探究船舶分離式熱管吸附制冷系統

張俊爽（廣州航海學院，廣東廣州　510725）

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探究船舶分離式熱管吸附制冷系統

張俊爽
（廣州航海學院，廣東廣州510725）

【摘 要】作為一種重要的綠色制冷技術，吸附式制冷完全符合節能、減排的要求。而且可以運用余熱來驅動固體吸附式制冷，從而對大量的低品位熱能進行有效的利用，減少了GHG的排放。本文對船舶分離式熱管吸附制冷技術進行了簡要的介紹，并對船舶分離式熱管吸附制冷系統進行了設計，供相關人員參考。

【關鍵詞】船舶分離式熱管吸附制冷系統

出于節能減排、減少溫室氣體排放量和臭氧層消耗的考慮，當前在世界范圍內開始進行船舶分離式熱管吸附制冷系統的研究。航運業具有運輸噸位大、運輸成本低的特點，已經成為了全球貨物運輸的重要載體。運用船舶分離式熱管吸附制冷系統能夠進一步降低船舶的能耗和污染，從而降低運輸成本。

1　船舶分離式熱管吸附制冷系統

我國行業發展非常迅速，而船舶又是載運量比例最大的載運工具，其節能效果會對航運業的發展和國民經濟水平的提高造成直接的影響。因此在航運業中，積極推行綠色節能理念非常重要。吸附式制冷是一種符合節能減排要求的綠色智能技術，運用余熱進行驅動，能夠對太陽能、余熱等低品位熱能進行有效的利用，減少溫室氣體的排放量，對臭氧層也無耗散作用，屬于環境友好型制冷方式。然而其缺點在于COP較低、制冷量較小，這也使熱管吸附系統具有較大的體積，一定程度上阻礙了該系統的發展。當前的分離式熱管吸附制冷系統的研究領域主要集中在系統的結構和循環受到吸附床的吸附工質、傳熱，傳質的影響方面。吸附床是吸附式制冷系統的設計要點，起到了“熱壓縮機”的作用。壓縮機性能的好壞可以通過吸附床的傳熱傳質性能表現出來［1］。

在船用柴油機的燃燒產熱中，有30%-45%為尾氣含的熱量，而且排氣溫度能夠達到400℃。吸附制冷系統能夠對柴油機的尾氣進行充分的利用，進行空調制冷，具有良好的經濟效益。

2　船舶分離式熱管吸附制冷系統的設計

對船舶分離式熱管吸附制冷系統的性能進行衡量的關鍵指標有兩個：SCP（該系統的單位質量吸附劑的制冷量）、COP。通過吸附式制冷的高級循環能夠對COP進行有效的提高。在系統要求的制冷功率下，必須對SCP進行提高，才能進一步減少吸附劑的填充量，從而使整個吸附床的體積得到減小。而提高SCP的方法就是對循環時間進行縮短。當前有兩種技術能夠縮短循環時間，一種是強化吸附床的傳熱，另一種是將低壓條件下吸附劑的傳質的提高。氨氣、水的吸附過程中，化學吸附劑可能會出現結塊，在低壓條件下，結塊現象會造成傳質惡化。此時可以運用傳質通道和混合吸附劑來解決這一問題。而針對吸附傳熱阻較大的問題，主要是對吸附床的傳熱進行強化。要將吸附床的總熱阻降低，有以下幾種方法：①在直接換熱式吸附床中，可以將吸附床自身的熱阻降低。吸附床會承受部分制冷機的腐蝕作用，以及高低溫的交替作用，必須選擇具有一定耐受性的材料，并增加材料的厚度。這也造成了吸附成就較高的熱阻，對其傳熱性能造成了阻礙，此時可以應用熱管技術。②將吸附劑和吸附床換熱器之間的換熱面積增大，通過表面涂層的方式使接觸熱阻降低。③將冷、熱源與吸附床換熱器之間的換熱面積和換熱系數增大［2］。

在制冷循環中，吸附床具有熱壓縮機的作用。冷卻吸附和吸熱解吸是吸附床的兩個主要過程，這兩個過程相互獨立。同一個吸附床不能在同一時間放出高溫冷氣并吸進低溫冷劑。因此單床系統只具有間歇式的熱壓縮機作用，而不能起到連續熱壓縮機作用。這就需要使用兩個交替運行的吸附床，本文將其設定為吸附床甲和乙，吸附床甲解吸時吸附床乙吸附，吸附床甲吸附時吸附床乙解吸，交替進行。

交換熱段設置在吸附床分離熱管的煙氣管道和冷卻海水槽中，兩個吸附床共設置4個換熱段，具有比較龐大的布置。在工作的過程中，兩個吸附床交替進行冷卻和加熱，其中的兩個換熱段也在交替工作。在本文中吸附床甲和吸附床乙對煙氣管道段和海水槽段進行共用。

在該系統中，將8個電磁閥（①-⑧）安裝在分離式熱管的冷凝液下降管和蒸汽上升管上，從而實現遠程控制。以8個電磁閥為依據，對吸附床甲和吸附床乙的交替解析和吸附過程進行遠程控制。先將電磁閥⑦、⑥、③、②打開，將電磁閥⑧、⑤、④、①關閉。這時吸附床甲內的煙氣管道和熱管相互連接，煙氣溫度高于吸附床甲內的溫度，約為400℃，出現了較大的溫差，開始啟動分離式熱管。以壓吸附床甲的熱管作為冷凝段，開始持續加熱吸附床甲。在吸熱之后，吸附床甲內的吸附工質很就會將氨氣釋放出來。在吸附床乙中，海水冷卻槽段和熱管相互連接，完成解吸之后，冷卻海水槽內的溫度約為30℃，吸附床乙的溫度約為170℃。此時啟動分離式熱管，蒸發段為吸附床乙的熱管，冷卻吸附床乙。對氯化鈣進行吸附之后，吸附床乙的溫度會逐漸降低，并且對制冷劑氨氣進行吸附。通過單向閥，將蒸發器出口的氨氣輸送入吸附床乙［3］。

然后將電磁閥⑧、⑤、④、①打開，將⑦、⑥、③、②關閉，此時將冷卻海水槽段與吸附床甲連接，冷卻吸附吸附床甲。將煙氣管道段與吸附床乙連接，加熱解吸吸附床乙。

通過交替進行以上兩個過程，能夠使船舶分離式熱管吸附制冷系統，實現連續制冷。4個單向閥能夠避免在解吸的過程中吸附床將氨氣送入蒸發器，同時也可以有效的避免在吸附的過程中進入冷凝器的氨氣重新回到吸附床中。

3　結語

本文簡要的介紹和分析了船舶分離式熱管吸附制冷系統，并對其進行了設計。在環境，惡化、能源緊張的形勢下，船舶分離式熱管吸附制冷系統具有廣闊的應用前景，能夠極大的減少，船舶污染和能耗，對于推動我國的船舶運輸業發展以及推動國民經濟的發展都有著積極的作用。當前的船舶分離式熱管吸附制冷系統仍然具有一些缺點，例如系統體積較大、COP較小、制冷功率較小等，而且傳熱傳質的性能還有待提高，這也是未來船舶分離是這款西服制冷系統的研究和發展方向。

參考文獻：

［1］何兆紅，魯濤，黃宏宇，等.新型吸附床的研究進展［J］.化學工程，2011（10）.

［2］侯慶林，馬連湘.化學吸附式制冷吸附床的模擬研究與結構分析［J］.青島科技大學學報（自然科學版），2014（01）.

［3］李海霞，閆靜雯.用導熱理論確定制冷吸附床偏心距的數值模擬研究［J］.河南理工大學學報（自然科學版），2010（02）.