回质回热对吸附式制冷循环性能的影响

　　1 前言

　　吸附式制冷循环具有环境友好性、可直接利用一次能源以及无运动部件等优点,越来越受到人们的重视,但同时由于吸附剂、制冷剂工质对传热传质性能的限制,使 之具有循环COP及能量密度较低的缺点。近年来许多科研人员对此做了大量的工作,主要集中在:(1)提高工质对的吸附性能及发现新的优良工质对;(2)改 进循环方式;(3)强化装置的传热传质;(4)缩短循环周期。

　　其中在改进循环方式方面,在基本循环的基础上提出了多床连续循环、连续回热循环、热波循环以及多效循环等;基本循环适合于太阳能等不连续热源场合;连续及 连续回热循环适合于余热回收或低品位热能利用,能提供连续的冷量;热波循环具有最高的理论性能,但非常难以实现;多效循环可以得到较高的能量利用率但系统 较复杂;在实验中,我们提出了回质循环,并认为回质可以较好地改善循环性能。本文对于回质和回热以及回质回热复合过程对吸附式制冷循环的性能影响进行了定 性分析和定量计算,与基本循环、回热循环进行了对比,进一步揭示了回质和回热对循环性能影响的变化规律。

　　2 循环特点

　　2.1 基本循环

　　图1中过程a₂—g₁—g₂—a₁—a₂为基本循环中吸附床的基本热力过程。吸附床分别在a₂—g₁—g₂过程加热解吸和在g2—a₁—a₂过程降温吸附,是一个间歇过程,适合于太阳能等不连续热源场合。循环周期长,性能系数较低。在此基础上人们设计了2床连续循环,可以进行连续制冷,但性能与基本循环没有区别。

　　2.2 回热循环

　　采用双吸附床的回热循环运行时一床处于加热解吸状态,另一床处于冷却吸附状态,当两床切换后,在一定时间内加热床的温度低于冷却床的温度,因此可以将冷却 床放出的热量传给加热床,从而可以大大提高循环效率。如图1所示理想情况下可以回热到两床温度相等的e、e´状态,经回热后加热床加热过程可免去a₂—g₁—e过程,此即为回热量,分析表明回热量可以达到所需供热量的30%左右。

　　2.3 回质循环

　　回质循环如图2中过程a₂—a₃—g₁—g₂—g₃—ac₁—a₂所示,采用两床反相循环,当A、B两床分别处于循环半周期末时,即g₂和a₂状态,A床温度和压力都很高,而B床则处于低温低压状态,此时可以通过阀门将两床连通,使A床的高温高压蒸气进入B床;这样A床压力降低的同时又促进了自身的解吸,而B床压力升高并增加了吸附量,直到两床压力平衡为止,如图2中的a₃点 和g3点,对应压力近似为冷凝压力和蒸发压力之平均值,回质结束后的过程同基本循环。在回质的过程中不进行加热或者冷却,为近似绝热状态;过程的结果使A 床降压降温,B床升温升压。由于压力平衡很快,所以循环时间可以大大缩短,同时等容升压和等容降压所需的热量和冷量也有所减小,更为重要的是,A床解吸量 增加,B床吸附量增加,相当于增加了循环的总解吸量,即增加了制冷量。