固体吸附制冷循环节流特性的试验研究

    固体吸附式制冷可利用100℃左右的热源驱动,采用与环境友好的制冷工质,系统中基本不含运动部件。目前国内外主要集中研究高效吸附式制冷循环、吸附 工质对的吸附性能、吸附床内的传热传质特性以及以验证原理为目的的样机试验。本文通过对节流过程的分析,从制冷循环的角度深入研究固体吸附制冷的特点。

    1　固体吸附式制冷循环及其节流过程

    图1(a)中2—5—1过程对应图1(b)中C—D—A过程,它是制冷剂即吸附质在吸附床中的定容加热和定压解吸过程,该过程吸收的热量提供了整个循环的 动力。图1(a)中1—5—4过程是制冷剂在冷凝器中的定压冷凝过程,图1(a)中4—3过程是制冷循环中的节流膨胀过程。图1(a)中3—2过程是制冷 循环中的蒸发过程,对应图1(b)中B—C过程,即吸附解吸循环中的定压吸附过程。

    图1(a)中制冷循环与一般压缩蒸汽制冷循环有所不同。压缩蒸汽制冷循环是逆朗肯循环,2—5—1过程是绝热压缩过程,而固体吸附制冷循环则不是朗肯循 环,它的2—5—1过程是由一个定容和一个定压过程复合组成;压缩蒸汽制冷循环系统内压力水平和冷凝压力与蒸发压力差比固体吸附制冷循环高。

    固体吸附制冷循环中节流过程也同样起降压膨胀作用,节流过程虽然损耗了一部分有用能,但使得高压流体的膨胀降压过程变得简单而易于实现,保证了制冷剂在较 低的压力和温度下蒸发,从而实现对外界环境制冷。固体吸附制冷系统中,冷凝器中的压力稍低于吸附床中的解吸压力,经节流过程降至蒸发压力,其中蒸发压力略 高于吸附床中的吸附压力。

    与蒸汽压缩制冷循环相比,这里的节流过程中压力的降低程度一般比较小,而且吸附制冷循环是非连续的,故节流过程压力降随循环相位的变化而变化。对于一个节 流装置而言,节流效果好坏既要看它是否满足降压膨胀的需要,又要看它能否与循环所需要的制冷剂流量匹配。固体吸附制冷循环中节流特性与蒸汽压缩制冷循环中 一样值得重视。

    2　试验装置

    图2所示为我们建立的固体吸附空调/热泵试验台,采用单床间歇循环,吸附工作对为活性炭-甲醇,其中吸附床为板翅式换热器型式,吸附床内活性炭约为30kg。

　　在这个实验中,吸附床以及蒸发器的压力和温度是测量得到的,数据采集间隔为6—7s,根据吸附床的温度和压力计算得出不同时刻吸附床的吸附量, 从而可得各个时间间隔的吸附质(制冷剂)平均流量。若忽略吸附床至节流阀的流动阻力造成的压力损失以及冷凝器中的压降,节流元件两端的压力差可用吸附床解 吸时的压力与蒸发器的压力差近似表示。为了比较直观地说明节流元件的特性,假定采用1.4mm毛细管作为节流元件,制冷剂在毛细管出口未达到两相状态,通 过比较毛细管所需长度可比较其节流特性。