氯化鈣-氨化學(xué)吸附制冷性能的實(shí)驗(yàn)研究

1、氯化鈣-氨化學(xué)吸附制冷性能的實(shí)驗(yàn)研究         06-02-25 15:02:00     作者：喇海忠 劉妮 歐陽(yáng)新    編輯：凌月仙仙喇海忠 劉妮 歐陽(yáng)新萍 鄔志敏摘要：本文在以氯化鈣氨為工質(zhì)對(duì)的兩床吸附式循環(huán)制冷系統(tǒng)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中床內(nèi)壓力、電加熱器功率的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)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(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究和工程設(shè)計(jì)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(lái)，隨著常規(guī)能源消耗的劇增、環(huán)境污染的加劇，人們對(duì)能源的節(jié)約和環(huán)境的保護(hù)引起廣泛的關(guān)注。其中，固體吸附制冷技術(shù)因其無(wú)大氣污染、能利用低品位熱源等優(yōu)點(diǎn)迎合了這種節(jié)能和環(huán)保的趨勢(shì)，并且引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛興趣。從目前國(guó)內(nèi)外對(duì)吸附制冷研究的現(xiàn)狀來(lái)看，對(duì)吸附制冷的研究主要集中在工質(zhì)對(duì)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(gè)方面。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在化學(xué)吸附制冷方面也進(jìn)行了相關(guān)的研究工作4-7，但其實(shí)驗(yàn)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(duì)的兩床連續(xù)循環(huán)吸附制冷系統(tǒng)，并對(duì)其制冷性

3、能進(jìn)行了初步實(shí)驗(yàn)研究，為進(jìn)一步的理論研究和工程設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。1 實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法本文所建立的氯化鈣氨吸附式制冷實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。整個(gè)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(jī)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(guò)，殼程充填氯化鈣，以對(duì)氨進(jìn)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(méi)在鹽水箱中。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中利用攪拌器不停攪拌鹽水，以增強(qiáng)換熱，并使箱內(nèi)水溫均勻。圖1 氯化鈣氨吸附式制冷實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中(假定實(shí)驗(yàn)開始時(shí)床1為解吸床，床2為吸附床) ，首先根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(shí)閥門V1和V3開啟，V2和V4關(guān)閉，同時(shí)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(lái)的制冷劑蒸汽進(jìn)入冷凝器中冷卻，而電熱器繼續(xù)加熱床1進(jìn)行解吸，通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整節(jié)流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)等壓解吸過(guò)程；與此同時(shí)，開啟風(fēng)機(jī)對(duì)床2進(jìn)行冷卻實(shí)現(xiàn)吸附過(guò)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(shí)現(xiàn)蒸發(fā)制冷過(guò)程，并且吸附制冷過(guò)程中冷風(fēng)機(jī)一直冷卻吸附床2保持床體的壓力在Pe左右，這樣就實(shí)現(xiàn)了等壓吸附過(guò)程。等前半個(gè)循環(huán)周期結(jié)束后，即床1解吸完畢，床2吸附飽和

5、時(shí)，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(shí)關(guān)閉B、D和V1、V3，使原來(lái)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(duì)兩床進(jìn)行預(yù)熱和預(yù)冷，當(dāng)床2和床1的壓力分別達(dá)到Pc和Pe后，開啟閥門1、3，同時(shí)關(guān)閉閥門2、4來(lái)實(shí)現(xiàn)等壓解吸和吸附過(guò)程，這樣就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)連續(xù)循環(huán)周期。實(shí)驗(yàn)中回質(zhì)過(guò)程為：在前半個(gè)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(shí)間(實(shí)驗(yàn)研究中一般都是幾十妙)，使兩個(gè)床體直接連接，從而實(shí)現(xiàn)了回質(zhì)過(guò)程。2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析2.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中床內(nèi)壓力的動(dòng)態(tài)變化圖2和圖3為環(huán)境溫度T030、循環(huán)時(shí)間tcycle8h、回質(zhì)時(shí)間tmc3

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