【精品】柴油机余热吸附式制冷系统的动力学实验研究

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1、2003年3月Mar.2003文章编号:1671-8097(2003)01-0010-05JournalofThermalScienceandTechnology柴油机余热吸附式制冷系统的动力学实验研究徐震，梅宁，（中国海洋大学工程学•院，山东言！摘要：戋出了一静发动机排吒余热驱7》的以氯化钙•零为工质;§对诙系冼辻行了泗试•得出了系统的工作特性曲損•井采用吸附制〉吹知吸附迄程中也传热传质特性迸行了研究•结果表阴•在逆定蒸2化•吸用床内的传质辻程主要受传热过程診响。关键词：茨附制冷；传热传质；非平衡中图分类号：TB6文献

2、标识码：A0引言热传质过程逬行了分析•提岀了一种吸附床的优化设计方法。对制冷机的研究应以对制冷单元的研究为基础•有关活性煤•甲醇制冷单元和分子筛-水制冷单元的研究已有文献报道但有关氯化钙■氨工质对制冷单元的研究文献尚不多见；与其他工质对相比,氯化钙■氨具有吸附量大，所需驱动热源温度低等优点，易于工程应用。本文对所设计的柴油机排气余热吸附式制冷系统进行了测试，得岀了制冷机的工作性能曲线,并建立了吸附制冷单管实验装置，对吸附床内传图1发生弄横截面图Fig・1Thecrossingsectionofrefrigerator牧■

3、日200240-161修回日期：2002-12-24.作者简介.梁«（1977-）.男•頊士研究生）梅宁（196］・〉・男•工学博士，教授•博士生导給随着世界能源消费量的急剧增加和地球环境的日益恶化，酸雨、臭氧层破坏、温室效应、能源短缺等成为各国急需解决的头等大事，同时人们对环境保护和能源的有效利用的认识有了进一步的提高•推进了一系列节能环保新技术的开发和利用。利用发动机余热、太阳能等低品位热源驱动的制冷机和热泵正受到世界各国越来越多的重视。目前太阳能驱动的固体吸附式制冰机已研制成功，但对于发动机排气余热驱动的吸附式制冷

4、机的研究还处在起步阶段。近年来出现了以氯化钙•氨⑴、分子筛■水⑵为工质的吸附式制冷机样机，多用于内燃机余热利用的场合，可用作保鲜、驾驶室空调等用途，文献［3］提出了一种制冷机设计方案,具有较高的实用性。1系统发生器及吸附床结构设计柴油机排气固体吸附式制冷系统多用于渔船保鲜和汽车空调等场合•要求系统结构简单，造价低，功率高，且不必采用回热循环等高效循环，可采用三床交替工作的基本循环方式。发动机排气流过发生器，以对流换热的方式与吸附床进行热虽交换，由于氯化钙吸附床为颗粒状多孔介质填充床，其导热系数较低，要想对其充分利用，必

5、须尽量滅小吸附床内沿径向的温度梯度•较有效的解决办法是减小氯化钙填充床的厚度以使单位体积的排气与吸附床之间有较大的换热面积。因此•将发生器设计成包含许多制冷单管在内的类似于管板式换热器的结构，管束呈叉排排列，发动机排气横略管束进行加热。发生器的横截面如图1所示.图2是吸附床结构示意图•为双套管式，它的外管采用碳钢管，内管是由不锈钢筛网围成的管芯，作为氨气岀入的孔道，加热解吸时，烟气进人发生器，在管外横掠管束进行加热，解吸过程结束后，切换冷却水对发生器进行冷却。外管与内管之间填充粒径0.1〜0.2mm的经过活化处理的氯化钙

6、颗粒，由于不同饱和程度的氯化钙其填充密度存在差异，为保持吸附床在制冷循环过程中均匀，可在吸附床内逐段添加铝制隔板。筛何孔道32吸附床结构图Fig・2Thestructureofadsorbentbed2吸附式制冷机性能分析吸附式制冷机性能测试装置如图3所示。该装置由荣油发动机、发生器、冷凝器、蒸发器、真空泵等设备组成，发动机排气管通过切换阀与发生器相连，切换阀的作用是使一组发生器被加热脱附的同时，另外两组可以被冷却吸附，以确保系统在工作过程中可以荻得连续的制冷效果。冷凝器和蒸发器均采用螺旋盘管式结构，蒸发器盘管浸入盛满

7、冷媒水的密闭水槽中，冷媒水的温度由恒温电加热器来维持，以便系统在工作过程中保持恒定的蒸发压力，系统的制冷功率通过测量电加热器的功率来求得。冷族器和发生器采用水冷方式，由液体泵来输送所需的冷却水，脱附过程中，吸附床中脱附岀的氨量由液位计读取，由此可计算出系统的制冷功率：功半计接发生器图3制冷机实验装置Fig・3ThetestbedofrefrigeratingsystemP=1jrdm<1)0式中:厂为氨的蒸发潜热，机为各时刻吸附的氨輦。所设计的制冷机结构参数如表1所示。表1钊冷机参数T・•rr烟气流！/(m3•h'270

8、0当发附床能脱儆匚中吸脱附过程可分为三个阶段:在第一阶段，氨的脱附速度非常缓慢，发动机排气中的热量主要用来增加壳体和吸附相的显焙；随着吸附床中的压力和温度持续升高，氨脱附量也逐渐增加，直到达到氨的脱附压力为止。在脱附过程的第二阶段，奴开始大重解吸出来并不断在冷凝器中冷凝为液相，此时发动机排气热量大部分被用作氨脱附反应