低品位熱源驅(qū)動(dòng)的熱化學(xué)再吸附制冷研究.pdf

1、熱化學(xué)吸附有一種優(yōu)化循環(huán)稱(chēng)為再吸附制冷循環(huán)，其采用兩個(gè)填充有不同吸附鹽的吸附床。在相同的壓力情況下，這兩種吸附鹽與反應(yīng)氣體有著不同的反應(yīng)平衡溫度，因此被分別稱(chēng)為高溫鹽和低溫鹽，系統(tǒng)利用低溫鹽與反應(yīng)氣體的反應(yīng)解吸熱來(lái)產(chǎn)生制冷效果。一般化學(xué)反應(yīng)解吸熱是氨相變熱的2倍之多，所以理論上再吸附系統(tǒng)與傳統(tǒng)吸附系統(tǒng)相比制冷量有所提高。除此之外，再吸附系統(tǒng)減少了由于傳統(tǒng)吸附壓力過(guò)高所帶來(lái)的安全隱患;無(wú)液態(tài)制冷劑的存在使得系統(tǒng)抗振動(dòng)顛簸能力增強(qiáng)，甚至可不

2、受重力因素的影響，因此可在機(jī)動(dòng)車(chē)、漁船甚至太空船等領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。
　　合理正確挑選吸附工質(zhì)對(duì)是再吸附制冷循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低品位熱源高效利用以及提高化學(xué)吸附制冷效率的關(guān)鍵問(wèn)題之一，本課題首先對(duì)再吸附制冷吸附工質(zhì)對(duì)的配位物特性、熱平衡性質(zhì)以及化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力特性等進(jìn)行研究分析，提出了針對(duì)不同的實(shí)際應(yīng)用需求對(duì)再吸附工質(zhì)對(duì)進(jìn)行正確選擇的參考依據(jù)。
　　隨后，結(jié)合以上吸附工質(zhì)對(duì)挑選原則，為實(shí)現(xiàn)制冷溫度達(dá)到0℃以及0℃以下的再吸附制冷循

3、環(huán)系統(tǒng)構(gòu)建，先對(duì)挑選出的三種低溫鹽氯化鋇、溴化鈉、氯化銨分別與高溫鹽氯化錳組合的再吸附原型小系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究，并結(jié)合膨脹石墨為基質(zhì)的混合固化吸附劑傳熱傳質(zhì)強(qiáng)化技術(shù)，通過(guò)對(duì)吸附鹽-氨的吸附/解吸性能、熱動(dòng)力平衡性質(zhì)的研究，結(jié)果表明工質(zhì)對(duì)氯化銨-氨/氯化錳-氨的優(yōu)越工作性能，其COP(制冷效率)與SCP（單位質(zhì)量吸附劑的制冷功率）都勝出于其他所研究的組合，是0℃以及0℃以下再吸附制冷的最佳選擇。
　　由于氯化銨是新穎的再吸附反應(yīng)鹽

4、，本課題還通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究獲取氯化銨混合吸附劑在基礎(chǔ)物性以及氯化銨氨絡(luò)合物的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力方面仍缺少的數(shù)據(jù)信息，在原有經(jīng)典化學(xué)吸附動(dòng)力模型基礎(chǔ)上進(jìn)行修正，分別建立氯化銨氨絡(luò)合物合成和分解反應(yīng)速率方程，將其表達(dá)成反應(yīng)速率同時(shí)與熱平衡壓差和熱平衡溫差的函數(shù)關(guān)系式。于是，結(jié)合以上成果建立再吸附制冷循環(huán)系統(tǒng)的整體仿真模型，發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果在化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力特性方面體現(xiàn)出了與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)極為吻合的變化趨勢(shì)，由此證明了該反應(yīng)速率方程的適用性。
　　為了驗(yàn)證所選

5、氯化銨作為再吸附低溫鹽的優(yōu)越性能，將再吸附制冷循環(huán)應(yīng)用于33 L的家用小型蓄冷冰箱中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量在20～35℃室溫下3小時(shí)內(nèi)的制冰量，得到該裝置單位質(zhì)量氯化銨的總制冷量，約為475 kJ·kg-1，并且同時(shí)實(shí)現(xiàn)-1～6℃冷藏和-16～-14.5℃冷凍的兩個(gè)功能。小型冰箱的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加突顯出幾個(gè)優(yōu)化目標(biāo)的重要性:減小金屬熱容比例，加強(qiáng)系統(tǒng)的換熱效率以及裝置保溫性能。
　　根據(jù)盡量減少金屬部件的質(zhì)量比例以及提高系統(tǒng)換熱效率的優(yōu)化設(shè)計(jì)

6、，應(yīng)用氯化銨-氨/氯化錳-氨工質(zhì)對(duì)的單級(jí)再吸附制冷實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)裝置在150℃的熱源驅(qū)動(dòng)和20℃的環(huán)境溫度下，完成了-15～5℃的制冷性能測(cè)試。當(dāng)反應(yīng)氣體流動(dòng)阻力可忽略不計(jì)制冷溫度為-15℃～5℃時(shí)，系統(tǒng)COP和SCP分別為0.24～0.31和260～350W·kg-1。該再吸附制冷系統(tǒng)達(dá)到了目前國(guó)際研究成果所未有的制冷低溫，且COP與目前最高水平相比提高了1.55倍。反應(yīng)氣體傳輸時(shí)的流動(dòng)阻力使得系統(tǒng)能夠在某一固定制冷功率值上較為平穩(wěn)和持久地