温压耦合特性对吸附制冷解吸性能的影响

在太阳能吸附制冷循环解吸过程中传质性能受到非稳定热源温度的限制,而压力调节可作为强化传质的有效补偿手段。通过构建活性炭-甲醇工质对的恒温解吸理论模型给出了解吸率、解吸速率的表达式,对变压强化传质效果进行计算,揭示了温度与压力变化对解吸率的影响规律。计算结果显示系统压力降低10 kPa可等效于热源温度升高了6～8℃。搭建了以活性炭-甲醇为工质对的吸附单元管吸附制冷平台,实验结果显示当解吸温度分别为90、100和110℃时,系统压力降低14 kPa后,解吸率分别提高了20.5%、15.1%和12.1%,平均解吸速率分别提高了49.3%、44.6%和37.1%,与理论计算吻合较好。得出了温度与压力对解吸性能影响的耦合关系,并对实际太阳能吸附制冷系统变压解吸方法给出建议。     

温压耦合特性对吸附制冷解吸性能的影响

在太阳能吸附制冷循环解吸过程中传质性能受到非稳定热源温度的限制,而压力调节可作为强化传质的有效补偿手段。通过构建活性炭-甲醇工质对的恒温解吸理论模型给出了解吸率、解吸速率的表达式,对变压强化传质效果进行计算,揭示了温度与压力变化对解吸率的影响规律。计算结果显示系统压力降低10 k Pa可等效于热源温度升高了6~8℃。搭建了以活性炭-甲醇为工质对的吸附单元管吸附制冷平台,实验结果显示当解吸温度分别为90、100和110℃时,系统压力降低14 k Pa后,解吸率分别提高了20.5%、15.1%和12.1%,平均解吸速率分别提高了49.3%、44.6%和37.1%,与理论计算吻合较好。得出了温度与压力对解吸性能影响的耦合关系,并对实际太阳能吸附制冷系统变压解吸方法给出建议。     

固体吸附式制冷系统制冷剂的解吸特性

搭建了以活性炭-甲醇为工质对的单床吸附式制冷实验系统,对圆柱形吸附管内的吸附剂在不同解吸温度和不同解吸时间条件下的解吸量进行实验研究。解吸温度分别为84、89、94℃,解吸时间分别为4、5、6、7 h。实验结果表明,解吸温度、解吸时间和制冷剂的解吸量对吸附式制冷系统制冷循环性能有着重要影响。在热源温度为84℃加热时间4 h时,系统的制冷性能系数COP最小为0.053。系统在解吸温度为94℃,解吸时间为6 h时,系统的制冷性能系数COP最大为0.19,此时的解吸温度和解吸时间为最佳解吸温度和解吸时间。继续增加解吸时间,解吸量的增长率小于耗能的增长率,COP减小。     

固体吸附式制冷系统制冷剂的解吸特性

搭建了以活性炭-甲醇为工质对的单床吸附式制冷实验系统,对圆柱形吸附管内的吸附剂在不同解吸温度和不同解吸时间条件下的解吸量进行实验研究。解吸温度分别为84、89、94℃,解吸时间分别为4、5、6、7 h。实验结果表明,解吸温度、解吸时间和制冷剂的解吸量对吸附式制冷系统制冷循环性能有着重要影响。在热源温度为84℃加热时间4 h时,系统的制冷性能系数COP最小为0.053。系统在解吸温度为94℃,解吸时间为6 h时,系统的制冷性能系数COP最大为0.19,此时的解吸温度和解吸时间为最佳解吸温度和解吸时间。继续增加解吸时间,解吸量的增长率小于耗能的增长率,COP减小。     

MnCl_2/CaCl_2-NH_3再吸附系统的制冷性能

利用膨胀硫化石墨为基质研制了固化混合吸附剂,并搭建了低品位热能驱动的MnCl_2/CaCl_2-NH_3为工质对的再吸附制冷系统。对该系统进行实验研究,结果表明:160℃热源温度为制冷性能系数(COP)的拐点温度,最大制冷功率为2.98kW。当热源温度高于160℃时,系统显热负荷增大,继续加热高温床会降低制冷效率。当制冷温度为15℃时,系统COP为0.284~0.396;单位质量吸附剂的制冷功率(SCP)为100.3~338.8W·kg~(-1)。SCP随热源温度的升高而逐渐升高。     

MnCl2/CaCl2-NH3再吸附系统的制冷性能

利用膨胀硫化石墨为基质研制了固化混合吸附剂,并搭建了低品位热能驱动的MnCl₂/CaCl₂-NH₃为工质对的再吸附制冷系统。对该系统进行实验研究,结果表明：160℃热源温度为制冷性能系数（COP）的拐点温度,最大制冷功率为2.98 kW。当热源温度高于160℃时,系统显热负荷增大,继续加热高温床会降低制冷效率。当制冷温度为15℃时,系统COP为0.284~0.396;单位质量吸附剂的制冷功率（SCP）为100.3~338.8 W·kg^-1。SCP随热源温度的升高而逐渐升高。     

除湿空调用高效吸附剂的特性研究

对自制吸附剂 (DH 5 0 ,DH 70 )、硅胶和 13x的除湿制冷性能进行了实验研究。测定了DH 5 0和DH 70吸附剂的吸附等温线 ;对DH 5 0、DH 70、硅胶和 13x用于除湿制冷 (空调 )过程的动态特性进行了研究 ;讨论了吸附量、空气湿度、再生温度、制冷量和单位质量吸附剂的制冷功率对固体除湿空调系统的影响。结果表明 :DH 5 0和DH 70的除湿制冷性能明显优于常规吸附剂 (硅胶和 13x)。DH 5 0和DH 70吸附剂的最大平衡吸附量分别为0 .72 1kg/kg和 0 .73 6kg/kg ;在 10 0℃条件下再生 ,DH 70吸附剂的除湿制冷量是硅胶的 2 .2倍 ,单位质量吸附剂的制冷功率是硅胶 1.9倍 ;在较高再生温度 (2 0 0～ 2 5 0℃ )下 ,DH 5 0吸附剂的除湿制冷量是 13x的 1.3倍 ,单位质量DH 70吸附剂的制冷功率是 13x的 2 .2倍。DH 5 0和DH 70吸附剂具有较宽的温度使用范围 ,既适用于以低位热源驱动的除湿制冷系统 ,也可用于利用汽车尾气 (3 0 0～ 5 0 0℃ )等较高温度热源的场合     

喷射器几何结构对压缩/喷射制冷循环性能的影响研究

以R134a为工质,采用包含混合室内摩擦损失的等面积混合模型,研究了两相喷射器几何结构和工况参数对压缩/喷射制冷循环性能系数(COP)、单位容积制冷量(qv)、压缩比和排气温度的影响,并与传统压缩制冷循环的性能进行对比。结果表明:喷射器存在一个最优面积比使压缩/喷射制冷循环COP和单位容积制冷量qv最大,且最优面积比值随工质的不同和工况参数的变化而变化;在相同工况参数下,以R134a为工质的喷射器最优面积比大于以R1234yf为工质的喷射器最优面积比;在相同工质和工况参数下,等面积混合模型计算的最优面积比小于等压混合模型的计算值,即在相同工质和工况参数下,按照等面积混合模型设计的喷射器外型尺寸较小;给出的以R134a和R1234yf为工质的喷射器最优面积比与冷凝温度、蒸发温度、过冷度和过热度之间的关联式,可供工程设计参考;在所进行的研究工况范围内,压缩/喷射制冷循环较传统压缩制冷循环COP最大可提高20%,单位容积制冷量qv最大可提高28%,此时冷凝温度为55℃,蒸发温度为-10℃,过冷度和过热度都为0℃,对应的喷射器最优面积比为4.5。     

低品位热源驱动的化学吸附蓄冷装置

为了解决能源在时空上的供需矛盾,提高能源利用率,采用新型化学吸附制冷技术设计了一个由低品位热源驱动的蓄冷装置。该装置以MnCl2和NH4Cl的复合固化吸附剂作为工质对,利用氯化铵配合物的解吸热来产生制冷效果。通过实验测量在20～35℃室温下3h内的制冰量,得到该装置单位质量氯化铵的总制冷量,约为475 kJ.kg-1,平均制冷功率(SCP)约为43 W.kg-1,并且其可同时实现-1～6℃冷藏和-16～-14.5℃冷冻的两个功能,有效制冷量占总制冷量的25%～42%。减小金属热容,加强系统的传热传质性能以及装置保温性能,是系统优化设计的重点。     

基于R124-DMAC为工质对的余热吸收式制冷

设计并搭建了制冷量为3 kW、以R124-DMAC为工质、采用电热高温空气模拟发动机排气废热的空冷鼓泡吸收制冷实验系统,通过改变热空气进口温度、冷冻水温度和浓溶泵流率测试系统工作参数的变化趋势。实验结果表明,当发生器稀溶液出口温度约为100℃时,蒸发温度为-4℃,系统COP值最大可达到约0.54,而且实验系统稳定性较好;影响系统制冷量和COP值的主要参数是热空气进口温度和冷冻水温度;当蒸发温度低于5℃时,为了提高制冷效果需考虑设置精馏装置。     

基于吸收式制冷循环的CaCl2-LiCl/H2O工质对研究

利用低品位的太阳能热、地热或者工业领域低温余热废热进行吸收式制冷是实现节能减排的一个有效途径。对具有良好制冷吸收特性的工质对CaCl₂-LiCl/H₂O进行了实验研究,通过测定不同质量比的CaCl₂-LiCl/H₂O溶液的饱和蒸气压,得出了CaCl₂与LiCl的质量比为2∶1的工质对即CaCl₂-LiCl(2∶1)/H₂O的制冷吸收特性最佳。CaCl₂-LiCl(2∶1)/H₂O与常规的工质对LiBr/H₂O相比,在大幅降低工质对成本的同时,在同一制冷工况下所需驱动热源温度即发生温度降低了5.8℃,而制冷COP提高0.041,?效率提高0.052。还系统测定了CaCl₂-LiCl(2∶1)/H₂O的结晶温度、密度、黏度、比热容、比焓以及腐蚀性。结果表明,相较于其他几种以CaCl₂为主要成分的工质对,CaCl₂-LiCl(2∶1)/H₂O具有较低的黏性,且对碳钢和紫铜的腐蚀性也较小,可满足实际工程应用的要求。     

吸附式制冷新技术

固体吸附式制冷技术是充分利用低品位热能的一种有效手段 ,本文结合国际上吸附制冷研究的最新动态以及作者实验研究成果 ,对吸附式制冷系统及其在能量综合利用中的一些新技术进行了总结及探讨 .     

化学吸附制冷用氯化锶复合吸附剂的制冷性能

对以SrCl₂、活性炭为吸附剂,NH₃为制冷剂所组成的吸附式制冷工质对的吸附性能进行了研究。拟解决SrCl₂吸附剂颗粒强度不高、长期使用后易出现膨胀粉化、吸附床传热传质性能下降等问题,将SrCl₂分别与活性炭、CaSO₄按质量比4∶1复配,进行吸附制冷性能实验。并对SrCl₂的吸附机理及CaSO₄的胶凝作用进行了探讨。实验结果表明：温度是过程的控制因素,在100℃时,SrCl₂/活性炭、SrCl₂/CaSO₄复合吸附剂的单位脱胶凝剂基吸附剂制冷量分别是SrCl₂的2.1倍和1.4倍。对吸附剂比表面积及孔结构进行表征,结果显示：SrCl₂/CaSO₄复合吸附剂的比表面积和孔结构保持良好;SrCl₂/活性炭复合吸附剂的比表面积和孔容明显增大,孔结构得到了改善。     

采用SrCl2-NH4Cl-NH3工质对的二级吸附式冷冻循环性能

吸附式制冷是一种绿色环保节能的制冷技术,在低于100℃的低品位热能如废热能、太阳能等的利用方面具有广阔的发展前景。为了能够利用这部分的能源,提出了由吸附制冷过程与再吸附过程组成的二级吸附式制冷循环。采用SrCl₂-NH₄Cl-NH₃作为工质对,测试不同蒸发温度与冷却温度下吸附剂的吸附与解吸性能。实验测试结果表明：当热源温度为70℃时,二级吸附式制冷也能够实现-25℃下的冷量输出。在测试工况下,氯化锶的最大吸附量达到了理论吸附量的94%。80℃热源、25℃冷源以及-25℃制冷条件下二级吸附式制冷循环的COP和SCP达到了0.250与160 W·kg^-1。这个数值与CaCl₂-BaCl₂-NH₃两级冷冻在85℃驱动热源以及同等的冷源与制冷温度条件下的数据相对比,驱动热源需求降低了5℃,COP提高了4%,SCP提高了10%以上。     

The performance of two adsorption ice making test units using activated carbon and a carbon composite as adsorbents

The available adsorption working pairs applied to adsorption refrigeration system, which utilize activated carbon as adsorbent, are mainly activated carbon-methanol, activated carbon-ammonia, and composite adsorbent-ammonia. The adsorption properties and refrigeration application of these three types of adsorption working pairs are investigated. For the physical adsorbents, consolidated activated carbon showed best heat transfer performance, and activated carbon-methanol showed the best adsorption property because of the large refrigerant amount that can be adsorbed. For the composite adsorbents, the consolidated composite adsorbent with mass ratio of 4:1 between CaCl₂ and activated carbon, showed the highest cooling density when compared to the granular composite adsorbent and to the merely chemical adsorbent. The physical adsorption icemaker that employs consolidated activated carbon-methanol as working pair had the optimum coefficient of refrigeration performance (COP), volume cooling power density (SCP_v) and specific cooling power per kilogram adsorbent (SCP) of 0.125, 9.25 kW/m³ and 32.6 W/kg, respectively. The composite adsorption system that employs the consolidated composite adsorbent had a maximum COP, SCP_v and SCP of 0.35, 52.68 kW/m³ and 493.2 W/kg, respectively, for ice making mode. These results are improved by 1.8, 4.7 and 14 times, respectively, when compared to the results of the physical adsorption icemaker.     

固体吸附制冷工质对的性能研究

选用水和乙醇作为吸附质,开发了性能优良的吸附剂NA和NB,在自制的吸附制冷模拟实验装置上,对NA－水和NB－乙醇等吸附工质对的吸附制冷性能进行了研究。结果表明：自制吸附剂NA对水的最大吸附量达到0.7kg/kg以上,吸附剂NB对乙醇的最大吸附量为0.68kg/kg,NA-水和NB－乙醇工质对有着较低的吸附热,NA－水工质对的制冷量可达992kJ/kg,NB-乙醇工质对的制一大约为活性碳－甲醇的2．4倍,是一种环境友好型,无公害的工质对。     

酸、碱改性活性炭对甲醇、甲苯吸附性能

分别采用硝酸和氢氧化钠对活性炭进行改性,利用比表面积及孔径分析仪（BET）、扫描电镜（SEM）、Boehm滴定法对活性炭物化性质进行表征,测试改性活性炭对甲醇、甲苯吸附性能。结果表明,经过酸、碱改性后的活性炭比表面积、总孔容、微孔孔容均有所增大。酸改性表面酸性基团增加,碱改性后活性炭酸性基团减少。酸改性后的活性炭对甲醇、甲苯吸附能力有所下降,后经碱改性的活性炭吸附能力均有不同程度的提高。单组分吸附实验时,甲醇穿透曲线斜率要大于甲苯,穿透时间早于甲苯。在多组分吸附过程中会出现甲苯取代甲醇的吸附现象,使得已经被吸附的甲醇发生脱附,此时甲醇的出口浓度大于进口浓度,形成峰值效应。     

不同碳源类型对活性污泥PHA贮存及转化的影响

采用经乙酸钠驯化培养的具有吸放磷功能的活性污泥,考察了不同碳源类型对厌氧底物贮存和转化的影响,碳源包括乙酸/丙酸=1/2、乙酸/丙酸=2/1、丙酸、甲醇、乙醇、葡萄糖、淀粉及生活污水。试验结果表明,以乙酸和丙酸为碳源时,系统的底物贮存量较大,其中进水乙酸/丙酸=1/2条件下系统内PHA及PHB含量最多,为6.0mmolC.L-1及4.25mmolC.L-1,而乙酸/丙酸=2/1条件下PHV含量最多,为3.69mmolC.L-1。系统可以利用甲醇、乙醇、葡萄糖、淀粉及生活污水作为碳源物质进行底物贮存,贮存物以PHB为主,但贮存量较乙酸及丙酸低。以乙酸及丙酸为碳源时,磷的释放量随着丙酸含量的增加而升高,丙酸为单一碳源条件下,磷的释放量达到最大值,为16.53mg.L-1。以淀粉及生活污水为碳源时释磷量小,为3.56mg.L-1与6.75mg.L-1,而甲醇、乙醇及葡萄糖为碳源时考察的活性污泥没有表现明显的释磷特性。