回热吸附式可逆型热泵变工况特性

    引 言

    作为无环境公害、可利用余热或新能源驱动、传统制冷可能的替代方式,吸附制冷研究正在全球范围内蓬勃兴起.近年来,吸附制冷在各领域的应用研究不断获得进展[1~4].研究表明,吸附式热泵作为吸附制冷的一个重要应用场合,相比于传统热泵或其他供热方式具有明显优点,有可能成为吸附制冷实现商业应用的突破口之一[5].如在吸附式热泵中采用回热,并以余热驱动,则更具优势.因此,对余热驱动的回热吸附式可逆型热泵开展性能研究,是目前吸附制冷研究中必要而且紧迫的任务.

    前期已针对余热驱动的活性炭/甲醇回热吸附式可逆型热泵建立了实用三热源模型[6,7],并构建热泵样机[6~8],这两者是该热泵仿真和实验研究的基础.本文首先从模型和实验的角度分别定义回热吸附式可逆型热泵的主要性能指标,进而基于模型研究该热泵供暖工况下的变工况特性,即热源温度、供暖温度、环境温度、热容比和最终回热温差等参数对热泵性能(供暖系数COA、单位质量供暖功率SHP)的影响,最后对实测的样机性能与模拟值作比较分析.

    1 回热吸附式可逆型热泵样机

    余热驱动的活性炭/甲醇回热吸附式可逆型热泵样机如图1所示.该热泵样机含两个吸附床及冷凝器、蒸发器、加热器、中间冷却器、热水箱/冷却塔、冷水箱等部件.设置加热器(实验条件下模拟工业余热)和中间冷却器分别用于解吸过程的热源和吸附过程的放热.对应吸附床解吸、吸附过程的切换,两床中的传热流体分别经加热水回路与加热器连通或经内部冷却水回路与中间冷却器连通.其中热水箱吸收来自冷凝器、中间冷却器的放热,从而向供暖对象供热(供冷工况时冷凝器、中间冷却器通过冷却塔放热).而冷水箱用于从环境向蒸发器传递冷剂气化所需热量(供冷时冷量通过冷水箱输出).

    实验中,因操作参数存在变化的因素,完全实现设计工况在一般实验条件下较困难,即样机实际运行偏离于设计工况,故有必要研究样机变工况特性.

    2 供暖工况下内部各过程的热量分布及模拟性能指标的定义

    在供暧工况(t=20 min,Mc=26 kg,Th=120℃,To=8℃,Tf=28℃,DTr=2℃,Rmf=3111)下,根据模型对回热吸附式可逆型热泵热力系统内部各过程做热平衡分析[6],计算得到此工况下的各种热量分布,如图2所示,图2中各热量符号的含义由图3说明.由图2可见样机涉及的各种热量的分布情况:加热显热Qg占2513%,解吸过程吸热量Qh占810%,冷却显热Qc占8.7%,吸附过程放热量Qad占23.0%,冷凝热Qcond占11.8%,回热量Qr占1018%,蒸发器内冷剂冷却热Qco占0.7%,气化吸热量Qref占11.5%,系统漏热Qleak占0.3%.