收式制冷系统制冷系数的因素之一.双级 32