低温热源驱动沸石—水吸附式制冷机的实验研究

发布时间：2017-05-11 06:06

  本文关键词：低温热源驱动沸石—水吸附式制冷机的实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：吸附式制冷作为一种绿色环保的制冷方式,目前已经成为国内外研究的重点。其利用低品位的热能驱动而获得冷量,提升能源的品位,减少了余热、废热对环境的热污染。目前在低于100℃的热源驱动下,普遍采用硅胶-水吸附式制冷机,但由于硅胶-水吸附工质对的循环有效吸附量小,造成系统庞大、循环时间长、性能受环境温度变化影响大的特点,对其应用造成一定的瓶颈。因此,本文从吸附剂的筛选角度出发,筛选出合适的吸附剂进行性能测试,然后将其应用于吸附式制冷系统中,最后对吸附式制冷系统进行性能测试,以及对系统的有效能利用率和经济性进行分析,探讨其应用前景,试图实现吸附式制冷系统的小型化并提高其性能。首先,针对驱动温度为60℃-90℃,对四种吸附剂进行初步筛选,选择出循环有效吸附量大的两种吸附剂A型硅胶和合成沸石FAM ZOl (Functional Adsorbent Material ZOl),然后对这两种吸附剂的吸附性能进行测试,比较其在吸附式制冷机实际运行压力下的循环有效吸附量,结果发现合成沸石FAM Z01在70℃脱附,30℃吸附其有效吸附量是A型硅胶的2.6倍,体现了吸附剂FAM Z01的高效性,有望实现吸附式制冷机的小型化。然后,对筛选出来的吸附剂搭建一套吸附式制冷系统,确定系统的结构,对系统的各个主要部件进行选型,包括涂抹式吸附床、喷淋式蒸发器、管壳式冷凝器。搭建起一套制冷量为10kW的吸附式制冷机测试装置,通过稳定性测试发现系统的运行稳定性好,重复性强,循环周期短。最后,对吸附式制冷机进行性能测试,发现系统在驱动热源为55℃时,就能产生2.3-4.5kW的制冷量,这比硅胶系统的驱动热源温度要低。制冷机的性能在驱动热源为65℃开始发挥其优势,65℃时平均制冷量达到8.2kW,COP达到0.43。在研究不同季节冷却水温度工况变化时,发现冷却水的温度变化对系统的性能影响较小,对环境温度变化适应性强。对循环流路的流量变化进行研究时,发现热源和冷冻水流量的增大有利于系统性能的增加,但是随着两者流量的增加,性能提高的幅度越来越小,因此考虑到循环水泵的功率,应该让系统在合适的流量范围内运行才体现其经济性。此外,本文还对系统的热力过程进行分析,并从热力学第二定律的角度讨论了其有效能利用率。与技术成熟的压缩式制冷相比,吸附式制冷的COP虽然比较低,但其有效能利用率高于机械压缩制冷。最后对吸附式制冷与机械压缩式制冷进行经济性分析,由于目前吸附式制冷系统的造价比较昂贵,回收周期较长,但随着技术的发展和推广,吸附式制冷的应用前景非常广阔。
【关键词】：吸附式制冷 涂抹式吸附床 传热传质 高效吸附剂 合成沸石FAM Z01
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB657
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• CONTENTS10-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 课题的研究背景12-13
• 1.2 吸附式制冷的介绍13-19
• 1.2.1. 吸附式制冷的发展历程13-14
• 1.2.2. 吸附式制冷的原理14
• 1.2.3. 国内外的研究状况14-19
• 1.3 课题的研究目标及内容19-20
• 1.4 本章小结20-22
• 第二章 吸附剂的筛选22-38
• 2.1 气固界面的吸附作用22
• 2.2 吸附等温线类型22-24
• 2.3 循环有效吸附量的计算方法24
• 2.4 吸附工质对的介绍24-28
• 2.4.1 活性炭体系25-26
• 2.4.2 沸石体系26-27
• 2.4.3 硅胶体系27
• 2.4.4 无机盐体系27-28
• 2.5 吸附工质对的选择28-36
• 2.5.1 吸附剂的初步筛选28-30
• 2.5.2 沸石FAM Z01与A型硅胶的吸附性能对比30-33
• 2.5.3 合成沸石FAM Z01的参数表征33-36
• 2.6 本章小结36-38
• 第三章 沸石-水吸附式制冷机及实验系统38-48
• 3.1 吸附式制冷系统的结构38-41
• 3.2 主要部件的选型41-43
• 3.2.1 吸附床的选型41-43
• 3.2.2 蒸发器的选型43
• 3.2.3 冷凝器的选型43
• 3.3 实验测试系统的搭建43-46
• 3.4 系统的稳定性测试46-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第四章 吸附式制冷机的性能研究48-60
• 4.1 系统性能的衡量指标48-49
• 4.2 系统的误差分析49-50
• 4.3 系统的性能测试50-59
• 4.3.1 实验步骤50-51
• 4.3.2 系统的瞬时制冷量51-52
• 4.3.3 温度对系统性能的影响52-57
• 4.3.4 流量对系统性能的影响57-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第五章 吸附式制冷系统的有效能及经济性分析60-68
• 5.1 系统的有效能分析60-64
• 5.2 吸附式制冷的经济性分析64-65
• 5.3 太阳能吸附式制冷系统的应用案例65-66
• 5.4 本章小结66-68
• 结论68-70
• 参考文献70-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文76-78
• 致谢78-79

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