吸附制冷机组错相群组运行特性的研究.pdfVIP

中国工程热物理学会 工程热力学和能源利用 学术会议论文 编号：091109 吸附制冷机组错相群组运行特性研究 李胜 吴静怡 王如竹 狄杰 上海交通大学制冷与低温工程研究所， 上海 200240 (Tel: 021 E-mail:listen@sjtu.edu.cn) 摘 要：本文主要针对吸附式制冷机组制冷量输出的波动性和间歇性的问题，通过动态模拟，对吸附 式制冷机组错相群组运行的特性进行了研究。主要研究了系统的能量特性、相位差和机组数量的影响、 蓄冷设备容量的影响等问题，并得到了最佳相位差、最优机组数量等重要参数。本文的研究成果可为 吸附制冷机组群组运行的系统设计和运行控制提供指导。 关键词： 吸附式制冷；相位；群组运行；特性；控制 0 前言 吸附式制冷是一种节能环保的制冷方式，具有零ODP(臭氧消耗系数) 、零GWP(全 球暖化系数)等优点。吸附式制冷系统以其良好的低温驱动性能，在太阳能、余热回收 利用中能够发挥巨大的作用[1] 。同时，吸附式制冷系统具有无噪声、无污染、内部无运 动部件、抗震性能好等优点，在渔船制冰[2] [3] 、汽车空调 等方面得到越来越多的应用。 在吸附式制冷机组的实际使用中，面临能量输入输出的波动性和间歇性的问题[4] ， 这是由吸附解吸作用的动态机理所决定的。其中，制冷量的波动和间歇输出对用户使用 的影响尤为突出。当系统冷量需求较大时，一台吸附制冷机组往往不能满足使用要求， 这就要求系统中有多台机组群组运行。运行过程中，可使各吸附制冷机组之间存在一定 的运行相位差，使得各台机组的制冷量高低互补，从而达到减小制冷量的波动的目的。 本文就多台吸附制冷机组错相群组运行的特性和运行策略进行探讨，并研究蓄冷设备的 影响。通过以上研究，为吸附制冷机组群组运行的系统设计和运行控制提供指导。 1 吸附制冷机组介绍 [4] 图 1 为上海交通大学研制的一种回热回质型硅胶－水吸附制冷机 。该机组可由 55-90℃热源驱动，额定制冷量为10kW。该机组已成功地应用到太阳能制冷系统和微型 冷热电联供系统等场合。机组分为3 个隔离工作腔。工作腔A 和B 是吸附/解吸腔，均 包含吸附床、冷凝器和隔离器3 个部分。工作腔C 为一重力热管，热管蒸发段为蒸发器， 热管冷凝段为工作腔A 和B 中的两个隔离器。重力热管的单向传热特性保证了热量从 蒸发器到隔离器的单向传递，而避免了解吸过程中热量从隔离器向蒸发器的回流，隔离 器因此而得名。 机组工作周期为2200s ，由两个对称的半周期构成。每个半周期由3 个工作过程组 成：（1）吸附/解吸过程，900 s ；（2 ）回质过程，180 s；（3 ）回热过程，20 s 。关于各个 工作过程的具体工作机理可参见文献[4]、[5]。 在上半个周期结束时，下半个周期开始。在下半周期，工作腔A 、B 的状态完全互 基金项目： 国家自然科学基金 (No. 。 换，由阀门组件的状态转换来实现热水和冷却水的切换，从而实现腔体内吸附/解吸过 程的切换。由此，解吸后的吸附床将切换到吸附过程，而吸附后的吸附床则切换到解吸 过程。通过这种方式，实现冷量的连续输出。 图1 硅胶－水吸附制冷机的结构和循环水路示意图[4] 2 吸附制冷机组动态模拟和实验验证 2.1 数学模型 吸附制冷机组动态模拟的数学模型总体上可分为以下3 个部分： （1） 吸附速率方程 由于传质阻力，吸附剂的实际吸附/解吸过程是非平衡的，需采用吸附速率方程来描 述吸附/解吸量随时间的变化关系(吸附速率) ： dx 15D 