氯化鈣-膨脹石墨混合吸附劑的吸附特性及其在雙熱管型吸附制冷系統(tǒng)中的應用.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展以及能耗的增加，能源與環(huán)境問題目前已經(jīng)成為全世界所共同關注的一個熱點問題，固體吸附式制冷作為一種可有效利用低品位熱能且沒有環(huán)境破壞性的制冷技術受到了國內外越來越多的關注。在吸附制冷應用方面，對于低于0℃制冷溫度的主要以金屬氯化物-氨為工質對的化學吸附式制冷。氯化鈣-氨工質，相對于以水為制冷劑的物理吸附劑，優(yōu)點為蒸發(fā)溫度低，可以用于制冰，近年來氯化鈣-氨化學吸附制冷機在漁船制冰方面也得到了應用。但金屬氯化物-氨工質對在實

2、際應用中存在著三個問題，一是金屬氯化物導熱系數(shù)較低(如氯化鈣導熱系數(shù)僅為0.1-0.3W·m-1·K-1)無法快速的將吸附/解吸熱傳遞出去，導致循環(huán)周期延長，降低了吸附制冷系統(tǒng)的制冷功率；二是吸附劑在多次的吸附和解吸后會出現(xiàn)嚴重的結塊現(xiàn)象(agglomerationphenomenon)，這大大降低了吸附劑的吸附能力；三是在金屬氯化物-氨吸附系統(tǒng)的設計方面，傳統(tǒng)的通過四通閥切換煙氣和冷水進入傳熱管道的系統(tǒng)雖然有結構簡單的優(yōu)點，但是卻無法

3、克服傳熱管道在冷、熱交變工況下的煙氣腐蝕問題。針對以上問題，本文研制了氯化鈣/膨脹石墨混合吸附劑并應用在新型的雙熱管余熱驅動吸附制冷系統(tǒng)中，本文的研究成果對吸附式制冷系統(tǒng)的實用化和商業(yè)化具有重要的意義。具體內容包括： 1.本文研制一種新型膨脹石墨-氯化鈣混合吸附劑，通過將氯化鈣與膨脹石墨相混合，利用膨脹石墨豐富的微孔來強化氯化鈣的傳質，可解決化學吸附劑長期使用中由于結塊現(xiàn)象而導致的性能衰減現(xiàn)象。由于采用了固化加工方法，使得混合吸

4、附劑的導熱系數(shù)有了較大提高(顆粒狀氯化鈣導熱系數(shù)為0.31W·m-1·K-1，添加20％膨脹石墨并固化后混合吸附劑的導熱系數(shù)為7.2W·m-1·K-1，導熱系數(shù)增加了23倍)，為縮短吸附制冷循環(huán)時間，減小吸附床體積提供可能。 2.本文研制了一種應用于固體吸附制冷機組中，結構緊湊，傳熱能力較為優(yōu)秀的雙熱管式吸附床。雙熱管式吸附床采用內嵌的加熱熱管和冷卻熱管來加熱/冷卻吸附床，加熱熱管屬于分離式熱管，冷卻熱管屬于兩相閉式熱虹吸熱管，

5、通過兩種熱管的連續(xù)工作，對吸附床進行加熱和冷卻，而且可以實現(xiàn)高溫煙氣和冷卻水不用切換，從而解決了低溫腐蝕對吸附床的危害，同時由于熱管采用相變換熱，一般要比對流系統(tǒng)中以顯熱方式所傳遞的熱量大幾個數(shù)量級，換熱效果將大大增強。 3.在氯化鈣-膨脹石墨混合吸附劑和雙熱管式吸附床的基礎上，研制了一臺采用雙床、雙冷凝器和雙蒸發(fā)器結構的新型尾氣余熱驅動化學吸附制冷機。整個制冷機由兩部分組成：氨熱壓縮機和氨制冷機。氨熱壓縮機由水冷凝器(2個并聯(lián)

6、)、雙吸附床和煙氣-水蒸汽換熱器組成。氨制冷機部分由氨冷凝器(2個并聯(lián))和氨滿液式蒸發(fā)器組成。吸附床的加熱和解吸工作過程的切換依靠吸附床內嵌的加熱/冷卻熱管完成，只需要5個閥門即可以完成包括回質過程的切換，大大減少了閥門的個數(shù)，提高了系統(tǒng)的運行可靠性并降低了系統(tǒng)加工成本，而且機組按照設備樣式設計，結構緊湊，滿足實用化需要。 4.建立了系統(tǒng)動態(tài)運行過程的仿真模型，并進行了數(shù)值求解。通過實驗，驗證了系統(tǒng)仿真模型的正確性，證實該仿真模

7、型能夠較好地反映系統(tǒng)的動態(tài)運行特性，為研究新型雙熱管式化學吸附式制冷系統(tǒng)的性能變化規(guī)律及產品的系列化開發(fā)提供了一種較為可靠的方法。 5.搭建了測試制冷樣機的實驗臺，實驗數(shù)據(jù)表明雙熱管式吸附床可以很好強化吸附床內的傳熱過程，加快了吸附和解吸的速度，使得吸附床的吸附和解吸周期縮短(加熱和冷卻時間為12分鐘，吸附床溫度變化區(qū)間為35℃-120℃，與采用相同熱管工質的復合交變熱管式制冷機相比，可縮短循環(huán)時間一半以上)，系統(tǒng)的平均制冷量2