基于能量梯級利用的多模式熱化學(xué)吸附制冷研究.pdf

1、由于節(jié)能和環(huán)保效益明顯，吸附式制冷被認(rèn)為是傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)替代技術(shù)之一。吸附式制冷機(jī)可由太陽能或者廢熱驅(qū)動，并且使用環(huán)保制冷劑取代氟氯烴，比如氨，甲醇和水，具有緩解臭氧層破壞和全球變暖的作用。
　　近年來社會對太陽能空調(diào)越來越關(guān)注，但是太陽能的主要缺點(diǎn)就是太陽的輻射強(qiáng)度會隨著時間、地點(diǎn)和季節(jié)的不同而變化，這增大了太陽能資源有效利用的難度，尤其是太陽能吸附制冷系統(tǒng)，而且較低的太陽輻射強(qiáng)度也增長了太陽能制冷系統(tǒng)的投資回報期。以上原因?qū)е铝?/p>

2、太陽能制冷系統(tǒng)顯得并不是很有吸引力，因此，目前需要一種能夠根據(jù)太陽輻射變化而改變運(yùn)行模式的制冷系統(tǒng)。本文提出了一種基于能量梯級利用的新型多模式制冷機(jī)讓此問題得以解決。
　　該多模式吸附制冷機(jī)組根據(jù)外界不同溫度的余熱熱源可實(shí)現(xiàn)三種吸附式制冷循環(huán)，即根據(jù)不同的日照強(qiáng)度采用不同的循環(huán)模式，這三種循環(huán)分別是雙重、雙效和兩級循環(huán)。雙重吸附式制冷循環(huán)中，為了增加制冷量，采用了吸附制冷和再吸附制冷兩種方式;雙效吸附式制冷循環(huán)中，采用了一次內(nèi)部回

3、熱循環(huán)增加熱能利用率;兩級吸附式制冷循環(huán)中，增加了一個輔助反應(yīng)鹽以降低驅(qū)動熱源的溫度。
　　多模式制冷試驗(yàn)系統(tǒng)有兩個吸附床，一個吸附床填裝MnCl2和膨脹石墨的復(fù)合吸附鹽，另一個吸附床填裝NaBr和膨脹石墨的復(fù)合吸附鹽，氨作為制冷劑。本文首先分析了多模式系統(tǒng)的性能，然后通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。在不同的工況下對單獨(dú)的吸附床也進(jìn)行了評價，最后使用熱力學(xué)第二定律分析了熱工質(zhì)對的性能和熵的產(chǎn)生。
　　對于多模式吸附制冷機(jī)組，理論研究表明

4、:雙重、雙效和二級三種循環(huán)模式COP的最大理論值分別是1.19，0.92和0.47，當(dāng)金屬和吸附劑質(zhì)量比為5時，上述三種循環(huán)模式的COP分別是0.76，0.60和0.31。若采用PTC集熱器驅(qū)動多模式吸附制冷機(jī)組，在考慮太陽能集熱效率的工況下，太陽能COP分別為0.41，0.33和0.17;高溫床和低溫床之間的回?zé)崂碚摲治霰砻?，回收高溫床的吸附反?yīng)熱來加熱解吸低溫床的設(shè)想是完全可行的。
　　對于采用NaBr為反應(yīng)鹽的低溫床，實(shí)驗(yàn)結(jié)

5、果表明:該吸附材料在空調(diào)應(yīng)用方面具有很好的發(fā)展前景，當(dāng)驅(qū)動熱源溫度為59.3～70.2℃、蒸發(fā)制冷溫度為7～13℃時，COP在不同工況下的變化范圍是0.28～0.54，冷卻功率為1.32～3.36 kW，半循環(huán)時間一般在16～34分鐘。
　　對于采用MnCl2為反應(yīng)鹽的高溫床，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:其工作性能比預(yù)期要低，當(dāng)高溫床最高解吸溫度為155℃、蒸發(fā)制冷溫度為-15～√15℃時，COP在0.05～0.08之間。造成高溫床性能低下的主

6、要原因是反應(yīng)器金屬熱容較大導(dǎo)致熱損失過多，且傳熱性能也不佳。因?yàn)楦邷卮苍诙嗄Ｊ窖h(huán)中扮演著至關(guān)重要的角色，所以設(shè)計上的失誤直接導(dǎo)致了多模式循環(huán)的性能低下。
　　對于雙重吸附制冷循環(huán)，在加熱解吸溫度為155℃、制冷溫度為10～15℃工況下，實(shí)驗(yàn)COP為0.07～0.15。除了高溫床的設(shè)計缺陷，低溫床金屬熱容較大也導(dǎo)致了解吸熱制冷環(huán)節(jié)的冷量損失，而且吸附鹽的不匹配也影響了解吸過程的制冷量。
　　對于雙效吸附制冷循環(huán)，在加熱解吸溫

7、度為155℃、低溫蒸發(fā)制冷溫度為-18～-5℃、高溫蒸發(fā)制冷溫度為10.7℃工況下，其制冷量在3629 kJ到4684 kJ之間，COP在0.16～0.2之間。二級吸附制冷循環(huán)的結(jié)果顯示，在加熱解吸溫度為135℃、制冷溫度為-25～-5℃工況下，制冷量在523 kJ到2713 kJ之間，COP在0.07～0.15。
　　使用熱力學(xué)第二定律分析了不同組件和循環(huán)過程中熵的產(chǎn)生。熵主要來源于高溫床解吸時的熱傳遞過程，而該高溫吸附床的吸附