热化学复合吸附储热循环的理论及实验

对一种基于固-气可逆化学反应的热化学复合吸附储热循环的储热特性以及能量品位提升性能进行了理论分析,并以MnCl_2/SrCl_2/NH_3作为工质对进行了实验研究。理论分析表明,热化学复合吸附储热循环不仅可以降低外界驱动热源的温度并保证输出热能温度稳定,而且能大幅度地提升输出热能的温度品位。在MnCl_2和SrCl2都参与放热的实验工况下,获得的储热效率为93.31%。MnCl_2复合吸附剂的总储热密度按单位质量反应盐MnCl_2和单位质量的固化吸附剂计量分别为4393.36和3734.36kJ·kg~(-1);SrCl_2复合吸附剂的总储热密度按单位质量反应盐SrCl_2和单位质量的固化吸附剂计量分别为1947.28和1655.19kJ·kg~(-1)。结果表明,热化学储热是一种相当有潜力的储热方式,可为低品位热能的高效回收利用提供强有力的技术支持。     

氯化锰/氨热化学吸附储热的特性

热化学吸附储热具有储热损失小、储热密度高、可实现冷热复合储存等优点，近年来得到了广泛的关注。本文以MnCl₂/NH₃作为吸附储热工质对，基于热化学吸附技术构建了热化学吸附储热实验平台，对MnCl₂/NH₃热化学吸附系统的储热性能进行了理论分析和实验研究。结果表明：在解吸充热温度、吸附放热温度、冷凝/蒸发温度分别为162℃、45℃和25℃的运行条件下，试验获得的吸附储热密度最大，其值为1296.36kJ/kg MnCl₂或1101.90kJ/kg固化复合吸附剂。当放热温度从45℃增大到85℃时，热化学吸附储热系统的吸附储热效率从38.98%降低至24.08%。由于传热传质、化学反应动力学等因素的影响，相同运行工况下吸附储热系统实际所获得的储热性能要低于理论值。     

MnCl2-CaCl2-NH3再吸附温度提升系统储能特性

吸附储热因其储热密度高、储热周期长、工作模式灵活而备受关注。基于热化学变温再吸附原理,构建了低品位热能温度提升实验系统,并采用吸附工质对MnCl₂-CaCl₂-NH₃对其升温储能特性进行了理论分析和实验研究。结果表明在储热、释热温度分别为135℃和140℃的条件下,最大储热密度和最大潜热显热比分别为614 kJ·kg^-1、0.418。在储热、释热温度分别为125℃和130℃的条件下,最大储热效率为28.57%。实验验证了热化学温度提升系统的可行性。     

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。     

活性氧化铝基质新型复合吸附剂的制备和储热性能

研制了一种以活性氧化铝为基质、CaCl₂为吸湿盐的新型复合吸附剂,可用于以水为吸附质的热化学吸附储热系统,并对其内部结构、吸附性能和储热性能进行了研究。利用恒温恒湿箱确定出现溶液泄漏现象的最大含盐量,并对30℃和多种相对湿度工况下的动态和平衡吸附特性进行测量,研究了含盐量和相对湿度对吸附剂的吸附特性的影响,结果表明含盐量和相对湿度越大,复合吸附剂的吸水能力越强。利用全自动比表面积与孔隙度分析仪测量材料的比表面积和孔体积,利用同步热分析仪测试了复合吸附剂的储热密度,其中含盐量最高的复合吸附剂的储热密度最高,质量和体积储热密度分别达到0.51 kW·h/kg和610.2 kW·h/m³,具有良好的储热性能。     

蛭石/氯化钙复合吸附剂的吸附特性和储热性能

为了储存120℃以下的热能,提出了以水为介质的热化学吸附储热方法。配制了一种以膨胀蛭石为多孔基质、氯化钙为反应盐的新型复合吸附剂,并对其进行了微观形貌表征、吸附性能测试、同步热分析测试和储热密度的理论计算。扫描电子显微镜（SEM）观测显示膨胀蛭石特有的片层状的大孔结构产生了相对巨大的孔体积;利用恒温恒湿箱实验排除有溶液泄漏问题的含盐量;通过恒温恒湿箱对30℃、3种相对湿度下的动态吸附过程进行测试,分析了含盐量和相对湿度对吸附特性的影响,证实了该复合吸附剂具有3个不同的吸水阶段,包括物理吸附、化学吸附和溶液的气-液吸收过程;利用同步热分析测试（STA）和数值计算进一步对上述3个吸附过程的吸水量、吸附热和反应温度进行分析。最终优选出含盐量47.9%（质量分数）的复合吸附剂,其吸水量高达1.24 g·g^-1,质量和体积储热密度分别高达1.25 kW·h·kg^-1和213.56 kW·h·m^-3。     

氯化镁/沸石复合材料的吸附特性及储热性能

制备了一种以13X沸石分子筛为多孔基质材料、氯化镁为反应盐的高性能复合吸附储热材料,并对其吸附性能和储热密度进行了深入研究。使用扫描电子显微镜（SEM）对复合材料的微观结构和形态特征进行了表征;使用全自动比表面积与孔隙度分析仪（ASAP 2460）测试了复合材料的孔体积;使用恒温恒湿箱对复合吸附材料的吸附性能进行了测试,其中含盐量29%（质量分数）的复合吸附材料达到了0.75 g·g^-1的平衡吸附量,探讨了含盐量和相对湿度对复合吸附材料吸附性能的影响规律;利用激光热导仪（LFA）测试了纯沸石以及复合吸附材料的热扩散系数;利用同步热分析仪（STA）测试了复合吸附材料的储热密度,其中含盐量最高的复合吸附材料质量储热密度达到1628 kJ·kg^-1,体积密度高达412 kW·h·m^-3,定量地分析了氯化镁/沸石复合材料耦合物理吸附、化学吸附与吸收过程的多形态储热密度。     

基于活性碳纤维毡复合吸附剂的储热性能

研制了一种以活性碳纤维毡为基质、氯化锂（LiCl）为吸湿盐的复合吸附剂,并辅以硅溶胶进行固化成型。该复合吸附剂可用于以水为吸附质的热化学吸附储热系统,并对其微观结构、吸附性能和储热性能进行了表征研究。制备了不同含盐量的复合吸附剂样品,并根据样品的溶液泄漏现象,确定ACFLi30为最佳样品。通过试验测量,获得ACFLi30样品的热导率、孔比表面积、孔体积和孔径等参数。并对多种温湿度工况下的平衡和动态吸附性能进行测试,研究了不同温湿度条件下样品的吸附特性。结果表明样品的吸水量可达1.1 g/g（20℃、75% RH）。利用同步热分析仪测试了复合吸附剂的储热密度,ACFLi30的质量和体积储热密度分别达到1.08 kW·h/kg和588.2 kW·h/m³。与膨胀蛭石和活性氧化铝等基质相比,活性碳纤维毡基质在体积储热密度更具优势。     

水合盐基中低温热化学储热材料性能测试及数值研究

以水合盐K₂CO₃·1.5H₂O和膨胀石墨（EG）分别作为化学蓄热材料和多孔基质,研制了复合储热吸附剂K₂CO₃@EG。对该复合吸附剂和未掺杂膨胀石墨的纯水合盐就脱附储热、吸附性能、循环稳定性等方面进行了对比分析。结果表明,复合吸附剂所需的脱附温度降低,对吸附质的吸附动力学性能也有明显提升且可有效避免潮解现象。经过连续15次的脱附-水合循环实验后,纯盐和复合吸附剂的储热密度分别下降27.6%和10.9%。此外,对储热单元的数值研究结果初步验证了该蓄热体系的可行性。     

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。     

硫酸钠/氧化硅复合定形相变材料的溶胶凝胶法制备和表征简

A sodium sulfate （NaeSO4）/silica （SiO2） composite was prepared as a shape-stabilized solid-liquid phase change material by a sol-gel procedure using Na2SiO3 as the silica source. Na2SO4 in the composite acts as a latent heat storage substance for solid-liquid phase change, while SiO2 acts as a support material to provide structural strength and prevent leakage of melted NazSO4. The microstructure and composition of the prepared composite were characterized by the N2 adsorption, transmission electron microscope （TEM）, scanning electron microscope （SEM）, Fourier transform infrared spectroscopy （FTIR） and X-ray diffraction. The results show that the prepared Na2SOJSiO2 composite is a nanostructured hybrid of NazSO4 and SiO2 without new substances produced during the phase change. The macroscopic shape of the NazSO4/SiO2 composite after the melting and freezing cycles does not change and there is no leakage of Na2SO4. Determined by differential scanning calorimeter （DSC） analysis, the values of phase change latent heat of melting and freezing of the prepared NazSO4/SiO2 （50%, by mass） composite are 82.3 kJ.kg i and 83.7 kJ.kg-1, and temperatures of melting and freezing are 886.0 ℃ and 880.6 ℃, respectively. Furthermore, the Na2SOJSiO2 composite maintains good thermal energy storage and release ability even after 100 cycles of melting and freezing. The satisfactory thermal storage performance renders this composite a versatile tool for high-temperature thermal energy storage.     

氯化锶非平衡吸附动力学模型及其在制冷中的应用

为了研究氯化锶混合吸附剂-氨气工质对的非平衡吸附动力学模型,对混合比例为4：1（氯化锶：膨胀硫化石墨）的氯化锶-膨胀硫化石墨混合吸附剂的吸附与解吸性能进行了测试与研究。发现其非平衡吸附过程是双变量控制过程而不是单变量控制过程。通过对其等压吸附/解吸过程及解吸滞后现象进行进一步分析,建立了氯化锶混合吸附剂的动力学模型。分别用理论、实验及模型数据拟合吸附制冷过程的COP和制冷量,结果表明,所建立的非平衡动力学模型的拟合结果和实际结果吻合得很好。例如在蒸发温度为0℃、环境温度为25℃、热源温度为90.5℃以上时,拟合COP所带来的最大误差只有1.0%,而理论的平衡吸附性能计算所带来的最大误差为25.8%;理论得到的制冷量比实际值偏高188.1%,而拟合值只比实际值偏高2.1%。     

镁-氢化镁热化学蓄热系统数值分析

蓄热系统是解决热量供需不匹配的有效方式之一。根据热量储存原理的不同,可以将系统分为显热、潜热和热化学蓄热三种类型,其中热化学蓄热有其独特的优点。基于镁-氢化镁热化学蓄热系统蓄放热时的物理化学过程,建立了系统的二维非稳态数学模型,考虑了不同边界条件对系统的影响,通过数值计算,获得了系统的温度、反应速率、反应进度分布及系统的对外放热功率。研究结果表明:系统的蓄热密度为0.85 kW·h·(kg Mg)^-1,热量的传递是影响系统蓄放热效率的关键因素之一,并且当边界对流传热系数保持一定时,存在一个最佳的外界流体温度,使系统的平均放热功率达到最大。在系统以定壁温为边界条件时,系统最大的平均放热功率/质量值为0.79 kW·(kg Mg)^-1。     

氯化物熔盐材料的制备及其热物理性质研究

制备了NaCl-CaCl₂、NaCl-KCl-CaCl₂、NaCl-CaCl₂-MgCl₂、KCl-CaCl₂-MgCl₂、NaCl-KCl-MgCl₂、NaCl-KCl-CaCl₂-MgCl₂六种氯化物熔盐材料。采用差示扫描量热法确定它们的低共熔点和组成,测量其比热容、密度、黏度等热物性。测试熔盐材料的质量损失曲线确定工作温度上限,根据测试的结果,对其储能密度进行计算。研究结果表明：NaCl-KCl-CaCl₂-MgCl₂熔盐材料熔点为380.3℃,流动性较好,工作温度范围为430~700℃,储能密度为625.1 J·cm^-3,是六种熔盐中熔点最低、储能密度最大的熔盐,适合作为传热储热材料。NaCl-KCl-CaCl₂熔盐熔点为503.8℃,工作温度范围为550~850℃,储能密度为559.9 J·cm^-3,储能密度仅次于NaCl-KCl-CaCl₂-MgCl₂熔盐,适合作为高温储热熔盐材料。