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(yīng)用.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟(jì)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(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)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(shù)受到了國(guó)內(nèi)外越來越多的關(guān)注。在吸附制冷應(yīng)用方面，對(duì)于低于0℃制冷溫度的主要以金屬氯化物-氨為工質(zhì)對(duì)的化學(xué)吸附式制冷。氯化鈣-氨工質(zhì)，相對(duì)于以水為制冷劑的物理吸附劑，優(yōu)點(diǎn)為蒸發(fā)溫度低，可以用于制冰，近年來氯化鈣-氨化學(xué)吸附制冷機(jī)在漁船制冰方面也得到了應(yīng)用。但金屬氯化物-氨工質(zhì)對(duì)在實(shí)

2、際應(yīng)用中存在著三個(gè)問題，一是金屬氯化物導(dǎo)熱系數(shù)較低(如氯化鈣導(dǎo)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(dǎo)致循環(huán)周期延長(zhǎng)，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(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)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(shè)計(jì)方面，傳統(tǒng)的通過四通閥切換煙氣和冷水進(jìn)入傳熱管道的系統(tǒng)雖然有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，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(duì)以上問題，本文研制了氯化鈣/膨脹石墨混合吸附劑并應(yīng)用在新型的雙熱管余熱驅(qū)動(dòng)吸附制冷系統(tǒng)中，本文的研究成果對(duì)吸附式制冷系統(tǒng)的實(shí)用化和商業(yè)化具有重要的意義。具體內(nèi)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(qiáng)化氯化鈣的傳質(zhì)，可解決化學(xué)吸附劑長(zhǎng)期使用中由于結(jié)塊現(xiàn)象而導(dǎo)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(dǎo)熱系數(shù)有了較大提高(顆粒狀氯化鈣導(dǎo)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(dǎo)熱系數(shù)為7.2W·m-1·K-1，導(dǎo)熱系數(shù)增加了23倍)，為縮短吸附制冷循環(huán)時(shí)間，減小吸附床體積提供可能。 2.本文研制了一種應(yīng)用于固體吸附制冷機(jī)組中，結(jié)構(gòu)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(nèi)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(duì)吸附床進(jìn)行加熱和冷卻，而且可以實(shí)現(xiàn)高溫?zé)煔夂屠鋮s水不用切換，從而解決了低溫腐蝕對(duì)吸附床的危害，同時(shí)由于熱管采用相變換熱，一般要比對(duì)流系統(tǒng)中以顯熱方式所傳遞的熱量大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，換熱效果將大大增強(qiáng)。 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(chǔ)上，研制了一臺(tái)采用雙床、雙冷凝器和雙蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)的新型尾氣余熱驅(qū)動(dòng)化學(xué)吸附制冷機(jī)。整個(gè)制冷機(jī)由兩部分組成：氨熱壓縮機(jī)和氨制冷機(jī)。氨熱壓縮機(jī)由水冷凝器(2個(gè)并聯(lián)

6、)、雙吸附床和煙氣-水蒸汽換熱器組成。氨制冷機(jī)部分由氨冷凝器(2個(gè)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(nèi)嵌的加熱/冷卻熱管完成，只需要5個(gè)閥門即可以完成包括回質(zhì)過程的切換，大大減少了閥門的個(gè)數(shù)，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性并降低了系統(tǒng)加工成本，而且機(jī)組按照設(shè)備樣式設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，滿足實(shí)用化需要。 4.建立了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程的仿真模型，并進(jìn)行了數(shù)值求解。通過實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了系統(tǒng)仿真模型的正確性，證實(shí)該仿真模

7、型能夠較好地反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行特性，為研究新型雙熱管式化學(xué)吸附式制冷系統(tǒng)的性能變化規(guī)律及產(chǎn)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(cè)試制冷樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明雙熱管式吸附床可以很好強(qiáng)化吸附床內(nèi)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(shí)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(zhì)的復(fù)合交變熱管式制冷機(jī)相比，可縮短循環(huán)時(shí)間一半以上)，系統(tǒng)的平均制冷量2