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《中南大学》 2008年
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燃料电池汽车余热驱动的活性炭—甲醇吸附式制冷系统的研究

杨培志  
【摘要】: 燃料电池汽车的开发和研究成为各国开发绿色汽车的主流。燃料电池的工作效率一般在50%左右,对其余热回收利用具有极大的社会经济意义。吸附式制冷作为环境友好的制冷方式和利用低品位能源的有效工具,近年来得到广泛关注。本文的任务是对燃料电池汽车的余热进行回收,并应用于吸附式制冷系统,使汽车空调符合节能和环保的要求。 本文选取丰田汽车公司生产的型号为TOYOTA FCHV的一款燃料电池汽车为研究对象,针对燃料电池汽车余热驱动的活性炭—甲醇吸附式制冷系统进行研究。 从纯热力学角度对基本两床连续循环、绝热回质循环、等温回质循环这三种吸附式制冷循环的热力学过程进行分析,并采用C++语言进行编程模拟计算,探讨蒸发温度、冷凝温度及热源温度对解吸温度、吸附温度、循环吸附率、COP、周期制冷量等的影响。综合比较计算结果及燃料电池余热的特点,确定燃料电池汽车余热驱动吸附式制冷系统采用两床连续等温回质循环方式。 在此基础上进行了吸附式制冷系统结构设计。整个系统分为三个主要回路:吸附床加热冷却回路、吸附质循环回路以及热水循环回路。吸附床采用单元吸附管组合结构型式,冷凝器和蒸发器均采用管带式换热器,节流装置采用内平衡式热力膨胀阀。 考虑吸附床内非平衡吸附的特点,建立了吸附床传热传质数学模型,利用数值方法对数学模型进行了求解,讨论吸附床在冷却过程中吸附剂温度、吸附速率、吸附率、制冷系数以及单位质量吸附剂制冷功率的动态变化规律,以及吸附床在加热过程中吸附剂温度、解吸速率、解吸量的动态变化规律。 针对燃料电池汽车余热驱动的吸附式制冷循环过程吸附、解吸特性,采用动态分析方法,对吸附床在不同阶段(等容加热、等压解吸、等容冷却、等压吸附)的工作过程,分别建立了动态方程,并就蒸发器及冷凝器建立相应的动态方程。利用数值方法对数学模型进行求解,全面而系统地分析了循环周期、热源温度、外界空气温度、空调回风温度以及冷却水入口温度等参数对系统性能的影响,以及吸附速率、吸附床温度、冷凝温度、蒸发温度、制冷功率等参数的动态变化规律。 本文的研究为低品位热源驱动的吸附式制冷系统设计提供了理论依据。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:U463.851

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【参考文献】
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