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1、 论文框架论文框架研究的目的和意义研究的目的和意义论文要点论文要点结论与展望结论与展望123341 研究的目的和意义研究的目的和意义u 随着不可再生性能源的短缺和环境污染的日趋严重，人随着不可再生性能源的短缺和环境污染的日趋严重，人们对环境保护和能源有效利用的认识有了进一步的提高，们对环境保护和能源有效利用的认识有了进一步的提高，各国对可持续性发展的既节能又利于环保的各种技术日各国对可持续性发展的既节能又利于环保的各种技术日益关注。而在制冷技术方面，氟利昂等有害制冷剂必须益关注。而在制冷技术方面，氟利昂等有害制冷剂必须被摒弃。人们着重开发新型制冷剂，通过不断研究发现，被摒弃。人们着重开发新型制

2、冷剂，通过不断研究发现，吸收式、吸附式等绿色制冷技术吸收式、吸附式等绿色制冷技术。u 19871987年年9 9月，月，2424个工业国签署了蒙特利尔议定书，个工业国签署了蒙特利尔议定书，决定限制使用对臭氧层有破坏作用的物质。如今船舶空决定限制使用对臭氧层有破坏作用的物质。如今船舶空调系统大多数应用蒸汽压缩式制冷系统，不仅消耗燃油调系统大多数应用蒸汽压缩式制冷系统，不仅消耗燃油而且采用氟利昂类化合物作为制冷剂。然而，氯氟烃对而且采用氟利昂类化合物作为制冷剂。然而，氯氟烃对臭氧层有着破坏的影响，虽然对臭氧层破坏性较小的臭氧层有着破坏的影响，虽然对臭氧层破坏性较小的R22R22、R134R134等

3、物质逐步替代等物质逐步替代R12R12被采用，但是被采用，但是R22R22、R134R134是温室是温室气体，不能长久使用以避免造成破坏。气体，不能长久使用以避免造成破坏。1 研究的目的和意义研究的目的和意义u 大型船舶主机及发电柴油机的排烟温度根据机型的不同，大型船舶主机及发电柴油机的排烟温度根据机型的不同，在经过涡轮透平增压器及废气锅炉后仍然高达在经过涡轮透平增压器及废气锅炉后仍然高达150200; ;其中蕴含着大量废热，约含燃油发热量的其中蕴含着大量废热，约含燃油发热量的10%20%。固。固体吸附式制冷在船上应用有着其他制冷空调方式所不能体吸附式制冷在船上应用有着其他制冷空调方式所不能比

4、拟的。吸附式制冷技术无压缩机、无耗电、无氟利昂，比拟的。吸附式制冷技术无压缩机、无耗电、无氟利昂，以热源为驱动力，结构简单，成本低，是制冷方面的新以热源为驱动力，结构简单，成本低，是制冷方面的新的实用技术。的实用技术。u 本文根据船舶主机的运行参数计算出该船尾气中可利用本文根据船舶主机的运行参数计算出该船尾气中可利用的余热，而这些余热不能全被吸附式制冷系统利用。因的余热，而这些余热不能全被吸附式制冷系统利用。因此，计算吸附式制冷空调可行性时，根据该船夏季的总此，计算吸附式制冷空调可行性时，根据该船夏季的总热负荷计算出吸附式制冷系统应从尾气余热中吸收的能热负荷计算出吸附式制冷系统应从尾气余热中吸

5、收的能量，然后与尾气余热未被利用的能量对比，由此得出吸量，然后与尾气余热未被利用的能量对比，由此得出吸附式制冷空调应用可行。附式制冷空调应用可行。2 论文要点论文要点2.1吸附式制冷吸附式制冷2.2吸附式制冷应用现状举例吸附式制冷应用现状举例2.3船舶余热吸附式制冷空调船舶余热吸附式制冷空调2.4可行性分析可行性分析2.5改进改进2.1 吸附式制冷吸附式制冷u2.1.1吸附式制冷原理吸附式制冷原理 加热 冷却 吸附床冷凝器蒸发器蒸发器冷凝器吸附床2.1吸附式制冷吸附式制冷u2.1.2连续吸附式制冷连续吸附式制冷 制热 制冷 加热 冷却冷凝器吸附床1蒸发器吸附床22.1 吸附式制冷吸附式制冷u2

6、.1.3吸附式制冷特点吸附式制冷特点吸附式制冷系统无任何运动部件，系统简单不需维修，吸附式制冷系统无任何运动部件，系统简单不需维修，没有噪声、无污染、安全可靠、寿命长，而且对环境要没有噪声、无污染、安全可靠、寿命长，而且对环境要求不高，可以在求不高，可以在-20-20左右工作。可以利用废热、废气、左右工作。可以利用废热、废气、废水和太阳能等低品位热能，从而节省初级能源的消耗。废水和太阳能等低品位热能，从而节省初级能源的消耗。与传统压缩式制冷相比，吸附式制冷系统更节能，节约与传统压缩式制冷相比，吸附式制冷系统更节能，节约大量用电；结构简单，运动部件少，安全可靠运行时没大量用电；结构简单，运动部件

7、少，安全可靠运行时没有震动和噪声，安装时无特殊要求，维护管理方便；吸有震动和噪声，安装时无特殊要求，维护管理方便；吸附式制冷系统对环境和大气臭氧层无害；在相同制冷量附式制冷系统对环境和大气臭氧层无害；在相同制冷量下，吸附式制冷中冷凝器的热负荷低于压缩式，下，吸附式制冷中冷凝器的热负荷低于压缩式，COPCOP低于低于压缩式制冷循环，制冷剂流量也较低。压缩式制冷循环，制冷剂流量也较低。2.2 吸附式制冷应用现状举例吸附式制冷应用现状举例u2.2.1引言引言目前，吸附式制冷技术在低品位热源利用中的研究大目前，吸附式制冷技术在低品位热源利用中的研究大多在发动机余热和太阳能等方面。用未能完全使用废热多在

8、发动机余热和太阳能等方面。用未能完全使用废热制冷，应用吸附制冷技术实现了制冷，应用吸附制冷技术实现了“太阳能冷库太阳能冷库”、“非非电冷库（工业余热冷库）电冷库（工业余热冷库）”、“轮船尾气制冷轮船尾气制冷”、“汽汽车尾气冷藏车车尾气冷藏车”、“尾气空调尾气空调”等产品，并已实际应用。等产品，并已实际应用。u2.2.2太阳能吸附式制冷太阳能吸附式制冷 我国可再生能源丰富，尤其是太阳能，在我国可再生能源丰富，尤其是太阳能，在2/32/3的地表的地表上年辐射量都超过上年辐射量都超过0.6MJ/0.6MJ/，每年地表吸收的太阳能大约，每年地表吸收的太阳能大约相当于相当于1.71.7万亿吨标准煤的能量

9、。利用太阳能吸附式制冷万亿吨标准煤的能量。利用太阳能吸附式制冷系统可节约能源，减少环境污染，降低运营成本。系统可节约能源，减少环境污染，降低运营成本。2.2 吸附式制冷应用现状举例吸附式制冷应用现状举例 经过几十年的研究探索，太阳能吸附式制冷已开始经过几十年的研究探索，太阳能吸附式制冷已开始从实验室迈向工业化生产。如图是德国从实验室迈向工业化生产。如图是德国Freiburg Freiburg 示范示范应用的太阳能吸附空调。应用的太阳能吸附空调。2.2 吸附式制冷应用现状举例吸附式制冷应用现状举例u2.2.3渔船尾气吸附式制冰渔船尾气吸附式制冰 渔船上柴油发动机工作过程中只有三分之一左右渔船上柴

10、油发动机工作过程中只有三分之一左右的功率在做有用功，而有约三分之一的功率以温度达的功率在做有用功，而有约三分之一的功率以温度达350350500500的尾气形式排放到大气中。下图为渔船尾气的尾气形式排放到大气中。下图为渔船尾气吸附式制冰机原理图。吸附式制冰机原理图。 尾气 储 液 器 发生器冷凝器制冰机2.3 船舶余热吸附式制冷空调船舶余热吸附式制冷空调u2.3.1引言引言 目前，船舶柴油机的热效率一般只有目前，船舶柴油机的热效率一般只有30%40%。下图给出了废气余热组成。由此可见，船上有着大量的下图给出了废气余热组成。由此可见，船上有着大量的余热能量，如果充分利用这些余热能量将达到一个可观

11、余热能量，如果充分利用这些余热能量将达到一个可观的经济性。利用这些余热能量驱动吸附式制冷设备安装的经济性。利用这些余热能量驱动吸附式制冷设备安装在船舶上，将进一步利用余热减少营运成本。虽然，余在船舶上，将进一步利用余热减少营运成本。虽然，余热吸附式技术不成熟，但其有着巨大的潜在价值。热吸附式技术不成熟，但其有着巨大的潜在价值。船用柴油机废气余热百分比排气, 30%冷却水, 15%其它, 5%输出功率, 40%增压空气, 10%2.3 船舶余热吸附式制冷空调船舶余热吸附式制冷空调 2.3.22.3.2船舶余热吸附式制冷空调船舶余热吸附式制冷空调 6a 3a 4a 海水海水 5a 3b 4b 5b

12、 8 6b 1柴油机柴油机;2吸附床吸附床;3一电磁阀一电磁阀;4一电磁阀一电磁阀;5-单向阀单向阀;6-真空电磁阀真空电磁阀;7冷凝器；冷凝器；8节流阀节流阀;9-蒸发器；蒸发器；10-空调器空调器 12a2b79102.4 可行性分析可行性分析 以某一船舶主机运行参数进行计算。主机运行参数记以某一船舶主机运行参数进行计算。主机运行参数记录，此工况下主机负荷录，此工况下主机负荷80.95%80.95%，主机功率，主机功率Pe=26 809 ps,Pe=26 809 ps,航速航速21.30kn,21.30kn,主机转速主机转速93.44mm,93.44mm,主机燃油消耗主机燃油消耗91.24

13、t/d,91.24t/d,扫气总管温度扫气总管温度51,51,机舱温度机舱温度36,36,海水温度海水温度28,28,汽缸汽缸冷却水进机温度冷却水进机温度64 ,64 ,汽缸冷却水出机温度汽缸冷却水出机温度85 ,85 ,主机主机滑油进机温度滑油进机温度40,40,滑油出机平均温度滑油出机平均温度44,44,燃油进机温燃油进机温度度136,136,增压空气温度增压空气温度170,170,增压器废气进气平均温度增压器废气进气平均温度484,484,增压器废气排气平均温度增压器废气排气平均温度347347。柴油机的热平衡方程可表示为柴油机的热平衡方程可表示为: : - -燃烧总热量燃烧总热量 -

14、-转化有效功的热量转化有效功的热量 - -排气带走的热量排气带走的热量 - -冷却水带走的热量冷却水带走的热量 - -润滑油带走的热量润滑油带走的热量 - -其它热量损失其它热量损失通过计算得出通过计算得出 ， ，可知排气带走的热量约占到，可知排气带走的热量约占到42%42%。rcoCWexefQQQQQQ)/(1058.646exhKJQ%4 .46/efQQ%7 .41/exfQQfQeQexQcwQCOQrQ2.4 可行性分析可行性分析该远洋船舶的排气余热利用是该远洋船舶的排气余热利用是:缸内的高温排气先经过缸内的高温排气先经过废气涡轮增压器，然后通过废气锅炉再从烟囱排出。废气涡轮增压器

15、，然后通过废气锅炉再从烟囱排出。 排气热量的平衡：排气热量的平衡： -增压器利用的能量增压器利用的能量 -废气锅炉利用的能量废气锅炉利用的能量 -排气未被利用的能量排气未被利用的能量 经计算得：经计算得： 未被利用而随排烟带走的热量还有很多，且废气温度未被利用而随排烟带走的热量还有很多，且废气温度还在还在175以上，固体吸附式制冷以上，固体吸附式制冷COP在在0.30.6之间，之间，而该船夏季空调总热负荷而该船夏季空调总热负荷96.4kw。 根据公式：根据公式： -蒸发器热负荷蒸发器热负荷 -吸附式制冷系统热负荷吸附式制冷系统热负荷可得，当满足该船制冷需求是，吸附式制冷空调系统可得，当满足该船

16、制冷需求是，吸附式制冷空调系统应获得的热负荷应在应获得的热负荷应在160kw321kw之间。之间。321exexexexQQQQ1exQ2exQ3exQ）排进t(1extCMQpexex）排进t(2tCMQpexexex）kwQ(33.57583exaQCOP/QeeQaQ2.4 可行性分析可行性分析而而: : 式中式中 kg/h, kg/h, 1.05kJ/(kgkJ/(kg* *),),考虑进考虑进气损失的影响取气损失的影响取 170 170，则：，则：而而 在在160kw321kw之间，带入上式得到之间，带入上式得到 =162166。可见只要利用废气。可见只要利用废气162162170的

17、的能量就可满足该船制冷需求。能量就可满足该船制冷需求。）排进t(extCMQpexexr81.137303exMpexC）排tQ170(05. 181.137303exrexrQ排t2.5 优化优化 吸附式制冷设备安装于船舶上工作还需要一系列的工吸附式制冷设备安装于船舶上工作还需要一系列的工作。吸附床的传热效率和传质特性对制冷系统有影响，作。吸附床的传热效率和传质特性对制冷系统有影响，传热越快，循环周期越短，单位时间制冷量就越大。所传热越快，循环周期越短，单位时间制冷量就越大。所以应加强吸附床的传热，缩短循环时间。这可从改善吸以应加强吸附床的传热，缩短循环时间。这可从改善吸附介质的传热性能和改

18、善吸附床的结构设计以及合适的附介质的传热性能和改善吸附床的结构设计以及合适的循环方式。循环方式。 改善吸附介质改善吸附介质 吸附剂是一种多孔介质。常见的吸吸附剂是一种多孔介质。常见的吸附剂一般是粉末或颗粒状，这种吸附床接触热阻大，导附剂一般是粉末或颗粒状，这种吸附床接触热阻大，导热性能差。可将不同颗粒大小的吸附剂混合起来以减少热性能差。可将不同颗粒大小的吸附剂混合起来以减少吸附床的松散性；或在吸附床中添加导热性好的石墨或吸附床的松散性；或在吸附床中添加导热性好的石墨或金属等来提高吸附床的导热性能。也可改变吸附剂的加金属等来提高吸附床的导热性能。也可改变吸附剂的加工形状，将其加工成圆片或圆柱。这

19、种形状有利于减少工形状，将其加工成圆片或圆柱。这种形状有利于减少与换热壁的接粗热阻，改善传热性能，增加填充量。与换热壁的接粗热阻，改善传热性能，增加填充量。 改善吸附床结构改善吸附床结构 减少吸附床厚度，增大和外界的减少吸附床厚度，增大和外界的换热面积。将金属肋片或金属管插入吸附床中，这样可换热面积。将金属肋片或金属管插入吸附床中，这样可实现大面积的换热。实现大面积的换热。2.5 优化优化 （3 3）相匹配的制冷循环方式将提高系统的效率和能）相匹配的制冷循环方式将提高系统的效率和能来利用率。制冷循环方式有多种，主要有连续回热式、来利用率。制冷循环方式有多种，主要有连续回热式、热波式、对流热波式

20、、回质循环等。吸附式制冷循环间热波式、对流热波式、回质循环等。吸附式制冷循环间歇工作，将其应用与船上时，我们需将其设置为连续制歇工作，将其应用与船上时，我们需将其设置为连续制冷循环。这样就需要两个吸附床，通过阀门的切换使一冷循环。这样就需要两个吸附床，通过阀门的切换使一个吸附床保持为吸附状态，另一个吸附床为脱附状态，个吸附床保持为吸附状态，另一个吸附床为脱附状态，从而达到连续制冷。然而这种设置效率低，为了提高效从而达到连续制冷。然而这种设置效率低，为了提高效率，进一步的研究发现通过吸附床之间的能量交换，来率，进一步的研究发现通过吸附床之间的能量交换，来实现显热和吸附热的回收以提高系统实现显热和

21、吸附热的回收以提高系统COPCOP值得连续回热循值得连续回热循环。环。3结论与展望结论与展望u 固体吸附式制冷技术是一种节约能源、保护环境的制冷固体吸附式制冷技术是一种节约能源、保护环境的制冷方式方式u 可通过改善吸附介质、改善吸附床结构以及合适的循环可通过改善吸附介质、改善吸附床结构以及合适的循环方式来提高效率方式来提高效率u 通过计算知余热吸附式制冷空调应用于船舶理论上是可通过计算知余热吸附式制冷空调应用于船舶理论上是可行的行的u 吸附式制冷技术在船上的应用具有可观的经济性和广阔吸附式制冷技术在船上的应用具有可观的经济性和广阔的前景的前景致谢致谢u 感谢我的论文指导老师边老师，他对我进行了

22、无私的指感谢我的论文指导老师边老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。u 感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作启发，我将很难完成本篇论文的写作。u 感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版等过程中提供热情多你问素材，还在论文的撰写和排版等过程中提供热情的帮助。的帮助。u 由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！请各位老师和学友批评和指正！