化学吸附制冷系统吸附床强化传热的实验研究

    0 前 言

    近几年来,随着常规能源消耗的剧增、环境污染的加剧,人们越来越重视能源的节约和对环境的保护。其中热能吸附制冷技术因其无大气污染、低成本、结构简单而引起科研人员的广泛兴趣,并在研究上取得进展。但是,组成固体吸附制冷的吸附剂(如活性炭、沸石、氯化钙等)的导热性能差,使得吸附和脱附的速度都较低,阻碍了其商品化的进程。因此,提高发生器吸附床的传热性能具有重大的实用意义。

    目前的固体吸附制冷根据采用的吸附剂的不同可以分为物理吸附和化学吸附。在相同的条件下物理吸附剂寿命长,吸附过程放出的热量小,但是吸附能力较化学吸附剂弱,两者有各自的应用领域。其中活性炭)甲醇、分子筛)水是典型的物理吸附工质对;氯化钙)氨是典型的化学吸附工质对。本文主要针对氯化钙作吸附剂的发生器,提出多种强化传热方案并进行实验研究,希望获得发生器吸附床传热性能的改善,加速固体吸附制冷技术商品化的进程。

    1 化学吸附床的传热传质特性分析

    在物理吸附过程中,主要热阻来自于吸附剂间和吸附剂与金属壁、翅片之间的接触热阻,这是由吸附剂的物理状态决定的。而以氯化钙)氨为代表的化学吸附过程中,氯化钙的表面会形成氨膜,吸附剂的性态发生改变,这和物理吸附有很大的不同。一些物理吸附的强化传热方法不适用于化学吸附的强化传热:

    (1)物理吸附可以采用减小吸附剂颗粒的方法增加传热面积、减小接触热阻,但是在化学吸附过程却不同,其影响因素较复杂。

    (2)化学吸附过程进行时放出的热量远远大于物理吸附过程放出的热量。因此,有效的将吸附过程中放出的热量排出发生管成为吸附床强化传热的主要问题。

    (3)化学吸附剂不宜象物理吸附剂那样进行固化压制[2][3]过程(以获得较高的导热系数),并且化学吸附剂的寿命远小于物理吸附剂的寿命。

    2 吸附床设计

    在吸附床方面各国学者作了大量的研究。AAittom aki[4]等人的研究结果表明,床内各点的升温升压情况与吸附床在传热方向的厚度、吸附床的导热性、翅片的分布等参数有关,其中吸附床的结构有相当大的影响。

    针对上述化学吸附的特点,参考类似的吸附床[5],我们设计出适合化学吸附的发生器结构(如图1所示)。其总体思路是:增加换热面积、提高接触紧密程度、降低吸附床自重。

   在该发生器吸附床结构中有如下的强化传热措施:

    (1)金属翅片通过翻边和发生管内壁、脱氨通道外壁紧密接触,吸附床中的热量能有效地通过翅片排出发生器外。