回热型吸附式空调动态特性

    吸附制冷在利用余热、新能源方面具有优势,并且不产生温室效应和臭氧层损耗问题,近来广受关注,商业开发研究的步伐大大加快.目前,国内外学者已成功研制了适合于各种特定应用场合的不同类型的吸附制冷样机[1～3],本研究室构建了活性炭-甲醇回热型吸附式空调样机[4,5].

    本文基于实验,研究了有关时间因素(如回热时间、回质时间、半周期时间)对样机性能制冷系数COP和单位质量制冷功率SCP的影响,并分析SCP的瞬态特性、实际循环p-T图的特点.

    1　回热与回质

    样机实验中的回热[5]是指通过水回路的球阀组切换使两吸附床通过回热水回路连通,而与加热器、冷却器断开,并由冷剂回路的电磁阀组断电使两床与冷凝器、蒸发器断开.样机实验中的回质指在实验中采取的一个特殊措施(也可称为回热加回质),即在回热开始一小段时间内,由电磁阀组的切换,使两个吸附床通过冷剂回路相连通(此时与冷凝器连通但与蒸发器断开),压力较高的床(热床)内的大量冷剂蒸气直接进入压力较低的床(冷床),从而两床的压力快速平衡,达到了使冷床快速升压、热床快速降压的效果.

    在回热加回质过程中,两床不仅内部传热流体管路由回热水回路连通,而且内部吸附剂侧也由冷剂回路连通.回质过程结束的标志是两床压力达到平衡,当两床压力接近时,应即关闭电磁阀以结束回质,其后则是单纯的回热过程.

    由回热型吸附式空调基本工作原理[6],可分析并推断回热加回质过程具有如下优点:

    (1)通过回质,刚结束吸附的床(即未来的解吸床)得到了冷剂,将向冷凝器产生更大的解吸量;刚结束解吸的床(即未来的吸附床)排出了冷剂,将对蒸发器中的冷剂蒸气产生更大的吸附量.故系统中冷剂循环量明显增加,从而SCP会有显著提高.

    (2)回热时间长, COP增大,但回热时间太长对供冷不利,即通过回热提高COP以减少SCP为代价.通过回质,冷床压力快速升高,冷剂蒸气在床内剧烈流动,吸附剂侧换热加强,使回热效果增强,冷床升温速度明显提高;同时大量冷剂由热床排向冷床时带走了大量热能,热床在回热中的降温也加快;故在较短的回热时间即可获得较高的COP,弥补回热导致SCP减小的不利影响.

    以上两个优点在下述实验中已得到验证.    在热源温度θh=103°C,环境温度θo=24°C,供风温度θf=13°C,回热时间tr=3 min,循环半周期时间t=15 min的工况下,按单纯的回热,测得SCP=106 W/kg、COP=0.244.如在此工况下,回热开始时加上0. 5 min回质,实验结果为SCP =113 W/kg、COP=0.283,即在此工况下,0.5 min的回质可使SCP提高6%,并使COP提高16%.

    2　实际循环p-T图