第 !"卷 第 ##期
$%%$年 ##月
上 海 交 通 大 学 学 报
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收稿日期:$%%$;%!;$%
基金项目:国家重点基础研究发展规划<=>!?<0$%%%%$"!%=?@
高等学校优秀青年教师教学科研奖励
计划
项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载
资助项目
作者简介:李 明<#="A;?B男B云南个旧市人B教授B博士B主要
从事太阳能光热利用及制冷低温工程方面的研究8
文章编号:#%%";$A"><$%%$?##;#">#;%A
改进型太阳能固体吸附式制冰机的研制
李 明B 孙长江B 王如竹B 许煜雄B 黄海宾
<上海交通大学 制冷与低温工程研究所B上海 $%%%!%?
摘 要:基于平板式太阳能制冰机的大量实验研究及理论分析计算B对太阳能固体吸附式制冰机
进行了新一轮的优化
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
8各子部件采用无阀连接结构B使系统操作更为简单8实验表明B系统的吸
附床C冷凝器C蒸发器等子部件之间性能匹配良好8设计制作的实物样机从工艺及制造成本上均接
近产业化生产的要求B为太阳能固体吸附式制冷的民用化应用提供了依据8
关键词:太阳能@固体吸附@制冰机
中图分类号:2DE##8! 文献标识码:+
FGHGIJKLGMNJOPMQRHPMSGRTJIURQRVJWKNUJMXGOWUYGWPNJW
FWUHGMZ[TJIPW\MGWY[
]^ _‘abB cdefghab;i‘habB jkelmn;ognB pdqn;r‘sabB tdkelth‘;u‘a
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太阳能制冷的研究无论从环保还是能源的角度
在今后的可持续发展中均具有重要地位B其中太阳
能固体吸附制冷因装置结构简单C运行操作方便而
显示出特有的优越性8然而B这一环保的节能型产品
在面向市场的竞争过程中B受到了制造成本及稳定
性的制约B有关研究的进展亦较为迟缓8本文在太阳
能热水器冰箱复合机装置0#B$1C太阳能固体吸附式制
冰循环0!BA1研究的基础上B再次构建平板式太阳能固
体吸附式制冰机B对系统关键部件如吸附床C冷凝
器C蒸发器的设计采取优化
方案
气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载
B并兼顾了系统整体
的操作灵活性8通过实验B检验了系统设计的合理性8
2 系统装置及工作原理
为在以往大量实验研究工作的基础上制作操作
简便C性能良好的实用新型太阳能冰箱B系统的设计
制作过程中B省去了真空阀门及安装在各系统子部
件的测试仪器B结构如图 #所示B主要由吸附床C冷
凝器C蒸发器 !大部件及相关的连接部件组成8
系统的工作原理为:循环从早上开始B当太阳升
起时B吸附床接受太阳能日照辐射能量B
3333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333
使其内吸附 万方数据
图 ! 太阳能冰箱装置结构图
"#$%! &’()*’)(+,-’.+/,01(#*+213+(4+5#*+
剂的温度升高6制冷剂的压力相应升高6此时只有少
量的制冷剂工质解吸出来7随着太阳能辐射能量的
加强6当吸附床内制冷剂压力从蒸发压力升高到冷
凝温度所对应的饱和压力时6床内吸附剂所吸附的
制冷剂不断地解吸出来6并在冷凝器中冷凝成液体
后进入蒸发器中7傍晚6吸附床随太阳日照的消失逐
渐冷却6床内温度及压力相应下降6吸附剂开始吸附
蒸发器中的制冷剂液体6从而开始蒸发制冷的过程6
制冷剂蒸发过程中所释放出的冷量通过蒸发器传给
冰槽中的水6并使水结冰6该过程一直进行到第二天
早晨%系统运行时6白天为加热解吸过程6晚上为吸
附制冷过程6晚上制成的冰块由冰箱外壳进行保温6
白天供用户使用%
对太阳能制冰机系统6通常用系统对外的制冰
量及系统的 89:来衡量其性能%制冷剂的蒸发制冷
量为
;(+-< =>?1@+ A!B
式中C@+为制冷剂的气化潜热7=>为解吸过程中吸
附剂对制冷剂吸附率的变化量7?1为吸附剂的质
量%=>?1则为吸附床在整个加热过程中的吸附剂
对制冷剂的解吸量6即制冷剂的循环量%制冷剂从冷
凝温度 D*冷却到蒸发温度 D+时6放出的显热为
;**
?1FG04D AHB
则太阳能系统装置能量转换的 89:为
89:/,01(<
;(+-I ;**
EJAKB4K
ALB
式中CFG0为制冷剂的比定压热容7JAKB为太阳能辐射
强度6EJAKB4K则为集热器每天所收集的太阳能辐射
总能量6并可用太阳能辐射仪来测量%系统对外的制
冰量则根据每天实测而得出%
典型的国内外太阳能固体吸附式制冰机实验结
果如表 !所示%
M 系统部件的实物设计
M%N 吸附床
在太阳能吸附式制冷循环中6为尽量提高低品
位太阳能的利用率6集热器吸热体与吸附床通常是
做成一体的6以便在日照时间内尽可能提高吸附床
的解吸温度%目前的太阳能制冰机系统中6大都采用
平板式吸附集热板或管状结构的吸附集热器%平板
式吸附集热器装填的吸附剂A活性炭O分子筛B量大6
制作简单6但为了加强传热效果6常需要传热肋片6
同时6为解决散热问题6在玻璃盖板与吸附床之间增
设栅窗PQR%管式吸附器将吸附剂A氯化钙O活性炭B填
充至金属管中6管中央还有一同心圆管作为制冷剂
的传质通道6金属管粘接在集热器的表面上PSR%管式
吸附器的传热效率较高6吸附床内吸附剂能达到很
高的温度6从而可以使制冷剂得到很好的解吸6同时
表 N 国内外实验样机的研究状况
TUV%N WXYXUZ[\ZXY]^_Y‘a_\XXbcXZdeXf_U^Y‘^UZd[XgeUhXZiXjd[XYV‘_\\‘eXUfiUVZ‘Ui
研究人员 制冷工质对
集热器
面积k2H
太阳日照强度
kAlmn2IHB
89: 日制冰量 备注
:,o/等PQR 活性炭ALQBk甲醇 p HH q%!H Qrp3$k2H 平板式集热器
!s q%!q
t+140+u等PpR 活性炭k甲醇 H HQ q%qH !%q3$ 抛物面聚集
v0,+w+等PSR 氯化钙k氨 !%x! !H q%!q !%q3$k2H 平板式集热器
谭盈科等PyR 活性炭k甲醇 !%! q%!! Lrp3$ 平板式集热器6最大太阳辐
射强度为 pHHrypxzk2H
林贵平等PsR 氯化钙k氨 !%p Hq L%H3$ 平板式集热器6
水平面上的日辐射量
HSp! 上 海 交 通 大 学 学 报 第 Lp卷
万方数据
由于吸附床是圆型管状!具有较好的承压能力"但由
于吸附筒内所能堆积的吸附剂质量较少!故这种结
构的制冷量相对较小"
吸附剂的热导率#吸附剂与金属壳体的接触热
阻#吸附剂的堆积密度#涂层材料#玻璃盖板层数对
吸附床性能的影响较大$%&!为设计性能良好的吸附
床!必须对上述参数设法改进"由于在提高吸附剂的
热导率#降低吸附剂与金属壳体的接触热阻这两方
面目前尚未有成熟实用的
方法
快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载
适用于太阳能吸附制
冷系统!因而!在保证传热的前提下应尽可能提高吸
附剂的堆积密度"为加强吸附床对太阳辐射光能的
吸收!选用北京太阳能利用试验厂生产的选择性涂
层代替传统的黑板漆!同时!选用南京费隆有限公司
生产的透明玻璃纤维板代替普通的平板玻璃!透明
玻璃纤维板不但具有较好的光强透过率!同时质量
轻!制作双层盖板亦非常容易"
为保证系统长期稳定运行!避免制冷剂与金属
体在高温下进行化学反应!系统中吸附床金属壳体
及蒸发器均采用不锈钢板制作"吸附剂选用海南琼
池实业有限公司生产的 ’()型椰壳活性炭!实验表
明!这类活性炭对甲醇进行 *+吸附后甲醇吸附率
可达 *,"-.!其吸附速度比其他活性炭对甲醇的吸
附速度高 /倍!所以椰壳活性炭对甲醇具有较强的
吸附能力"吸附器的装置结构如图 )所示!相关参数
如下0吸附床壳体选用 *11厚的不锈钢板!吸附床
表面的有效吸热面积为 *"(1)!吸附床底部放置不
锈钢支撑底部的制冷剂流道空间!在吸附床内还放
置传热肋片!吸附床金属壳体的质量为 )("(23!吸
附床内装填活性炭的质量为 *4"(23"
图 ) 吸附床本体5116
783") 9+:;<=>?@:AB@:<5116
C"C 冷凝器与蒸发器
冷凝器与蒸发器均为太阳能固体吸附制冰机的
关键部件!其性能的优劣同样决定了系统的性能"太
阳能固体吸附式制冷系统以太阳辐射能为驱动源!
且工作在真空状态下!压力变化范围不大!而起压缩
机作用的吸附床则靠系统的压力变化作为驱动源!
故必须保证所设计系统的各子部件有较光滑的流动
通道!以保证吸附或脱附时制冷剂气体能流畅通过
各子部件"对冷凝器而言!可选用较大口径的高肋翅
片管来强化冷却脱附时的制冷剂气体!同时大口径
的管道能使气体流畅地通过冷凝器"冷凝器的结构
设计如图 ,所示!翅片管的结构尺寸如下0翅片外径
为 ,/11!翅片根径为 *-11!翅片厚度为 (",D
11!翅片间距为 )",11"采用上述铜铝翅片管按图
,设计制作后!可使冷凝器换热面积达到%"D1)"
图 , 冷凝器结构图5116
783", EB?FGBF?:>HB+:G>A<:A=:?5116
对蒸发器而言!一方面必须使蒸发器具有足够
的换热面积以保证制冷剂沸腾时所产生的相变热能
尽快传出I另一方面应保证蒸发器具有足够大的内
腔空间来收集从吸附床解吸出的制冷剂液体!若作
为制冰机用!还必须同时兼顾蒸发结束后能够较容
易取出所制的冰"所设计的蒸发器实物如图 %所示"
冰箱壳采用现有的小冰箱壳体"冰槽可用玻璃框做
成!装水后直接放入冰箱壳体内与蒸发器直接接触!
使蒸发过程中的冷量直接用于结冰"
图 % 蒸发器结构图5116
783"% EB?FGBF?:>HB+::J;K>?;B>?5116
L 系统装置整体构建及实验操作
在对吸附床#冷凝器#蒸发器进行实物制造并确
保各部件不漏后!对系统进行整体装配"由于采用无
,M/*第 **期 李 明!等0改进型太阳能固体吸附式制冰机的研制
万方数据
阀结构!并且所设计研制的产品主要是针对以后工
业化的生产!故在整个系统中没有布置任何测试设
备及热电偶!仅在吸附床出口处放置一个真空压力
表!以便监控系统是否正常运行"吸附床与冷凝器靠
真空卡箍接头连接!用#$%&&的铜管连接冷凝器
与蒸发器!同时省去了贮液器与节流阀"整个装置安
放于小车上!可自由移动!既可在外界场地进行真实
试验!亦能在太阳模拟光源下进行实验"系统装配完
毕并经 ’()保压确认不漏后!进行实验操作"
为了改善活性炭的吸附性能!提高单位质量活
性炭的制冷功率!对活性炭进行活化*打开模拟光源
开关!对吸附器加热!当吸附剂达到较高温度时!对
系统抽真空!将吸附剂内水分和不凝性气体抽出"此
过程不断连续重复!直至吸附器内的压力表指针在
高温时基本不随温度的变化而变化!一般需 +,)"
活化完成后!灌注甲醇"由实验可知!灌注 $’瓶 -,,
&.的甲醇效果较为理想"
表 (为太阳能制冰机在接受外界能量输入条件
下系统经一循环周期所得实验结果"表中的制冰量
为实测值!/0123456为根据公式7$897:8的计算值"
表 ; 太阳能制冰机实验结果
<=>"; ?@ABCDEBFG=HCBIJHGIKLGMBIKH=CDNBOE=PBC
实验日期
有效吸热
面积Q&(
接受的辐
射能量QRS
得到的制
冰量QTU
/0123456
实验
方法
(,,$V$$V,W ,"%+ $%"(+ ’", ,"$:’ 模拟光
源照射
(,,$V$$V$- ,"%+ $’":, X", ,"$+X 模拟光
源照射
(,,$V$$V$W ,"%+ $-"W, +", ,"$(’ 太阳光
辐射
(,,$V$$V$% ,"%+ $-"(, +", ,"$:( 太阳光
辐射
由表 (可知!系统在接受外界辐射能量输入 $-
9(,RSQ&(情况下!能稳定地对外提供 +9’TU的
冰块!系统运行性能稳定"与表 $所列的国内外同类
研究相比!所设计的制冰机系统在制冰量及 /01方
面均处于较好水平Y与实验室内所设计的太阳能制
冰机相比!则结构简单!并能在室外进行太阳能制冰
实验"
Z 结 语
经优化设计后的太阳能制冰机!采用无阀结构
连接!操作简便!性能稳定!实验样机所选用的材料
及制造过程完全能满足工业化批量生产的要求"随
着工艺过程的进一步完善及吸附制冷工质对性能的
提高!太阳能固体吸附制冰机装置可望在短期内进
入家庭"
参考文献*
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政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载
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4.李明.王如竹.王六玲 太阳能固体吸附式制冰机系统内外特性分析[期刊论文]-太阳能学报 2002(2)
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.
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引证文献(8条)
1.魏鹏.马吉民.隋鲁彦.范兰英 太阳能空调系统评述及其推广应用[期刊论文]-制冷空调与电力机械 2009(1)
2.赵加佩.陈宁.冻小飞 太阳能吸附式制冷技术进展综述[期刊论文]-能源研究与信息 2007(01)
3.罗会龙.徐冰峰.冷婷婷.王如竹 太阳能吸附式空调的研究现状与展望[期刊论文]-建筑科学 2007(02)
4.罗会龙.王如竹.代彦军.吴静怡.付剑波.许煜雄 回质型太阳能吸附式制冷系统的性能[期刊论文]-上海交通大
学学报 2006(02)
5.赵加佩.丁曙光 太阳能驱动的制冷与空调系统研究综述[期刊论文]-能源与环境 2006(04)
6.方丽娜 余热驱动新型旋转转轮固体吸附单元冷管的研究[学位论文]硕士 2006
7.罗会龙.钟浩.夏朝凤.李明.唐润生 太阳能农产品保鲜可行性探讨[期刊论文]-云南师范大学学报（自然科学版
） 2005(05)
8.桂贤 吸附式太阳能空调器的设计及计算机模拟[学位论文]硕士 2005
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