1、I郑州大学电气工程学院电气、电气、电气摘 要随着社会生产力的发展和人们生活水平的提高，人们对生产和生活环境的要求也越来越高。伴随着人们环境意识的不断提高，溴化锂吸收式制冷运行时以其无噪音，振动小，无污染，可以利用各种废热等优点，已逐步取代氟制冷成为主流发展趋势，因此，研究溴化锂吸收式制冷意义重大，溴化锂制冷具有广阔的发展前景，也一定会在未来得到长足的发展。本文主要根据教学和制冷实验的需要，依据溴化锂吸收式制冷的工作原理和特点，对溴化锂吸收式制冷实验装置进行设计，主要完成其结构布局，各换热器计算和设计，设计结构图，最后对整个系统进行性能测定，并根据其优缺点分析得出其具体的节能措施和主要用途。同时
2、依据系统的控制和保护，对整个制冷系统进行完善和修正。关键词：溴化锂；吸收；制冷；设计。IIAbstractWith the development of social productive force and peoples growth in the living standard,. Peoples require in produce and living environment is also increasingly higher and higher. accompany with peoples consciousness of environment is increased,
3、 lithium bromide absorption refrigeration have many advantages, such as noise-free, small vibration ,less pollution and utilizing different kinds of waste heat and so on, which is already gradually substituted the fluorine refrigeration and predominate the trend of development. Wherefore, research o
4、f the lithium bromide absorption refrigeration is of great moment. Lithium bromide absorption refrigeration has extensive long term potential, which is also certain to gain full grown development in the future. This article mostly bases on the demand of teaching and experiment of refrigeration, refe
5、rencing the lithium bromide absorption refrigerations principle of operation and characters, designing the experimental apparatus of lithium bromide absorption refrigeration, mostly finishing its structure position, calculating and designing each heat exchanger, constructional drawing of design. In
6、conclusion, preceding the total systems performance measurement, and also based on its advantages and disadvantages analysis gains its specific energy-saving measures and main application. At the same time, in terms of the gibberish and protection of the refrigeration system, and proceed the whole r
7、efrigeration systems soundness and amend.Keywords: lithium-bromide; absorption; refrigeration; design.III目 录摘 要 .IAbstract.II1 绪论 .11.1 课题的背景和研究意义 .11.2 中外溴化锂吸收式制冷的发展概况 .11.3.1 设计步骤 .21.3.2 设计过程 .21.4 溴化锂吸收式制冷性能分析 .21.5 溴化锂吸收式制冷优缺点 .32 实验装置设计过程及计算 .42.1 序 言 .42.2 系统设计介绍 .42.3 实验装置的制冷工作原理 .42.4 制冷装置设
8、计过程 .52.4.1 热力计算 .52.4.2 设计参数的选定 .62.4.3 循环各点的参数值 .72.4.4 设备热负荷计算 .82.4.5 装置的热平衡及热力系数和热力完善度 .92.4.6 各类泵的流量计算 .102.5 换热器设计 .112.5.1 冷凝器设计 .112.5.2 蒸发器设计 .142.5.3 吸收器设计 .152.5.4 热交换器的设计 .172.5.5 发生器的选取 .202.5.6 其它元件选取 .202.6 总结 .213 制冷实验装置性能分析和节能措施 .223.1 制冷实验装置的性能分析及其提高途径 .223.1.1 实验装置的性能分析 .223.1.2
9、实验装置的性能提高途径 .223.2 制冷实验装置的节能措施 .233.2.1 提高热交换器的传热效率 .233.2.2 提高机组部分负荷时的效率 .233.2.3 提高控制性能 .24IV4 结束语 .25致 谢 .26参考文献 .27附录 溴化锂吸收式制冷实验装置结构示意图 .28中文翻译 .29英文原文 .341 绪论1.1 课题的背景和研究意义随着社会生产力的发展和生活水平的提高，人们对生产和生活环境的要求也越来越高。溴化锂吸收式制冷机由于使用的制冷剂是水，吸收剂是溴化锂溶液，对大气无污染，并且运行时无振动、无噪声，可以充分利用工业余热，近年来在中央空调领域得到了较大发展。因此，溴化锂
10、吸收式制冷研究意义和前景广阔，具有很重要的现实意义。在制冷空调设计中，最常用的冷水机组就是溴化锂吸收式制冷机组及电动压缩式制冷机组。然而由于国际上对氯氟烃化物的限用，电动压缩式制冷机在工程上越来越少，目前，大多数设计者首选均采用溴化锂吸收式制冷机。本文将具体介绍溴化锂吸收式制冷机的发展前景，工作原理，设计方法和设计步骤，性能分析等，由于本设计是小型溴化锂吸收式制冷实验装置，要求精确度较低，对于教学和实验有很好的帮助和指导意义。11.2 中外溴化锂吸收式制冷的发展概况溴化锂吸收式制冷机经过几十年的发展，各项技术日趋成熟，并已经得到长足发展。1810 年，苏格兰的约翰.莱斯里制造了间歇式吸收式制冷
11、机，这是最早的吸收式制冷机。1860 年，法国的费尔第南德.卡尔发明了连续型吸收式制冷机，该机取得了美国专利。这是一种以氨为制冷剂、以水为吸收剂的氨吸收式制冷机，这种机型后来在欧洲得到了进一步的改进，并应用于低温制冷。其中联邦德国的博尔西希公司制造的低温吸收式制冷机最负盛名。该公司开发并制造了更低温度的两级吸收式制冷机。1930 年左右，美国阿克拉公司制造了 520 冷吨的组装型吸收式制冷机。到二次世界大战结束，美国凯里亚公司研制了大型空调用吸收式冷水机组，并于 1945 年，制造了第一台以水为冷剂、以溴化锂水溶液为吸收剂的吸收式制冷机。日本的第一台溴化锂吸收式制冷机，是由当时的机车制造厂生产
12、的。组装型空调机组、吸收式冷水机组，于 1959 年相继问世。其中组装型空调机组，受到电动组装型空调机组的排挤，很快销声匿迹。但吸收式冷水机组却因双效化、降低燃料耗量、提高了经济型，其生产量以后逐年上升。我国自 1966 年试制成功第一台溴化锂吸收式制冷机以来，从对溴化锂水溶液的物性，腐蚀和传热等基础性试验研究，到样机的研制、系统产品的设计制造也进行了大量工作。到目前为止，全国拥有单效溴化锂吸收式制冷机和双效溴化锂吸收式制冷机产品。它们广泛应用于纺织、化工、电子、冶金以及轻工等部门。进几十年来，我国在溴化锂吸收式制冷机方面取得很大进展，但与国外先进水平相比仍有很大差距。2虽然溴化锂吸收式制冷存
13、在众多优点，但是溴化锂吸收式制冷机仍存在着因制冷效率较低使其运行能耗高于电力制冷机的问题，这在一定程度上制约了其进一步发展。因此,分析溴化锂吸收式制冷机的节能潜力，采取有效的节能措施降低其能耗，对其发展具有重大意义。1.3 制冷实验装置的设计步骤与方法1.3.1 设计步骤溴化锂吸收式制冷实验装置的制冷原理与制冷机组的工作原理相同，只是实验装置小型化，所用材料大为减少，制冷量较小。设计和制作过程较为简单和方便，其具体设计涉及步骤如下：根据给定的参数，在 h- 图上画出吸收循环，并以此作为基础，根据(1)热平衡。(2)质平衡。(3)溴化锂平衡，求得与设计制冷量相适应的冷剂循环量，溶液循环量和各设备
14、的热交换量；根据冷剂循环量与溶液循环量，确定冷剂蒸汽的通路面积，配管的大小，泵的流量等要素。并根据热交换量确定传热面积，有传热面积确定传热管的有效长度和尺寸，由此，设计出换热器的结构和尺寸，实验装置的布局和外观形状。1.3.2 设计过程溴化锂吸收式制冷实验装置的设计工程主要从以下几个方面着手进行设计和计算以及进行整体布局 2：(1)蒸发器，吸收器，冷凝器，溶液热交换器，发生器的设计与计算。(2)冷凝器和蒸发器的冷剂水侧的放热系数以及发生器的放热系数计算。(3)吸收器中的传热和传质，溶液热交换器的传热系数并计算管长和管径大小。(4)画出结构图和原理图。最后对计算结果进行校正和验证，根据计算结果设
15、计制冷装置的具体尺寸和各项性能指标，完成设计过程。1.4 溴化锂吸收式制冷性能分析溴化锂吸收式制冷循环性能分析，反映循环性能的主要指标是:(1) 体现制冷效率的热力系数 Cop；(2) 体现循环经济性的面积单耗 S (单位制冷量的总传热面积,m 2/kW)和热源单耗 d (单位制冷量的热水流量, kg/(kWh)；(3) 反映循环接近单效或两级循环程度的级值 x1 和高压发生器冷剂发生量总冷剂量的质量分数等。其他参数影响如下： 中间压力变化对循环的影响 中间压力 pm 不论在两级溴化锂吸收式制冷循环，还是在单级溴化锂吸收式制冷循环中都是一个很重要的参数。pm 的选择直接影响循环的效率。3 冷却
16、水串联和并联流程的比较 冷却水串联流程采用先进入冷凝器再依次进入低压吸收器和高压吸收器。图中显示了在与上节相同的计算条件下冷却水串联或并联对循环性能的影响。 热源进口温度变化对循环的影响 太阳能集热器所能提供的热源温度通常是随时间而变的，所以对热源进口温度的讨论很重要。在以下讨论中取 Pm=213 KPa , 热水出口温度保持为 60 。图显示当热源进口温度 thi增大时，循环的热力系数 Cop、高压发生器冷剂质量分数都随之增大，而级值 x1 、面积单耗 S 和热源单耗 d 则都随之减小。 冷媒水进口温度变化对循环的影响 当冷媒水进口温度 tLi提高而其他条件不变时，循环的热力系数 Cop 、
17、高发冷剂质量分数 D1r 随之升高, 级值 x1 和面积单耗 S 则减小。且这些指标都呈现冷媒水温度较低时变化剧烈,而温度较高时变化较平缓的态势。 冷却水进口温度变化对循环的影响 冷却水的进口温度直接影响冷凝压力的大小，同时使得低压吸收器出口稀溶液的温度和高压发生器出口稀溶液的温度随之变化。总之，溴化锂制冷系统提高了循环热力学的完善度,具有热水利用温差大和循环效率较高等优点.虽然其循环流程比单效和两级循环都复杂,但该循环适合于因热源温度偏低而不能采用单效溴冷机循环的场合。1.5 溴化锂吸收式制冷优缺点 溴化锂吸收式制冷作为氟利昂制冷的替代技术，成为一种有效的节能技术，越来越受到人们的关注，尽管
18、具有很多优点，但仍具有缺点，其优点表现为： 溴化锂吸收式制冷机的应用避免了 CFC 使用，有利于保护环境。 溴化锂吸收式制冷机的应用可以缓解电力紧张，具有节电效应。 溴化锂吸收式制冷机的一次能源利用率的高低，在其热力系数一定时取决于其热源的供热效率，供热效率越高，其一次能源利用率越高；但其与相同制冷量的电制冷机相比是否节能，取决于相同制冷量的两种制冷机的一次能源利用率的大小。 溴化锂吸收式制冷机的应用在利用废热、余热、排热等低势能的情况下，可实现能源的阶梯利用。 热电站在汽轮机发电的同时，有供热抽汽和排汽，可以用作吸收式制冷机制冷的热源，热电站在供热供电的同时供冷可以节约一次能源，应大力发展。
19、 溴化锂吸收式制冷机在设计，运行，管理过程中一个较为重要的问题是机组防冻问题，它可以直接影响机组的性能，寿命及其系统的经济性。综上所述，溴化锂吸收式制冷技术应用前景广阔，加上人们对保护环境越来越重视，溴化锂吸收式制冷技术将会得到长足的发展。42 实验装置设计过程及计算2.1 序 言冷和热的概念是相对的，是在人类生活中将某物体的温度与人体温度相互比较而得出的结果。在一般的制冷技术中，所谓冷是指低于周围环境介质（空气或水）温度的状态。制冷技术是为了适应人们对低温条件的需要而产生和发展起来的，制冷作为一门科学已发展起来，它是用人工的方法在一定时间和空间内将某物体或流体冷却，使其温度降到环境温度以下，
20、并保持这一温度。本设计是作为实验装置，设备小型化，结构较为简单，制冷量较小，采用溴化锂吸收式制取冷量，溴化锂作为吸收剂，水作为制冷剂，可以制取零摄氏度以上的低温水，通过制取冷量过程观察水的状态改变情况，用于空调及其教学实验以及医学等其他行业低温水的需求，本文将具体介绍溴化锂吸收式制冷实验装置的工作原理及其结构图，设计过程和计算过程，设计步骤，性能分析，节能措施等。2.2 系统设计介绍本系统是溴化锂吸收式制冷实验装置，其结构主要有发生器（电热管加热器） ，冷凝器，蒸发器，吸收器，热交换器五大换热器及磁力泵，真空泵，毛细管，喷淋装置，流量计等其他辅助设备构成。其具体设备结构图见后页，其制冷过程为：
21、从水源进入的自来水通过各自流量计分别进入冷凝器，蒸发器，吸收器，进入冷凝器的水起到冷凝高温蒸汽的作用，进入蒸发器的水作为冷媒水，而进入吸收器的水起到冷却吸收溶液的功效，浓溴化锂溶液经电热管加热后分离出水蒸气进入冷凝器冷凝后成为冷剂水，经过毛细管节流后成为低温冷剂水，经过蒸发器的作用而蒸发制取低温用水，而冷剂水吸收热量后成为冷剂蒸汽，通过压力作用，进入吸收器被溴化锂浓溶液吸收成为稀溶液，与从发生器来的浓溶液经热交换器换热后通过泵的作用进入发生器被电热管加热至溴化锂溶液沸腾，分离出水蒸气，即完成一个制冷循环。该设备小型化，制取低温用水，其换热器中冷凝器，蒸发器，吸收器均有铜管螺旋制作而成，经设计计
22、算后，确定其有效长度，螺旋曲率半径，外罩玻璃容器的尺寸确定，形成换热设备的整体。2.3 实验装置的制冷工作原理溴化锂吸收式制冷实验装置以水作为制冷剂，以溴化锂溶液作为吸收剂，由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液热交换器及溶液泵等设备组成。其具体制冷原理是：溴化锂吸收式制冷装置是热力制冷设备的一种，以热能为动力，利用液体在汽化时要吸收热量的特性来实现制冷的。它以水作为制冷剂，以溴化锂溶液为吸收剂，依靠外界不断供应的热能实现制冷剂的热力循环。溴化锂吸收式制冷装置由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液热交换器及溶液泵等设备组成。其工作流程为在发生器中利用电加热管通过发生器对溴化锂溶液进行加热，由于
23、溶液中水的蒸发温度比溴化锂蒸发温度低得多，所以稀溶液被加热到一定温度后，溶液中水首先蒸发为水蒸汽，使剩余容器中的溴化锂浓度增加，浓溶液在重力及压差的作用下，经热交换器放出5热量后，与吸收器中稀溶液混合，组成中间溶液。发生器中产生的水蒸汽进入冷凝器，经冷凝器中的冷却水管，使进入冷凝器的水蒸汽不断冷却，水蒸汽放出汽化潜热而冷凝为液体，成为冷剂水，然后通过节流装置降压后，进入蒸发器中不断蒸发，蒸发时通过冷水管的管壁吸收冷冻水回水的热量，使回水得到冷却，成为空调用的冷冻水送至用户，并循环使用。蒸发后的制冷剂水蒸气进入吸收器，被正在喷淋的中间溶液所吸收，重新变为稀溶液,吸收过程中放出的溶解热，则由吸收器
24、管内流动的冷却水带走。利用这个原理，不断进行循环以达到制冷的目的。从而完成整个制冷循环 1。其制冷过程主要包括以下几个过程：(1) 发生过程 主要在发生器中进行，使溴化锂稀溶液经加热蒸发出水蒸气，从而变成浓溶液。(2) 冷凝过程 主要在冷凝器中进行，由发生器产生的水蒸气进入冷凝器后，在压力不变的情况下被冷却水冷却成为饱和蒸汽，进而成为饱和液体。(3) 节流过程 在毛细管中饱和冷剂水经节流后成为过冷水进入蒸发器蒸发制冷。(4) 蒸发过程 在蒸发器的水盘中的冷剂水经喷淋后吸收冷媒水进行制冷。(5) 吸收过程 在吸收器中，溴化锂浓溶液吸收来自蒸发器中经吸热而蒸发的水蒸气，从而完成一个制冷循环过程。图
25、 1：溴化锂吸收式制冷原理图2.4 制冷装置设计过程2.4.1 热力计算(1) 制冷量 2Kw 0Q6(2) 冷媒水进口温度 20xt(3) 冷媒水出口温度 10 (4) 冷却水进口温度 20wt(5) 电热管加热功率 P1.5Kw，相当于蒸汽温度 75ht2.4.2 设计参数的选定(1) 吸收器出口冷却水温度 ,假定温升为 4。1wt1wt （204）241wt1wt(2) 冷凝器出口冷却水温度 ，假定冷却水的温升 =4，冷却水采用并联方式2wt 2wt进入冷凝器和蒸发器，则 （20+4）242wt2wt(3) 冷凝温度 及冷凝压力 ，取 5，则kkpt （245）29kt2wt4.0071
26、0 -3MPap(4) 蒸发温度 及蒸发压力 ，取 4，则0t0pt （104）60tx查表知， 9.3510 -4MPa0p(5) 吸收器内稀溶液的最低温度 ，取 4，则2tt （24+4）282t1wt(6) 吸收器压力 ，假定 13.310 -6MPa，则ap0 9.3510 -4MPa-0.13310-4MPa=9.2210-4MPa.ap0(7) 稀溶液浓度 ，由 和 查 LiBr 的 - 图得 0.506aa2tha(8) 浓溶液浓度 ，取 0.044，即放气范围 =4.4， rr7则 =0.506+0.044=0.55ra(9) 发生器内浓溶液的最高温度 ，由 和 查 LiBr
27、的 - 图得 624trkph4t(10) 浓溶液出热交换器时的温度 ，取冷端温差 15，则8t （28+5）338t2t(11) 浓溶液出热交换器时的焓值，由 和 在 - 图上查出8trh284.70KJ/Kg8h(12) 稀溶液出热交换器的温度 ，由上式求得7t（2-ar5.1206.51）KJ/Kg （2-28471hh2）KJ/Kg70.6.35.12302.12 KJ/Kg根据 和 在 LiBr 的的 - 图查得 440tah7t(13) 喷淋溶液的焓值和浓度，取吸收器稀溶液的再循环倍率 f=30（2-1289fh3）KJ/Kg305.27.674.9.21（2-9 130.6.0.5182530arf4）由 和 查 LiBr 的 图可知 9hh329t
