（制冷及低温工程专业论文）新型多效双重热化学吸附制冷循环研究.pdf

摘要 新型多效双重热化学吸附制冷循环研究 摘要 吸附式制冷是一种节能环保型绿色制冷技术，在低品位热能回收利 用和太阳能等新能源开发方面具有广阔的应用前景。然而，工作性能较 低一直是吸附式制冷在实用化研究中所面临的核心问题，传统吸附制冷 技术因受循环方式的限制其制冷效率较低，无法与蒸汽压缩式制冷和吸 收式制冷相竞争，从而极大地限制了吸附制冷技术在高效制冷场合的广 泛应用。 针对传统吸附制冷循环制冷效率较低的问题，本课题以实现低品位 热能利用的高效制冷为目标，构建了基于吸附再吸附技术的新型双重热 化学吸附制冷热力循环。结合膨胀石墨为基质的固化复合吸附剂传热传 质强化技术，通过对金属氯化物氨吸附制冷工质对吸附解吸特性、热化 学反应动力学、以及双重吸附制冷循环特性的研究，确立了基于再热技 术和基于新型变压解吸技术的热力循环优化策略名在此基础上，为了实 现不同品位热能、不同制冷工况下性能系数c o p 大于1 的高效吸附制 冷，采用双重吸附制冷理论和基于多盐温度及热量梯级匹配的先进回热 技术，对低品位热能高效利用为目标的新型多效双重热化学吸附制冷循 环技术进行了研究，主要得到以下结论： ( 1 ) 采用吸附制冷、再吸附制冷、金属氯化物络合理论，构建了基于 吸附一再吸附技术的新型双重热化学吸附制冷热力循环。实验研究表明该 新型循环技术用于制冷空调领域是完全可行的，其产生的制冷量由吸附 制冷阶段的制冷剂蒸发相变潜热制冷和再吸附制冷阶段的低温盐解吸热 制冷两部分组成，在每次循环过程中通过外界低品位热源输入一次高温 解吸热，双重吸附制冷循环技术就可以实现吸附制冷和再吸附制冷两次 冷量输出，与传统热化学吸附制冷循环和再吸附制冷循环相比，该新型 循环技术可将制冷系数c o p 分别提高1 6 8 和5 9 。 ( 2 1 ) 优化研究表明：再热技术的实施可有效提高双重热化学吸附制冷 热力循环在再吸附制冷阶段的化学反应转化系数，增大系统的制冷剂循 环量，基于再热技术的双重热化学吸附制冷热力循环可将工作性能系数 c o p 提高1 2 4 8 ，且外界冷却水温度越高、吸附制冷温度及再吸附 上海交通人学博士学位论文 制冷温度越低，再热过程对系统工作性能的提高效果越显著：基于不同 吸附剂的新型变压解吸技术可有效降低双重热化学吸附制冷热力循环的 外界驱动热源温度，且降温幅度可通过选用不同热力学平衡特性的辅助 吸附剂进行调节，从而可拓展双重吸附制冷循环技术的应用场合。 ( 3 ) 提出了基于两次内部回热过程的新型多效热化学吸附制冷热力 循环，在不同反应温区的吸附剂之间实施多效回热技术，该循环技术在 单次循环过程中可实现三次制冷过程，相对传统双效吸附制冷循环和单 效吸附制冷循环，新型多效热化学吸附制冷循环技术可将c o p 分别提高 2 3 5 0 和1 4 6 2 0 0 ；多效回热中热管型回热技术具有显著意义： 采用热管技术对吸附床进行无外加驱动力的热管型加热解吸、热管型冷 却吸附及热管型回热过程，不仅可提高机组的可靠性，还可避免高温余 热尾气及冷却介质( 如海水) 与吸附床直接接触而产生的结垢和腐蚀等问 题，相对传统循环，采用热管型回热循环技术可有效降低外界热源的耗 热量，单位质量吸附剂制冷功率s c p 及制冷系数c o p 分别提高4 6 7 和 2 8 4 。 ( 4 ) 采用双重吸附制冷理论和基于多盐温度及热量梯级匹配的高效 热量回收技术，构建了基于吸附再吸附技术的内部回热型双效双重热化 学吸附制冷热力循环，在每次循环过程中由外界低品位热源输入一次高 温解吸热，该新型循环可以实现四次制冷过程，其中两次为吸附制冷过 程( 制冷剂相变潜热制冷) ，两次为再吸附制冷过程( 低温盐解吸热制冷) ； 当采用凡c 如为高温盐吸附剂时，双效双重热化学吸附制冷热力循环的理 想c o p i 高达2 2 9 ，在冷凝温度为3 0o c 、蒸发制冷温度为0o c 、再吸附制 冷温度为5o c 、吸附床金属热容l l r 为5 1 0 时，双效双重热化学吸附制冷 热力循环的c o p 为1 5 0 - 1 2 6 。 相对传统吸附制冷循环，本研究构建的新型双效双重热化学吸附制 冷热力循环可显著提高吸附制冷系统的工作性能，实现了吸附制冷性能 系数c o p 大于1 的突破，为吸附式制冷技术在高效制冷场合获得广泛应用 奠定了理论基础。 关键词：热化学吸附，吸附制冷，再吸附制冷，低品位热能，热力循环， 内部回热 i i a b s t r a c t s t u d yo na ni n n o v a l t i v em u i j i e f f e c ta n d d o u b l e - 、) i ，a yt h e r m o c h e m i c a ls o r p t i o n r e f r lg e r a t io ns y s t e m a b s t r a c t s o l i d g a ss o r p t i o nr e f r i g e r a t i o ni so n eo ft h e p r o m i s i n ge n e r g y s a v i n ga n d e n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l y r e f r i g e r a t i o nt e c h n o l o g i e s t h e s eh e a t - p o w e r e dg r e e n r e f r i g e r a t i o ns y s t e m sh a v er e c e i v e dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o nw i t ht h er e c o g n i t i o no f r a t i o n a lu t i l i z a t i o no fe n e r g ya n dt h ec o n c e r n sa b o u te c o l o g i c a lp r o b l e m t op r o m o t et h e e c o n o m i ca n ds o c i a ls u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ，s o l i ds o r p t i o nr e f r i g e r a t i o nw o u l dp l a ya l l i m p o r t a n tr o l ei nt h er e u t i l i z a t i o no fl o w - g r a d et h e r m a le n e r g ya n dr e n e w a b l ee n e r g y s o u r c e si nt h ef u t u r e h o w e v e r , l o ws y s t e mp e r f o r m a n c ei st h eb i g g e s td r a w b a c kf o rt h e s o l i ds o r p t i o nr e f r i g e r a t i o ns y s t e m s ，w h i c hh a sb e e ns t i l l h i n d e r i n gt h e i re x t e n s i v e a p p l i c a t i o n f u r t h e r m o r e ，t h el o ww o r k i n gp e r f o r m a n c ee x p e r i e n c e di nt h ec o n v e n t i o n a l s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o nc y c l e s ，r e n d e r st h e m u n c o m p e t i t i v e t ot h e e x i s t i n gv a p o r c o m p r e s s i o nr e f r i g e r a t i o na n dl i q u i d g a sa b s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o n i na l le f f o r tt oo v e r c o m et h ed r a w b a c k so ft h ec o n v e n t i o n a ls o r p t i o nr e f r i g e r a t i o n c y c l e ，a ni n n o v a t i v ec o m b i n e dd o u b l e - w a yt h e r m o c h e m i c a ls o r p f i o nt h e r m o d y n a m i cc y c l e b a s e do nt h ea d s o r p t i o na n dr e s o r p t i o np r o c e s s e sw a sd e v e l o p e d i na d d i t i o n , n e w c o n s o l i d a t e dc o m p o s i t es o r b c n t sm a d ef r o mr e a c t i v es a l t sa n dp o r o u sg r a p h i t em a t r i x ， 砸t he n h a n c e dh e a ta n dm a s st r a n s f e r p r o p e a i e s ，w e r em a n u f a c t u r e df o ru s ei nt h e p r o p o s e dd o u b l e - w a ys o r p t i o nc y c l e b a s e do nt h ea d s o r p t i o n d e s o r p t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f t h ec o m p o s i t es o r b e n t s a m m o n i aw o r k i n gp a i r s ，t h e r m o c h e m i c a lr e a c t i o nd y n a m i c sa n d t h ec y c l ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ep r o p o s e dd o u b l e - w a ys o r p t i o nc y c l e ，ar e - h e a t i n gs t r a t e g y a n dat w o - s t a g ed e s o r p t i o nt e c h n i q u ew i t hd i f f e r e n tr e a c t a n t sw e r eu s e dt o o p t i m i z et h e c o m b i n e dd o u b l e - w a ys o r p t i o nr e f r i g e r a t i o nc y c l e m o r e o v e r , i no r d e rt of u r t h e ri m p r o v e t h es y s t e mp e r f o r m a n c ea n da c c o m p l i s ht h ec o p h i g h e rt h a n1 ，a l li n n o v a t i v em u l t i e f f e c t a n dd o u b l e w a yt h e r m o c h e m i c a ls o r p t i o nr e f r i g e r a t i o nc y c l ew i t hi n t e r n a lh e a tr e c o v e r y w a sd e v e l o p e db ye m p l o y i n gb e t t e rh e a tm a n a g e m e n ts t r a t e g y t h ew o r k i n gp e r f o r m a n c e o ft h ea d v a n c e ds o r p t i o nr e f r i g e r a t i o ns y s t e mw i t hh i g he f f i c i e n c yd r i v e nb yl o w - g r a d e t h e r m a le n e r g yw a sp r e d i c t e db yt h e o r e t i c a la n a l y s i s ，a n dt h em a i nc o n c l u s i o n so b t a i n e d i i i 上海交通火学博士学位论文 w e r ea sf o l l o w s ： e x p e r i m e n t a l v e r i f i c a t i o ns h o w e dt h a tt h e p r o p o s e d c o m b i n e d d o u b l e - w a y t h e r m o c h e m i c a ls o r p t i o nc y c l eb a s e do nt h ea d s o r p t i o na n dr e s o r p t i o np r o c e s s e si s f e a s i b l ef o rr e f r i g e r a t i o na p p l i c a t i o n b o t ha d s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o na n dr e s o r p t i o n r e f r i g e r a t i o np r o c e s s e sa r ec o m b i n e dt op r o v i d eu s e f u lc o l di no n ec y c l e 1 1 1 ep r e s e n t e d d o u b l e - w a ys o r p t i o nc y c l eh a sad i s t i n c ta d v a n t a g eo fl a r g e rc o o l i n gc a p a c i t yp e ru n i to f h e a ti n p u tc o m p a r e dw i t ht h ec o n v e n t i o n a la d s o r p t i o no rr e s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o nc y c l e t h i si sb e c a u s et w oc o l dp r o d u c t i o n sc o u l db eo b t a i n e dd u r i n go n ec y c l ea tt h ee x p e n s eo f o n l yo n e h e a ti n p u ta tah i g ht e m p e r a t u r e t h ef i r s tc o l dp r o d u c t i o ni so b t a i n e dd u r i n gt h e a d s o r p t i o np r o c e s sw h e nt h er e f r i g e r a n tv a p o r i z e si nt h ee v a p o r a t o r , a n dt h es e c o n dc o l d p r o d u c t i o no c c u r sd u r i n gt h er e s o r p t i o np r o c e s sw h e nt h el o w - t e m p e r a t u r es o r b e n ta b s o r b s d e c o m p o s i t i o nr e a c t i o nh e a ta tal o wt e m p e r a t u r e i nc o m p a r i s o nw i t l lt h ec o n v e n t i o n a l a d s o r p t i o nc y c l ea n dr e s o r p t i o nc y c l e ，t h ep r o p o s e dc o m b i n e dd o u b l e - w a ys o r p t i o nc y c l e c o u l di m p r o v et h ec o p b y16 7 a n d6 0 ，r e s p e c t i v e l y e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ep r o p o s e dr e - h e a t i n gp r o c e s si s a l le f f e c t i v e t e c h n i q u ef o ri m p r o v i n gt h eg l o b a lc o n v e r s i o no ft h es o r b e n td u r i n gt h er e s o r p t i o np h a s e o ft h ec o m b i n e dd o u b l e w a ys o r p t i o nc y c l e 1 1 1 ei n c r e a s ei nt h ec o pv a r i e db e t w e e n12 a n d4 8 ，w h e nc o m p a r e dw i t ht h ec o m b i n e dd o u b l e - w a yc y c l ew i t h o u tr e h e a t i n g t h e l o wp s e u d o - e v a p o r a t i o nt e m p e r a t u r ea n dh i g hh e a ts i n kt e m p e r a t u r ec a l lf u r t h e ri m p r o v e t h ew o r k i n gp e r f o r m a n c e f u r t h e r m o r e ，t h ed r i v i n gh e a ts o u r c et e m p e r a t u r eo ft h e c o m b i n e dd o u b l e - w a ys o r p t i o nc y c l ec o u l db el o w e r e de f f e c t i v e l yb ye m p l o y i n gt h en e w t w o - s t a g ed e s o r p t i o nt e c h n o l o g y 、) v i t t ld i f f e r e n tr e a c t a n t s ，a n dt h et e m p e r a t u r ed r o pc a nb e r e g u l a t e db yc h o o s i n gt h es e c o n d a r ys o r b e n t sw i t l ld i f f e r e n te q u i l i b r i u mt h e r m o d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c s t h u s ，t h en e wd e s o r p t i o nt e c h n o l o g yc a np r o v i d ea ne f f e c t i v em e t h o df o r t h ea p p l i c a t i o no ft h e d o u b l e - w a ys o r p t i o nr e f r i g e r a t i o nt o s o m el o c a t i o n sw h e r et h e a v a i l a b l eh e a ts o u r c et e m p e r a t u r ei sr e l a t i v e l yl o w m o r e o v e r , a l li n n o v a t i v em u l t i e f f e c tt h e r m o c h e m i c a ls o r p t i o nr e f r i g e r a t i o nc y c l e w a sp r o p o s e dt of u r t h e ri m p r o v et h es y s t e mp e r f o r m a n c eb ye m p l o y i n gt w oi n t e r n a lh e a t r e c o v e r yp r o c e s s e sa m o n gt h ed i f f e r e n ts o r p t i o nw o r k i n gp a i r s i nt h i sm u l t i e f f e c tc y c l e ， t h r e ec o l dp r o d u c t i o n sc o u l db eo b t a i n e da tt h ee x p e n s eo fo n l yo n eh i g h t e m p e r a t u r eh e a t i n p u t t h ec o pi m p r o v e m e n to b t a i n e dw i t ht h em u l t i e f f e c tc y c l ev a r i e db e t w e e n2 3 5 0 a n d14 6 2 0 0 w h e nc o m p a r e d 谢t l lt h ec o n v e n t i o n a ld o u b l e - e f f e c tc y c l ea n d t h es i n g l e e f f e c tc y c l e ，r e s p e c t i v e l y i na d d i t i o n , t h eh e a t i n g ，c o o l i n ga n dh e a tr e c o v e r y i v a b s t r a c t p r o c e s s e sb e t w e e nt w or e a c t o r sc o u l db ep e r f o r m e de f f e c t i v e l yb yu s i n gm u l t i f u n c t i o n h e a tp i p e sw i t h o u ta d d i t i o n a lp o w e rc o n s u m p t i o n i nc o m p a r i s o nw i t ht h ec o n v e n t i o n a l s o r p t i o nm a c h i n e ，t h eh e a tp i p et y p es o r p t i o nm a c h i n ec o u l di m p r o v et h eh e a tr e c o v e r y e f f i c i e n c ya n dt h ew o r k i n gr e l i a b i l i t yo fs o r p t i o nm a c h i n e t h ec o r r o s i o no ft h er e a c t o r c a u s e db yt h el o w - g r a d ew a s t eh e a f f g a sa n dt h es a l t ys e a w a t e rc o u l da l s ob ea v o i d e db y e m p l o y i n gt h eh e a tp i p et e c h n o l o g y t h ea m o u n to fh e a tc o n s u m p t i o nw a se f f e c t i v e l y r e d u c e d ，a n dt h es c p a n dc o pc o u l db ei m p r o v e db y4 6 7 a n d2 8 4 r e s p e c t i v e l yb y u t i l i z i n gh e a tp i p et y p ee n e r g yr e c o v e r yt e c h n i q u e b a s e do nt h ea b o v e m e n t i o n e ds t u d i e s ，a na d v a n c e dd o u b l e - e f f e c ta n dd o u b l e w a y t h e r m o c h e m i c a ls o r p t i o nr e f r i g e r a t i o nc y c l ew a sd e v e l o p e db yc o m b i n i n gt h ea d s o r p t i o n p r o c e s s ，r e s o r p t i o np r o c e s sa n di n t e r n a lh e a tr e c o v e r ys t r a t e g y t h ea d v a n c e ds y s t e m c o u l dh a v ef o u rc o l dp r o d u c t i o n sd u r i n go n ec y c l ea tt h ee x p e n s eo fo n l yo n e h i g h - t e m p e r a t u r eh e a tc o n s u m p t i o n d u r i n ge v e r yo p e r a t i n gp h a s e ，t h ec o l dp r o d u c t i o n c o n s i s t so ft h ea d s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o nb a s e do nt h ee v a p o r a t i o np r o c e s sa n dt h e d e s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o n b a s e do nt h e r e s o r p t i o np r o c e s s t h e d o u b l e e f f e c ta n d d o u b l e w a ys o r p t i o nc y c l eh a da l li d e a lc o p ia sh i g ha s2 2 9w h e nt h ef e e 2w a su s e da s t h eh i g h t e m p e r a t u r es o r b e n t a tac o n d e n s a t i o nt e m p e r a t u r eo f3 0o c ，e v a p o r a t i o n t e m p e r a t u r eo f0o ca n dr e s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o nt e m p e r a t u r eo f5o c ，t h e o r e t i c a lr e s u l t s s h o w e dt h ec o pe m p l o y i n gt h ep r o p o s e dd o u b l e - e f f e c ta n dd o u b l e - w a yc y c l ev a r i e d b e t w e e n1 5 0a n di 2 6i nt h er a n g eo f m a s sr a t i or f r o m5t o1 0 i n c o m p a r i s o nw i t h c o n v e n t i o n a ls o r p t i o nr e f r i g e r a t i o nc y c l e ，t h ep r e s e n t e d i n n o v a t i v ed o u b l e e f f e c ta n dd o u b l e - w a yt h e r m o c h e m i c a ls o r p t i o nr e f r i g e r a t i o nc y c l ec a l l s i g n i f i c a n t l yi m p r o v et h ew o r k i n gp e r f o r m a n c eo fs o r p t i o nr e f r i g e r a t i o ns y s t e m s ，a n da c o ph i g h e rt h a n1c o u l db eo b t a i n e di nt h ea d v a n c e ds o r p t i o nr e f r i g e r a t i o nc y c l e t h e r e s e a r c hr e s u l t se s t a b l i s haf u n d a m e n t a lt h e o r yf o rt h eh i g h - e f f i c i e n ts o r p t i o nr e f r i g e r a t i o n d r i v e nb yl o w g r a d et h e r m a le n e r g y k e yw o r d s ：t h e r m o c h e m i c a ls o r p t i o n , a d s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o n ，r e s o r p t i o n r e f r i g e r a t i o n , l o w - g r a d et h e r m a le n e r g y , t h e r m o d y n a m i cc y c l e ，i n t e r n a l h e a tr e c o v e r y v 符号说明 a e v c o p c r e g c p m c p h r s q 一工疆 c p 一惦 c p n i t ， c 旷r c 畔 c 见一一 e a e d 厂 j g h r k h t s 皿( 黾) 也( 疋，) 三( ，) l ( t o ) 三硒 三。 m t s m h 瑶 m 吣 m 幡 m n h m 甜( m a x ) m 耐( f ) 聊舾 符号说明 蒸发器横截面积，m 2 制冷性能系数 膨胀石墨定压比热容，胁局f 1 。c 。1 传热流体定压比热容，k , k g l o c - 1 高温盐定压比热容，u 局f 1 o c 以 低温盐定压比热容，d k g 1 o c d 中温盐定压比热容，d k g l o c 以 制冷剂定压比热容，d k g i o c d 吸附床金属定压比热容，g k g 1 o c d 冰的定压比热容，杉j i ：矿1 o c d 水的定压比热容，d k g i o c d 分子解离能，k j m o l 1 吸附活化能，i j m o r l 脱附活化能，k j m o f l 复合吸附剂中膨胀石墨质量百分比 吸附势能，k j m o l 1 对流换热表面传热系数，w m l o c 。1 高温盐吸附剂 冷凝温度一l - $ j j 冷剂焓值，k j m o f l 蒸发温度下制冷剂焓值，k j m o f l 蒸发器液位高度，m 蒸发器初始液位高度，m 低温盐吸附剂 水的凝同潜热，甜蟮1 中温盐吸附剂 高温盐摩尔质量，g m o f l 低温盐摩尔质量，g m o f l 中温盐摩尔质量，g m o f l 制冷剂摩尔质量，g m o f l 单位质量吸附剂的最大吸附量，k g m ，坛二 单位质量吸附剂动态吸附量，k g n h 3 k g 二 膨胀石墨质量，堙 x 上海交通火学博士学位论文 高温盐反应器金属质量，七g 高温盐质量，堙 制冰质量，堙 低温盐反应器金属质量，瞎 低温盐质量，堙 中温盐反应器金属质量，堙 中温盐质量，堙 制冷剂质量，堙 反应盐质量，堙 残留水质量，堙 传热流体质量流量，k x s 1 反应盐摩尔数，m o l e 外界约束压力，冷凝压力，p a 蒸发压力，p a 热力学平衡压力，p a 高温盐冷凝压力，p a 再吸附压力，p a 反应盐吸附热量，材 高温盐吸附剂吸附热量，u 中温盐吸附剂吸附热量，u 制冷剂凝结热量，杉 反应盐解吸热量，杉 高温盐吸附剂解吸热量，材 中温盐吸附剂解吸热量，材 制冷剂蒸发满热，材 制冷剂蒸发相变制冷量，材 低温盐吸附剂解吸热制冷量，材 反应器金属质量与填充吸附剂质量比 吸附剂与反应器换热壁面的接触面积热阻，m o c 矿1 吸附剂导热面积热阻，m o c 矿1 摩尔气体常数，l a l m o t i * c 1 单位质量吸附剂制冷量，形j i ：| r 。 吸附剂厚度，m 固体金属氯化物 反应盐吸附温度，o c 高温盐吸附温度，o c x i 一只昂最纰纰一r蜀恐r泖s噼乃。 符号说明 低温盐吸附温度，。c 外界约束温度，冷却水温度，。c 反应盐解吸温度，o c 高温盐吸附剂解吸温度，o c 低温盐吸附剂解吸温度，o c 制冷剂蒸发温度，o c 吸附平衡温度，o c 解吸平衡温度，o c 热力学平衡温度，。c 传热流体温度，。c 制冰温度。o c 传热流体的进口温度，o c 再吸附制冷温度，o c 传热流体的出口温度，o c 再吸附制冷温度，o c 反应盐回热温度，o c 高温盐与中温盐之间的同热温度，。c 中温盐与低温盐之间的回热温度，。c 水进口温度，o c 吸附循环结束时间，s 吸附循环开始时间，j 固化复合吸附剂体积，册3 制冷功率，k w 加热功率，k w 化学反应转化系数 物理吸附热，耖培1 化学吸附热，胁培1 化学反应焓值，l l l m o l 1 制冷剂蒸发相变焓值，k j m o l 1 高温盐化学反应焓值，k j m o l l 低温盐化学反应焓值，k j m o r l 中温盐化学反应焓值，k j m o l 1 压差，p a 吸附驱动压差，户口 x ) 卵 ) m 圮 l l 化 ，一 乃乃轧玑乙乙孙弓瓦瓢瓦k k乙， b y睨x懈蝉蟛峨凹屹 上海交通人学博十学位论文 解吸驱动压差， 反应驱动压差， 化学反应熵值， 温差，o c p n p n 抄肌d f l o c 。1 吸附驱动温差，o c 解吸驱动温差，o c 反应驱动温差，o c 物理吸附剂制冷剂循环量，堙培- 1 反应盐理论吸附摩尔数，m o l e 多孔介质空隙率 复合吸附剂微孔空隙率 化学反应常数 解吸反应常数 吸附反应常数 复合吸附剂有效导热系数，w m q o c 。1 复合吸附剂中反应盐导热系数，w m v o c 以 气态制冷剂导热系数，w m - l o c 。1 液态制冷荆导热系数，w m - i 0 c 以 蒸发温度下制冷剂密度，堙m 。 固化复合吸附剂密度，堙m 。 循环时间，s 气体状态 液体状态 吸附饱和状态 同体状态 完全解吸状态 吸附 解吸 高温盐反应器 高温盐吸附剂 理想j 1 ：况 低温盐反应器 低温盐吸附剂 中温盐吸附剂 再吸附 x i l l 屹嵋丛竹岘嵋缸厂七确砭屯乃以屯艇岛乙蛛 管等体碧淼，罴等 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：夕妻肚 日期岬年弓月膳日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密l | o ( 请在以上方框内打“) 学位论文作者签名施 日期：川年弓月，彦e l 将刻磁轹坳 日期：力7 年多月彦日 第一章绪论 1 1 课题的背景及意义 第一章绪论 本课题的研究背景基于当前两个备受关注的全球性问题：能源短缺和环境污染 ( 气候变暖和臭氧层破坏) 。随着世界经济的发展和能耗的增加，能源和环境问题己成 为全世界关注的焦点。在我国，近年来随着经济的高速增长，能源消费呈持续上升 趋势，能源问题已成为制约国民经济可持续发展的主要问题之一。人均能源资源占 有量少、能源利用效率远低于发达国家水平是我国能源利用的现状，实施先进节能 技术、提高能源利用效率，是目前我国能源领域中最重要、最迫切的问题。坚持科 技先行、高效节约、国际合作、多元发展、清洁环保的中国特色能源发展道路是实 现社会经济在高效低耗中健康发展的关键，也是我国能源领域可持续发展的重要战 略思路【1 1 。 科学用能是有效解决我国能源供需矛盾的根本途径。由于能源利用效率较低， 使得我国低品位热能资源( 如工业余热废热和可再生能源) 非常丰富，如果得到合理 利用，这些低品位热能将变为“有用资源”、否则就成为了无用的废热。高效回收利 用这些广泛的低品位能源是解决我国能源问题的一个重要途径，对缓解我国能源压 力及促进社会经济的可持续发展具有十分重要的意义。然而在我国每年有大量的低 品位能源得不到有效回收利用而被直接排放，造成极大的能源浪费。究其原因，很 大程度上取决于缺乏低品位余热高效利用的科学技术及能量的合理配置。实施能量 梯级利用，开发余热废热等低品位热能利用的先进能源利用技术，是提高我国能源 工业总体发展水平的一个重要方向。 另一方面，能源资源的开发利用在促进世界经济发展的同时，也带来了严重的 生态环境问题，臭氧层的破坏和全球气候变化是当前伞球所面临的另一重大难题。 制冷空调领域广泛采用c f c s 及h c f c s 制冷工质可造成臭氧层破坏和产生温室效应 等负面影响，蒙特利尔协定及京都条约的实施使寻找节能环保型制冷工质及 开发新型高效制冷技术成为制冷空调领域的研究热点1 2 】。在此背景下，国内外各种节 能环保型制冷空调技术得到了很好的发展，其中吸附式制冷技术的发展为低品位热 能的刨收利用提供了一个有效途径。 吸附式制冷是一种以热能为驱动力的绿色制冷技术，与传统蒸汽压缩式制冷相 比，其特点是利用低品位热能作为驱动力实现制冷，且采用环境友好型制冷剂( 如 水、氨、甲醇以及氢等) 作为工作介质，具有臭氧消耗系数( o d p ) 和温室效应系数( 6 w a ) 均为零的环保优点p j 。在余热利用方面，与同样采用低品位热能驱动的液体吸收式制 冷技术相比，固体吸附式制冷技术具有工作热源温区范围宽、储热能力大、无需溶 液泵或精馏装置，不存在制冷剂污染、盐溶液结晶以及金属腐蚀等诸多优点【4 j 。另外， 吸附式制冷系统的运动部件少，结构简单，抗震动性能好，特别适合船舶、汽车、 机车、航空飞行器等颠簸、震动场合的余热回收利用，因而具有更广阔的应用场所。 上海交通大学博士学位论文 由于吸附式制冷具有以上优势，2 0 0 7 年国际能源机构( i n t e r n a t i o n a le n e r g y a g e n c y ) 的热泵研究计划中( h e a tp u m pp r o 刚1 ) 将固体吸附式制冷技术列为了重要研 究内容。 1 2 吸附式制冷技术的理论研究 吸附式制冷技术的研究始于1 8 4 8 年f a r a d a y 发现氯化银吸附氨产生制冷现象， 至今已有一百多年的发展历史；2 0 世纪7 0 年代的能源危机为吸附式制冷技术的研究 提供了一个很好的发展契机，其理论研究和实验研究进入了一个新的发展阶段。为 了提高吸附式制冷的工作