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吸附制冷中的蓄冷研究
2017年10月09日 11:13 中国冷凝器网
[br]  基金项目:国家9乃重点基础规划资助项目(No.G2002639);上海市科委学科带头人计划项目1刖目吸附式制冷是一种可以有效利用工业余热及太阳能等低品位能源的不采用CFC制冷剂的新型制冷技术。基本的吸附制冷循环主要包括加热解吸和冷却吸附两个阶段,并只在吸附阶段可以制冷。为了实现对外界的连续供冷,吸附制冷系统可以采取两个(或多个)吸附器,当一个吸附器处于加热解吸时,另一个吸附器在被冷却吸附对外输出冷量;也可以在系统中增加一个蓄冷器,将系统在冷却吸附时产生的多余冷量储存起来,在加热解吸时由蓄冷器向外界供冷。[br]  上述两种方法中,前者总有一个吸附器被加热,而另一个吸附器被冷却,可以较充分地利用余热资源。后者的吸附器则交替地被加热或冷却,此外为了给蓄冷器蓄冷,系统在吸附阶段的实际制冷量要大于其输出制冷功率。在目前已开展的对于余热驱动的固体吸附式制冷的研究,均采用前者来实现连续供冷。ZhuW分析了渔船发动机余热驱动的双吸附器交替制冷的吸附空调,NeveuPl和Wang3对利用回热的双吸附器连续制冷循环进行了研究。[br]  本文将对一台带有水蓄冷器的吸附式空调系统进行。该系统以13X沸石一水为吸附工质对,蒸发器和蓄冷器制为一体,其内的水既作为制冷剂,也作为蓄冷介质,通过连接于蓄冷器和蒸发器之间的一个小水泵控制水的循环,以实现蓄冷器的充冷和放冷循环前120min为冷却吸附过程,后50min为加热解吸过程。[br]  通过蓄冷器放冷时,蒸发/蓄冷器放冷开始及结束时的温度分别为45°C和13°C,由于放冷时间较长,通过放冷输出的制冷功率与吸附制冷时相比要小得多,平均功率仅为1.9kW.这主要由于加热解吸时的烟气流量较小,且开始加热时的烟气温度低,其升温要有一个过程,使得加热解吸时间比设计工况长,从而降低了放冷功率。[br]  吸附过程开始时蒸发器内的水温迅速降低,同时输出功率升高,图示循环在开始吸附约20mi以后,输出制冷功率达到约4kW,之后在约1.5个小时内,系统的输出制冷功率维持在4kW4.5kW之间整个循环周期的平均输出功率为3.35kW,性能系数COP(输出的总制冷量与烟气传给吸附器的热量之比)为0.27. 3.2与双吸附器连续制冷循环的比较如果采用双吸附器连续制冷循环,每个吸附器的加热解吸时间与冷却吸附时间相等。给出了在相同的加热、冷却条件下,加热与冷却时间均为50mill时,系统在冷却吸附阶段输出的制冷功率与蒸发器的温度随时间的变化关系,由于双吸附器连续制冷循环总有一个吸附器处于吸附状态,因此该图可以反映双吸附器连续制冷循环的制冷情况。吸附开始时蒸发器温度的急剧上升是由于储液器内较篼温度的水的进入引起的。[br]  图示循环的平均输出功率为4.8lkW,而性能系数COP仅为0.ie5.可见双吸附器连续制冷循环的制冷功率并不是单吸附器蓄冷式循环的2倍,原因主要在于前者的加热解吸时间与冷却吸附时间不匹配对于沸石一水制冷系统,其吸附速度比解吸速度慢得多,而吸附与解吸过程的吸附量变化是相同的,这样与蓄冷式循环相比,解吸过程中用于吸附床温度升篼的显热占传递给吸附床的总热量的比例较大,因而COP较低。[br]  3.3吸附式蓄冷蓄冷式吸附制冷系统在停止运行一段时间后,由于与环境间的换热,吸附床温度逐渐接近于环境温度,因此吸附式蓄冷在放冷前的吸附床温度可以认为与环境温度相当。[br]  如果放冷过程中不对吸附床进行冷却,即对应于绝热吸附过程,吸附热转变为吸附床和金属材料的显热,称这种放冷为绝热放冷。给出了系统在一次绝热放冷过程中的输出功率和吸附床中间点温度随放冷时间的变化关系。蓄冷前吸附床的解吸温度和冷凝温度分别为210°C和40°C,放冷开始时的床温为25°C,。冷却空气的进口温度为20°C,流量为1000m3/h.系统在蓄冷前的状态与前述试验相同,吸附床开始放冷前和放冷后的温度分别是34°C和37°C.由可以看出,放冷时间持续了近7个小时,系统的总制冷量为67.2M,平均输出功率为2.8kW.与绝热放冷相比,冷却放冷的放冷量要高得多。[br]  4结论蓄冷式单吸附器吸附制冷系统具有以下特点:结构简单,运行控制方便。[br]  可以采用最优的解吸/吸附时间比,从而提高系统性能。[br]  机组停止运行等特殊情况下仍可利用蓄冷器的蓄冷和吸附式蓄冷的释放来提供冷量。[br]  与多吸附器吸附制冷系统相比,蓄冷式吸附制冷对热源热量的利用是间歇的,并且它在冷却吸附时实际产生的冷量要大于输出冷量,这是蓄冷式吸附制冷系统的不利方面。实际的余热吸附制冷系统采用双吸附器还是增设蓄冷器来实现连续供冷,应根据热源的供热情况、吸附工质对性能和对控制与操作的要求等进行选择。[br]
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