废气余热驱动制冷管的制冷特性研究

    1 前言

    吸附制冷具有不耗电、无运动部件、系统简单、能利用低品位能源、安全可靠和无噪声等优点[1]。全球性能源危机使人们重视以低位热能为动力的吸附式制冷方法,即利用太阳能、工业余热吸附制冷。20世纪90年代以来,/温室效应0、/臭氧层破坏0等全球性问题接踵而来,极大地冲击了现代制冷领域。世界各国都在寻找替代CFCs的制冷剂和积极研究其他非压缩制冷方式,因而吸附制冷以其独特的优点倍受关注,已成为国内外竞相开发的热点[2,3,4]。

    该制冷管具有封闭独立的结构,采用分子筛-水工质对,可利用大功率工程车的尾气余热驱动。在制冷管结构及吸附剂的量一定的情况下,吸附剂的最大吸附量等于环境温度下的饱和吸附量。但环境温度是变化的,从而吸附剂的最大吸附量也是变化的。因此,存在一个最佳的充注量。由于吸附制冷管是一个简单的封闭单元,它的制冷特性与环境温度、风速、制冷剂量大小等多种因素有关。利用电加热炉模拟废气余热作为高温热源,对制冷管制冷特性进行试验研究,以期找到较好的制冷管的参数。

    2 制冷管的结构、工作原理及实验步骤

    (1)制冷管的结构及工作原理

    图1为采用分子筛-水工质对的制冷单管,其工作原理为:当钢管受到低温热源加热时,钢管里面的分子筛将脱附水蒸气状态的水分,同时水蒸气在连通的铜管里冷凝成液态水;停止加热,同时利用环境空气冷却钢管,此时分子筛将吸附水蒸气,造成压力急剧下降,使钢管里的液态水蒸发。液态水不断蒸发吸收环境热量,达到制冷的目的。这种吸附式制冷管的优点为:封闭性良好;通过选取的制冷管的数目,可以满足不同制冷量的需求;结构简单易于制造也易于规模化生产;采用风冷,适用范围广。

    (2)实验系统简介

    如图2所示,模拟电加热器1由温控器6控制和调节,热电偶3和压力器8输出电流信号,可由计算机处理,分别得到温度值和压力大小,采样周期为1 min。

    (3)实验步骤:

    ①(a)打开图2的抽气接口,并把制冷管的钢管部分放进加热炉,使分子筛脱附。(b)过15~20min左右,抽气接口接上从真空泵引出的管子,利用真空泵抽出制冷管里的空气。(c)待制冷管里压力为50 Pa时关闭抽气接口,停止抽气,并且观察压力值是否变化。(d)确定制冷管里压力不变后取出制冷管,过25~30 min左右,通过注水接口对制冷管注水。(e)待制冷管外壁温度达到室温后,将制冷管与另一根制冷管钢管部分放进加热炉,观察制冷管外壁温度变化。(f)过55~65 min左右,当制冷管外壁温度略高于室温1~4℃后取出制冷管,使制冷管吸附制冷,得到对流条件下的制冷性能对比。