氯化锶-氨吸附制冷性能的实验研究

    0 引 言

    吸附式制冷技术以其特有的绿色环保、太阳能、地热能及工业低品位余热利用等优势倍受世人的关注。人们曾对沸石-水、活性炭-甲醇等物理吸附工质对的制冷性能做过大量的研究[1~3],取得了一大批重要的成果。与此同时,也发现了一些较难解决的技术问题,如制冷量偏小、甲醇在活性炭存在条件下发生催化反应等。为此,各国同行在寻找性能优良的工质对上倾注了大量精力,其中氯化锶)氨这一化学吸附工质对以其优良的性能而受到关注[4,5]。

    对氯化锶-氨工质对,尚未见完整的基础研究论文发表,形成了研究工作的一个空白点。本文通过建立化学吸附式制冷实验单元,对氯化锶-氨工质对的制冷性能进行实验研究,在小型实验设备上模拟实际过程,以排除不确定的外界因素的影响,得到能真正反映系统性能的参数,为进一步理论研究和工程设计提供依据。

    1 实验装置及方法

    实验制冷单元由吸附床、蒸发/冷凝器、连接管路及附属部件组成,如图1所示。吸附床为套管结构,内管表面按等边三角形钻出直径为φ2mm、孔间距5mm的孔作为致冷剂进出床层的通道,并通过连接管路与蒸发/冷凝器相连。外管设有3个热电偶接口T1、T2和T3,测量吸附剂床层中不同轴向和径向位置的温度。打开外管底部的法兰,可将吸附剂装填于内、外管间的环隙中,为了达到较高的传热传质速率,吸附床环隙宽度仅为10mm。蒸发/冷凝器为圆柱形结构,上有管道与吸附床连接,并设有热电偶接口T4,测量蒸发/冷凝器内的温度。附属部件由测温、测压、驱动热源、热阱、冷箱等组成。系统由恒温水浴供热,电热器由温度控制系统控制,控温精度±0.1℃,水浴轴、径向温差小于01.5℃。

    实验测试吸附剂样品与氨所形成的工质对在不同解吸温度下的吸附制冷性能。实验以化学吸附式制冷基本原理为依据,模拟实际操作工况,通过温度、压力、制冷量的变化情况,对该过程内部机理进行分析,以得出可指导进一步实验的结论及样机设计和操作的优化参数。

    实验所用吸附剂原料为氯化锶的六水盐(SrCl₂•6H₂O)分析纯试剂,使用前对其进行脱水、研磨、筛分、再干燥等处理。吸附剂安装完毕后,在加热状态下抽真空24h。然后关闭加热器及所有阀门,使系统维持真空72h无泄漏。氨致冷剂经计量后灌装至系统内。

    化学吸附式制冷为间歇过程,可分为解吸/冷凝和吸附/制冷两个阶段。在解吸/冷凝阶段,打开搅拌器3及电热器10,使水浴1温度达到给定值并将其维持恒定,氨开始从吸附剂中解吸出来并在冷凝器5中放出冷凝潜热成为液态,冷凝潜热由冷水浴6带走。达到给定的解吸时间后,可切换成吸附/制冷工况。用冷箱替换冷水浴,并注入一定量的水,将水浴1中的热水排出,注入冷水,床层冷却后开始吸附致冷而制冷,此时系统压力下降,蒸发器5中的液氨吸取冷箱中水的热量汽化,冷箱6中水的温度下降。在整个实验过程中,定时记录系统压力和各状态点的温度。