191燃料电池汽车余热驱动吸附式空调中回质过程对系统性能的影

燃料电池汽车余热驱动吸附式空调中回质过程对系统性能的影响华中科技大学陈焕新中南大学黄清关键词：空调吸附制冷燃料电池汽车回质燃料电池汽车是一种采用节能、环保新技术的汽车，具有零排放、无污染、效率高、噪声低、可靠性高等优点，对解决能源危机和改善环境具有重要意义，因此成为当今世界各国竞相研究开发的热点。由于燃料电池内部的不可逆性，约有40％～50%的能量耗散为热能，如果不及时将热量排走，会使电池工作温度上升，电解质膜脱水收缩甚至破裂。因此燃料电池的热管理问题对于电池的运行性能有着至关重要的影响，不当的热管理会使电池的输出功率低，效率差，甚至会影响燃料电池的运行寿命，因此热能的综合利用对于燃料电池动力系统具有十分重要的意义。文献[1]探讨了利用燃料电池汽车余热利用的可行性，文献[2]分析了吸附制冷技术在余热回收利用中的可行性。笔者在此基础上，设计了一套采用活性炭－甲醇为工质对、用燃料电池余热驱动的吸附式汽车空调系统。并在空调系统中引入了回质过程，以期改善空调系统性能。对回质过程进行了分析，并与基本的连续循环进行了对比，进一步揭示了回质过程对系统性能的影响规律。燃料电池散热装置内的冷却水温度大约为75～80℃，由于活性炭－甲醇能在比较低的热源温度下工作，因此可以利用散热装置的冷却水作为驱动热源。吸附床采用壳管式换热器，由2个四通换向阀切换加热与冷却。回质过程的实现非常简单，在两吸附床用管道连通，安装一阀门即可控制回质过程的启停。回质循环的原理如下：吸附床1与吸附床2反相1800运行，当床1刚解吸完毕而吸附床2刚吸附完成时，打开回质控制阀。由于床1的温度和压力均高于床2内，因此床1内的高温高压制冷剂通过管道流向床2，直到两床压力平衡为止。在此过程中，由于床1内的压力降低，一部分被吸附在吸附剂中的制冷剂从中解吸出来；与此同时，由于床2内的压力升高，又有一部分制冷剂被吸附剂所吸附。即床1的解吸量增加，床2的吸附量增加，相当于循环的总解吸量增加，从而增加循环的制冷量。如果在回质过程中，保持两吸附床的温度恒定，称之为等温回质[3]。本文主要探讨等温回质过程对循环的影响。假设回质过程充分，各工质对的D-A方程参数具体见文献[4]，对本文设计的系统进行了模拟计算，结果表明：（1）热源温度越低，回质率越高；但吸附剂的改良对回质率影响很小；（2）引入回质过程后，系统的COP性能指数得到较大提升；（3）冷凝温度与蒸发温度温差越大，回质率越高；（4）进行回质处理后，外界环境的变化对系统性能的影响大为减小。陈焕新，男，1964年6月生，教授，地址：武汉市华中科技大学能源与动力工程学院，邮编：430074，E－mail：[e-mail]基金项目：湖南省自然科学基金项目（04JJ3086），中国博士后基金资助项目（2003034121）