王魯峰，李輝，萬小利，丁紅軍，金志剛

摘要：研究建立了一個模擬多種發動機尾氣熱源的試驗臺。通過理論和經驗數據相結合的方法確定了試驗臺的熱流量、出口溫度及壓力等參數。試驗臺的熱源由燃油燃燒提供，能夠模擬出和實際發動機工作時尾氣特性（溫度、壓力、流量）相似的熱煙氣。模擬的發動機尾氣熱源和吸附制冷系統相結合，可以降低試驗成本，并使試驗的可信度更高，為給定熱源條件下設計吸附發生器提供一定的理論和實驗依據。

關鍵詞：發動機；尾氣熱源；吸附制冷

Abstract:In the paper， an experimental bench which simulating multiengine tail gas heat source is researched and built. Based on the combination of theory and empirica l data， defined the thermal flux， exit temperature and pressure of the experimen tal bench， and so on. Combustion supplies the experimental bench heat sources， w hich could simulate the similar characteristics of tail gas of real engine (temperature， pressure， flux). The harmony of simulating heat source of engine tail gas and adsorption refrigeration system could reduce the cost， and upgrade the de gree of belief， provide certain theory and test reference for adsorption generat or design under the specified heat source terms. Keywords:engine; tail gas; heat source; adsorption refrigerat ion

0引言 吸附式制冷能有效利用太陽能和工業廢熱等低品位能源而沒有環境破壞性，這種新的制冷 技術受到越來越多的重視。吸附式制冷不用氟里昂作制冷劑，是一種環境友好的制冷技術。吸附式制冷系統可以直接由太陽能、工業廢熱等低品位能源驅動，是節能和開發利用太陽能等新能源的有效工具，該系統具有結構簡單、無運動部件、無噪聲、抗振性好、使用壽命長等優點，在船舶制冷、汽車制冷、宇航制冷中有相當好的應用前景。如將它用在發動機尾氣驅動的空調系統，能夠滿足車輛的制冷需求［1，2］。在各種客車、轎車中應用吸附制冷冰箱，可以做到停車后繼續制冷12h以上。以解放牌CA15型貨運車為例，在部分負載60kW下工作時，可利用的尾氣熱量為18.28kW左右，在COP為0.2～0.3的情況下（目前吸附式制冷系統完全可以達到此目標），可制得的冷量為3.66～5.48kW，而駕駛室內所需的制冷量一般為3.5kW左右，可見制得的冷量能滿足需求。如能成功地將利用余熱的吸附式制冷技術用于各類發動機空調和冰箱系統，開發成功性能良好、造價低、體積小、基本無運行費用的發動機尾氣余熱利用吸附式制冷系統，必將帶來巨大的經濟和社會效益。 分析汽車發動機的效率和熱平衡可知［3，4］，燃油燃燒的總熱量只有30%～48%用于汽車的動力輸出(見表1)，一半以上的熱量以廢熱的形式排出車外，包括循環冷卻水帶走的熱量和尾氣帶走的熱量。其中尾氣帶走的熱量占燃燒總熱量的比例，柴油機為25%～45%，汽油機30 %～40%。排氣閥門處的溫度為400～600℃。考慮到廢氣中酸性氧化物的露點腐蝕問題，最終排出汽車體外的尾氣溫度不應低于180℃，一般可以利用的廢熱量為燃燒總熱量的15%～ 20%，能夠利用的排氣余熱是很可觀的。

由上述分析可見，發動機尾氣的溫度較高，廢熱量較大，是吸附式制冷系統較理想的驅動熱源。如果直接用發動機做吸附制冷試驗研究，試驗本身只能利用30%左右的發動機尾氣熱量，其余70%左右的能量將白白浪費，且發動機提供的流量和溫度基本上不變，對試驗研究也有很大的局限。為此，我們考慮建立可模擬多種熱源的試驗臺，輸出的熱量由燃油燃燒。此臺架在研究不同發動機熱源以及發動機在不同工況下對吸附發生器性能的影響時都可應用。

1多種發動機尾氣熱源吸附制冷模擬試驗臺系統簡介 模擬多種發動機尾氣熱源吸附制冷試驗臺(見圖1)具有以下特點： (1) 采用兩級送風，燃燒器風機進口風道和主風機出口相連接，避免了燃燒器風機直接 從大氣抽取空氣，導致燃燒器內部積炭而燃燒不完全，影響整個試驗臺的正常工作。 (2) 主風機在給燃燒器提供燃燒所需的一次空氣和二次空氣的同時，還提供大量的冷風，保證試驗臺的排氣溫度在可控范圍內。 (3) 在燃燒器出口處采用一段圓形的后燃管，其內徑與燃燒室相同，這樣有助于形成射流。 (4) 利用燃燒器出口射流引射冷卻風，以提高燃燒煙氣的出口壓力，彌補主風機風壓不足的缺點。 (5) 試驗臺輸出煙氣的參數調節采用了以下措施：在主風機進口處加可調節風門；利用變頻器調節主風機的轉速；調節燃燒器供油泵的壓力來調節試驗臺的燃油量。 (6) 采用兩組發生器交替進行制冷，使得系統得到連續的制冷效果。

2試驗臺的調試 本試驗臺輸出煙氣的參數(流量、溫度、壓力)是可以調節的，即模擬的熱源是可以改變的。風量和燃油量決定試驗臺煙氣的出口溫度和模擬的熱流量，煙氣的溫度及流量又影響出口壓力。通過調節風門開度、改變主風機轉速和調節燃燒 器的燃油量，可實現對試驗臺出口煙氣參數溫度、壓力、質量流量的調節。 在開機前，測得大氣壓力、溫度、濕度等參數。啟動主風機，檢查整個系統的密封性；調節變頻器頻率或風門開度，使進口流量計處的壓力達到要求值。然后啟動燃燒器風機，打開燃燒器輸油泵后，啟動電動點火使燃油燃燒產生熱量，調節供油管內的壓力使其達到燃油量的要求。由于出口壓力升高，流量計處的壓差就會降低，需要重新調節變頻器頻率及風門開度使流量達到設定值。輸入流量和溫度一定時，試驗臺的出口煙氣壓力基本上保持不變。

3試驗臺參數計算［3～8］ 在模擬試驗臺中主要是模擬熱源的溫度和質量流量兩個參數。試驗臺所消耗的燃油量是直接決定試驗臺煙氣的輸出熱量，它同時也是決定輸出溫度的一個重要參數。由于煙氣在發生器中存在壓力損耗，故輸出壓力也是設計模擬試驗臺的一個重要參數，它主要是和發生器的結構有關。模擬多種發動機尾氣熱源吸附制冷試驗臺設計中的4個設計參數為：溫度t、質量流量Qm、燃油量Qb和壓力P。 發動機尾氣流量為：Qm=Nege(L0αj+1) 式中：Ne——發動機軸功率； ge——發動機額定工況下的油耗比； L0——燃燒1kg油所需理論空氣量； α——過量空氣系數； j——掃氣系數。 尾氣所含熱量為：Q=QmCp(t-t0) 式中：Cp——尾氣的定壓比熱； t——排氣溫度； t0——外界環境溫度，取20℃。 本模擬試驗臺正常運行時的參數為：煙氣流量100～1500 m3/h；出口煙氣溫度180～600℃；燃油消耗量2～20kg/h；出口煙氣壓力1200～2000Pa。試驗臺的熱源由主風機和燃燒器提供，出口煙氣熱流量通過調節風機的轉速、風門開度及燃油量來改變。煙氣流量采用節流降壓法測定，溫度采用溫度傳感器測定。

4試驗結果 模擬3種同型號發動機的尾氣熱源進行了試驗測試，以考察不同熱源對吸附床的脫附影響。三種熱源性能見表2，三種熱源針對同一種吸附床的脫附氨率變化見圖2。可以看出，熱源1由于溫度低、流量小，與吸附床的換熱較慢，導致吸附床的氨脫附率高峰出現在8～21min，最高峰在第14min；熱源2加熱吸附床后，吸附床的氨脫附率高峰出現在4～18min，最高峰在第8min；熱源3加熱吸附床后，吸附床的氨脫附率的高峰出現在2～16min，最高峰在第8min。

由于在脫附氨的高峰期過后，吸附床脫附的氨量降低很多，如果還繼續加熱吸附床，所得到的氨量已經不夠經濟。所以在熱源與吸附床的匹配中，對不同的熱源，吸附床間有不同的最佳加熱時間，兩組吸附床通過交替加熱實現連續制冷。吸附床的最佳加熱時間與熱源性質、熱源溫度、熱源流量、吸附床結構等有關系，尋找吸附床的最佳加熱時間對整個吸附制冷系統的經濟性和制冷效率有很密切的關系。

5結論 針對吸附制冷試驗的需要，設計了模擬發動機實際工作過程中排放尾氣熱源的吸附制冷試驗臺。這套試驗臺能在比較大的調節范圍內模擬多種型號的發動機尾氣，可大大降低研究成本，縮短研究周期，為給定熱源條件下設計吸附發生器提供一定理論和實驗依據，為以后的吸附制冷系統的試驗研究奠定了基礎。

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