低品位熱源驅動的熱化學再吸附制冷研究.pdf

1、熱化學吸附有一種優化循環稱為再吸附制冷循環，其采用兩個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氣體有著不同的反應平衡溫度，因此被分別稱為高溫鹽和低溫鹽，系統利用低溫鹽與反應氣體的反應解吸熱來產生制冷效果。一般化學反應解吸熱是氨相變熱的2倍之多，所以理論上再吸附系統與傳統吸附系統相比制冷量有所提高。除此之外，再吸附系統減少了由于傳統吸附壓力過高所帶來的安全隱患;無液態制冷劑的存在使得系統抗振動顛簸能力增強，甚至可不

2、受重力因素的影響，因此可在機動車、漁船甚至太空船等領域得到更廣泛的應用。
　　合理正確挑選吸附工質對是再吸附制冷循環系統實現低品位熱源高效利用以及提高化學吸附制冷效率的關鍵問題之一，本課題首先對再吸附制冷吸附工質對的配位物特性、熱平衡性質以及化學反應動力特性等進行研究分析，提出了針對不同的實際應用需求對再吸附工質對進行正確選擇的參考依據。
　　隨后，結合以上吸附工質對挑選原則，為實現制冷溫度達到0℃以及0℃以下的再吸附制冷循

3、環系統構建，先對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進行實驗對比研究，并結合膨脹石墨為基質的混合固化吸附劑傳熱傳質強化技術，通過對吸附鹽-氨的吸附/解吸性能、熱動力平衡性質的研究，結果表明工質對氯化銨-氨/氯化錳-氨的優越工作性能，其COP(制冷效率)與SCP（單位質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鹽

4、，本課題還通過實驗研究獲取氯化銨混合吸附劑在基礎物性以及氯化銨氨絡合物的化學反應動力方面仍缺少的數據信息，在原有經典化學吸附動力模型基礎上進行修正，分別建立氯化銨氨絡合物合成和分解反應速率方程，將其表達成反應速率同時與熱平衡壓差和熱平衡溫差的函數關系式。于是，結合以上成果建立再吸附制冷循環系統的整體仿真模型，發現模擬結果在化學反應動力特性方面體現出了與實驗數據極為吻合的變化趨勢，由此證明了該反應速率方程的適用性。
　　為了驗證所選

5、氯化銨作為再吸附低溫鹽的優越性能，將再吸附制冷循環應用于33 L的家用小型蓄冷冰箱中，通過實驗測量在20～35℃室溫下3小時內的制冰量，得到該裝置單位質量氯化銨的總制冷量，約為475 kJ·kg-1，并且同時實現-1～6℃冷藏和-16～-14.5℃冷凍的兩個功能。小型冰箱的實驗結果更加突顯出幾個優化目標的重要性:減小金屬熱容比例，加強系統的換熱效率以及裝置保溫性能。
　　根據盡量減少金屬部件的質量比例以及提高系統換熱效率的優化設計

6、，應用氯化銨-氨/氯化錳-氨工質對的單級再吸附制冷實驗系統裝置在150℃的熱源驅動和20℃的環境溫度下，完成了-15～5℃的制冷性能測試。當反應氣體流動阻力可忽略不計制冷溫度為-15℃～5℃時，系統COP和SCP分別為0.24～0.31和260～350W·kg-1。該再吸附制冷系統達到了目前國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。反應氣體傳輸時的流動阻力使得系統能夠在某一固定制冷功率值上較為平穩和持久地