化学吸附式制冷的实验与理论研究

【摘要】：吸附式制冷是一种环境友好的绿色制冷技术，在低品位能源利用和环境保护方面有着显著的优势，被认为是21世纪替代CFCs压缩式制冷的首选技术之一。选择合适的吸附剂—致冷剂工质对是吸附式制冷的关键。以无机盐为吸附剂、氨为致冷剂组成的化学吸附式制冷工质对，具有制冷量大、操作条件佳的等一系列优点，有着广阔的发展前景。 本文首次对四个碱土金属氯化物：MgCl_2、CaCl_2、SrCl_2、BaCl_2对氨的吸附性能进行了较为全面和深入的实验与理论研究，证明了吸附现象的存在，筛选出有应用前景的CaCl_2—NH_3、SrCl_2—NH_3工质对并拟合出吸附等温方程。在实验范围内，CaCl_2和SrCl_2对NH_3的最大吸附量分别达到6.4mol／mol和8.1mol／mol，制冷性能和工程性能亦较优。本文提出用吸附势能理论对吸附等温线中出现的“吸附平台”现象进行解释的新构思，从能量的角度分析了温度、压力变化对气固两相分子运动、弹性碰撞、非弹性碰撞和俘获以及物理吸附、化学吸附和解吸的影响，结果表明，温度是过程的控制因素。理论分析结果较好地描述了实验现象。 通过对CaCl_2—NH_2、SrCl_2—NH_3工质对的化学吸附式制冷基础性能及其影响因素的实验和理论研究，表明在同等操作条件下，以上工质对单位质量吸附剂的制冷量远高于活性炭—甲醇。在热源温度为100℃时，本文所用工质对的制冷量是活性炭—甲醇的3.2～6.6倍，所需体积仅为活性炭的9％。以上工作在国内外均未见报道。 本文建立了化学吸附式制冷装置的吸附／解吸过程动态模型，编写了能自动调整时间步长、保证离散化计算收敛的计算机动态模拟程序，实验与理论模拟结果趋于一致。本文研制出的正压吸附平衡实验设备，解决了设备强度与可视性的矛盾；而超薄环状吸附床在防止化学吸附剂膨胀、传热传质过程强化方面显示出良好的性能。以热力学第一、第二定律为依据，结合热经济学原理提出了吸附式