对固体吸附式制冷系统中新型多孔吸附床的初步研究

    1 引 言

    固体吸附式制冷系统作为可以利用的低品质热源,没有噪音、无腐蚀、对环境友好,受到人们广泛的重视,但与传统的蒸气压缩式制冷系统相比,固体吸附式制冷系统的SCP和COP还是非常低。

    固体吸附式制冷系统的核心部件是吸附床,它起到类似于蒸汽压缩式制冷系统中的压缩机的作用。吸附床由吸附剂填充在一定形状的金属壳体中构成,当需要加热解吸时,传热流体介质将热量通过吸附床体传递给吸附剂,而需要降温解吸时,热量从吸附剂通过床体传递给传热流体介质。由于吸附剂是多孔介质,传热系数小,且与床体之间存在较大的接触热阻,所以吸附床的传热传质的好坏直接关系整个系统性能的高低,通过改进吸附床的结构可以提高整个系统的制冷能力。

    2 现有吸附床的结构类型

    现有吸附床有多种类型,按照传热原理来划分有金属吸附床[1-2]、热管吸附床[3]等,其中最常见、结构比较简单的是金属吸附床。根据其传热面的结构形状来化分,有管式、板式和有伸展表面这3类,管式中有管壳式、套管式、螺旋管式等;板式有平板式、螺旋板式、板壳式等;有伸展表面的分为板翅式、翅片管式等。其中最常用的是翅片管式、螺旋板式、板翅式和管壳式。

    无论是金属吸附床还是热管吸附床,吸附剂颗粒与金属床体或热管的接触都是一种点面接触,接触面积小,存在接触热阻,由于吸附剂是多孔结构,传热能力差,与床体或热管接触的吸附剂颗粒能较快传热,而与床体或热管距离最远的吸附剂颗粒由于多孔结构的存在,热量传递较慢,吸附解吸也最慢,因此总体来讲床体与吸附剂之间仍然存在较大的热阻。

    比较理想的吸附床应该是这样的:当吸附剂需要传热时,在几乎每个吸附剂颗粒旁都有床体结构传递热量,这样能以最快的速度将热量传递。若要如此就需要床体结构具有很大的表面积,而多孔结构吸附床能近似满足这样要求。

    3 新型多孔吸附床的设计

    3.1 新型吸附床的结构特征

    新型多孔吸附床是具有大量孔隙结构的多孔材料,它的固体部分主要由2部分组成,一部分是多孔床体结构,另一部分是固定在床体孔隙中的吸附剂。而在多孔床体与吸附剂之间及吸附剂自身中存在大量微细的相通细孔,以吸附吸附质和作为吸附质扩散通道。

    作为应用在固体吸附式制冷系统中的新型多孔吸附床,一定要满足以下要求:

    1)吸附床体必须是具有高导热能力的材料构成,高导热材料能保证多孔吸附床具有较高的传热能力。目前可用做吸附床的材料有金属材料,如铝、铜、镍等,还有非金属材料,如石墨等。