管式吸附床强化传热结构的研究

    1 引言

    20世纪70年代的能源危机为吸附式制冷技术的发展提供了契机,因为吸附式制冷系统可用低品位热源驱动,在余热利用和太阳能利用方面具有独到的优点。20世纪90年代全球保护环境的呼声越来越高,这为无氟制冷技术)))吸附式制冷技术的发展再次提供了良好的机会。今天,吸附式制冷技术在热泵、船舶制冷、汽车空调等场合的应用得到了广泛研究。

    与压缩式制冷系统中的压缩机一样,吸附床是吸附式制冷系统的核心部件,对吸附式制冷的研究也是以它为中心展开的。与压缩式系统不同的是,吸附式系统是以消耗热源作为补偿进行制冷的,没有任何机械运动部件,整个制冷循环过程是一个传热传质过程。影响系统性能的两个重要参数是传热系数(尤其以吸附剂的导热系数及吸附床与吸附器壁的传热系数为主)和传质系数。一般管式吸附床由吸附剂填充在一定形状的金属管内构成。吸附床在吸附制冷系统循环的加热解吸过程中将外界加给系统的热量传递给吸附床的吸附剂,使制冷剂从吸附床内的吸附剂内脱附出来;在冷却吸附的过程中将吸附床内吸附剂的能量释放出来,以便使吸附剂吸附制冷剂而产生蒸发制冷效果。

    吸附床的吸附脱附时间决定了制冷系统的循环时间。在太阳能利用中,由于吸附式制冷循环的周期较长,强化吸附床的传热还不是那么重要;随着余热能源在吸附式制冷中的利用,如何缩短吸附式制冷的循环周期,提高制冷功率成为大家研究的重心。要减少制冷系统的循环周期,就必须在对吸附床加热时,使外界的热量能够快速的传递到吸附床内的吸附剂;在冷却吸附床时,吸附剂内的热量可以很快的散发出来。因此,要提高吸附式制冷系统的性能,就要强化吸附床的传热性能,它是优化系统的基础。

    强化吸附床传热的一种简便易行的方法就是增大吸附床的有效传热面积,如加入换热肋片等。肋片的加入可以使吸附床温度的径向分布均匀,从而使脱附时间降低,但当肋片数量增到一定程度以后,再增加肋片数量不仅效果不明显,反而会导致吸附床质量增加和热惯性增大,从而不利于热量的利用。肋片的其他参数,如厚度、导热系数等则对整个吸附床的性能影响不大〔1〕。

    还有一种方法就是对整个吸附床的结构进行改进。这种改进方法也就是吸附床结构的发展历程。如早期的吸附床外形大多采用平板式盒子状结构。这结构尽管有效单位容积内充装的吸附剂量比圆管式多,但是在相同厚壁条件下没有圆管型承压能力强,而且圆管型吸附床的密封性也较好。因此目前各国研究者多采用圆管型吸附床的结构以强化床层的传热性能。本文主要研究的是圆管型吸附床的强化传热。