【正文】 制冷機方面取得很大進展，但與國外先進水平相比仍有很大差距。 雖然溴化鋰吸收式制冷存在眾多優(yōu)點，但是溴化鋰吸收式制冷機仍存在著因制冷效率較低使其運行能耗高于電力制冷機的問題 ， 這在一定程度上制約了其進一步發(fā)展。因此 , 2 分析溴化鋰吸收式制冷機的節(jié)能潛力 ， 采取有效的節(jié)能措施降低其能耗 ， 對其發(fā)展具有重大意義。 制冷實驗裝置的設(shè)計步驟與方法 設(shè)計步驟 溴化鋰吸收式制冷實驗裝置的制冷原理與制冷機組的工作原理相同，只是實驗 裝置小型化，所用材料大為減少，制冷量較小。設(shè)計和制作過程較為簡單和方便，其具體設(shè)計涉及步驟如下： 根據(jù)給定的參數(shù)，在 h? 圖上畫出吸收循環(huán)，并以此作為基礎(chǔ)，根據(jù) (1)熱平衡。 (2)質(zhì)平衡。 (3)溴化鋰平衡， 求得與設(shè)計制冷量相適應(yīng)的冷劑循環(huán)量，溶液循環(huán)量和各設(shè)備的熱交換量；根據(jù)冷劑循環(huán)量與溶液循環(huán)量，確定冷劑蒸汽的通路面積 ， 配管的大小，泵的流量等要素。并根據(jù)熱交換量確定傳熱面積，有傳熱面積確定傳熱管的有效長度和尺寸，由此，設(shè)計出換熱器的結(jié)構(gòu)和尺寸， 實驗裝置的布局和外觀形狀。 設(shè)計過程 溴化鋰吸收式制冷實驗裝置的設(shè)計工程主要從以下幾個方面著手進行設(shè)計和計算以及進行整體布局 [2]： (1)蒸發(fā)器，吸收器，冷凝器，溶液熱交換器，發(fā)生器的設(shè)計與計算 。 (2)冷凝器和蒸發(fā)器的冷劑水側(cè)的放熱系數(shù)以及發(fā)生器的放熱系數(shù)計算 。 (3)吸收器中的傳熱和傳質(zhì)，溶液熱交換器的傳熱系數(shù)并計算管長和管徑大小。 (4)畫出結(jié)構(gòu)圖和原理圖。 最后對計算結(jié)果進行校正和驗證，根據(jù)計算結(jié)果設(shè)計制冷裝置的具體尺寸和各項性能指標(biāo)，完成設(shè)計過程。 溴化鋰吸收式制冷性能分析 溴化鋰吸收式制冷循環(huán)性能分析，反映循環(huán)性能的主要指標(biāo)是 : (1) 體現(xiàn)制冷效率的熱力系數(shù) Cop； (2) 體現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟性的面積單耗 S (單位制冷量的總傳熱面積 ,m2/kW)和熱源單耗 d (單位制冷量的熱水流量 , kg/(kW h))； (3) 反映循環(huán)接近單效或兩級循環(huán)程度的級值 x1 和高壓發(fā)生器Ⅰ冷劑發(fā)生量總冷劑量的質(zhì)量分數(shù)等。其他參數(shù)影響如下： ① 中間壓力變化對循環(huán)的影響 中間壓力 pm 不論在兩級溴化鋰吸收式制冷循環(huán) ， 還是在單級溴化鋰吸收式制冷循環(huán)中都是一個很重要的參數(shù) 。 pm的選擇直接影響循環(huán)的效率 。 ② 冷卻水串聯(lián)和并聯(lián)流程的比較 3 冷卻水串聯(lián)流程采用先進入冷凝器再依次進入低壓吸收器和高壓吸收器 。 圖中顯示了在與上節(jié)相同的計算條件下冷卻水串聯(lián)或并聯(lián)對循環(huán)性能的影響。 ③ 熱源進口溫度變化對循環(huán)的影響 太陽能集熱器所能提供的熱源溫度通常是隨時間而變的 ， 所以對熱源進口溫度的討論很重要 。 在以下討論中取 Pm=213 KPa , 熱水出口溫度保持為 60 ℃ 。 圖顯示當(dāng)熱源進口溫度 thi增大時 ， 循環(huán)的熱力系數(shù) Cop、高 壓發(fā)生器 Ⅰ冷劑質(zhì)量分數(shù)都隨之增大 ， 而級值 x1 、面積單耗 S和熱源單耗 d則都隨之減小。 ④ 冷 媒水進口溫度變化對循環(huán)的影響 當(dāng)冷媒水進口溫度 tLi提高而其他條件不變時 ， 循環(huán)的熱力系數(shù) Cop 、高發(fā)Ⅰ冷劑質(zhì)量分數(shù) D1r隨之升高 , 級值 x1 和面積單耗 S 則減小 。 且這些指標(biāo)都呈現(xiàn)冷媒水溫度較低時變化劇烈 ,而溫度較高時變化較平緩的態(tài)勢。 ⑤ 冷卻水進口溫度變化對循環(huán)的影響 冷卻水的進口溫度直接影響冷凝壓力的大小 ， 同時使得低壓吸收器出口稀溶液的溫度和高壓發(fā)生器出口稀溶液的溫度隨之變化。 總之，溴化鋰制冷系統(tǒng)提高了循環(huán)熱力學(xué)的完善度 ,具有熱水利用溫差大和循環(huán)效率較高等優(yōu)點 .雖然其循環(huán)流程比單效和兩級循 環(huán)都復(fù)雜 ,但該循環(huán)適合于因熱源溫度偏低而不能采用單效溴冷機循環(huán)的場合。 溴化鋰吸收式制冷優(yōu)缺點 溴化鋰吸收式制冷作為氟利昂制冷的替代技術(shù) ， 成為一種有效的節(jié)能技術(shù) ， 越來越受到人們的關(guān)注 ， 盡管具有很多優(yōu)點 ， 但仍具有缺點，其優(yōu)點表現(xiàn)為： ① 溴化鋰吸收式制冷機的應(yīng)用避免了 CFC 使用，有利于保護環(huán)境。 ② 溴化鋰吸收式制冷機的應(yīng)用可以緩解電力緊張，具有節(jié)電效應(yīng)。 ③ 溴化鋰吸收式制冷機的一次能源利用率的高低，在其熱力系數(shù)一定時取決于其熱源的供熱效率，供熱效率越高，其一次能源利用率越高 ； 但其與相同制冷量的 電制冷機相比是否節(jié)能，取決于相同制冷量的兩種制冷機的一次能源利用率的大小。 ④ 溴化鋰吸收式制冷機的應(yīng)用在利用廢熱 、 余熱 、 排熱等低勢能的情況下，可實現(xiàn)能源的階梯利用。 ⑤ 熱電站在汽輪機發(fā)電的同時，有供熱抽汽和排汽，可以用作吸收式制冷機制冷的熱源，熱電站在供熱供電的同時供冷可以節(jié)約一次能源，應(yīng)大力發(fā)展。 ⑥ 溴化鋰吸收式制冷機在設(shè)計，運行，管理過程中一個較為重要的問題是機組防凍問題，它可以直接影響機組的性能，壽命及其系統(tǒng)的經(jīng)濟性。 綜上所述，溴化鋰吸收式制冷技術(shù)應(yīng)用前景廣闊，加上人們對保護環(huán)境越來越重視，溴 化鋰吸收式制冷技術(shù)將會得到長足的發(fā)展。 4 2 實驗裝置設(shè)計過程及計算 序 言 冷和熱的概念是相對的，是在人類生活中將某物體的溫度與人體溫度相互比較而得出的結(jié)果。在一般的制冷技術(shù)中，所謂冷是指低于周圍環(huán)境介質(zhì)（空氣或水）溫度的狀態(tài)。制冷技術(shù)是為了適應(yīng)人們對低溫條件的需要而產(chǎn)生和發(fā)展起來的，制冷作為一門科學(xué)已發(fā)展起來，它是用人工的方法在一定時間和空間內(nèi)將某物體或流體冷卻，使其溫度降到環(huán)境溫度以下，并保持這一溫度。 本設(shè)計是作為實驗裝置，設(shè)備小型化，結(jié)構(gòu)較為簡單，制冷量較小，采用溴化鋰吸 收式制取冷量，溴化鋰作為吸收劑，水作為制冷劑，可以制取零攝氏度以上的低溫水，通過制取冷量過程觀察水的狀態(tài)改變情況，用于空調(diào)及其教學(xué)實驗以及醫(yī)學(xué)等其他行業(yè)低溫水的需求，本文將具體介紹溴化鋰吸收式制冷實驗裝置的工作原理及其結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計過程和計算過程，設(shè)計步驟，性能分析，節(jié)能措施等。 系統(tǒng)設(shè)計介紹 本系統(tǒng)是溴化鋰吸收式制冷實驗裝置，其結(jié)構(gòu)主要有發(fā)生器（電熱管加熱器），冷凝器，蒸發(fā)器，吸收器，熱交換器五大換熱器及磁力泵，真空泵，毛細管，噴淋裝置，流量計等其他輔助設(shè)備構(gòu)成。其具體設(shè)備結(jié)構(gòu)圖見后頁，其制冷過程 為：從水源進入的自來水通過各自流量計分別進入冷凝器，蒸發(fā)器，吸收器，進入冷凝器的水起到冷凝高溫蒸汽的作用，進入蒸發(fā)器的水作為冷媒水，而進入吸收器的水起到冷卻吸收溶液的功效，濃溴化鋰溶液經(jīng)電熱管加熱后分離出水蒸氣進入冷凝器冷凝后成為冷劑水，經(jīng)過毛細管節(jié)流后成為低溫冷劑水，經(jīng)過蒸發(fā)器的作用而蒸發(fā)制取低溫用水，而冷劑水吸收熱量后成為冷劑蒸汽，通過壓力作用，進入吸收器被溴化鋰濃溶液吸收成為稀溶液，與從發(fā)生器來的濃溶液經(jīng)熱交換器換熱后通過泵的作用進入發(fā)生器被電熱管加熱至溴化鋰溶液沸騰，分離出水蒸氣，即完成一個制冷循環(huán) 。該設(shè)備小型化，制取低溫用水，其換熱器中冷凝器，蒸發(fā)器，吸收器均有銅管螺旋制作而成，經(jīng)設(shè)計計算后，確定其有效長度，螺旋曲率半徑，外罩玻璃容器的尺寸確定，形成換熱設(shè)備的整體。 實驗裝置的制冷工作原理 溴化鋰吸收式制冷實驗裝置以水作為制冷劑，以溴化鋰溶液作為吸收劑，由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、溶液熱交換器及溶液泵等設(shè)備組成。 其具體制冷原理是：溴化鋰吸收式制冷裝置是熱力制冷設(shè)備的一種 ， 以熱能為動力 ，利用液體在汽化時要吸收熱量的特性來實現(xiàn)制冷的。它以水作為制冷劑 ， 以溴化鋰溶液為吸收劑 ， 依靠外界不斷 供應(yīng)的熱能實現(xiàn)制冷劑的熱力循環(huán)。溴化鋰吸收式制冷裝置由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、溶液熱交換器及溶液泵等設(shè)備組成。其工作流程為在發(fā)生器中利用電加熱管通過發(fā)生器對溴化鋰溶液進行加熱 ， 由于溶液中水的蒸發(fā)溫度比溴化鋰蒸發(fā)溫度低得多 ， 所以稀溶液被加熱到一定溫度后 ， 溶液中水首先蒸發(fā)為水蒸汽 ， 使剩余容器中的溴化鋰濃度增加 ， 濃溶液在重力及壓差的作用下 ， 經(jīng)熱交換器放出熱量后 ， 與吸 5 收器中稀溶液混合 ， 組成中間溶液。發(fā)生器中產(chǎn)生的水蒸汽進入冷凝器 ， 經(jīng)冷凝器中的冷卻水管 ， 使進入冷凝器的水蒸汽不斷冷卻 ， 水蒸汽放出汽化潛熱而冷凝為 液體 ， 成為冷劑水 ， 然后通過節(jié)流裝置降壓后 ， 進入蒸發(fā)器中不斷蒸發(fā) ， 蒸發(fā)時通過冷水管的管壁吸收冷凍水回水的熱量 ， 使回水得到冷卻 ， 成為空調(diào)用的冷凍水送至用戶 ， 并循環(huán)使用。蒸發(fā)后的制冷劑水蒸氣進入吸收器 ， 被正在噴淋的中間溶液所吸收 ， 重新變?yōu)橄∪芤?,吸收過程中放出的溶解熱 ， 則由吸收器管內(nèi)流動的冷卻水帶走。利用這個原理 ， 不斷進行循環(huán)以達到制冷的目的。從而完成整個制冷循環(huán) [1]。 其制冷過程主要包括以下幾個過程： (1) 發(fā)生過程 主要在發(fā)生器中進行，使溴化鋰稀溶液經(jīng)加熱蒸發(fā)出水蒸氣，從而變成濃溶液。 (2) 冷凝過程 主要在冷凝器中進行，由發(fā)生器產(chǎn)生的水蒸氣進入冷凝器后，在壓力不變的情況下被冷卻水冷卻成為飽和蒸汽，進而成為飽和液體。 (3) 節(jié)流過程 在毛細管中飽和冷劑水經(jīng)節(jié)流后成為過冷水進入蒸發(fā)器蒸發(fā)制冷。 (4) 蒸發(fā)過程 在蒸發(fā)器的水盤中的冷劑水經(jīng)噴淋后吸收冷媒水進行制冷。 (5) 吸收過程 在吸收器中，溴化鋰濃溶液吸收來自蒸發(fā)器中經(jīng)吸熱而蒸發(fā)的水蒸氣，從而完成一個制冷循環(huán)過程。 圖 1：溴化鋰吸收式制冷原理圖 制冷裝置設(shè)計過程 熱力計算 (1) 制冷量 0Q ＝ 2Kw 6 (2) 冷媒水進口溫度 39。xt ＝ 20℃ (3) 冷媒水出口溫度 39。xt ＝ 10℃ (4) 冷卻水進口溫度 wt ＝ 20℃ (5) 電熱管加熱功率 P＝ ，相當(dāng)于蒸汽溫度 ht ＝ 75℃ 設(shè)計參數(shù)的選定 (1) 吸收器出口冷卻水溫度 1wt ,假定溫升為 1wt? ＝ 4℃。 1wt ＝ wt ＋ 1wt? ＝（ 20＋ 4）℃＝ 24℃ (2) 冷凝器出口冷卻水溫度 2wt ， 假定冷卻水的溫升 2wt? =4℃ ， 冷卻水采用并聯(lián)方式進入冷凝器和蒸發(fā)器，則 2wt ＝ wt ＋ 2wt? ＝（ 20+4）℃＝ 24℃ (3) 冷凝溫度 kt 及冷凝壓力 kp ，取 t? ＝ 5℃，則 kt ＝ 2wt ＋ t? ＝（ 24＋ 5）℃＝ 29℃ kp ＝ 103MPa (4) 蒸發(fā)溫度 0t 及蒸發(fā)壓力 0p ，取 t? ＝ 4℃，則 0t ＝ 39。xt － t? ＝（ 10－ 4）℃＝ 6℃ 查表知， 0p ＝ 104MPa (5) 吸收器內(nèi)稀溶液的最低溫度 2t ，取 t? ＝ 4℃，則 2t ＝ 1wt ＋ t? ＝（ 24+4）℃＝ 28℃ (6) 吸收器壓力 ap ，假定 0p? ＝ 106MPa，則 ap ＝ 0p － 0p? ＝ 104MPa= 104MPa. (7) 稀溶液濃度 a? ，由 ap 和 2t 查 LiBr 的 h ? 圖得 a? ＝ (8) 濃溶液濃度 r? ，取 ?? ar ?? ，即放氣范圍 ?? =℅， 7 則 r? ＝ a? ＋ ?? =+= (9) 發(fā)生器內(nèi)濃溶液的最高溫度 4t ，由 r? 和 kp 查 LiBr 的 h ? 圖得 4t ＝ 62℃ (10) 濃溶液出熱交換器時的溫度 8t ，取冷端溫差 t? ＝ 15℃，則 8t ＝ 2t ＋ t? ＝（ 28+5）℃＝ 33℃ (11) 濃溶液出熱交換器時的焓值，由 8t 和 r? 在 h ? 圖上查出 8h ＝ (12) 稀溶液出熱交換器的溫度 7t ，由上式求得 arra ?? ??? ? ?? （ 21） ? ? ?????? ???? 2847 1 hhhaah KJ/Kg （ 22） ? ? ?????? ???? KJ/Kg ? KJ/Kg 根據(jù) 0t 和 a? 在 LiBr 的的 h ? 圖查得 7t ＝ 44℃ (13) 噴淋溶液的焓值和濃度，取吸收器稀溶液的再循環(huán)倍率 f=30 ? ?11 2839。9 ?? ??? fa fhhah （ 23） ? ? ?? ????? ? KJ/Kg ? ?? ?939。1130 6 1 30 1arfaaf??? ?????? ? ? ????? （ 24） 由 39。9h 和 39。9? 查 LiBr 的 ??h 圖可知 3239。9 ?t ℃ 循環(huán)各點的參數(shù)值 各狀態(tài)點數(shù)值的求取方法： 39。1 點：根據(jù) 0t 查飽和水蒸氣表或查 ??h 圖求得 8 2 點：根據(jù) ap ， a? 查 LiBr 的的 h ? 圖求得 3 點：根據(jù) kt 查飽和水蒸氣表或查 ??h 圖求得 39。3 點： 2 5439。3 ttt ??由 kpt和39。3 從 h ? 圖上