探究船舶分离式热管吸附制冷系统

张俊爽（广州航海学院，广东广州　510725）



探究船舶分离式热管吸附制冷系统

张俊爽
（广州航海学院，广东广州510725）

【摘 要】作为一种重要的绿色制冷技术，吸附式制冷完全符合节能、减排的要求。而且可以运用余热来驱动固体吸附式制冷，从而对大量的低品位热能进行有效的利用，减少了GHG的排放。本文对船舶分离式热管吸附制冷技术进行了简要的介绍，并对船舶分离式热管吸附制冷系统进行了设计，供相关人员参考。

【关键词】船舶分离式热管吸附制冷系统

出于节能减排、减少温室气体排放量和臭氧层消耗的考虑，当前在世界范围内开始进行船舶分离式热管吸附制冷系统的研究。航运业具有运输吨位大、运输成本低的特点，已经成为了全球货物运输的重要载体。运用船舶分离式热管吸附制冷系统能够进一步降低船舶的能耗和污染，从而降低运输成本。

1　船舶分离式热管吸附制冷系统

我国行业发展非常迅速，而船舶又是载运量比例最大的载运工具，其节能效果会对航运业的发展和国民经济水平的提高造成直接的影响。因此在航运业中，积极推行绿色节能理念非常重要。吸附式制冷是一种符合节能减排要求的绿色智能技术，运用余热进行驱动，能够对太阳能、余热等低品位热能进行有效的利用，减少温室气体的排放量，对臭氧层也无耗散作用，属于环境友好型制冷方式。然而其缺点在于COP较低、制冷量较小，这也使热管吸附系统具有较大的体积，一定程度上阻碍了该系统的发展。当前的分离式热管吸附制冷系统的研究领域主要集中在系统的结构和循环受到吸附床的吸附工质、传热，传质的影响方面。吸附床是吸附式制冷系统的设计要点，起到了“热压缩机”的作用。压缩机性能的好坏可以通过吸附床的传热传质性能表现出来［1］。

在船用柴油机的燃烧产热中，有30%-45%为尾气含的热量，而且排气温度能够达到400℃。吸附制冷系统能够对柴油机的尾气进行充分的利用，进行空调制冷，具有良好的经济效益。

2　船舶分离式热管吸附制冷系统的设计

对船舶分离式热管吸附制冷系统的性能进行衡量的关键指标有两个：SCP（该系统的单位质量吸附剂的制冷量）、COP。通过吸附式制冷的高级循环能够对COP进行有效的提高。在系统要求的制冷功率下，必须对SCP进行提高，才能进一步减少吸附剂的填充量，从而使整个吸附床的体积得到减小。而提高SCP的方法就是对循环时间进行缩短。当前有两种技术能够缩短循环时间，一种是强化吸附床的传热，另一种是将低压条件下吸附剂的传质的提高。氨气、水的吸附过程中，化学吸附剂可能会出现结块，在低压条件下，结块现象会造成传质恶化。此时可以运用传质通道和混合吸附剂来解决这一问题。而针对吸附传热阻较大的问题，主要是对吸附床的传热进行强化。要将吸附床的总热阻降低，有以下几种方法：①在直接换热式吸附床中，可以将吸附床自身的热阻降低。吸附床会承受部分制冷机的腐蚀作用，以及高低温的交替作用，必须选择具有一定耐受性的材料，并增加材料的厚度。这也造成了吸附成就较高的热阻，对其传热性能造成了阻碍，此时可以应用热管技术。②将吸附剂和吸附床换热器之间的换热面积增大，通过表面涂层的方式使接触热阻降低。③将冷、热源与吸附床换热器之间的换热面积和换热系数增大［2］。

在制冷循环中，吸附床具有热压缩机的作用。冷却吸附和吸热解吸是吸附床的两个主要过程，这两个过程相互独立。同一个吸附床不能在同一时间放出高温冷气并吸进低温冷剂。因此单床系统只具有间歇式的热压缩机作用，而不能起到连续热压缩机作用。这就需要使用两个交替运行的吸附床，本文将其设定为吸附床甲和乙，吸附床甲解吸时吸附床乙吸附，吸附床甲吸附时吸附床乙解吸，交替进行。

交换热段设置在吸附床分离热管的烟气管道和冷却海水槽中，两个吸附床共设置4个换热段，具有比较庞大的布置。在工作的过程中，两个吸附床交替进行冷却和加热，其中的两个换热段也在交替工作。在本文中吸附床甲和吸附床乙对烟气管道段和海水槽段进行共用。

在该系统中，将8个电磁阀（①-⑧）安装在分离式热管的冷凝液下降管和蒸汽上升管上，从而实现远程控制。以8个电磁阀为依据，对吸附床甲和吸附床乙的交替解析和吸附过程进行远程控制。先将电磁阀⑦、⑥、③、②打开，将电磁阀⑧、⑤、④、①关闭。这时吸附床甲内的烟气管道和热管相互连接，烟气温度高于吸附床甲内的温度，约为400℃，出现了较大的温差，开始启动分离式热管。以压吸附床甲的热管作为冷凝段，开始持续加热吸附床甲。在吸热之后，吸附床甲内的吸附工质很就会将氨气释放出来。在吸附床乙中，海水冷却槽段和热管相互连接，完成解吸之后，冷却海水槽内的温度约为30℃，吸附床乙的温度约为170℃。此时启动分离式热管，蒸发段为吸附床乙的热管，冷却吸附床乙。对氯化钙进行吸附之后，吸附床乙的温度会逐渐降低，并且对制冷剂氨气进行吸附。通过单向阀，将蒸发器出口的氨气输送入吸附床乙［3］。

然后将电磁阀⑧、⑤、④、①打开，将⑦、⑥、③、②关闭，此时将冷却海水槽段与吸附床甲连接，冷却吸附吸附床甲。将烟气管道段与吸附床乙连接，加热解吸吸附床乙。

通过交替进行以上两个过程，能够使船舶分离式热管吸附制冷系统，实现连续制冷。4个单向阀能够避免在解吸的过程中吸附床将氨气送入蒸发器，同时也可以有效的避免在吸附的过程中进入冷凝器的氨气重新回到吸附床中。

3　结语

本文简要的介绍和分析了船舶分离式热管吸附制冷系统，并对其进行了设计。在环境，恶化、能源紧张的形势下，船舶分离式热管吸附制冷系统具有广阔的应用前景，能够极大的减少，船舶污染和能耗，对于推动我国的船舶运输业发展以及推动国民经济的发展都有着积极的作用。当前的船舶分离式热管吸附制冷系统仍然具有一些缺点，例如系统体积较大、COP较小、制冷功率较小等，而且传热传质的性能还有待提高，这也是未来船舶分离是这款西服制冷系统的研究和发展方向。

参考文献：

［1］何兆红，鲁涛，黄宏宇，等.新型吸附床的研究进展［J］.化学工程，2011（10）.

［2］侯庆林，马连湘.化学吸附式制冷吸附床的模拟研究与结构分析［J］.青岛科技大学学报（自然科学版），2014（01）.

［3］李海霞，闫静雯.用导热理论确定制冷吸附床偏心距的数值模拟研究［J］.河南理工大学学报（自然科学版），2010（02）.