第二章--吸收式热泵的工作原理课件.ppt
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- 第二 _ 吸收 式热泵 工作 原理 课件
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1、编辑版编辑版pppt1特色专业辅修特色专业辅修建筑节能与空调工程建筑节能与空调工程20152015年年4 4月月编辑版编辑版pppt2主要内容 2.1 吸收式热泵概述 2.2 吸收式热泵的热力学分析 2.3 吸收式热泵的工质对 2.4 吸收式热泵机组的换热过程和结构 2.5 吸收式热泵的安装调试与维护编辑版编辑版pppt32.1 吸收式热泵概述2.1.1吸收式热泵的概念及结构简图吸收式热泵的概念及结构简图吸收式热泵吸收式热泵是一种以热能为动力,利用溶液的是一种以热能为动力,利用溶液的吸收吸收特特性来实现将热量从低温热源向高温热源的性来实现将热量从低温热源向高温热源的泵送泵送的的大型大型水水/水
2、水热泵机组热泵机组吸收式热泵吸收式热泵是利用是利用两种沸点两种沸点不同的物质组成的溶液不同的物质组成的溶液(通通常称为常称为工质对或者二元溶液工质对或者二元溶液)的的气液平衡特性气液平衡特性来工作的。来工作的。编辑版编辑版pppt4编辑版编辑版pppt5结构简图编辑版编辑版pppt6再生器的作用,则再生器的作用,则是使制冷剂是使制冷剂(水水)从从二元溶液中汽化,二元溶液中汽化,使稀溶液变浓。使稀溶液变浓。吸收器的作用,是吸收器的作用,是把制冷剂蒸汽输送把制冷剂蒸汽输送回二元溶液中去。回二元溶液中去。依靠溶液泵来提高依靠溶液泵来提高工质的压力。工质的压力。编辑版编辑版pppt72.1.2吸收式热
3、泵的特点优点:优点:吸收式热泵是一种以热为动力的制热方式,驱动它的吸收式热泵是一种以热为动力的制热方式,驱动它的热量可以来自煤、气、油等燃料的燃烧,也可以利用热量可以来自煤、气、油等燃料的燃烧,也可以利用低温热能低温热能,如太阳能、地热等,特别是可以直接利用,如太阳能、地热等,特别是可以直接利用工业生产中的工业生产中的余热或废热余热或废热;制热量非常大,通常制热能力制热量非常大,通常制热能力可达每小时几百万千焦;可达每小时几百万千焦;体系中除溶液泵外,无其它传动设备,耗电量很少。体系中除溶液泵外,无其它传动设备,耗电量很少。缺点:缺点:热力系数较低,一般为热力系数较低,一般为0.42;设备比压
4、缩热泵循环庞大,灵活性较小设备比压缩热泵循环庞大,灵活性较小,难以实现空冷难以实现空冷化。化。编辑版编辑版pppt81.根据制热的目的来分:根据制热的目的来分:第一类吸收式热泵第一类吸收式热泵和和第二类吸收式热泵第二类吸收式热泵。第一类吸收式热泵(第一类吸收式热泵(Type Absorption Heat Pump,Heat Heat AmplifierAmplifier),),也称也称增热型增热型热泵,是以热泵,是以消耗消耗高温热能高温热能作为代作为代价,通过向系统输入价,通过向系统输入少量少量高温热能高温热能,进而从低温热源中回收一,进而从低温热源中回收一部分热能,产生部分热能,产生大量大
5、量中温位中温位的热能供给用户。的热能供给用户。特点:特点:提高提高高位高位能源能源利用率利用率。3.1.3 吸收式热泵的分类吸收式热泵的分类编辑版编辑版pppt9第二类吸收式热泵第二类吸收式热泵(Type Type Absorption Heat Absorption Heat PumpPump)或称为热变换器或称为热变换器(升温型升温型热泵热泵)(Heat Heat TransformerTransformer)则靠输入)则靠输入大量大量中温热能中温热能(通常是通常是废热废热)驱动系统运行,将其中一部分热能的温位提高,即吸驱动系统运行,将其中一部分热能的温位提高,即吸收过程放出的热量,产生收
6、过程放出的热量,产生少量少量的的高温高温有用热能。有用热能。特点:提高能源特点:提高能源品位品位。废热废热编辑版编辑版pppt102.按热泵所用工质对来分:按热泵所用工质对来分:水水-溴化锂热泵溴化锂热泵 氨氨-水热泵水热泵3.3.按驱动热源分:按驱动热源分:蒸汽型蒸汽型 热水型热水型 热泵热泵 直燃型直燃型 余热型余热型 复合型复合型编辑版编辑版pppt114.按驱动热源的利用方式分:按驱动热源的利用方式分:单效热泵:驱动热源在机组中被直接利用一次单效热泵:驱动热源在机组中被直接利用一次多效热泵:驱动热源在机组中被直接或间接利用多多效热泵:驱动热源在机组中被直接或间接利用多次次多级热泵:驱动
7、热源在多个压力不同的发生器中依多级热泵:驱动热源在多个压力不同的发生器中依次次 被直接利用被直接利用5.按溶液循环流程分(流经不同压力发生器和吸收器按溶液循环流程分(流经不同压力发生器和吸收器的顺序):的顺序):串联式串联式 倒串联式倒串联式 并联式并联式 串并联式串并联式热泵热泵编辑版编辑版pppt126.按机组的结构分:按机组的结构分:单筒式单筒式 双筒式双筒式 三筒式三筒式 多筒式多筒式热泵热泵12343412a.a.单筒式单筒式b.b.双筒式双筒式1.1.蒸发器;蒸发器;2.2.吸收器;吸收器;3.3.发生器;发生器;4.4.冷凝器冷凝器编辑版编辑版pppt13两种结构的特点 单筒型结
8、构紧凑密封性好高度低制作复杂热应力大1.热损失大 双筒型热损失小热应力小结构简单,制作方便合适大热量机组的分割运输高度高连接管路多可能的泄漏点多编辑版编辑版pppt142.2 吸收式热泵的热力学分析2.2.1 第一类吸收式热泵2.2.2 第二类吸收式热泵编辑版编辑版pppt152.2.1 2.2.1 第一类吸收式热泵第一类吸收式热泵与其他热泵完与其他热泵完全相同全相同吸收式热泵特吸收式热泵特有的有的防结晶、热回防结晶、热回收作收作编辑版编辑版pppt16第一类吸收式热泵在第一类吸收式热泵在P-TP-T图上的表示图上的表示编辑版编辑版pppt17第一类吸收式热泵的热力学计算 热力学系数/制热系数
9、(COP)C Coefficient oefficient O Of f P PerformanceerformancegacHQQQCOPQeQcQaQgWp 与与QQg g比,数量很比,数量很小,可以忽略小,可以忽略编辑版编辑版pppt18第一类吸收式热泵的理想循环假设:假设:1.1.整个吸收式热泵循环过程整个吸收式热泵循环过程是可逆的;是可逆的;2.2.发生器热媒的温度为发生器热媒的温度为T Tg g;3.3.蒸发器中低温热源的温度蒸发器中低温热源的温度为为T T0 0;4.4.吸收器的吸收温度吸收器的吸收温度T Ta a等于等于冷凝器中温度冷凝器中温度T Tc c;5.5.忽略泵的功耗
10、忽略泵的功耗WWp p;编辑版编辑版pppt19根据热力学第二定律:根据热力学第二定律:00cagSSSSS根据热力学第一定律:根据热力学第一定律:cagQQQQ0COP的定义的定义00TTTTTTCOPccgggaCHQQQCOP编辑版编辑版pppt20QeQcQaQgWpSTTgTaTcT000TTTTTTCOPccgg可逆热可逆热机机可逆热可逆热泵泵编辑版编辑版pppt21第一类吸收式热泵的热力学计算 质量衡算:再生器:34473xxxmmf吸收器:吸收器:32mm 46mm 710mm32xx 46xx 吸收剂吸收剂的浓度的浓度编辑版编辑版pppt22第一类吸收式热泵的热力学计算 能量
11、衡算:蒸发器蒸发器冷凝器冷凝器吸收器吸收器泵泵 再生器再生器capegQQWQQ编辑版编辑版pppt23比焓比焓/(kJ/kg)kJ/kg)浓度(浓度(%)饱和液线饱和液线气态平衡线气态平衡线7 71010,9 9“8 8,9 99 94 46 65 52 21 13 3单效溴化锂第一类吸收式热泵循环在单效溴化锂第一类吸收式热泵循环在h-图上的表示图上的表示3 3g g编辑版编辑版pppt24例例2.12.1 下表中给出了一溴化锂下表中给出了一溴化锂水水吸收式热泵中各点的有关参数(各吸收式热泵中各点的有关参数(各状态点对应于图,根据这些参数计状态点对应于图,根据这些参数计算系统的循环倍率和各元
12、件的热量算系统的循环倍率和各元件的热量及系统及系统COP。编辑版编辑版pppt25在稳定流动状态,进出每一个单元的工质质在稳定流动状态,进出每一个单元的工质质量必须相等,因为水和溴化锂之间没有化学量必须相等,因为水和溴化锂之间没有化学反应,所以每个组分进出每一个单元的质量反应,所以每个组分进出每一个单元的质量也应当相等。又因为工质中只有两个组分也应当相等。又因为工质中只有两个组分(水和溴化锂),所以有两个独立的质量平(水和溴化锂),所以有两个独立的质量平衡方程。衡方程。组分组分 LiBr 的质量平衡的质量平衡(a)(b)水的质量平衡可以由式(水的质量平衡可以由式(b)减去式()减去式(a)得到
13、,即)得到,即(c)例如,考虑再生器的质量平衡,工质质量平衡为例如,考虑再生器的质量平衡,工质质量平衡为质量衡算质量衡算编辑版编辑版pppt26上式表明,通过泵的流体质量流量是上式表明,通过泵的流体质量流量是离开再生器的蒸汽质量流量的离开再生器的蒸汽质量流量的 10.84 倍倍。能量平衡能量平衡蒸发器蒸发器冷凝器冷凝器再生器再生器吸收器吸收器泵泵 另一个与质量有关的参数,并且是一个经常用到另一个与质量有关的参数,并且是一个经常用到的参数是溶液循环倍率,用的参数是溶液循环倍率,用 f 来表示。来表示。编辑版编辑版pppt27由于泵消耗的功率与其他单元的热传递速率相比很小,由于泵消耗的功率与其他单
14、元的热传递速率相比很小,所以,在进行过程热力学分析时,可以将其忽略。所以,在进行过程热力学分析时,可以将其忽略。吸收热泵的性能系数吸收热泵的性能系数如果将这套装置用于制冷,则性能系数为如果将这套装置用于制冷,则性能系数为C Coefficientoefficient O Of f P Performanceerformance大约大约远低于压缩式热泵远低于压缩式热泵(79)编辑版编辑版pppt282.2.2 第二类吸收式热泵废热废热编辑版编辑版pppt29第一类吸收式热泵第一类吸收式热泵第二类吸收式热泵第二类吸收式热泵编辑版编辑版pppt30编辑版编辑版pppt31第二类吸收式热泵的热力学计算
15、 热力学系数热力学系数/制热系数制热系数(COPCOP)egaHQQQCOPQa:吸收器放出的热量:吸收器放出的热量Qc:冷凝器放出的热量:冷凝器放出的热量Qg:供给发生器的热量:供给发生器的热量Qe:蒸发器吸收的热量:蒸发器吸收的热量编辑版编辑版pppt32第二类吸收式热泵的理想循环假设:假设:1.1.整个吸收式热泵循环过程整个吸收式热泵循环过程是可逆的;是可逆的;2.2.发生器热媒的温度为发生器热媒的温度为T Tg g;3.3.蒸发器温度蒸发器温度T Te e等于再生器等于再生器的温度的温度T Tg g;4.4.冷凝器的温度冷凝器的温度T Tc c等于环境等于环境温度;温度;5.5.忽略两
16、个泵的功耗忽略两个泵的功耗WWp p;编辑版编辑版pppt33根据热力学第二定律:根据热力学第二定律:0caegSSSSS根据热力学第一定律:根据热力学第一定律:caegQQQQCOP的定义的定义caagcgTTTTTTCOPegaHQQQCOP第一类吸收热泵eccgegTTTTTTCOP编辑版编辑版pppt34STTgTaTcT0caagcgTTTTTTCOP编辑版编辑版pppt35第二类吸收式热泵的热力学计算 质量衡算:再生器:16671xxxmmf吸收器:吸收器:31mm 64mm 710mm23xx 64xx 761mmm6611xmxm吸收剂吸收剂的浓度的浓度编辑版编辑版pppt36
17、第二类吸收式热泵的热力学计算 能量衡算:蒸发器蒸发器冷凝器冷凝器吸收器吸收器泵泵 再生器再生器116677HmHmHmQg33101044HmHmHmQa8877HmHmQc991010HmHmQe66551HmHmWp88992HmHmWpcappegQQWWQQ21编辑版编辑版pppt37比焓比焓/(kJ/kg)kJ/kg)浓度(浓度(%)饱和液线饱和液线气态平衡线气态平衡线7 710109 98 84 46 65 52 21 13 3单效溴化锂第二类吸收式热泵循环在单效溴化锂第二类吸收式热泵循环在h-图上的表示图上的表示3 3g g编辑版编辑版pppt38例例 下表中给出某一热泵循环系统
18、相应于下表中给出某一热泵循环系统相应于 P-T 图中图中各点的有关参数。可根据此表中的数据来计算质量各点的有关参数。可根据此表中的数据来计算质量平衡平衡.能量平衡能量平衡.循环倍率以及性能系数等。循环倍率以及性能系数等。编辑版编辑版pppt39循环倍率循环倍率 第二类吸收热泵的性能系数第二类吸收热泵的性能系数编辑版编辑版pppt40所以,所以,第二类吸收热泵的性能系数虽然较低,一第二类吸收热泵的性能系数虽然较低,一般在般在 0.40.49之间,但由于它利用的是工业生之间,但由于它利用的是工业生产中排放的产中排放的 60100 的废热,因此节能效的废热,因此节能效果十分显著,日益得到人们的重视。
19、果十分显著,日益得到人们的重视。编辑版编辑版pppt412.3 吸收式热泵的工质对吸收式热泵工质对是吸收式热泵工质对是两两组份溶液组份溶液:低沸点组分是低沸点组分是制冷剂制冷剂,它的作用与蒸汽压缩式它的作用与蒸汽压缩式热泵相同,通过它的蒸热泵相同,通过它的蒸发和冷凝过程实现热量发和冷凝过程实现热量从低温物体向高温物体从低温物体向高温物体的传递。的传递。高沸点的组分是高沸点的组分是吸收剂吸收剂,通过它对制冷剂的吸收通过它对制冷剂的吸收与解吸实现制冷蒸气的与解吸实现制冷蒸气的压缩压缩。编辑版编辑版pppt423.3.1对制冷剂的要求:工质热物理性质的要求临界温度高于冷凝温度;在热泵温度工作区间内有
20、合适的饱和压力;冷凝温度下,饱和压力不要太高,避免工质泄露,降低部件的承受压力;蒸发温度下,饱和压力不要太低,否则不凝气容易进入蒸发器;比热容小;减少节流损失;编辑版编辑版pppt43 汽化潜热大;汽化潜热大;一般工质的分子量越大,汽化一般工质的分子量越大,汽化 潜热越小,因此,工质分子量潜热越小,因此,工质分子量 要小;要小;导热系数大;导热系数大;强化传热过程;强化传热过程;粘度和密度要低;粘度和密度要低;降低流动阻力降低流动阻力,减少泵功;减少泵功;编辑版编辑版pppt44 环保要求 对臭氧层的破坏对臭氧层的破坏大气臭氧层损耗潜能值大气臭氧层损耗潜能值(Ozone Depletion P
21、otential,ODP)温室效应温室效应全球温室效应潜能值全球温室效应潜能值(Global Warming Potential,GWP)总当量变暖影响总当量变暖影响(Total Equivalent Warming Impact,TEWI)寿命期气候性寿命期气候性(Life Cycle Climate Performance,LCCP)编辑版编辑版pppt45 其他方面要求 化学性质稳定;化学性质稳定;无可燃性无可燃性 无腐蚀性无腐蚀性 无毒无毒 经济性好经济性好编辑版编辑版pppt462.3.2 对吸收剂的要求 具有强烈的吸收制冷剂的能力,既具有吸收比它温度低的制冷蒸气的能力;相同压力下,
22、它的沸点要高于制冷剂,而且相差越大越好,可以提高发生器中制冷剂的纯度,进而提高系统COP;与制冷剂的溶解度高,可以避免结晶的危险;编辑版编辑版pppt47 在发生器和吸收器中,对制冷剂溶解度的差距大,以减少溶液的循环量,降低溶液泵的能耗;粘度小,以减少在管道和部件中的流动阻力;热导率大;化学性质稳定;无臭,无毒,不燃烧,不爆炸;对环境友好;经济性好。编辑版编辑版pppt48Pwater.5Psolution,25 吸收剂应具有强烈吸收制冷剂的能力吸收剂应具有强烈吸收制冷剂的能力编辑版编辑版pppt492.3.3 工质对的种类随制冷剂的不同可分为四类:1.以水作为制冷剂编辑版编辑版pppt502
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