活性炭-R134a吸附性能的研究

    文　摘:吸附式制冷可用于汽车空调,由发动机的余热驱动,不消耗发动机的输出功。汽车空调对密封性与安 全性要求较高,活性炭-R134a较符合该要求。搭建了测量活性炭-R134a吸附性能试验台,对该工质对在不同条件下的平衡吸附量进行了测试,并得到了 适用于该工质对的吸附率方程。

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    吸附式制冷作为可利用废热等低品位能源的一种制冷方式,受到越来越多人的重视,其中,利用汽车排出的废热来驱动吸附式制冷/空调系统,产生冷量,以满足汽车空调的需要,这是吸附式制冷的一项重要应用。

    目前,汽车发动机用于动力输出的功,一般只占燃油燃烧放出的总热量的30%—42%(柴油机)或25%—30%(汽油机)以废热形式排出车外的能量占燃烧 总能量的58%—70%(柴油机)或70%—75%(汽油机),其主要包括循环冷却水带走的热量和尾气带走的热量。排气余热的点是温度高,排气阀门处的温 度约有400—500℃(柴油机)和600℃(汽油机);尾气带走的热量占燃烧总热量的25%—45%(柴油机)或30%—40%(汽油机)[1]。考虑 到废气中酸性氧化物的露点腐蚀问题,最终排出汽车体外的尾气温度不应低于180℃,再考虑到尾气带有较大的动能与势能,一般可以利用的废热量为燃烧总热量 的16%左右。这是一个不小的数量,如以解放牌CA15型货运车(汽油机)为例,发动机最大功率为84.6kW,若在部分负载50.76kW下工作时,燃 烧总热量约为184.58kW,取汽油的燃烧热值为44000kJkg,则单位时间内所需汽油0.00420kg/s;取过量空气系数为1,需要的空气量 为0.00420×l0=0.062kg/s(l0为1kg汽油所需的空气量,约14.8kg);假设尾气为定常流动,则单位时间由尾气管排出气体量的平 均值约为0.0664kg/s;取尾气的比热容c= 1.06kJ/(kg℃),尾气排气阀出口处的温度为600℃,排出汽车体外的尾气温度为180℃,则可利用的尾气热量为 Qs=c×0.0664×(600 - 180) =29.54kW左右,在COP为0.4—0.5(空调工况)的情况下(目前吸附式系统可达此指标),可得到的制冷量约11.816kW— 14.77kW,而驾驶室内所需的制冷量一般为3.5kW左右,可见制得的冷量可满足空调需要。

    早在1969年Akrman J R[2],便探讨了应用吸附式制冷系统的可行性,但至今该技术仍未获得突破性的进展。

    目前,在吸附制冷系统中,常用的吸附质(制冷剂)有水、甲醇、氨气、R134a、R22等,除后面两种外,前面几种都是对环境无破坏作用的工质。但将它们 用于汽车空调系统中,都存在一些困难,如水需要真空系统;氨气的冷凝压力较大,混入空气后可能发生爆炸;甲醇在高温下(140℃)会分解,也需真空系统。 R22、R134a除对环境不很友好外,是较理想的制冷工质。常用沸石、硅胶、活性氧化铝与水构成工质对;氯化钙、活性炭与氨构成工质对;活性炭与 R22、R134a构成工质对。选用工质对时,不应只考虑制冷剂热力性能及吸附量的大小,而应更多地虑技术上实现的难度与安全性。利用尾气的汽车空调系统 中,尾气的温度较高,密封比静止系统难,因此拟采用高压系统。符合这一要求的有氨、R22、R134a,考虑到安全性,采用R22与R134a较理想。从 环境保护的角度来看,这两种工质又不甚理想,但从目前的吸附技术水平、安全性、实现难度看,R22与R134a,尤其是选用R134a较佳。采用R22、 R134a的另一好处是可选用现有汽车空调系统中的蒸发器、冷凝器及节流元件。但它们与活性炭构成工质对的吸附性能需进行测试。