多功能热管型二级吸附制冷的循环特性研究

　　0引言

　　随着能源的短缺及全球性环境问题的日益严重,传统蒸汽压缩式制冷带来的CFcS及HCFCS间题促使寻找节能环保型制冷技术成为国际制冷界关注的热点。吸附式制冷作为一种利用可再生能源及低品位余热驱动的绿色制冷技术,采用环境友好型制冷剂作为工作介质,具有结构简单、使用寿命长、无噪音、ODP和GWP均为。的环保优点,近些年来得到了广泛的重视及迅速的发展。

　　目前,吸附制冷技术的研究主要集中在吸附制冷工质对、吸附制冷循环特性及吸附床传热传质强化等方面。吸附制冷工质对主要包括物理吸附工质对、化学吸附工质对及复合吸附工质对,相对物理吸附而言,以金属氯化物为主的化学吸附具有体积制冷量大的优点,有利于减小吸附机组的大小和制造成本,但存在膨胀、结块、吸附性能不稳定及传质性能差等缺点,而复合吸附剂兼顾了多孔介质及氯化物吸附剂的优点,可有效改善化学吸附剂所存在的这些问题。在吸附制冷循环特性研究方面,为了提高基本型循环的工作性能,提出了多种先进的循环方式,典型的有热波循环J、对流热波循环、回热循环及回质循环,上海交通大学将回质与回热循环相藕合,提出了回质回热型吸附循环,利用先回质、后回热方式显著提高了系统COP。但以上各种循环通常所需解吸热源温度较高,极大地限制了吸附制冷技术在低温场合的应用。

　　在利用低温余热方面,比较典型的循环为Saha等人提出的以硅胶一水为物理吸附工质的多床多级循环,在理论上为低温热源的回收利用进行了数值研究。吸附床传热传质问题一直是吸附制冷技术的瓶颈问题,也是长期以来研究的焦点冈,在低温热源利用领域显得尤为突出。本文在前人口。]利用热管技术强化吸附床换热的基础上,为了提高热量利用率,通过对多功能热管进行优化设计,研制了基于二次回热的二级吸附式制冷机组,采用二级循环方式来降低驱动热源的温度梯度;同时采用氯化钙和活性炭固化处理的复合吸附剂和氨作为吸附工质对,克服了化学吸附剂CaC12在吸附解吸过程中发生膨胀结块和传质传热差的缺点,在此基础上对二级吸附式制冷系统的循环特性进行了研究。

　　1二级吸附式制冷循环

　　化学吸附制冷循环与物理吸附制冷循环不同,化学吸附是单变量系统,其反应温度及压力的大小与氨络合物有关。对于以CaC12-NH3为吸附制冷工质对的制冷循环而言,其络合反应方程为:

　　二级吸附制冷循环与单级循环如图1所示。可以看出,在相同的吸附压力及温度下,单级循环的解吸温度为T3,相对而言由于二级吸附循环中制冷剂从吸附压力到解吸压力的压升(Pc-Pe)由两级压差来实现,从而降低了二级循环系统的解吸温度(T2),减少了解吸和吸附的温差(T-Ta),进而减少了有效能损失。