氯化钙-氨吸附制冷单元管性能实验分析

    0　引　言

    随着世界经济的发展和全球工业化的影响,能源危机和环境恶化情况日益明显,国内外对环境保护的呼声日益高涨,发展节能和环保的新技术成为学术界研究的新热点。在传统的压缩式制冷系统中采用氟里昂作为制冷工质;该物质是造成大气臭氧层破坏的主要原因,因此制冷学界正致力于寻找CFCs的替代物以及新型的制冷循环。固体吸附式制冷技术具有无噪音、无污染、系统内无运动件、抗振性能好等优点,并可充分利用发动机排气、太阳能、电厂余热等低品位热能驱动,既节省了化石燃料的耗费,又满足了环境保护的要求,受到了学术界的广泛重视。

    目前,对固体吸附式制冷系统的研究已取得了一定的进展;国内外已有一些成功样机的报道[1～4],也有一些商品化的样机推入市场。美国沸石动力公司研制的以分子筛-水为工质对的连续回热型制冷系统,其制冷系数达1.2[5]。

    在对氯化钙-氨固体吸附式制冷系统单元管吸附床内传热传质理论分析的基础上[6],本文建立了吸附制冷单元管的性能实验装置,对单元管单位质量的制冷功率(SCP)以及系统性能系数(COP)的变化规律进行了分析讨论,得出了一些有益的结论。

    1　实验单管结构

    在固体吸附制冷系统的发生器结构中,吸附制冷单元管是重要的组成部分,其性能优劣关系到整个系统的工作特性。本文所研究的吸附制冷单元管为双套管式,如图1所示。它的外管采用碳钢管,内管是由不锈钢隔层作为吸附剂预胀缓冲带,内外两管之间填充经过预处理的颗粒状氯化钙,其颗粒直径0.1～0.2 mm,轴向稀疏布置横肋片。加热解吸时,发动机排气在单元管外由折流板折流为几个流程后横掠管束,与外管壁发生强制对流换热。吸附过程中采用冷却水在外管表面上降膜进行冷却。

    2　实验装置

    本文根据吸附制冷系统的实际运行环境,在文献[7]的基础上建立了吸附制冷单元管吸附床性能测试装置,其结构如图2所示。实验中所用制冷单管的部分参数见表1。

    整个装置由电加热器、制冷单管、冷凝/蒸发器、真空泵、阀门、热电偶及压力表构成。吸附制冷单管与冷凝蒸发器通过阀门相连,冷凝蒸发器兼有储液器的作用,并在其上加装液位镜,标定体积用来读取脱附出来的氨量。实验中所测各点的温度由镍铬-镍硅型热电偶来测定,测得的电势值由数字电压表读取。解吸过程中单元管由保温加热套加热,加热温度由变压器调节,使之在解吸过程中保持恒定。解吸过程结束后,关闭电源,开启冷却水循环系统对吸附器冷却,吸附蒸发器内的氨蒸汽产生制冷效果。真空泵用来在实验前对单管和冷凝蒸发器回路进行抽真空处理,以防管路内存有不凝性气体或水蒸气,从而对制冷单管的性能产生影响。