吸附式制冷在船舶中央空调系统中的应用

0 引言

能源短缺与环境恶化是人类发展面临的两大挑战，掠夺式开采和能源的低效利用已经使部分资源开始枯竭、局部地区生态失去平衡. 目前，大多数机械设备还存在着较大的节能空间，以船舶为例，其能源利用率仅为4O% ，大量70—500 oC的热源以废热的形式被排放.作为一种可有效利用低品位余热且无CFCs问题的绿色制冷技术，吸附式制冷符合了当前能源、环境协调发展的总趋势，从20世纪9O年代中期起，该技术就已引起国内外学者的关注，被认为是具有光明应用前景的制冷技术¨ .

由于烟气具有温度高(300—500 oC)、流量大、容易利用等特点，利用船舶柴油机烟气余热吸附式制冷方式受到研究人员的重视 ].与渔船相比，远洋货船需要的制冷量较少，而利用烟气产生的诸如腐蚀、结垢及柴油机背压升高等问题突显，因此吸附式制冷在远洋船舶上应用的报道不多.与此同时，由于柴油机缸套冷却水具有：1)冷却水量丰富，流量稳定;2)温度稳定在6o～90℃之间;3)水质较好，结垢轻微等优点，研究人员提出过利用主机缸套冷却水或船用蒸汽来为船舶制冷的方案 .

考虑到船舶柴油机在正常运行时缸套冷却水温度的区间范围，本文选用与之适配的硅胶一水作为工质对，以营运船舶中央空调在额定工况下的制冷量为依据，提出以柴油机缸套冷却水为驱动热源的吸附式制冷方案，同时借鉴陆用吸附床的设计经验 J，设计船用吸附式制冷吸附床，并通过传热管的一维和有内热源的稳态数值模拟，分析吸附剂层厚度、缸套水流速、硅胶填充密度及硅胶比热容变化对吸附床传热性能的影响.

1 柴油机缸套冷却水加热吸附床的可行性分析

以厦门船厂新近下水的4 900车滚装船EUKOR为例.该轮主机型号MAN B&W 9S50MC—C7，其主机缸套冷却水带走热量共为2 532 kW，除去造水机消耗的462 kW，可利用余热约为2 070 kW，若以目前报道的硅胶一水吸附式制冷系统COP=0.3计算，则吸附式制冷系统可为船舶空调提供约621 kW的冷量.而该船舶中央空调系统在额定工况下的制冷量为385 kW. 显然，从能量衡算的角度来看，利用主机缸套冷却水加热吸附床为船舶制冷的方案是可行的，详细的分析计算参见文献[9].

2 吸附床设计

以EUKOR轮的中央空调在额定工况下的制冷量为依据，计算得到该吸附床换热面积为15 in .借鉴陆用吸附床设计经验，选用 9.52/nm x 0.65 mm的紫铜管作为传热管(每根传热管长度为2 200 mm，共69根).传质管道由100目的不锈钢滤网围成，与传热管交差排列，通道直径约3 mm.由于不锈钢丝网具有弹性，因而可以作为硅胶吸水膨胀的缓冲空间. 在所有传热管的最外层再包一层不锈钢丝网，作为最外层吸附剂的传质通道，吸附床结构如图1和图2所示.为了增大换热面积，在传热管上每隔10 mm焊接一翅片.吸附层内最大的质穿透厚度为23 mm，结构设计参数如表1取值 J.

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