氯化鈣吸附制冷管理論文

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摘要：本文在以氯化鈣－氨為工質對的兩床吸附式循環制冷系統上進行了實驗研究，對實驗過程中床內壓力、電加熱器功率的動態變化進行了分析，并研究了不同的熱源溫度下吸附制冷性能參數(制冷量Qeva、COP)的變化。所得結果可為進一步的實驗研究和工程設計提供指導。

關鍵詞：氯化鈣－氨化學吸附制冷性能

0前言

20世紀70年代以來，隨著常規能源消耗的劇增、環境污染的加劇，人們對能源的節約和環境的保護引起廣泛的關注。其中，固體吸附制冷技術因其無大氣污染、能利用低品位熱源等優點迎合了這種節能和環保的趨勢，并且引起國內外學者的廣泛興趣。從目前國內外對吸附制冷研究的現狀來看，對吸附制冷的研究主要集中在工質對的選擇及其性能的分析[1]、高效吸附式熱力系統的研究以及吸附床內傳熱傳質的研究[2][3]等幾個方面。國內外學者在化學吸附制冷方面也進行了相關的研究工作[4-7]，但其實驗裝置大多采用間歇式制冷的方式。本文建立了一套以氯化鈣－氨為工質對的兩床連續循環吸附制冷系統，并對其制冷性能進行了初步實驗研究，為進一步的理論研究和工程設計提供了依據。

1實驗裝置及實驗方法

本文所建立的氯化鈣－氨吸附式制冷實驗裝置如圖1所示。整個系統由吸附/解吸床、冷凝器、節流閥、蒸發器、電加熱器、冷卻風機以及相應的連接管道和閥門等組成。吸附床采用殼管式換熱器的形式，管子采用翅片管，冷卻空氣或熱空氣（或煙氣）從管內流過，殼程充填氯化鈣，以對氨進行吸附或脫附。冷凝器為套管式水冷冷凝器，蒸發器采用盤管形式浸沒在鹽水箱中。實驗過程中利用攪拌器不停攪拌鹽水，以增強換熱，并使箱內水溫均勻。

圖1氯化鈣－氨吸附式制冷實驗系統

實驗過程中(假定實驗開始時床1為解吸床，床2為吸附床)，首先根據實驗研究要求的熱源溫度設定好電加熱器上的溫度值，利用電加熱器加熱后的高溫模擬氣體(高溫空氣)加熱床1，此時閥門V1和V3開啟，V2和V4關閉，同時閥門A、C關閉，閥門B、D開啟；當床1加熱到床內的壓力等于或稍高于冷凝壓力Pc后，開啟閥門4讓解吸出來的制冷劑蒸汽進入冷凝器中冷卻，而電熱器繼續加熱床1進行解吸，通過適當的調整節流閥來實現等壓解吸過程；與此同時，開啟風機對床2進行冷卻實現吸附過程，當床2中的壓力等于或稍低于蒸發壓力Pe，開啟閥門2讓節流后的制冷劑實現蒸發制冷過程，并且吸附制冷過程中冷風機一直冷卻吸附床2保持床體的壓力在Pe左右，這樣就實現了等壓吸附過程。

等前半個循環周期結束后，即床1解吸完畢，床2吸附飽和時，準備切換兩床的狀態，先關閉閥門1～4，然后開啟閥門A、C和V2、V4，同時關閉B、D和V1、V3，使原來處于解吸狀態的床1切換為吸附狀態，床2切換為解吸狀態。分別對兩床進行預熱和預冷，當床2和床1的壓力分別達到Pc和Pe后，開啟閥門1、3，同時關閉閥門2、4來實現等壓解吸和吸附過程，這樣就實現了一個連續循環周期。

實驗中回質過程為：在前半個循環周期將要結束，準備切換兩床的狀態前，開啟閥門V0一定的時間(實驗研究中一般都是幾十妙)，使兩個床體直接連接，從而實現了回質過程。

2實驗結果及分析

2.1實驗過程中床內壓力的動態變化

圖2和圖3為環境溫度T0＝30℃、循環時間tcycle＝8h、回質時間tmc＝35s的條件下，熱源溫度Th不同時，床內壓力隨時間的變化。從圖2和圖3中可見，剛打開閥門制冷時床內壓力有個突降的過程，主要是因為此時床內解吸出來的制冷劑比較多，很快進入到冷凝器中進行冷卻，使床內的壓力出現了突降的過程。隨后加熱解吸出來的制冷劑的量基本上達到穩定，同時冷卻吸附的制冷劑也達到了穩定，過程表現為等壓解吸和等壓吸附。

圖2Th＝110℃時，床內壓力的變化

圖3Th＝130℃時，床內壓力的變化

2.2瞬時加熱功率的動態變化

圖4和圖5為T0＝30℃、tcycle＝8h、tmc＝35s的實驗條件下，熱源溫度Th不同時，瞬時加熱功率隨時間的變化趨勢。從圖中可見，熱源溫度分別為110℃、130℃時，在吸附制冷階段，瞬時加熱功率值Wh分別在7kW和9kW左右波動。所以從上面的分析可知：實驗過程中的制冷階段，瞬時加熱功率值基本平穩，有利于制冷劑的解吸和整個系統性能的穩定。

2.3不同熱源溫度下系統性能參數的動態變化

圖6和圖7為T0＝30℃、tcycle＝8h、tmc＝35s時，不同的熱源溫度下，系統制冷量Qeva和COP隨時間的變化關系。從圖中可見，實驗開始的初始預冷和預熱階段，沒有制冷劑參加制冷循環，因此此時的制冷量和COP為零。當t=80min初始預冷和預熱階段結束后，開啟閥門進行制冷，制冷量Qeva和COP隨時間基本呈線性增大趨勢；當前半個周期結束(t=240min)后，切換兩床的狀態進行再預熱和預冷，因此時沒有制冷劑參加制冷循環，制冷量的變化在圖示中基本保持不變，而制冷性能系數COP值呈下降的變化趨勢，這是因為對床體的預熱使加熱量一直增加，從而造成COP的下降。再預熱和預冷階段結束后，又打開閥門制冷，制冷量Qeva和COP值隨著時間的增加又開始線性增加。

從圖6和圖7中可以看出，在130℃較高的熱源溫度時，系統解吸出來的制冷劑氨比110℃的熱源溫度條件下要多，其制冷量表現為較大。但由于較高的熱源溫度所消耗的加熱量相應的增大較快，所以最終系統的COP表現為較小。因此，我們可以這樣認為，熱源溫度的提高有利于提高系統的制冷量，但對COP來說，理論上存在一個最佳的熱源溫度范圍。

圖6制冷量Qeva隨時間變化關系

圖7制冷系數COP隨時間變化關系

3結論

本文對吸附制冷實驗過程中的床內壓力、瞬時加熱功率的動態變化趨勢進行了分析，分析結果表明實驗過程基本上按等壓解吸和等壓吸附進行的，另外還對不同的熱源溫度下吸附制冷系統性能參數的動態變化趨勢進行了實驗。本文所得到的結果可為進一步的實驗研究提供理論上的指導。

參考文獻

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2.李明,楊智明等.太陽能固體吸附式制冷吸附床內數學模型的建立[J].云南師范大學學報,2001,21(2):34～38.

3.喇海忠,劉妮等.吸附制冷系統中吸附床的傳熱傳質分析及結構設計[J].上海理工大學學報,2004,26(5):461～464.

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