低压蒸汽驱动复合吸附剂-氨吸附冷冻系统的仿真和实验研究

摘要

随着世界经济的发展以及能耗的增加，能源与环境问题目前已经成为全世界所共同关注的一个热点问题，吸附式制冷因其在节能和环保方面具有的独特优势受到了国内外越来越多的关注。 本文介绍一台新型研制的复合吸附剂-氨吸附冷冻机组的结构和原理。整个制冷机主要由1个冷却器、2个吸附床、1个蒸汽发生器、2个冷凝器和2个氨满液式蒸发器组成。吸附床的加热解吸和冷却吸附工作过程的切换依靠吸附床内的加热/冷却热管完成。只需要7个阀门即可以完成包括回质过程的切换，大大减少了阀门的个数，提高了系统的运行可靠性并降低了系统加工成本，而且机组按照设备样式设计，结构紧凑，满足实用化需要。本文的研究工作对帮助吸附式制冷系统的实用化和商业化具有重要的意义。主要研究工作内容包括： 建立了系统动态运行过程的仿真模型，并进行了数值求解。通过实验，验证了系统仿真模型的正确性，证实该仿真模型能够较好地反映系统的动态运行特性，为研究新型吸附式制冷系统的性能变化规律及产品的系列化开发提供了设计参考。 搭建了测试制冷样机的实验台，对吸附冷冻系统各个部件的工作性能进行了测试。并对工作过程中不同加热/冷却时间、不同回质时间、不同冷却水温度，不同冷冻水温度等工作工况下的系统性能进行了大量的试验研究。 实验数据表明复合吸附剂的使用和双热管式吸附床的设计，可以很好强化吸附床内的传热过程，吸附床在加热过程中的平均换热系数为745.4 W.m-2. oC-1，冷却过程中的平均换热系数为832.6 W.m-2. oC-1；加快了吸附和解吸的速度，使得吸附床的吸附和解吸周期缩短，加热和冷却时间为25分钟。 该机组在热源温度变化区间为100～140oC、冷却水温度为25oC、蒸发温度为-15oC,时，机组的平均制冷量为11.4kW，COP为0.28。机组性能良好，分别达到设计要求的114％和140％。 通过实验数据检验了冷冻机组结构、吸附床和换热器部件设计的合理性和有效性。证明双热管式吸附制冷机这种新型结构的有效性和可行性。