摘要：本文在以氯化鈣－氨為工質(zhì)對的兩床吸附式循環(huán)制冷系統(tǒng)上進行了實驗研究，對實驗過程中床內(nèi)壓力、電加熱器功率的動態(tài)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(shù)(制冷量Qeva、COP)的變化。所得結(jié)果可為進一步的實驗研究和工程設(shè)計提供指導(dǎo)。 關(guān)鍵詞：氯化鈣－氨 化學(xué)吸附 制冷性能

20世紀(jì)70年代以來，隨著常規(guī)能源消耗的劇增、環(huán)境污染的加劇，人們對能源的節(jié)約和環(huán)境的保護引起廣泛的關(guān)注。其中，固體吸附制冷技術(shù)因其無大氣污染、能利用低品位熱源等優(yōu)點迎合了這種節(jié)能和環(huán)保的趨勢，并且引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛興趣。從目前國內(nèi)外對吸附制冷研究的現(xiàn)狀來看，對吸附制冷的研究主要集中在工質(zhì)對的選擇及其性能的分析[1]、高效吸附式熱力系統(tǒng)的研究以及吸附床內(nèi)傳熱傳質(zhì)的研究[2] [3]等幾個方面。國內(nèi)外學(xué)者在化學(xué)吸附制冷方面也進行了相關(guān)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(zhì)對的兩床連續(xù)循環(huán)吸附制冷系統(tǒng)，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(shè)計提供了依據(jù)。

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(tǒng)由吸附/解吸床、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器、電加熱器、冷卻風(fēng)機以及相應(yīng)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(nèi)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(fā)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(nèi)水溫均勻。

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(jù)實驗研究要求的熱源溫度設(shè)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(guān)閉，同時閥門A、C關(guān)閉，閥門B、D開啟；當(dāng)床1加熱到床內(nèi)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(xù)加熱床1進行解吸，通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整節(jié)流閥來實現(xiàn)等壓解吸過程；與此同時，開啟風(fēng)機對床2進行冷卻實現(xiàn)吸附過程，當(dāng)床2中的壓力等于或稍低于蒸發(fā)壓力Pe，開啟閥門2讓節(jié)流后的制冷劑實現(xiàn)蒸發(fā)制冷過程，并且吸附制冷過程中冷風(fēng)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(xiàn)了等壓吸附過程。

等前半個循環(huán)周期結(jié)束后，即床1解吸完畢，床2吸附飽和時，準(zhǔn)備切換兩床的狀態(tài)，先關(guān)閉閥門1～4，然后開啟閥門A、C和V2、V4，同時關(guān)閉B、D和V1、V3，使原來處于解吸狀態(tài)的床1切換為吸附狀態(tài)，床2切換為解吸狀態(tài)。分別對兩床進行預(yù)熱和預(yù)冷，當(dāng)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(guān)閉閥門2、4來實現(xiàn)等壓解吸和吸附過程，這樣就實現(xiàn)了一個連續(xù)循環(huán)周期。

實驗中回質(zhì)過程為：在前半個循環(huán)周期將要結(jié)束，準(zhǔn)備切換兩床的狀態(tài)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(xiàn)了回質(zhì)過程。

2.1 實驗過程中床內(nèi)壓力的動態(tài)變化

圖2和圖3為環(huán)境溫度T0＝30℃、循環(huán)時間tcycle＝8h、回質(zhì)時間tmc＝35s的條件下，熱源溫度Th不同時，床內(nèi)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(nèi)壓力有個突降的過程，主要是因為此時床內(nèi)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(nèi)的壓力出現(xiàn)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(wěn)定，同時冷卻吸附的制冷劑也達到了穩(wěn)定，過程表現(xiàn)為等壓解吸和等壓吸附。

2.2 瞬時加熱功率的動態(tài)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(wěn)，有利于制冷劑的解吸和整個系統(tǒng)性能的穩(wěn)定。

2.3 不同熱源溫度下系統(tǒng)性能參數(shù)的動態(tài)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(tǒng)制冷量Qeva和COP隨時間的變化關(guān)系。從圖中可見，實驗開始的初始預(yù)冷和預(yù)熱階段，沒有制冷劑參加制冷循環(huán)，因此此時的制冷量和COP為零。當(dāng)t=80min初始預(yù)冷和預(yù)熱階段結(jié)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(dāng)前半個周期結(jié)束 (t=240min) 后，切換兩床的狀態(tài)進行再預(yù)熱和預(yù)冷，因此時沒有制冷劑參加制冷循環(huán)，制冷量的變化在圖示中基本保持不變，而制冷性能系數(shù)COP值呈下降的變化趨勢，這是因為對床體的預(yù)熱使加熱量一直增加，從而造成COP的下降。再預(yù)熱和預(yù)冷階段結(jié)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(tǒng)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(xiàn)為較大。但由于較高的熱源溫度所消耗的加熱量相應(yīng)的增大較快，所以最終系統(tǒng)的COP表現(xiàn)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(tǒng)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。

本文對吸附制冷實驗過程中的床內(nèi)壓力、瞬時加熱功率的動態(tài)變化趨勢進行了分析，分析結(jié)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(tǒng)性能參數(shù)的動態(tài)變化趨勢進行了實驗。本文所得到的結(jié)果可為進一步的實驗研究提供理論上的指導(dǎo)。

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