【正文】 制冷機(jī)方面取得很大進(jìn)展，但與國(guó)外先進(jìn)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(diǎn)，但是溴化鋰吸收式制冷機(jī)仍存在著因制冷效率較低使其運(yùn)行能耗高于電力制冷機(jī)的問題 ， 這在一定程度上制約了其進(jìn)一步發(fā)展。因此 , 2 分析溴化鋰吸收式制冷機(jī)的節(jié)能潛力 ， 采取有效的節(jié)能措施降低其能耗 ， 對(duì)其發(fā)展具有重大意義。 制冷實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)步驟與方法 設(shè)計(jì)步驟 溴化鋰吸收式制冷實(shí)驗(yàn)裝置的制冷原理與制冷機(jī)組的工作原理相同，只是實(shí)驗(yàn) 裝置小型化，所用材料大為減少，制冷量較小。設(shè)計(jì)和制作過程較為簡(jiǎn)單和方便，其具體設(shè)計(jì)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(jì)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(zhǎng)度和尺寸，由此，設(shè)計(jì)出換熱器的結(jié)構(gòu)和尺寸， 實(shí)驗(yàn)裝置的布局和外觀形狀。 設(shè)計(jì)過程 溴化鋰吸收式制冷實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)工程主要從以下幾個(gè)方面著手進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算以及進(jìn)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(jì)與計(jì)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(jì)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(jì)算管長(zhǎng)和管徑大小。 (4)畫出結(jié)構(gòu)圖和原理圖。 最后對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校正和驗(yàn)證，根據(jù)計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)制冷裝置的具體尺寸和各項(xiàng)性能指標(biāo)，完成設(shè)計(jì)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(jì)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(jí)循環(huán)程度的級(jí)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?jǐn)?shù)等。其他參數(shù)影響如下： ① 中間壓力變化對(duì)循環(huán)的影響 中間壓力 pm 不論在兩級(jí)溴化鋰吸收式制冷循環(huán) ， 還是在單級(jí)溴化鋰吸收式制冷循環(huán)中都是一個(gè)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(jìn)入冷凝器再依次進(jìn)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(jì)算條件下冷卻水串聯(lián)或并聯(lián)對(duì)循環(huán)性能的影響。 ③ 熱源進(jìn)口溫度變化對(duì)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(shí)間而變的 ， 所以對(duì)熱源進(jìn)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(jìn)口溫度 thi增大時(shí) ， 循環(huán)的熱力系數(shù) Cop、高 壓發(fā)生器 Ⅰ冷劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)都隨之增大 ， 而級(jí)值 x1 、面積單耗 S和熱源單耗 d則都隨之減小。 ④ 冷 媒水進(jìn)口溫度變化對(duì)循環(huán)的影響 當(dāng)冷媒水進(jìn)口溫度 tLi提高而其他條件不變時(shí) ， 循環(huán)的熱力系數(shù) Cop 、高發(fā)Ⅰ冷劑質(zhì)量分?jǐn)?shù) D1r隨之升高 , 級(jí)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(shí)變化劇烈 ,而溫度較高時(shí)變化較平緩的態(tài)勢(shì)。 ⑤ 冷卻水進(jìn)口溫度變化對(duì)循環(huán)的影響 冷卻水的進(jìn)口溫度直接影響冷凝壓力的大小 ， 同時(shí)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(diǎn) .雖然其循環(huán)流程比單效和兩級(jí)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(jī)循環(huán)的場(chǎng)合。 溴化鋰吸收式制冷優(yōu)缺點(diǎn) 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(diǎn) ， 但仍具有缺點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為： ① 溴化鋰吸收式制冷機(jī)的應(yīng)用避免了 CFC 使用，有利于保護(hù)環(huán)境。 ② 溴化鋰吸收式制冷機(jī)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(jī)的一次能源利用率的高低，在其熱力系數(shù)一定時(shí)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(jī)相比是否節(jié)能，取決于相同制冷量的兩種制冷機(jī)的一次能源利用率的大小。 ④ 溴化鋰吸收式制冷機(jī)的應(yīng)用在利用廢熱 、 余熱 、 排熱等低勢(shì)能的情況下，可實(shí)現(xiàn)能源的階梯利用。 ⑤ 熱電站在汽輪機(jī)發(fā)電的同時(shí)，有供熱抽汽和排汽，可以用作吸收式制冷機(jī)制冷的熱源，熱電站在供熱供電的同時(shí)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(jī)在設(shè)計(jì)，運(yùn)行，管理過程中一個(gè)較為重要的問題是機(jī)組防凍問題，它可以直接影響機(jī)組的性能，壽命及其系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)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(duì)保護(hù)環(huán)境越來越重視，溴 化鋰吸收式制冷技術(shù)將會(huì)得到長(zhǎng)足的發(fā)展。 4 2 實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)過程及計(jì)算 序 言 冷和熱的概念是相對(duì)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(duì)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(shí)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(jì)是作為實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)備小型化，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置的工作原理及其結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計(jì)過程和計(jì)算過程，設(shè)計(jì)步驟，性能分析，節(jié)能措施等。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹 本系統(tǒng)是溴化鋰吸收式制冷實(shí)驗(yàn)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(xì)管，噴淋裝置，流量計(jì)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(jìn)入的自來水通過各自流量計(jì)分別進(jìn)入冷凝器，蒸發(fā)器，吸收器，進(jìn)入冷凝器的水起到冷凝高溫蒸汽的作用，進(jìn)入蒸發(fā)器的水作為冷媒水，而進(jìn)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(jìn)入冷凝器冷凝后成為冷劑水，經(jīng)過毛細(xì)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(jìn)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(jìn)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(gè)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(jì)計(jì)算后，確定其有效長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)裝置的制冷工作原理 溴化鋰吸收式制冷實(shí)驗(yàn)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(dòng)力 ，利用液體在汽化時(shí)要吸收熱量的特性來實(shí)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(shí)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(duì)溴化鋰溶液進(jìn)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(jìn)入冷凝器 ， 經(jīng)冷凝器中的冷卻水管 ， 使進(jìn)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(jìn)入蒸發(fā)器中不斷蒸發(fā) ， 蒸發(fā)時(shí)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(jìn)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(dòng)的冷卻水帶走。利用這個(gè)原理 ， 不斷進(jìn)行循環(huán)以達(dá)到制冷的目的。從而完成整個(gè)制冷循環(huán) [1]。 其制冷過程主要包括以下幾個(gè)過程： (1) 發(fā)生過程 主要在發(fā)生器中進(jìn)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(jìn)行，由發(fā)生器產(chǎn)生的水蒸氣進(jìn)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(jìn)而成為飽和液體。 (3) 節(jié)流過程 在毛細(xì)管中飽和冷劑水經(jīng)節(jié)流后成為過冷水進(jìn)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(jìn)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(gè)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(jì)過程 熱力計(jì)算 (1) 制冷量 0Q ＝ 2Kw 6 (2) 冷媒水進(jìn)口溫度 39。xt ＝ 20℃ (3) 冷媒水出口溫度 39。xt ＝ 10℃ (4) 冷卻水進(jìn)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(jì)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(jìn)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(shí)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(shí)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(diǎn)的參數(shù)值 各狀態(tài)點(diǎn)數(shù)值的求取方法： 39。1 點(diǎn)：根據(jù) 0t 查飽和水蒸氣表或查 ??h 圖求得 8 2 點(diǎn)：根據(jù) ap ， a? 查 LiBr 的的 h ? 圖求得 3 點(diǎn)：根據(jù) kt 查飽和水蒸氣表或查 ??h 圖求得 39。3 點(diǎn)： 2 5439。3 ttt ??由 kpt和39。3 從 h ? 圖上