低溫位驅(qū)動(dòng)的固-氣熱化學(xué)吸附制冷工質(zhì)對及變壓解吸特性研究.pdf

1、近些年來，隨著世界對環(huán)境問題以及能源問題的日趨重視，以及人們?nèi)找嫣岣叩膶ι钯|(zhì)量的要求，對制冷空調(diào)耗能巨大這一現(xiàn)狀的認(rèn)識(shí)，使得開發(fā)利用太陽能等新能源以及回收利用工業(yè)余熱廢熱等低品位熱源的節(jié)能型制冷技術(shù)成為制冷界關(guān)注的焦點(diǎn)。傳統(tǒng)的吸附式制冷循環(huán)在低品位熱源方面（如太陽能、工業(yè)余熱等）所采用的吸附劑由于受解吸循環(huán)方式的限制，一般為氯化鍶或氯化鋇，而其他高解吸溫度的金屬氯化物吸附劑基本無法應(yīng)用于這些場合，這極大的限制了低品位熱源的應(yīng)用范圍。<

2、br>　　針對上述問題，本課題以實(shí)現(xiàn)降低高解吸溫度金屬氯化物吸附劑的解吸熱源溫度為目標(biāo)，構(gòu)建了基于變壓解吸技術(shù)的新型二級熱化學(xué)吸附制冷循環(huán)，并結(jié)合膨脹石墨作基質(zhì)的固化復(fù)合吸附劑傳熱傳質(zhì)強(qiáng)化技術(shù)，配置了氯化錳—膨脹石墨復(fù)合吸附劑、氯化鋇—膨脹石墨復(fù)合吸附劑以及氯化鍶—膨脹石墨復(fù)合吸附劑。由于傳統(tǒng)的兩種低溫鹽吸附劑——氯化鋇和氯化鍶在以前的研究報(bào)道中鮮有膨脹石墨做基質(zhì)的研究分析，因此本文首先對這兩種固化復(fù)合吸附劑進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。隨后，在三種

3、復(fù)合吸附劑中，首先確立了采用氯化錳—膨脹石墨復(fù)合吸附劑作為高溫鹽吸附劑，而剩下的兩種則通過之前的實(shí)驗(yàn)研究，并結(jié)合理論分析進(jìn)行優(yōu)化匹配，最終確立采用氯化鍶—膨脹石墨復(fù)合吸附劑作為低溫鹽吸附劑。在此基礎(chǔ)上，本課題后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究了基于變壓解吸技術(shù)的二級熱化學(xué)吸附制冷循環(huán)，驗(yàn)證了變壓解吸技術(shù)的可行性、所能實(shí)現(xiàn)的高溫鹽解吸熱源溫降幅度以及相關(guān)的影響因素，課題得出的主要結(jié)論如下：
　?。?）以膨脹石墨為基質(zhì)并采用加壓處理后的固化復(fù)合吸附劑有利于

4、改善吸附劑的傳熱傳質(zhì)性能，并有效克服了金屬鹽吸附劑反應(yīng)過程中極易出現(xiàn)的膨脹、結(jié)塊和裂解等問題。配制過程中實(shí)踐表明，制取膨脹石墨時(shí)，采用700℃左右的高溫烘烤5-10分鐘是比較合適的，此時(shí)石墨體積的膨脹基本達(dá)到最大，同時(shí)燃燒質(zhì)量損失也最??；加壓固化處理時(shí)要注意使吸附劑沿圓周方向受力均勻，盡量減小操作誤差，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性；除此之外，由于吸附劑含大量的金屬鹽成分，與水分接觸極容易發(fā)生電解反應(yīng)從而對不銹鋼材質(zhì)的反應(yīng)器及管路產(chǎn)生強(qiáng)烈腐蝕，因

5、此實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)必須要加熱排水分、抽真空，并且保證系統(tǒng)具有良好的氣密性。
　?。?）兩種常規(guī)低溫鹽吸附劑的物性實(shí)驗(yàn)表明： SrCl2復(fù)合吸附劑能夠達(dá)到的蒸發(fā)溫度為-20℃，甚至更低，適用于低溫冷凍的場合；而BaCl2能夠達(dá)到的最低溫度5℃左右，適用于空調(diào)場合。因此 SrCl2所能應(yīng)用的溫度范圍更寬，可應(yīng)用場合更多；同時(shí)在冷卻水溫度30℃條件下，SrCl2在-5℃時(shí)可以吸附氨的最大值為0.7kg/kg，循環(huán)半周期為60min時(shí)SCP達(dá)22

6、0W/kg，遠(yuǎn)大于BaCl2的相關(guān)數(shù)值。這就意味著同樣的制冷要求條件下，相同的循環(huán)時(shí)間，采用SrCl2復(fù)合吸附劑需要的量更少，非常有利于減少系統(tǒng)設(shè)備的體積；針對變壓解吸，結(jié)合Claperon反應(yīng)曲線圖從理論上分析可知，氯化錳—膨脹石墨做高溫鹽吸附劑與氯化鍶—膨脹石墨作低溫鹽吸附劑相匹配，所能達(dá)到的解吸熱源溫降幅度更大，理論分析該吸附工質(zhì)對的基于變壓解吸的二級熱化學(xué)解吸過程，與傳統(tǒng)的高溫鹽吸附劑解吸過程相比，所需的解吸熱源溫度可以低至76

7、℃，若考慮解吸驅(qū)動(dòng)溫差的話，實(shí)際實(shí)驗(yàn)中所需的解吸熱源溫度可降至100℃左右。
　?。?）二級熱化學(xué)吸附制冷循環(huán)變壓解吸過程研究中，實(shí)驗(yàn)采用氯化錳—膨脹石墨為高溫鹽吸附劑，氯化鍶—膨脹石墨為低溫鹽吸附劑，對其變壓解吸過程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)證明，變壓解吸技術(shù)可以降低解吸熱源溫度，同時(shí)解吸過程中也受到多種因素影響。解吸溫度越高，變壓解吸反應(yīng)速率越快，反應(yīng)時(shí)間越短，當(dāng)解吸溫度為140℃時(shí)整個(gè)變壓解吸過程耗時(shí)不到50min；同時(shí)，變壓解吸

8、過程中高溫鹽端的解吸溫度對系統(tǒng)的壓力影響很大，并能影響到低溫鹽吸附過程的溫度變化情況；除此之外，在相同的蒸發(fā)溫度下，解吸溫度越高，變壓解吸率越高，有利于保證系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行時(shí)的吸附性能；而在吸附劑吸附飽和的情況下，相同的解吸溫度，蒸發(fā)溫度越高，變壓解吸率越低。因此應(yīng)用中應(yīng)綜合考慮，選擇合適的蒸發(fā)溫度和解吸溫度。本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)蒸發(fā)溫度為-30℃，解吸溫度為120℃時(shí)，系統(tǒng)變壓解吸率可達(dá)100％，同時(shí)相對于傳統(tǒng)的解吸過程，采用變壓解吸其溫降幅度可