第二章 吸收式热泵的工作原理
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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
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2.1 吸收式热泵概述
2.1.1吸收式热泵的概念及结构简图
吸收式热泵是一种以热能为动力，利用溶液的吸收特 性来实现将热量从低温热源向高温热源的泵送的大型 水/水热泵机组
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第二类吸收式热泵（Type Ⅱ Absorption Heat Pump）或称为热变换器(升温型热泵)（Heat Transformer）则靠输入大量中温热能（通常是废热） 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，产生少量的高温有用热能。 特点：提高能源品位。
废热
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2. 按热泵所用工质对来分： 水-溴化锂热泵 氨-水热泵
（a）
组分 LiBr 的质量平衡
（b）
水的质量平衡可以由式（b）减去式（a）得到，即
（c）
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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 f 来表示。
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 10.84 倍 。
能量平衡 蒸发器
冷凝器 再生器
吸收器
泵
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由于泵消耗的功率与其他单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。
吸收热泵的性能系数 远低于压缩式热泵
（7~9）
如果将这套装置用于制冷，则性能系数为
大约
Coefficient Of Performance
根据热力学第一定律：
Qg Q0 Qa Qc
COP的定义
COPH

QC Qa Qg
COP Tg T0 • Tc Tg Tc T0
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Qg
W
Qa
p
T Qc Tg
Ta Tc
可逆热 泵
Qe
可逆热 机
T0
S
COP Tg T0 • Tc Tg Tc T0
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第一类吸收式热泵的热力学计算
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/ kJ/kg)
10， 比 9“ 焓 （
8，9
9 ‘
气态平衡线 饱和液线
3g 4
35 21
6
浓度（%）
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例2.1 下表中给出了一溴化锂\水 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 算系统的循环倍率和各元件的热量 及系统COP。
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质量衡算
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（水和溴化 锂），所以有两个独立的质量平衡方程。 例如，考虑再生器的质量平衡，工质质量平衡为
吸收式热泵是利用两种沸点不同的物质组成的溶液(通 常称为工质对或者二元溶液)的气液平衡特性来工作的。
3
4
结构简图
5
再生器的作用，则 是使制冷剂 (水)从 二元溶液中汽化， 使稀溶液变浓。
吸收器的作用，是 把制冷剂蒸汽输送 回二元溶液中去。 依靠溶液泵来提高 工质的压力。
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2.1.2吸收式热泵的特点
串联式
倒串联式 并联式
热泵
串并联式
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6. 按机组的结构分：
单筒式
双筒式 三筒式
热泵
多筒式
4 31
2
4
1
3
2
a. 单筒式
b. 双筒式
1.蒸发器；2.吸收器；3.发生器；4.冷凝器
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两种结构的特点
▪ 单筒型
1. 结构紧凑 2. 密封性好 3. 高度低 4. 制作复杂 5. 热应力大 6. 热损失大
3. 按驱动热源分： 蒸汽型 热水型
热泵 直燃型 余热型 复合型
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4.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 多效热泵：驱动热源在机组中被直接或间接利用多次 多级热泵：驱动热源在多个压力不同的发生器中依次
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 的顺序）：
优点： •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 低温热能，如太阳能、地热等，特别是可以直接利用 工业生产中的余热或废热； •制热量非常大，通常制热能力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。
缺点：
•热力系数较低，一般为0.4～2；
•设备比压缩热泵循环庞大，灵活性较小,难以实现空冷
化。
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3.1.3 吸收式热泵的分类
1. 根据制热的目的来分： 第一类吸收式热泵和第二类吸收式热泵。
第一类吸收式热泵（Type Ⅰ Absorption Heat Pump, Heat Amplifier ），也称增热型热泵，是以消耗高温热能作为代 价，通过向系统输入少量高温热能，进而从低温热源中回收一 部分热能，产生大量中温位的热能供给用户。 特点：提高高位能源利用率。
▪ 双筒型
1. 热损失小 2. 热应力小 3. 结构简单，制作方便 4. 合适大热量机组的分
割运输 5. 高度高 6. 连接管路多 7. 可能的泄漏点多
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2.2 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
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2.2.1 第一类吸收式热泵
与其他热泵完 全相同
▪ 质量衡算： 再生器：
吸收剂 的浓度
f m3 x4 m7 x4 x3
吸收器：m2 m3 m6 m4
m10 m7
x2 x3
x6 x4
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第一类吸收式热泵的热力学计算
▪ 能量衡算： 再生器 吸收器 冷凝器
泵
蒸发器
Qg Qe Wp Qa Qc
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单效溴化锂第一类吸收式热泵循环在h-ξ图上的表示
第一类吸收式热泵的理想循环
假设：
1. 整个吸收式热泵循环过程 是可逆的； 2. 发生器热媒的温度为Tg； 3. 蒸发器中低温热源的温度 为T0； 4. 吸收器的吸收温度Ta等于 冷凝器中温度Tc； 5. 忽略泵的功耗Wp；
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根据热力学第二定律：
S Sg S0 Sa Sc 0
防结晶、热回 收作
吸收式热泵特 有的
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P-T
第 一 类 吸 收 式 热 泵 在
图 上 的 表 示
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第一类吸收式热泵的热力Байду номын сангаас计算
▪ 热力学系数/制热系数
（COP）
Qg
Qc
COPH

Qc Qa Qg
与Qg比，数量很
Wp Qa
Qe
小，可以忽略
Coefficient Of Performance 17