氯化鈣-氨化學(xué)吸附制冷性能的實驗研究

1、氯化鈣-氨化學(xué)吸附制冷性能的實驗研究         06-02-25 15:02:00     作者：喇海忠 劉妮 歐陽新    編輯：凌月仙仙喇海忠 劉妮 歐陽新萍 鄔志敏摘要：本文在以氯化鈣氨為工質(zhì)對的兩床吸附式循環(huán)制冷系統(tǒng)上進行了實驗研究，對實驗過程中床內(nèi)壓力、電加熱器功率的動態(tài)變化進行了分析，并研究了不同的熱源溫度下吸附制冷性能參數(shù)(制冷量Qeva、COP)的變化。所得結(jié)果可為進一步的實驗研究和工程設(shè)計提供指導(dǎo)。 關(guān)鍵詞：氯化

2、鈣氨 化學(xué)吸附 制冷性能  0 前言20世紀(jì)70年代以來，隨著常規(guī)能源消耗的劇增、環(huán)境污染的加劇，人們對能源的節(jié)約和環(huán)境的保護引起廣泛的關(guān)注。其中，固體吸附制冷技術(shù)因其無大氣污染、能利用低品位熱源等優(yōu)點迎合了這種節(jié)能和環(huán)保的趨勢，并且引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛興趣。從目前國內(nèi)外對吸附制冷研究的現(xiàn)狀來看，對吸附制冷的研究主要集中在工質(zhì)對的選擇及其性能的分析1、高效吸附式熱力系統(tǒng)的研究以及吸附床內(nèi)傳熱傳質(zhì)的研究2 3等幾個方面。國內(nèi)外學(xué)者在化學(xué)吸附制冷方面也進行了相關(guān)的研究工作4-7，但其實驗裝置大多采用間歇式制冷的方式。本文建立了一套以氯化鈣氨為工質(zhì)對的兩床連續(xù)循環(huán)吸附制冷系統(tǒng)，并對其制冷性

3、能進行了初步實驗研究，為進一步的理論研究和工程設(shè)計提供了依據(jù)。1 實驗裝置及實驗方法本文所建立的氯化鈣氨吸附式制冷實驗裝置如圖1所示。整個系統(tǒng)由吸附/解吸床、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器、電加熱器、冷卻風(fēng)機以及相應(yīng)的連接管道和閥門等組成。吸附床采用殼管式換熱器的形式，管子采用翅片管，冷卻空氣或熱空氣（或煙氣）從管內(nèi)流過，殼程充填氯化鈣，以對氨進行吸附或脫附。冷凝器為套管式水冷冷凝器，蒸發(fā)器采用盤管形式浸沒在鹽水箱中。實驗過程中利用攪拌器不停攪拌鹽水，以增強換熱，并使箱內(nèi)水溫均勻。圖1 氯化鈣氨吸附式制冷實驗系統(tǒng) 實驗過程中(假定實驗開始時床1為解吸床，床2為吸附床) ，首先根據(jù)實驗研究要求的熱源溫度

4、設(shè)定好電加熱器上的溫度值，利用電加熱器加熱后的高溫模擬氣體(高溫空氣)加熱床1，此時閥門V1和V3開啟，V2和V4關(guān)閉，同時閥門A、C關(guān)閉，閥門B、D開啟；當(dāng)床1加熱到床內(nèi)的壓力等于或稍高于冷凝壓力Pc后，開啟閥門4讓解吸出來的制冷劑蒸汽進入冷凝器中冷卻，而電熱器繼續(xù)加熱床1進行解吸，通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整節(jié)流閥來實現(xiàn)等壓解吸過程；與此同時，開啟風(fēng)機對床2進行冷卻實現(xiàn)吸附過程，當(dāng)床2中的壓力等于或稍低于蒸發(fā)壓力Pe，開啟閥門2讓節(jié)流后的制冷劑實現(xiàn)蒸發(fā)制冷過程，并且吸附制冷過程中冷風(fēng)機一直冷卻吸附床2保持床體的壓力在Pe左右，這樣就實現(xiàn)了等壓吸附過程。等前半個循環(huán)周期結(jié)束后，即床1解吸完畢，床2吸附飽和

5、時，準(zhǔn)備切換兩床的狀態(tài)，先關(guān)閉閥門14，然后開啟閥門A、C和V2、V4，同時關(guān)閉B、D和V1、V3，使原來處于解吸狀態(tài)的床1切換為吸附狀態(tài)，床2切換為解吸狀態(tài)。分別對兩床進行預(yù)熱和預(yù)冷，當(dāng)床2和床1的壓力分別達到Pc和Pe后，開啟閥門1、3，同時關(guān)閉閥門2、4來實現(xiàn)等壓解吸和吸附過程，這樣就實現(xiàn)了一個連續(xù)循環(huán)周期。實驗中回質(zhì)過程為：在前半個循環(huán)周期將要結(jié)束，準(zhǔn)備切換兩床的狀態(tài)前，開啟閥門V0一定的時間(實驗研究中一般都是幾十妙)，使兩個床體直接連接，從而實現(xiàn)了回質(zhì)過程。2 實驗結(jié)果及分析2.1 實驗過程中床內(nèi)壓力的動態(tài)變化圖2和圖3為環(huán)境溫度T030、循環(huán)時間tcycle8h、回質(zhì)時間tmc3

6、5s的條件下，熱源溫度Th不同時，床內(nèi)壓力隨時間的變化。從圖2和圖3中可見，剛打開閥門制冷時床內(nèi)壓力有個突降的過程，主要是因為此時床內(nèi)解吸出來的制冷劑比較多，很快進入到冷凝器中進行冷卻，使床內(nèi)的壓力出現(xiàn)了突降的過程。隨后加熱解吸出來的制冷劑的量基本上達到穩(wěn)定，同時冷卻吸附的制冷劑也達到了穩(wěn)定，過程表現(xiàn)為等壓解吸和等壓吸附。圖2 Th110時，床內(nèi)壓力的變化圖3 Th130時，床內(nèi)壓力的變化2.2 瞬時加熱功率的動態(tài)變化圖4和圖5為T030、tcycle8h、tmc35s的實驗條件下，熱源溫度Th不同時，瞬時加熱功率隨時間的變化趨勢。從圖中可見， 熱源溫度分別為110、130時，在吸附制冷階段，瞬時加熱功率值Wh分別在7kW和9kW左右