热能吸附制冷中吸附剂热导率的试验研究

    热能吸附制冷系统是一种以热能为动力的能量转换装置.近年来为了环境保护和限制氟里昂的使用,吸附制冷引起研究学者的广泛关注.在研究过程中遇到的共同问题是固体吸附床传热传质速度太慢[1],从而引起吸附热泵循环周期长,能量转换效率低.其主要影响因素之一是固体吸附材料的热导率.因此深入研究固体吸附材料的热导率,摸清吸附材料的导热规律,对固体吸附制冷技术中缩短吸附/脱附循环时间具有重要意义.

    为了提高精度和准确度,主要采用稳态试验的方法对CaCl2的热导率进行研究[2].

    1　试验原理

    采用稳态同心圆筒壁法测量吸附剂的热导率[2,3],试验台系统框图如图1所示.试验装置包括:DTI-811型导热系数测量仪、直流稳压电源、恒温水浴缸、热电偶测温系统和电加热器功率的测量电路.热导率测量仪结构如图2所示.热导率测量仪由试样筒、加热管、循环水套等组成.试样筒的外侧由水套借助恒温水浴的循环水维持在同一温度tc,加热管内均匀地绕有电阻丝,由稳压电源提供热流Q.

    用仪器测量热流量Q1的计算公式为

    式中λ为试样的热导率,W/(m·K);B为仪器的几何常数,B=ln(r2/r1)/2πl;th为试样筒内侧表面温度,℃;tc为试样筒外侧表面温度,℃.

    装在盛有试样筒内且与之同心的加热器所提供的总热流量Q=IU,测量仪器端部的热损失Qn,有效测量热流量Q1由径向传导到待测试样,故

Q=Q1+Qn=IU. ( 2 )

    仪器端部特性用热阻R表示,则有

    令C=B/R,由式(1)(3)和式(2)得

    式中　I为热线的加热电流,A;U为热线两端电压,V;Δt为加热器中心温度与外侧套管壁温度之差,Δt=th-tc,℃;C为热损失修正系数.

    测量时保持试样筒内侧和外侧的温度稳定,即可测量在平均温度tm=(th+tc)/2下材料的热导率.　　

    本试验的测量对象是CaCl2,由于CaCl2有强烈的吸水性,要获得单纯的CaCl2热导率有一定困难.在试验台的设计过程中考虑到这一点,设计了排水汽的毛细孔,以保证测量的准确性.另外恒温水浴的设计可保证任意温度下的热平衡.

    试验用CaCl2为纯度93%的无水CaCl2.将CaCl2分别用60,80,100,120,140,160,180,200目的铜筛筛过,得到颗粒度分别在470Lm以上,470～300µm,300～200µm[3],200～170µm,170～110µm,110～90µm,90µm以下的CaCl2颗粒.试样颗粒与筛孔目数的关系见表1[4].

    按照CaCl2质量体积比(质量单位kg,体积单位L)1∶2和1∶3(相应的密度分别为500.0 kg/m3和333.3 kg/m3)两种比例将CaCl2装入试验筒中.CaCl2装在中心加热管和外水套之间,装入药品后反复摇匀,以防止空气隙存在.实验室的干球温度为31℃,湿球温度为25℃.