船用柴油机余热制冷方式比较研究【毕业论文】.doc

1、本科毕业论文（20届）船用柴油机余热制冷方式比较研究所在学院专业班级轮机工程学生姓名学号指导教师职称完成日期年月1目录目录I1引言111选题的背景及意义112余热制冷相关技术的研究现状分析12吸收式与吸附式制冷方式基本工作原理分析221吸收式制冷方式基本工作原理的概述222吸附式制冷方式基本工作原理的概述33吸收式与吸附式制冷方式技术比较与应用选择431吸收式与吸附式制冷方式的技术特点4311原理与结构比较4312循环方式比较4313制冷工质比较5314抗震性与运行的安全性比较532船舶余热制冷应用方式选择5321吸收式制冷与吸附式制冷优势对比5322吸附式制冷于船舶应用的优势64固体吸附式制

2、冷在船舶上应用的可行性分析741固体吸附式制冷的余热资源742固体吸附式制冷用于远洋船舶的可行性分析75固体吸附式制冷用于远洋船舶空调的设想方案951固体吸附式制冷工质对的选择9511沸石分子筛水9512活性碳甲醇9513活性碳氨952吸附制冷循环方式的选择9521简单间歇循环9522连续回热循环9523连续回质循环10524多效复叠循环10525热波循环10526对流热波循环1053船用吸附式空调系统的设计10531吸附床的设计10532连续吸附式制冷系统设计106固体吸附式制冷技术应用的发展前景1261固体吸附式制冷技术应用存在的问题1262固体吸附式制冷技术的发展趋势127结论13致谢错

3、误未定义书签。参考文献142摘要利用船舶余热进行制冷是作为一种有效利用低品位能源和对环境无破坏的制冷技术受到人们更多的关注。本文阐述了柴油机余热吸收制冷、吸附制冷的基本工作原理及基本特性，并对两种余热制冷方式的技术特点以及在远洋船舶上应用的优缺点进行了比较研究，得出固体吸附式制冷是更适用于远洋船舶的制冷方式。探讨了固体吸附式制冷在船上的应用可行性，提出了利用船用柴油机余热固体吸附式制冷的方案。最后指出了船用柴油机吸附制冷存在的问题并对其应用前景进行了展望。关键词船舶余热制冷；吸收式制冷；吸附式制冷ABSTRACTMARINEDIESELENGINEUTILIZINGWASTEHEATFORRE

4、FRIGERATIONISUSEDASANEFFECTIVEREFRIGERATIONTECHNIQUEUSINGLOWGRADEENERGYANDBEINGENVIRONMENTALBENIGN,WHICHCAUSEDITRECEIVEDWIDERATTENTIONTHISARTICLEDEMONSTRATESTHEBASICOPERATIONPRINCIPLESOFDIESELENGINEUTILIZINGWASTEHEATFORABSORPTIONREFRIGERATION,ADSORPTIONREFRIGERATIONANDFUNDAMENTALPROPERTIESMAKESACOMP

5、ARISONOFBOTHTYPESONTHEIRTECHNIQUECHARACTERISTIC,ANDTHEADVANTAGESANDDISADVANTAGESOFTHEAPPLICATIONOFOCEANGOINGVESSELSDRAWACONCLUSIONTHATSOLIDADSORPTIONREFRIGERATIONISMOREAPPLICABLEFORREFRIGERATIONOFOCEANGOINGSHIPSANDDISCUSSESTHEAPPLICATIONFEASIBILITYOFSOLIDADSORPTIONREFRIGERATIONUSEDINTHESHIP,ANDTHENP

6、UTSFORWARDAPROPOSALOFSOLIDADSORPTIONREFRIGERATIONUTILIZINGWASTEHEATFORMARINEDIESELENGINEATLASTPOINTEDTHEPROBLEMSEXISTEDINREFRIGERATIONUTILIZINGWASTEHEATFORMARINEDIESELENGINEANDLOOKFORWARDTOTHEPROSPECTOFITSAPPLICATIONKEYWORDSMARINEREFRIGERATIONUSINGWASTEHEATABSORPTIONREFRIGERATIONADSORPTIONREFRIGERAT

7、ION11引言11选题的背景及意义当今世界，随着生产技术的发展，人类对能源的需求剧增，有限的能源正在日益枯竭，各个国家都面临着能源危机，节能与环保已经成为当今国际社会共同关注的一个热点问题。再加上氟利昂系列制冷剂的使用量在一些国家已开始受到控制，并将逐渐被禁止使用在世界制冷行业中，已开始把注意力转向蒸汽压缩式以外的其它制冷方式上去。船舶主机作为船舶的动力和能源中心，仅有左右的热量转换成有用功，其余的热量则以各种方式被带走，如果能对这些余热加以充分利用，就能提高船舶能源的利用率。目前热管式余热蒸汽锅炉和热水器在船舶上已得到成功应用【4】。而用于船舶余热回收的吸收式和吸附式空调、制冷系统应用还很少

8、，还有很宽的研究和开发余地。吸收式或吸附式制冷机都是是以热能为动力驱动的，并且利用的是低位热能，符合当今环保与节能要求。因此船用柴油机余热回收的吸收式和吸附式制冷系统具有很大的开发潜力。相较吸收式制冷，吸附式制冷适合应用于震动，倾斜或旋转等场合上。在理论上固体吸附式制冷是一种更适合于应用于船舶的柴油机余热制冷方式。吸附制冷技术由于能够利用低品位的太阳能和废热，且无环境污染问题，因此受到了国内外研究者的重视，该研究工作正在不断深入和发展。12余热制冷相关技术的研究现状分析吸收和吸附式制冷都能利用船舶尾气余热驱动进行制冷，不降低船舶主机动力。同时两者的使用工质都不污染环境，符合当前能源、环境协调发

9、展的总趋势，尤其现在国内紧张的能源危机和环保问题，使得两者越来越受到关注。相比之下，吸附式制冷由于其具有系统结构简单、运行费用低、无噪音、无运动部件，可靠性高，适合用于各种颠簸的环境等优点，更加适合应用于船舶空调中【12】。而吸收式制冷由于其中的发生器与吸收器不太适合应用于颠簸的环境，在船舶空调中的使用就受到了一定的限制。只要对目前两者存在的一些问题加以解决，吸收和吸附式制冷设备在船舶中将有广泛的应用前景。利用太阳能和利用渔船柴油机余热的固体吸附式制冷设备已取得实质性进展，如湖南的定宇公司开发的吸附式渔船柴油机尾气制冰机，150匹马力柴油机尾气可日制冰800KG，COP为03，油耗增加14【5

10、】。而固体吸附式制冷在远洋船舶上的运用还是一个初步的设想【12】。吸附式制冷在节能、环保等方面具有突出的优势，目前已成为国内外制冷界研究的热点。今后主要研究内容包括强化吸附器传热传质，提高系统效率，简化系统结构，提高运行稳定和可靠性，拓宽产品的应用领域。我国余热资源非常丰富，余热回收的潜力很大，大部分低品位的余热资源，如太阳能等可再生能源和余热特别是汽车、火车、船舶的余热都可以用不同的固体吸附式制冷系统进行回收。这些领域既是吸附制冷技术优势之所在，同时又是其社会及经济意义之所在。上海交通大学的王如竹教授在固体吸附制冷关键技术的研究工作中取得了重大进展，先后成功开发了应用于内燃机车司机室空调、渔

11、船制冰、重载卡车空调等余热驱动的吸附式制冷系统【6】。这些成果预示着未来其应用在余热制冷方向上的广阔前景。22吸收式与吸附式制冷方式基本工作原理分析21吸收式制冷方式基本工作原理的概述吸收式制冷是液体气化制冷的一种。它和蒸汽压缩式制冷一样是利用液态制冷剂在低温低压下汽化以达到制冷的目的。它的主要装置有；发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、泵等，组成如图1。图1吸收式制冷工作原理吸收式制冷是以热能为动力、利用溶液吸收和发生制冷剂蒸气的特性来完成循环的。吸收式制冷系统的主要部件组成如图21所示。如果将它与压缩式制冷系统相比较，不难看出，图中的冷凝器，膨胀阀、蒸发器的作用与压缩式制冷系统中的相应部件一一

12、对应。而压缩机则由图中的吸收器、发生器、溶液泵、膨胀阀及溶液回路所取代。设该系统如使用氨水溶液为工作物质，则吸收器中充有氨水稀溶液，用它吸收氨蒸气。溶液吸收氨蒸气的过程是放热过程。因此，必须对吸收器进行冷却，否则随着温度的升高，吸收器将丧失吸收能力。吸收器中形成的氨水浓溶液用溶液泵提高压力后送入发生器。在发生器中，浓溶液被加热至沸腾。产生的蒸气先经过精馏，得到几乎是纯氨的蒸气，然后进入冷凝器。在发生器中形成的稀溶液通过热交换器返回吸收器。为了保持发生器和吸收器之间的压力差，在两者的连接管道上安装了节流阀。在这一系统中，水为吸收剂，氨为制冷剂。吸收式制冷的另外一种常见类型是以水为制冷剂，溴化锂水

13、溶液为吸收剂的溴化锂吸收式制冷机，用于生产冷水，可供集中式空气调节使用，或者提供生产工艺需要的冷却用水。吸收式制冷机消耗热能，可用多种不同品位的热能驱动。通常用1MPA（表压力）以下的蒸气或燃气、燃油为驱动热源。也可以利用温度在75以上的热水、废气等低品位余热驱动；还可以利用太阳能、地热等能源【5】。因此，吸收式制冷易于实现能源的综合利用。吸收式制冷是利用制冷剂与吸收剂组成的二元溶液为工质对完成制冷循环的。可供考虑使用的制冷剂与吸收剂溶液很多，但较为常用的只有氨一水溶液、溴化锂一水溶液2种。由于氨具有刺激性臭味，且氨水吸收式制冷机热效率低、体积庞大，故一般用于工业工艺过程。目前，应用最为广泛的

14、就是溴化锂吸收式机组。吸收式制冷所需的驱动能源是热能，可以为蒸汽、燃料的燃烧热、热水、工业或生活余热、太阳能、地热能等。随着吸收式制冷研究的发展、技术的不断进步与国家能源结构的调整，溴化锂吸收式机组的应用主要集中在热电冷联产、直燃型吸收式冷热水机组、蒸汽型吸收式冷水机组、热水型吸收式冷水机组、太阳能吸收式机组等方面。由于吸收式制冷技术具有可采用对环境无破坏作用的天然制冷剂、有效缓解电网高峰负荷和可利用低品位热源等优点，随之得到了科学界的高度认识和推广应用，并取得了较快发展。在未来20泵冷凝器发生器蒸发器吸收器膨胀阀制冷剂蒸汽吸收剂溶液制冷剂吸收剂溶液溶液3年中，我国要走“能源消耗最少，环境污染

15、最小”的发展道路，就必须实行“节能优先、结构多元、环境友好、市场推动”的可持续能源发展战略。推广应用吸收式制冷技术能有效地起到调整能源结构和保护环境的作用。所以，如果再从节能角度加大研发力度，吸收式制冷技术的前景会更加广阔。22吸附式制冷方式基本工作原理的概述吸附式制冷是通过吸附剂在较低的温度下（一般为当地气温）吸跗制冷剂，在较高的温度下脱跗制冷剂，通过吸附脱附循环来实现。通常是固体对气体的吸附，它的主要装置由吸附器、冷凝器、蒸发器、节流阀等组成，见图2。图2吸附式制冷工作原理吸附式制冷的应用吸附制冷系统也是以热能为动力的能量转换系统，其机理是，一定的固体吸附剂对某种制冷剂气体具有吸附作用。周

16、期性地加热和冷却吸附剂，使之交替吸附和解吸，解吸时，释放出制冷剂气体，并使之冷凝为液体；吸附时，制冷剂液体蒸发，产生制冷作用。吸附制冷的工作介质是吸附剂制冷剂工质对。以沸石水工质对为例，由吸附床、冷凝器、蒸发器和管道构成一个封闭系统，吸附床内充装了沸石，制冷剂液体（水）聚集在蒸发器中。吸附床被加热时，沸石温度升高，产生解吸作用，从沸石中脱附出水。此时，系统内的水压力上升，当达到与环境温度对应的饱和压力时，水在冷凝器中凝结，同时放出潜热，凝水贮存在蒸发器中。对吸附床冷却时，沸石温度逐渐降低，它吸附水的能力逐步提高，造成系统内气体压力降低，蒸发器中的水不断蒸发出来，用以补充沸石对水的吸附。蒸发过程

17、吸热，达到制冷的目的【5】。由吸附制冷的原理可知，太阳能、地热能、工业余热和内燃机系统的废热均可作为热源供给吸附制冷系统，实现制冷，从而提高能源的综合利用程度。早期的吸附制冷技术主要应用于太阳能制冷。但是由于太阳能的供给存在能量密度低、不稳定、间歇和循环周期长等特点，因而其发展受到制约。而余热（废热）资源却不存在这方面的限制，因而吸附制冷技术在余热回收中得到了广泛的研究与初步的应用。目前国内在这方面形成了几大领先的研究群体。这些群体的研究工作集中在以下领域吸附剂制冷剂工质对性能的研究；制冷循环的热力学性能研究；系统内的传热、传质研究。以上这些研究领域虽然也取得了重大的研究成果，但客观地说，目前

18、大部分的吸附制冷系统尚处于实验室样机的研究阶段。冷凝器吸附发生器蒸发器脱附吸附43吸收式与吸附式制冷方式技术比较与应用选择31吸收式与吸附式制冷方式的技术特点由于氯氟烃类制冷剂对大气臭氧层的破坏和温室效应，近年来，采用自然制冷工质的制冷系统已成为国际上研究的热点。吸收式制冷和吸附式制冷系统均以热能为能量补偿方式，具有突出的环保效益和节电能力，因此日益受到人们的重视。吸收式和吸附式制冷是两种在原理上十分近似的制冷方式。但是由于吸收式和吸附式制冷所用制冷工质对的物理化学性质不同，使两者又表现出各自不同的特性和技术上的局限性，对此进行全面的技术分析有助于在研究和应用中扬长避短。311原理与结构比较吸

19、附式制冷与吸收式制冷是两个循环特性十分相近的制冷方式，其制冷原理为制冷剂在低压相对下蒸发，从环境中吸热制冷，两者都是利用物质的吸附吸收作用，吸附吸收冷剂蒸汽，后者释放的吸附吸收热被冷却介质排除于系统之外，经加热后冷剂蒸汽重新从吸附吸收剂中解吸发生而出，经玲凝器凝结为冷剂液，并进入蒸发器蒸发，如此循环往复。即两者均遵循“解吸发生一冷凝一蒸发一吸附吸收”制冷循环。在吸附式制冷系统中，冷剂的解吸和吸附均由吸附器完成，其功能相当于蒸汽压缩式制冷循环中的压缩机。吸收式制冷系统中，类似的过程分别由发生器和吸收器完成。吸收式制冷循环是一个连续的制冷过程，发生器与冷凝器、吸收器与蒸发器之间设置了挡液装置和汽液

20、分离装置，其流通截面很大，对冷剂蒸汽的阻力很小，一般可以忽略不计，冷剂蒸汽在流动中的压力损失对发生器的发生过程和吸收器的吸收过程影响很小。在吸附式制冷系统中，由于工作的间歇性，往往需要进行管路切换，冷剂蒸汽管路阻力较大；对制冷量较大的机组，尤其如此。为减小冷剂蒸汽的流动阻力，有必要使用较大通径的阀门。吸附式制冷系统一般采用具有高气密性、耐高温、耐高压的气动电动电磁阀门，阀门的造价昂贵。312循环方式比较无论是吸附式制冷还是吸收式制冷，只有当冷剂蒸发时才能获得制冷效应。在吸附式制冷系统中，冷剂吸附质的解吸和吸附均由吸附器完成。对于只有一个吸附器的基本循环而言，要使吸附器中的冷剂解吸，必须对吸附器

21、进行加热；吸附器吸附时，冷剂蒸汽由汽态变为液态，大量的凝结热需要排出吸附器，为了使吸附器具有持续的吸附能力，也必须对吸附器进行有效的冷却。因此，吸附器的加热解吸和冷却吸附过程交替进行。吸附式系统若实现连续制冷，至少必须设置两个以上吸附器，当一个吸附器处于加热解吸状态，另一个吸附器则处于冷却吸附状态，通过吸附器与冷凝器、蒸发器之间的管路切换，实现连续制冷。应当指出的是，系统连续制冷与连续向外释放冷量不是一回事，后者可以由间歇式基本循环加蓄冷装置组合完成。在吸收式制冷系统中，冷剂的发生需要加热溶液；冷剂蒸汽进入浓溶液时，释放的大量潜热、溶解热等热量，需要由冷却介质一般为水排出系统，浓溶液的温度愈低

22、、浓度愈高，其吸收能力愈强，为了使吸收器具有持续的吸收能力，同样必须对吸收器进行良好的冷却。即使对于一个单效吸收式制冷循环而言，由于冷剂的发生和吸收分别在发生器和吸收器中同时进行，与发生过程相对应的冷凝过程以及与蒸发过程相对应的吸收过程也同时进行。5313制冷工质比较吸收式制冷的吸收剂一般为流动性良好的液体介质，便于输送，吸收式制冷常使用氨一水、溴化锂水溶液等制冷工质。吸附式制冷的吸附剂一般为固体介质，吸附式制冷分物理吸附和化学吸附两类，物理吸附常使用分子筛水、活性炭甲醇、活性炭氨等制冷工质对，化学吸附常使用氯化钙氨、氯化镍氨、金属氢化物等制冷工质对。上述制冷工质都是天然工质，其中大部分工质对

23、环境无害，属“绿色制冷工质”。一般根据制冷机的用途、吸附器发生器的热源加热温度及蒸发温度等因素，综合考虑制冷工质的选取。314抗震性与运行的安全性比较吸收式制冷机中溶液的液位往往与溶液的循环量倍率有关，如果系统发生震动或倾斜将会使液位渡动，发生器中的溶液可能溅人冷凝器中或吸收器中的溶液可能溅人蒸发器中而导致冷剂污染；也可能使蒸发器中的冷剂未经蒸发就直接进人吸收器中而导致冷剂水损失。对于采用淋盘淋激方式的机组而言，淋盘的震动和倾斜容易使淋激密度分布不均匀，严重影响制冷效果。因吸附式制冷机采用固体吸附剂。一般吸附剂被紧密地填充或压制于一定的空间内，吸附器的震动和倾斜一般不会对系统造成影响。如果吸附

24、剂被烧结或压制在传热管表面，同时又没有足够的强度，震动后吸附剂有可能碎裂。在溴化锂吸收式制冷机中，若溶液温度低于其结晶饱和温度，溴化锂将从溶液中析出而发生结晶，从而堵塞系统管路或热交换器，使运行中断。在发生器和吸收器中，若溶液不慎溅人冷剂中，将引起冷剂污染，使吸收器冷剂蒸汽分压降低，传质推动力减小，蒸发温度升高，制冷量下降。吸附式制冷中不存在溶液结晶和冷剂水污染等问题。32船舶余热制冷应用方式选择吸附式制冷和吸收式制冷均可利用热能作为能量补偿方式，既可以由热水、蒸汽、废气、太阳能等热源驱动，也可以由天然气、城市煤气及燃油轻油、重油、渣油燃烧后产生的高温烟气驱动。吸附式和吸收式制冷系统特别适用于

25、低品位热能驱动。在自然界，有取之不尽的太阳能、地热能，工业生产过程中也有大量的余热废热可资利用，而制冷系统本身的耗电量极少，因此可以节省电能。吸附式和吸收式制冷为节能、节电提供了两种现实的技术手段。其在船舶柴油机余热回收方面的应用前景不可估量。321吸收式制冷与吸附式制冷优势对比吸收制冷与吸附制冷相比其最大长处是制冷效率高，其能效比（COP值）一般为05以上，而吸附制冷的能效比（COP值）很少超过03。正是由于两者的制冷效率存在较大的差距，使得很多人将利用余（废）热的制冷技术定位在吸收式制冷上。但是，吸收式制冷技术在具体应用时存在以下几大缺陷1、需要专用的溶液分离设备；2、构造复杂，造价较高，

26、体积庞大；3、不适用于有颠簸和震动的场合。而吸附制冷技术在具体应用时则不受以上条件的限制。另外，对于制冷效率的比较，不能仅仅局限在其热效率上，而必须进行综合经济分析，着眼于整个制冷系统的经济效益的比较。通过综合经济分析，不难得出以下结论；吸收制冷适用于大热量的余（废）热，吸附制冷适用于小热量的余（废）热。而目前我国各行各业存在的大部分为小热量余热，而且很多余热存在于颠簸场合中，如汽车、船舶。因此，吸附制冷技术比吸收制冷技术更适合于余（废）热的回收【8】。6322吸附式制冷于船舶应用的优势1吸附制冷作为一种直接利用热能的制冷技术，较适合于船舶余热的回收。2吸附式制冷系统中的运动部件少，甚至可以不

27、含运动部件，而且抗震动和抗倾覆能力较强，从这点来说，它应用于船舶的可能性较大。3吸附式制冷系统中冷凝温度和吸附温度可以根据外部热源和吸附工质对的情况适当提高，因此可以在系统中安排风冷，而不必像吸收式制冷系统中那样担心结晶问题。通过以上比较可知，吸附式制冷较吸收式制冷应用于船舶更为适合。74固体吸附式制冷在船舶上应用的可行性分析41固体吸附式制冷的余热资源固体吸附式制冷装置可以充分利用低品位能源且基本上无运动部件、运行时噪声低、维修方便寿命长以及能同时满足节能和环保的要求，这些优点决定了这种新型制冷装置的应用前景将会非常乐观。目前，船舶上大多采用大型低速二冲程柴油机作为主机和中速四冲程柴油机作为

28、辅机，其排气温度一般在350150左右，即使装有废气锅炉后，其最后排气温度也在150210左右，余热资源十分丰富【4】。而且柴油机排烟温度高，不间断工作，余热来源持久、稳定。船舶主机的冷却水温度在8095，发电机的冷却水出口温度在6585，这一部分余热也可作为固体吸附制冷的热源。如果能够将这些余热用于固体吸附式制冷，满足船舶的制冷需求，这无论是对船舶节能，解决由于燃料不足和油价上涨而导致的营运成本上升问题，还是减少环境污染，达到“7378公约”规定的要求，以及符合港口国特别是发达国家港口的检查都是非常有利的。42固体吸附式制冷用于远洋船舶的可行性分析船舶上需要制冷的是空调和食品冷库，食品冷库用

29、于储存、保鲜食品，自船舶投入运营开始，需要不间断工作，这就要求为食品冷库提供制冷的热源必须稳定、持久，船舶发电机除船舶坞修外，一直不间断工作，因此发电柴油机的排烟或冷却水中的余热适合用于食品冷库的固体吸附式制冷的热源。船舶正常航行时发电机的功率200350KW以吨位28万T的散货轮为例，如取发电机的功率为400KW，柴油机的有效功率FEQ占燃油燃油燃烧所放出的能量的50，那么燃油在气缸中燃烧所释放的能量QG200/PGE400KW1燃油燃烧所释放的能量QG的2540为排气损失，如取30为排气损失，则排烟中的热量为QGEQG30120KW2船舶食品冷库主要有三个库干货库温度15左右，菜库温度在0

30、5，肉库温度1015（短航线）或1820（长航线）。以一艘远洋船舶的食品冷库为例，该船舶共5间库房菜库（343M，215）、日用库（1133M，215）、肉库（2483M,2326）、鱼库1533M,2326、缓冲间1853M,515，采用FA2LSYF制冷压缩机，制冷量QF53KW。如取固体吸附式制冷系数COPSF03一般在0306之间,则利用固体吸附式制冷时所需的热量为QSFQF/COPSF177KW3从计算看出QGEQSF发电机的排烟中的热量能够满足固体吸附式制冷的需要，同时经研究表明,利用柴油机的排烟的固体吸附式制冷的制冷量一般为柴油机功率的10，当发电机的功率为200KW时，利用固体

31、吸附制冷的制冷量约为20KW，完全可满足食品冷库的制冷量要求【4】。船舶空调用于天热时船员生活区的降温调节。船舶需要用降温调节时，往往环境温度较高,这时燃油加热所需的蒸汽量很少，就会有大量的剩余蒸汽满足吸附制冷所需。压缩制冷的空调压缩机的8负荷因航区和气温不同而不同，压缩机一般在4080的额定负荷下工作，船舶空调压缩机的功率PC为3045KW左右，活塞式制冷空调的COPCA在2934之间，那么船舶空调的热负荷QAQAPCCOPCA4取COPCA30，可求得QA在90135KW之间，而固体吸附制冷的COPSA在0306之间，如取最小值03，那么固体吸附式制冷吸附床需要输入的热量QSA应为QSAQ

32、A/COPSA5QSA在300450KW之间。燃油气缸中所放出的热量大约4055转化为有效功，其余的4560的热量为各种形式损失。柴油机热平衡中各项热量的分配有效功率QE3055；排气热损失QEE2540，冷却热损失QEC1030。船舶主机的功率P一般为800010000KW，如取QE50，QEE30，废气锅炉的效率最高为72左右，若取较低值60，则蒸汽的所能提供的热能QSQSP/QZQEE6计算得QS为2880KW3600KW，可见QSQSA，因此船舶废气锅炉产生的蒸汽除加热外完全能满足吸附式制冷所需的热量【4】。通过以上比较分析可知，固体吸附式制冷应用于远洋船舶是可行的，能满足远洋船舶日常

33、工作和生活的制冷要求。95固体吸附式制冷用于远洋船舶空调的设想方案51固体吸附式制冷工质对的选择固体吸附式制冷工质对的选择是研究吸附式制冷系统的重要内容之一，其性能的好坏将决定系统的性能和结构。吸附式制冷系统中所用的吸附剂一般为炭、分子筛、硅胶以及活性炭纤维。其吸附过程为物理吸附，对水、氨、甲醇等在常温下的吸附量可达0304。这些吸附剂的原料比较充足,生产中的污染小，生产成本低，工业上已经形成了一定生产规模。目前比较成熟的工质对有沸石分子筛一水、活性碳一甲醇、活性碳一氨。511沸石分子筛水沸石分子筛水是使用比较广泛的吸附工质对，对沸石间歇地进行加热和冷却，使沸石产生脱附和吸附作用，就能达到制冷

34、目的。使用该工质对的制冷系统的最大优点是其吸附等温线较为平坦，且水的汽化潜热大。实验研究表明在通常工况下，吸附床适宜的加热解吸温度为150。在150以上，继续提高解吸温度，尽管系统的COP不再增加，但可减少沸石充装量，从而减小吸附床尺寸。因此该工质对较为适合废气锅炉蒸汽作为热源的吸附式制冷系统【6】。512活性碳甲醇活性炭甲醇系统的主要优点是甲醇分子直径小，易于吸附，在活性炭上的吸附量较大；吸附量对温度变化比较敏感，解吸温度较低。同时，甲醇的汽化潜热较大（1173KJ/KG），冰点低（933），不腐蚀设备。其缺点是不适合高温，在温度高于150时甲醇会分解；甲醇蒸汽有剧毒，如果泄露，极其危险；该

35、系统为真空系统，工作可靠性比压力系统差。近年来，王如竹【6】等用活性炭纤维甲醇为工质对进行吸附制冷系统性能研究，虽然缩短了循环时间，缩小设备尺寸。但尚没有关于活性炭纤维经反复吸附再生后的强度和稳定性的报道。此外，活性炭纤维的价格比活性炭高得多。因此，活性炭纤维甲醇系统还需进一步研究【6】。513活性碳氨活性炭氨是吸附式制冷比较适合的工质对，其吸附性能已有一些理论和实验研究结果，其主要优点为（1）压力系统中的轻微泄漏不会导致系统失灵，相对不怕振动；（2）压力有利于传热传质，可有效缩短循环周期；（3）氨的蒸发制冷量大；（4）可适应较高的热源温度。此外，陆泉【7】等人应用吸附平衡理论对AC35NH3

36、工质对的吸附制冷性能进行了预测，结果与活性炭甲醇相当，是一种具有广泛使用前景的工质对【6】。在这里，我们选用较常用的沸石分子筛水作为系统工质对，该工质对较为适合作为船舶余热吸附式制冷系统。52吸附制冷循环方式的选择521简单间歇循环即单一吸附床，并且只与单一的冷源及单一的热源发生能量交换。522连续回热循环连续回热循环。通常是两床或多床，其工作参数都是一样的，一般几个床工作时交替进行吸附、10解吸，可以保持冷量连续输出。为了提高能量的利用效率，还采用了回热技术，大幅度提高了制冷系数。523连续回质循环通常也是两床或多床，以两床为例，在两床工作状态切换前，处于加热解吸状态的吸附床要比冷却吸附状态

37、的吸附床具有更高的温度和压力。如果直接将两吸附床短路，会有一部分制冷剂因为压力差进入压力低、但吸附量比较大的吸附床。结果表明，这种循环方式可以提高循环吸附量。524多效复叠循环通常是两床或多床，但其工作参数是不完全一样的。整个系统利用中能量是逐级或经过了大量回热利用，因此循环的COP比较大，冷量也可以连续输出。525热波循环热波循环首先是由SHDMNSV提出的，CRITOPHRE也做了研究。采用两床的循环，当吸附器在轴向有较大的温差时，就形成一个温度的梯度波。反向运行时，在一个吸附床的高温段，对应另一个吸附床的低温段，两个吸附床可以有效地进行回热，可以大大提高回热效率。526对流热波循环对流热

38、波循环中，解吸时一部分制冷剂进入冷凝器冷凝后制冷；一部分制冷剂进入加热系统后再次进入吸附器，用以提高加热的传热效果。吸附时亦然。53船用吸附式空调系统的设计531吸附床的设计吸附床是吸附式制冷系统中的核心部件，其作用相当于制冷系统中的压缩机，它的性能好坏直接影响整个系统的功能。目前，吸附床最常用的形式主要有翅片管式、平板式、螺旋板式及壳管式吸附床作为船载设备在设计上应满足结构简单、使用和维护方便等要求。因此，采用壳管式结构较适合船舶应用【7】。其设计结构如图3所示意图3壳管式吸附床结构图这种结构的特点是（1）吸附床制冷剂进出口设有止回的单向阀；（2）传热流体通道（翅片管）和传质通道均是直管；（

39、3）传热流体从吸附床的一端进，另一端出；（4）零件均采用不锈钢制造（系统采用沸石分子筛水为工质对）。此外，该吸附床结构在换热方面采用换热效果较好的逆流换热方式。532连续吸附式制冷系统设计根据王如竹等【6】连续回热型吸附式制冷系统流程，以废气锅炉剩余蒸汽为热源驱动力，沸石分子筛水作为工质对，对船舶吸附式制冷空调系统作如下设计其结构如图4所示【7】。11图4船舶连续吸附式制冷空调系统图该系统由两个吸附床、1个蒸发器、1个冷凝器、1个节流阀、2个气动控阀，3个电磁阀组成。当系统工作时，来自锅炉的饱和蒸汽经阀4的左位供到吸附床A对其加热。吸附床内压力不断升高，直至制冷剂达到冷凝温度下的饱和压力（即单

40、向阀的设定压力值）。制冷剂经阀1、2的左位供到冷凝器，再经节流阀到蒸发器。在对吸附床A加热的同时，来自低温淡水泵的冷却水经阀4对吸附床B冷却，其内部压力下降至相当于蒸发温度下制冷剂的饱和压力【7】。制冷剂经节流阀节流进入蒸发器的盘管中，在较低的蒸发压力下吸热汽化，同时蒸发出来的气体进入吸附床被吸附，完成一次制冷循环过程整个制冷过程中，吸附床A、B相当于制冷压缩机的进出口，通过对5个阀的自动切换使两个吸附床互换工作状态以实现连续制冷。该系统流程图从理论上解决了吸附式制冷连续工作的问题，然而，在实际使用时，仍需进行改进，尤其是吸附式制冷用于船舶空调时，因船舶有着特殊的工作环境，更有必要进行改进。主

41、要包括1系统中手动阀较多，无法实现两个吸附床工作状态的自动切换；2实际循环与理想循环的偏离大，需热量增大；3要想实现状态的自动切换，必须要有感受状态的感应元件或基于时间控制的自动元件；4流量较大时，不能采用普通电磁阀进行控制，而必须利用船上的控制空气，利用气动换向阀实现对大流量介质的控制；5要充分利用船舶现有的条件，实现吸附式空调在船上的使用，对脱附床的加热介质可采用船舶主机冷却水6590，如温度不够，可适当通过废气加热至9598。吸附床的冷却可直接利用海水或低温淡水系统。将吸附式制冷系统应用于船舶，一方面能利用缸套水及主机排气余热直接或间接对吸附器进行加温实现解吸，很好地利用了缸套的冷却热，

42、并同时还可以回收柴油机排气的废热，实现了节能。在注重环保与节能的今天具有重要的研究意义。126固体吸附式制冷技术应用的发展前景61固体吸附式制冷技术应用存在的问题（1）低温腐蚀由于船舶运行所需要的燃油当中或多或少地存在一些硫成分，燃油燃烧的产物中就会有二氧化硫和三氧化硫的存在，当船舶废气在达到二氧化硫与水蒸气和三氧化硫与水蒸气各自的露点温度时，其形成的亚硫酸和硫酸就会对金属壁面造成腐蚀作用。（2）部分负荷系统加热冷却水的控制是靠时间继电器来间接控制的。船舶在航行过程中，其速度是不断变化的，也就是说其功率输出是不固定的，其排气的温度也是不一样的，进而可知其制冷装置的循环周期也不是一成不变的。这样

43、就出现了在不同航速下，需要不断地调节循环周期的时间，以提高制冷装置的制冷量。从而对制冷装置的使用造成了定的局限性。为解决此问题，可以通过锅炉来补充能量的不足。（3）船上空间局限性船舶的设计是非常紧凑的，尤其机舱的空间利用率更高，吸附床的尺寸以及热传导性的优劣直接受机舱空间的影响。62固体吸附式制冷技术的发展趋势由固体吸附式制冷的工作原理、对低品位能源的要求以及船舶运行工况下废气余热的组成特性船舶制冷需求可知固体吸附式制冷在船舶上应用完全是可行的。目前的关键是要解决试验中所出现的问题。比如说如何改进吸附剂的传热性能。因此，国内各方面应加大以下三方面的研究（1）改善吸附剂的吸附性能，增大制冷量。（

44、2）强化传热，提高吸附剂的传热性能和单位吸附剂的制冷功率，缩短循环时间，提高热效率。（3）改进循环，采用高效回热循环。同时，国内有关的航运企业也应支持并尽快加入这一技术的实用化研究工作，以使吸附式制冷技术在船舶上早日得以广泛的应用。随着世界能源危机的日趋严竣和全球环境的日趋恶化，航行于各国间（特别是发达国家闻）的国际船舶将受到港口国严格的检验，这种节约能源、降低营运成本并且有利于保护环境的新技术，在理论上、实验上必将有更大的突破和逐步实用化。将来，其在船舶上的应用必将日趋广泛。137结论吸附式制冷有利用低品位的热源作为驱动力、采用不含CFCS、ODP、GWP的环境友好工质对作为制冷剂等优良特性

45、。该优良特性符合当前社会对人与自然和谐发展的要求。最近几年人们对吸附式制冷的研究投入了大量的人力物力，但是依然没有得到规模化的应用。在总结发展现状的基础上展望未来，为研究提供重要的参考。首先与其它制冷技术相比，有如下优点1充分利用低品位热源，如发动机的高温废气、电厂的废热等，而且在利用太阳能低温热源方面80120比吸收式制冷机更为有效；2几乎不用电，可满足电力不足地区的制冷需求；3与吸收式制冷相比，不需要溶液泵或分馏装置，结构简单，安全性好，可适用于振动、倾颠或旋转等场所，更适用于舰船的工作环境；4无运动部件，因而无噪音，且无磨损，使用寿命长本文对利用船用柴油机余热进行制冷的两种主要方式进行了

46、比较研究，得出如下结论1对两种余热制冷方式的技术特点以及在远洋船舶上应用的优缺点进行了比较研究，得出固体吸附式制冷是更适用于远洋船舶的制冷方式。2探讨了固体吸附式制冷在船上的应用可行性，提出了一个固体吸附式制冷利用船用柴油机余热进行制冷的方案。吸附式制冷技术经过近几十年的发展已经取得了长足的进步，已经有少量的吸附制冷产品投入到市场。虽然吸附制冷技术已经有部分的产品进入了市场，但吸附式制冷技术还不成熟，吸附制冷技术理论与实际应用还有一定的距离，所以吸附制冷的主要研究方向是缩短循环的周期，提高系统单位时间内的制冷量，以及改进循环方式和利用数值模拟技术对吸附制冷技术的实用化进行更好的指导。14参考文

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