低溫位驅動的固-氣熱化學吸附制冷工質對及變壓解吸特性研究.pdf

1、近些年來，隨著世界對環境問題以及能源問題的日趨重視，以及人們日益提高的對生活質量的要求，對制冷空調耗能巨大這一現狀的認識，使得開發利用太陽能等新能源以及回收利用工業余熱廢熱等低品位熱源的節能型制冷技術成為制冷界關注的焦點。傳統的吸附式制冷循環在低品位熱源方面（如太陽能、工業余熱等）所采用的吸附劑由于受解吸循環方式的限制，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用于這些場合，這極大的限制了低品位熱源的應用范圍。<

2、br>　　針對上述問題，本課題以實現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，構建了基于變壓解吸技術的新型二級熱化學吸附制冷循環，并結合膨脹石墨作基質的固化復合吸附劑傳熱傳質強化技術，配置了氯化錳—膨脹石墨復合吸附劑、氯化鋇—膨脹石墨復合吸附劑以及氯化鍶—膨脹石墨復合吸附劑。由于傳統的兩種低溫鹽吸附劑——氯化鋇和氯化鍶在以前的研究報道中鮮有膨脹石墨做基質的研究分析，因此本文首先對這兩種固化復合吸附劑進行了實驗研究。隨后，在三種

3、復合吸附劑中，首先確立了采用氯化錳—膨脹石墨復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驗研究，并結合理論分析進行優化匹配，最終確立采用氯化鍶—膨脹石墨復合吸附劑作為低溫鹽吸附劑。在此基礎上，本課題后續實驗研究了基于變壓解吸技術的二級熱化學吸附制冷循環，驗證了變壓解吸技術的可行性、所能實現的高溫鹽解吸熱源溫降幅度以及相關的影響因素，課題得出的主要結論如下：
　?。?）以膨脹石墨為基質并采用加壓處理后的固化復合吸附劑有利于

4、改善吸附劑的傳熱傳質性能，并有效克服了金屬鹽吸附劑反應過程中極易出現的膨脹、結塊和裂解等問題。配制過程中實踐表明，制取膨脹石墨時，采用700℃左右的高溫烘烤5-10分鐘是比較合適的，此時石墨體積的膨脹基本達到最大，同時燃燒質量損失也最??；加壓固化處理時要注意使吸附劑沿圓周方向受力均勻，盡量減小操作誤差，保證實驗結果的準確性；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生電解反應從而對不銹鋼材質的反應器及管路產生強烈腐蝕，因

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

6、0W/kg，遠大于BaCl2的相關數值。這就意味著同樣的制冷要求條件下，相同的循環時間，采用SrCl2復合吸附劑需要的量更少，非常有利于減少系統設備的體積；針對變壓解吸，結合Claperon反應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，所能達到的解吸熱源溫降幅度更大，理論分析該吸附工質對的基于變壓解吸的二級熱化學解吸過程，與傳統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、℃，若考慮解吸驅動溫差的話，實際實驗中所需的解吸熱源溫度可降至100℃左右。
　?。?）二級熱化學吸附制冷循環變壓解吸過程研究中，實驗采用氯化錳—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行了實驗研究。實驗證明，變壓解吸技術可以降低解吸熱源溫度，同時解吸過程中也受到多種因素影響。解吸溫度越高，變壓解吸反應速率越快，反應時間越短，當解吸溫度為140℃時整個變壓解吸過程耗時不到50min；同時，變壓解吸

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