燃料电池汽车余热驱动吸附制冷循环方式的研究

    1 引言

    吸附式制冷作为环境友好的制冷方式和利用低品位能源的有效工具,已受到广泛重视,并且在各国学者的不懈努力下,在吸附制冷循环方式上取得了重要进展,提出了众多的循环方式[1-5]。燃料电池汽车余热驱动的吸附式制冷具有依靠余热驱动,不降低汽车动力性能,以及工质不污染环境的特点,然实用化过程中,如何利用燃料电池余热来驱动吸附式制冷系统涉及到多方面的问题。本文通过对吸附式制冷各种循环方式进行分析比较,确定采用的燃料电池汽车余热驱动的吸附式制冷循环方式。

    2 循环方式概述

    从工作原理来看,吸附制冷循环可分为间歇型和连续型,间歇型表示制冷是间歇进行的,往往采用一台吸附床;连续型则采用二台或二台以上的吸附床交替运行,可保障连续吸附制冷。如果吸附制冷单纯由加热解吸和冷却吸附过程构成,则对应的制冷循环方式为基本型吸附制冷循环。如果对吸附床进行回热,则根据回热方式不同,又分为双床回热、多床回热、热波与对流热波等循环方式[6]。下面简单阐述这几种循环的基本原理。

    2.1 基本循环

    基本的吸附式循环由发生在吸附床中的四个过程(加热、解吸、冷却、吸附)以及蒸发器和冷凝器中的两个过程组成(见图1和图2)。

    在这个循环中,外部的加热源加热吸附床,当吸附床的压力达到冷凝压力后与冷凝器连接,吸附床内解吸出来的吸附质进入冷凝器冷凝后进入蒸发器。加热解吸结束后对吸附床进行冷却,当吸附床内的压力达到蒸发压力后与蒸发器连接,开始吸附蒸发器中的吸附质,从而使吸附剂在蒸发器内蒸发并产生制冷效果。由此可见,在整个循环过程中,加热和冷却交替进行,制冷过程是间歇进行的,所以也将基本循环称为间歇循环。这种循环方式的缺点是制冷量不连续、循环周期长、性能系数太小。该循环方式主要用于太阳能制冷和简单的余热利用。

    2.2 回热循环

    回热循环依靠床与床之间能量的交换来实现显热、吸附热等热量的回收,不仅可实现连续供冷,而且可大大提高系统COP。其系统示意图及热力学原理图如图3和图4所示。

    两个吸附床并联反相工作,即吸附床A在解吸结束开始冷却时,吸附床B则处于吸附结束开始加热阶段,由图4可以知道,此时吸附床A的温度高于吸附床B的温度,若采用换热流体在两吸附床之间循环,可以将吸附床A排出的热量传递给吸附床B (这部分回热量如图4中由吸附床A指向吸附床B的虚线所示),这样可以减少由加热器提供给吸附床B的加热量,反之亦然。总的来说由外界提供的加热量减少了,系统的COP可以得到提高。