对太阳能固体吸附式制冷技术的应用分析

经验交流

江西能源 2001(4)

#7#

文章编号:100527676(2001) 0120007204

对太阳能固体吸附式制冷技术的应用分析

戴源德

(南昌大学机电学院, 江西南昌 330029)

摘 要: 本文介绍了太阳能作为驱动热源的固体吸附式制冷系统的基本组成, 依据Polnyi 吸附势理论和D-R 方程对系统的吸附) 解吸过程进行了比较准确的描述, 着重对固体吸附式制冷技术的实际应用进行了分析。主要必须考虑:在对吸附系统的研究中引入/非平衡吸附0概念进行动态吸附速度的测定, 尽可能地选用带有吸收膜的集热器, 以及改善吸附床的传热传质性能等。

关键词: 太阳能; 吸附式; 制冷; 应用

Stydy On A Solid 2adsorption Cooling System . s Applications

Dai Yuan 2de

(Mechanical and Electronic Engineering College, Nanchang University, Nanchang 330029)

Abstract :In this paper, a solid 2adsorption refrigeration system w hich is driven by solar energy has been introduced. Ad 2sorption 2desorption process of this system is explained on the basis of Polanyi theory and D-R equation, which is helpf ul to an 2alyse it . s real applications. On real adsorption cycle, the following f actors should be studied:dynamic measure ment of the ad 2sorption speed by a /non 2balance adsorption 0c oncept; selec ting the thermal collector with a sorption coating; improving the per 2formance of heat and mass transfer in adsorption bed, etc.

Key words :Solar Energy; Solid 2adsorption; Refrigeration;Application

0 前言

近年来, 对地球环境日益恶化和能源危机的广泛关注, 已经形成节约能源和保护环境的一致共识。解决CFCs 问题成为制冷界研究的一大热点, 太阳能作为一种清洁可再生性能源自然倍受重视。仅目前已利用太阳能作为低温热源驱动进行研究的制冷系统就有:吸收式, 喷射式, 吸收) 喷射式, 固体吸附式和液体去湿式等。本文主要就固体吸附式系统的应用进行分析和探讨。

作为一种不采用氟利昂制冷剂的制冷技术, 太阳能固体吸附式制冷成为制冷界研究的热门之一, 同时它具有结构简单, 运行效率高, 不消耗常规能源(如煤, 电和化石燃料等) , 而且噪音小, 寿命长, 安全性好, 无须考虑腐蚀问题等优点, 尤其是国际首届固体吸附式制冷大会召开以后, 许多学者从吸附剂) 制冷剂的性能, 吸附系统循环特性, 吸附床的传热传质性质以及系统运行等方面对固体吸附式制冷技术作了全面深入的研究。大量研究结果表明, 许多先

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经验交流

进的固体吸附式制冷循环(如连续回热循环, 热波循环和对流热波循环等) 具有良好的特性, 但系统的性能并未达到实际应用的要求[1]。

1 太阳能固体吸附式制冷系统的基本组成图1表示一个利用太阳能作为热驱动源的固体吸附式制冷系统装置。它由太阳能供热的吸附床, 冷凝器, 蒸发器, 阀门, 储液器组成, 其中的阀门和储液器对实际系统在运行时是不需要的。吸附床由吸附床保温材料, 玻璃盖板, 金属传热片, 吸附剂, 制冷剂通道组成。对于集热器与吸附器作成一体的平板式吸附床而言, 在加热解析时可以提高吸附剂对制冷剂的解析温度, 在夜晚可在玻璃盖板与金属吸热板之间开设栅窗, 以增强吸附过程中吸附床的冷却

效果。由于该系统在白天受日照脱附和夜间进行吸附制冷, 其系统工作循环过程是间隙式的。2 Polany i 吸附势理论及D-R 方程

对吸附式制冷系统进行的大量研究工作, 基本上都以Po lanyi 吸附势理论和Dubinin-Radushkevich (D-R) 方程作为描述吸附循环的依据[2,3]。根据Polanyi 吸附势理论, 被吸附的气体为一种压缩气体, 其密度在从吸附剂表面至吸附势为零的空间内存在一定的变化剃度。Polanyi 认为, 此时的吸附势E 可以用被吸附气体的等温压缩功表示为:

E =R T ln(P 0/P ) (1)

P 0表示吸附饱和压力, 与温度T 下的气体饱和蒸汽压相同; P

表示吸附平衡压力。

图1 固体吸附式制冷系统

11吸附床保温材料; 21玻璃盖板; 31金属传热片; 41吸附剂; 51制冷剂通道;

61阀门; 71储液器; 81冷凝器; 91蒸发器; 101冰箱壳体

D-R 理论认为, 同一吸附剂对不同的吸附特性

曲线有相似性, 在相同的吸附空间下有:

E =BE 1

(2)

B 为亲和性系数, 表示制冷剂与基准吸附介质(一般为苯) 在相同温度T 下的摩尔容积比, E 1为采用基准吸附介质时所形成的吸附势。

根据D-R 理论, 有效半径由18~20@10-10

的, 并且与P 或T 0(其中P 与蒸发器内流体温度为T 0的气体饱和压力相对应) 有关。在吸附量一定的条件下, 当温度变化范围不大时, 可近似得到:

ln P =A -C /T

(5)

参数A 和C 包含了吸附剂和制冷剂的组合性质, 它是由工质对决定的。

将式(5) 代入(4) 中, 得到D-R 方程:

V (T , T 0) =V 0(T 0) exp{-B [RC /B ) (T /T 0-1) ]2}

(6)

由于式(3) 是在吸附剂吸附势函数为高斯分布的前提下建立的, 为使其具有通用性, 可改写成下式(用制冷剂与吸附剂的质量比V 来表示) :

V (T , T 0) =V 0(T 0) exp[-k(T /T 0-1) n ]

(7)

其中n 反映了吸附剂微孔直径的分布情况, k 与温

m

以下的微孔构成的活性炭的吸附势函数呈高斯分布, 被吸附的制冷剂所占容积V 与吸附剂总的孔隙容职V 0及吸附势E 之间存在如下关系(B 为吸附剂微孔结构参数, 随吸附剂孔隙率的增加而减小) :

V =V 0exp[-B (E /B ) 2]

将式(1) 代入式(3) 可得

V =V 0ex p{-B [(RT /B ) ln(P 0/P ) ]2}

(4)

, V 0(3)

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度无关。

3 固体吸附式制冷的实用化

全世界大约有10亿人生活在太阳能充足的热带地区而没有享受利用太阳能制冷的实惠, 许多边远地区由于电力紧张和燃料紧缺, 缺乏相应的冷冻保鲜技术, 地方经济特色未得到应有的发挥, 可见太阳能制冷具有广阔的应用前景和发展潜力。目前, 太阳能固体吸附式制冷的研究在理论上已取得了许多满意的成就, 如:循环工况对循环特性的影响[7], 吸附床的一些结构参数对循环特性的影响[8], 吸附式制冷循环的优化设计和优化运行[9,10]等等。这些研究结果对吸附式制冷系统的设计有重要的指导意义。但是由于该系统内部的诸多因素相互制约, 一些措施还会带来负面影响, 并且不具备除湿功能, 其应用目前仅局限于制冰, 而在空调行业的应用受到一定的限制, 其中热波及对流热波型吸附式制冷循环的实现更是困难, 至今未见实验样机研制成功的报道[4]在考虑吸附式制冷系统的实用化方面, 须以实际运行经济性为目标函数, 考虑日制冰量、循环时间、设备耗材与吸附剂耗量、一次性初投资、区域日照特点、用户经济承受能力等因素, 运用技术经济的观点进行吸附式制冷系统的技术经济分析。本文仅从技术角度来分析, 笔者认为其实用化至少必须考虑以下几个方面:

311 循环分析和系统设计要考虑吸附速度的影响

当前的吸附式制冷机理均建立在平衡吸附的基础上, 而实际循环周期已经大大缩短(约30min) , 因此在吸附系统的分析研究中必须引入/非吸附平衡0的概念[5], 将吸附率归结为吸附剂温度与被吸附蒸汽的压力以及吸附时间的函数。通过对吸附工质对吸附速率的系统测定可得出动态吸附率, 进而得到更为实际的吸附式热力系统分析。312 集热器与工质对的选取

为减轻集热器对大气空间的热辐射和更好地吸收太阳能辐射能量, 尽可能地选用带有吸收膜的平板集热器或抛物面集热器, 同时, 为减少传热损失, 集热器与发生器可做成一体; 在固体吸附式制冷循环中目前认为比较好的工质对有沸石分子筛) 水、活性炭) 甲醇和氯化钙) 氨, 前两种工质对是利用物理吸附机理, 后一种工质对应用的是化学吸附机理; 对于沸石分子筛) 水系统, 制冷量大但沸石分子, e

左右的脱附温度, 而水在低于摄氏零度时会结冰, 不能用于制冰, 但可在太阳能空调中得到应用, 较适合于以高温热源为动力(废热利用) 、蒸发温度高于0e 的制冷系统, 如汽车余热空调系统。对于活性炭) 甲醇, 从国内外研究结果看, 其制冷系统具有较高的COP 和制冰量, 是太阳能固体吸附式制冷循环较为理想的工质对, 但由于系统工作在负压状态下, 在冰箱设计制造工艺时应充分考虑提高密封性能, 以免实际运行中空气的渗入。对于氯化钙) 氨工质对, 其特点是化学吸附量大, 且工作在正压状态, 但多次循环后化学吸附性能会有所下降, 其工作压力也较高, 实际应用过程中尚须克服一系列问题。313 改善吸附床内的传热/传质

吸附床传热过程中温度不均匀性是导致实际循环与理想循环偏离的一个重要原因, 改善吸附床的传热性能是完善固体吸附式制冷循环的重要途径; 提高吸附床传热性能大致可采取增大换热面积和增强导热性能、减少热阻的方法。R E Critoph 曾提出一种较新颖的方法) ) ) 对流热波循环[6], 即利用制冷剂气体和吸附剂间的强制对流, 采用高压制冷剂蒸气直接加热、冷却吸附剂而获得较高的热流密度。文献[6]以活性炭) 氨为固体吸附工质对模拟了对流热波循环, 热泵工况COP 达113, 如对系统的能量流加以优化而提高回热率, 热泵效率可望达到119, 热泵系统单位吸附剂的输出功率达1~3kW 。但真正实现以活性炭) 氨为工质对的对流热波循环非常困难, 主要难点在于, 循环对驱动制冷剂蒸汽的气体循环泵要求较高, 即要耐高压(达15~20kg/c m 2) , 且必须是干式气体泵(压缩机) , 否则泵的润滑油将污染吸附床而使其吸附性能恶化。目前国内也有人进行了吸附床导热性能改进研究的实验探索[11], 其结果表明, 利用苯胺单体在吸附剂颗粒表面化学氧化聚合, 形成均匀连续的高分子导热网, 可使吸附剂的有效导热系统提高到原来的4~10倍, 且对吸附剂的吸附性能无明显影响; 而通过在接触面上涂上导热胶(加有金属导热物质的粘胶, 由环氧树脂、丁腈橡胶、三乙醇胺、铜屑按一定比例混合固化而成) 后, 颗粒吸附剂、成型吸附剂与吸附换热器表面之间的接触热阻分别可下降40%和30%, 并且导热胶的涂履对吸附剂的循环吸附性能影响不大。参考文献

[ 滕 11太

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阳能学报[J], 1998, 19(4) :365~369.

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经验交流

[7] Douss N and Meunier F. Effect of operating temperaures on the

coefficient of perfo rmance of active carbo n 2methanol systems. Heat Recov ery Sy stems &C HP, 1988, 8(5) :383~392. [8] Pons M and Feng Y, Characteristic parameters of adso rptive re 2

frigeration cycles with thermal regeneration. Applied Thermal En 2gineering, 1997, 17(3) :289~298.

[9] Van Benthem G H W, Cacciola G and Restuccia G. Regenerative

adso rpti on heat pump s:opti miaztion o f the design. Heat Recovery Sy stems &C HP, 1995, 15(6) :531~544.

[10] 吴静怡, 滕 毅, 王如竹等1回热型吸附式制冷系统的

最优运行研究1上海交通大学学报[J], 1997, 31(2) :71~751

[11] 朱冬生, 侯 轶, 汪立军等1吸附式制冷中固定床导热

性能改进研究1制冷学报[J], 2001, 1:23~291

[2] P W orsoe Schmidt. Solar refrigeration fo r developing countries us 2

ing a solid 2adso rpti on cycle. Int. J. Ambient Energy, 1983, 4(3) :115~123.

[3] Y Teng, R Z Wang. Study of co ntinuous heat regenerativ e adsorp 2

tio n refrigeration cycles. Chinese Cryo genics, 1995, 85(3) :48-52.

[4] S V Shelto n. Ramp wave analysis o f the so lid/vapor heat pump.

Journal of Energ y Reso urces Technolo gy, 1998, 112:69-78. [5] Vargas J V C, So kolov M, Bejan A. Thermodynamic optimizatio n

of solar 2driven refrigerators. Trans of the AS ME, Journal o f Solar Energy Engi neering, 1996, 118(2) :130~135.

[6] R E Crito ph. Fo rced Convection Enhancement of Adsorp tion Cy 2

cles. Heat Recovery Sy stem &C HP 1994, 14(4) :343.

(上接第2页)

联系浆态床合成装置引进时, 美方表示愿参加投资。于是该厂计划新上10万t/a 项目, 即利用神府煤田优质煤为原料, 引进荷兰德士古气化炉造气为原料进行合成。已完成可行性研究, 等待上级审批。日本的NKK 公司从1989年开始进行用高炉煤气合成二甲醚的试验, 以作为合成汽油的中间产品。后发现我国陕西新型燃料燃具公司已直接将二甲醚作为民用燃料及试作汽车燃料效果良好, 乃改变了开发方向。与住友金属(负责催化剂开发) 和太平洋煤矿公司在后者的北海道钏路煤矿, 于1995年利用煤矿抽提瓦斯进行了合成二甲醚的50kg/d 中试, 成功后又于1997年建设5t/d 工试装置, 从1999年开始进行了包括柴油机卡车走行的全面试验, 证明二甲醚比甲醇更适宜作汽车燃料, 要点如下:

(1) 以煤制气为原料时, 由于其H 2/CO 为015~110, 制甲醇时需重整至H 2/CO 为2, 制二甲醚时H 2/CO 为1即可, 故重整成本低;

(2) 从反应平衡看, 合成甲醇的压力为111~115M Pa, 合成二甲醚015M Pa 即可, 故合成成本低;

(3) 从使用阶段看, 甲醇的发热量为20096164kJ/kg, 二甲醚为28901148kJ/kg, 比甲醇高40%以

上; 另甲醇气有弱毒性, 对金属腐蚀、爆炸范围广, 而二甲醚则无毒、不腐蚀金属、爆炸范围少, 更适宜作燃料, 特别是作汽车燃料时两者均比一般油品排污少, 但甲醇在点火时冒黑烟略多待改进。

据此, 日本通产省资源能源厅于2000年中召集有关单位组成/二甲醚发展战略研讨会0经认真讨论研究后决定:在2005年以前完成工业生产、贮存、运输和在汽车、电力方面应用的全面试验, 以便完善在2005年后大量推广应用。

根据上述方针, N KK 在政府财政补助下投资200亿日元, 拟在钏路煤矿于2001年始建100t/d 扩大试验装置, 2003年始进行上述全面试验。并据试验结果拟于2005年在亚洲、澳洲的煤田或不便液化的天然气田始建2500t/d 商业化装置, 以便加速推广, 规划到2010年扩大到700万t/a 规模。

为充分发挥生物质能的作用, 日本京都大学能源工学研究所正研究利用沼气高效制二甲醚的技术。能源界还展望利用光电电解水产生的廉价氢加上燃烧二甲醚发电烟道气中的C O 2按照以下反应式:6H 22CO 2y CH 3OC H 3+3H 2O 合成二甲醚的技术, 使二甲醚真正变成可再生能源。

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文章编号:100527676(2001) 0120007204

对太阳能固体吸附式制冷技术的应用分析

戴源德

(南昌大学机电学院, 江西南昌 330029)

摘 要: 本文介绍了太阳能作为驱动热源的固体吸附式制冷系统的基本组成, 依据Polnyi 吸附势理论和D-R 方程对系统的吸附) 解吸过程进行了比较准确的描述, 着重对固体吸附式制冷技术的实际应用进行了分析。主要必须考虑:在对吸附系统的研究中引入/非平衡吸附0概念进行动态吸附速度的测定, 尽可能地选用带有吸收膜的集热器, 以及改善吸附床的传热传质性能等。

关键词: 太阳能; 吸附式; 制冷; 应用

Stydy On A Solid 2adsorption Cooling System . s Applications

Dai Yuan 2de

(Mechanical and Electronic Engineering College, Nanchang University, Nanchang 330029)

Abstract :In this paper, a solid 2adsorption refrigeration system w hich is driven by solar energy has been introduced. Ad 2sorption 2desorption process of this system is explained on the basis of Polanyi theory and D-R equation, which is helpf ul to an 2alyse it . s real applications. On real adsorption cycle, the following f actors should be studied:dynamic measure ment of the ad 2sorption speed by a /non 2balance adsorption 0c oncept; selec ting the thermal collector with a sorption coating; improving the per 2formance of heat and mass transfer in adsorption bed, etc.

Key words :Solar Energy; Solid 2adsorption; Refrigeration;Application

0 前言

近年来, 对地球环境日益恶化和能源危机的广泛关注, 已经形成节约能源和保护环境的一致共识。解决CFCs 问题成为制冷界研究的一大热点, 太阳能作为一种清洁可再生性能源自然倍受重视。仅目前已利用太阳能作为低温热源驱动进行研究的制冷系统就有:吸收式, 喷射式, 吸收) 喷射式, 固体吸附式和液体去湿式等。本文主要就固体吸附式系统的应用进行分析和探讨。

作为一种不采用氟利昂制冷剂的制冷技术, 太阳能固体吸附式制冷成为制冷界研究的热门之一, 同时它具有结构简单, 运行效率高, 不消耗常规能源(如煤, 电和化石燃料等) , 而且噪音小, 寿命长, 安全性好, 无须考虑腐蚀问题等优点, 尤其是国际首届固体吸附式制冷大会召开以后, 许多学者从吸附剂) 制冷剂的性能, 吸附系统循环特性, 吸附床的传热传质性质以及系统运行等方面对固体吸附式制冷技术作了全面深入的研究。大量研究结果表明, 许多先

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进的固体吸附式制冷循环(如连续回热循环, 热波循环和对流热波循环等) 具有良好的特性, 但系统的性能并未达到实际应用的要求[1]。

1 太阳能固体吸附式制冷系统的基本组成图1表示一个利用太阳能作为热驱动源的固体吸附式制冷系统装置。它由太阳能供热的吸附床, 冷凝器, 蒸发器, 阀门, 储液器组成, 其中的阀门和储液器对实际系统在运行时是不需要的。吸附床由吸附床保温材料, 玻璃盖板, 金属传热片, 吸附剂, 制冷剂通道组成。对于集热器与吸附器作成一体的平板式吸附床而言, 在加热解析时可以提高吸附剂对制冷剂的解析温度, 在夜晚可在玻璃盖板与金属吸热板之间开设栅窗, 以增强吸附过程中吸附床的冷却

效果。由于该系统在白天受日照脱附和夜间进行吸附制冷, 其系统工作循环过程是间隙式的。2 Polany i 吸附势理论及D-R 方程

对吸附式制冷系统进行的大量研究工作, 基本上都以Po lanyi 吸附势理论和Dubinin-Radushkevich (D-R) 方程作为描述吸附循环的依据[2,3]。根据Polanyi 吸附势理论, 被吸附的气体为一种压缩气体, 其密度在从吸附剂表面至吸附势为零的空间内存在一定的变化剃度。Polanyi 认为, 此时的吸附势E 可以用被吸附气体的等温压缩功表示为:

E =R T ln(P 0/P ) (1)

P 0表示吸附饱和压力, 与温度T 下的气体饱和蒸汽压相同; P

表示吸附平衡压力。

图1 固体吸附式制冷系统

11吸附床保温材料; 21玻璃盖板; 31金属传热片; 41吸附剂; 51制冷剂通道;

61阀门; 71储液器; 81冷凝器; 91蒸发器; 101冰箱壳体

D-R 理论认为, 同一吸附剂对不同的吸附特性

曲线有相似性, 在相同的吸附空间下有:

E =BE 1

(2)

B 为亲和性系数, 表示制冷剂与基准吸附介质(一般为苯) 在相同温度T 下的摩尔容积比, E 1为采用基准吸附介质时所形成的吸附势。

根据D-R 理论, 有效半径由18~20@10-10

的, 并且与P 或T 0(其中P 与蒸发器内流体温度为T 0的气体饱和压力相对应) 有关。在吸附量一定的条件下, 当温度变化范围不大时, 可近似得到:

ln P =A -C /T

(5)

参数A 和C 包含了吸附剂和制冷剂的组合性质, 它是由工质对决定的。

将式(5) 代入(4) 中, 得到D-R 方程:

V (T , T 0) =V 0(T 0) exp{-B [RC /B ) (T /T 0-1) ]2}

(6)

由于式(3) 是在吸附剂吸附势函数为高斯分布的前提下建立的, 为使其具有通用性, 可改写成下式(用制冷剂与吸附剂的质量比V 来表示) :

V (T , T 0) =V 0(T 0) exp[-k(T /T 0-1) n ]

(7)

其中n 反映了吸附剂微孔直径的分布情况, k 与温

m

以下的微孔构成的活性炭的吸附势函数呈高斯分布, 被吸附的制冷剂所占容积V 与吸附剂总的孔隙容职V 0及吸附势E 之间存在如下关系(B 为吸附剂微孔结构参数, 随吸附剂孔隙率的增加而减小) :

V =V 0exp[-B (E /B ) 2]

将式(1) 代入式(3) 可得

V =V 0ex p{-B [(RT /B ) ln(P 0/P ) ]2}

(4)

, V 0(3)

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度无关。

3 固体吸附式制冷的实用化

全世界大约有10亿人生活在太阳能充足的热带地区而没有享受利用太阳能制冷的实惠, 许多边远地区由于电力紧张和燃料紧缺, 缺乏相应的冷冻保鲜技术, 地方经济特色未得到应有的发挥, 可见太阳能制冷具有广阔的应用前景和发展潜力。目前, 太阳能固体吸附式制冷的研究在理论上已取得了许多满意的成就, 如:循环工况对循环特性的影响[7], 吸附床的一些结构参数对循环特性的影响[8], 吸附式制冷循环的优化设计和优化运行[9,10]等等。这些研究结果对吸附式制冷系统的设计有重要的指导意义。但是由于该系统内部的诸多因素相互制约, 一些措施还会带来负面影响, 并且不具备除湿功能, 其应用目前仅局限于制冰, 而在空调行业的应用受到一定的限制, 其中热波及对流热波型吸附式制冷循环的实现更是困难, 至今未见实验样机研制成功的报道[4]在考虑吸附式制冷系统的实用化方面, 须以实际运行经济性为目标函数, 考虑日制冰量、循环时间、设备耗材与吸附剂耗量、一次性初投资、区域日照特点、用户经济承受能力等因素, 运用技术经济的观点进行吸附式制冷系统的技术经济分析。本文仅从技术角度来分析, 笔者认为其实用化至少必须考虑以下几个方面:

311 循环分析和系统设计要考虑吸附速度的影响

当前的吸附式制冷机理均建立在平衡吸附的基础上, 而实际循环周期已经大大缩短(约30min) , 因此在吸附系统的分析研究中必须引入/非吸附平衡0的概念[5], 将吸附率归结为吸附剂温度与被吸附蒸汽的压力以及吸附时间的函数。通过对吸附工质对吸附速率的系统测定可得出动态吸附率, 进而得到更为实际的吸附式热力系统分析。312 集热器与工质对的选取

为减轻集热器对大气空间的热辐射和更好地吸收太阳能辐射能量, 尽可能地选用带有吸收膜的平板集热器或抛物面集热器, 同时, 为减少传热损失, 集热器与发生器可做成一体; 在固体吸附式制冷循环中目前认为比较好的工质对有沸石分子筛) 水、活性炭) 甲醇和氯化钙) 氨, 前两种工质对是利用物理吸附机理, 后一种工质对应用的是化学吸附机理; 对于沸石分子筛) 水系统, 制冷量大但沸石分子, e

左右的脱附温度, 而水在低于摄氏零度时会结冰, 不能用于制冰, 但可在太阳能空调中得到应用, 较适合于以高温热源为动力(废热利用) 、蒸发温度高于0e 的制冷系统, 如汽车余热空调系统。对于活性炭) 甲醇, 从国内外研究结果看, 其制冷系统具有较高的COP 和制冰量, 是太阳能固体吸附式制冷循环较为理想的工质对, 但由于系统工作在负压状态下, 在冰箱设计制造工艺时应充分考虑提高密封性能, 以免实际运行中空气的渗入。对于氯化钙) 氨工质对, 其特点是化学吸附量大, 且工作在正压状态, 但多次循环后化学吸附性能会有所下降, 其工作压力也较高, 实际应用过程中尚须克服一系列问题。313 改善吸附床内的传热/传质

吸附床传热过程中温度不均匀性是导致实际循环与理想循环偏离的一个重要原因, 改善吸附床的传热性能是完善固体吸附式制冷循环的重要途径; 提高吸附床传热性能大致可采取增大换热面积和增强导热性能、减少热阻的方法。R E Critoph 曾提出一种较新颖的方法) ) ) 对流热波循环[6], 即利用制冷剂气体和吸附剂间的强制对流, 采用高压制冷剂蒸气直接加热、冷却吸附剂而获得较高的热流密度。文献[6]以活性炭) 氨为固体吸附工质对模拟了对流热波循环, 热泵工况COP 达113, 如对系统的能量流加以优化而提高回热率, 热泵效率可望达到119, 热泵系统单位吸附剂的输出功率达1~3kW 。但真正实现以活性炭) 氨为工质对的对流热波循环非常困难, 主要难点在于, 循环对驱动制冷剂蒸汽的气体循环泵要求较高, 即要耐高压(达15~20kg/c m 2) , 且必须是干式气体泵(压缩机) , 否则泵的润滑油将污染吸附床而使其吸附性能恶化。目前国内也有人进行了吸附床导热性能改进研究的实验探索[11], 其结果表明, 利用苯胺单体在吸附剂颗粒表面化学氧化聚合, 形成均匀连续的高分子导热网, 可使吸附剂的有效导热系统提高到原来的4~10倍, 且对吸附剂的吸附性能无明显影响; 而通过在接触面上涂上导热胶(加有金属导热物质的粘胶, 由环氧树脂、丁腈橡胶、三乙醇胺、铜屑按一定比例混合固化而成) 后, 颗粒吸附剂、成型吸附剂与吸附换热器表面之间的接触热阻分别可下降40%和30%, 并且导热胶的涂履对吸附剂的循环吸附性能影响不大。参考文献

[ 滕 11太

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阳能学报[J], 1998, 19(4) :365~369.

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[7] Douss N and Meunier F. Effect of operating temperaures on the

coefficient of perfo rmance of active carbo n 2methanol systems. Heat Recov ery Sy stems &C HP, 1988, 8(5) :383~392. [8] Pons M and Feng Y, Characteristic parameters of adso rptive re 2

frigeration cycles with thermal regeneration. Applied Thermal En 2gineering, 1997, 17(3) :289~298.

[9] Van Benthem G H W, Cacciola G and Restuccia G. Regenerative

adso rpti on heat pump s:opti miaztion o f the design. Heat Recovery Sy stems &C HP, 1995, 15(6) :531~544.

[10] 吴静怡, 滕 毅, 王如竹等1回热型吸附式制冷系统的

最优运行研究1上海交通大学学报[J], 1997, 31(2) :71~751

[11] 朱冬生, 侯 轶, 汪立军等1吸附式制冷中固定床导热

性能改进研究1制冷学报[J], 2001, 1:23~291

[2] P W orsoe Schmidt. Solar refrigeration fo r developing countries us 2

ing a solid 2adso rpti on cycle. Int. J. Ambient Energy, 1983, 4(3) :115~123.

[3] Y Teng, R Z Wang. Study of co ntinuous heat regenerativ e adsorp 2

tio n refrigeration cycles. Chinese Cryo genics, 1995, 85(3) :48-52.

[4] S V Shelto n. Ramp wave analysis o f the so lid/vapor heat pump.

Journal of Energ y Reso urces Technolo gy, 1998, 112:69-78. [5] Vargas J V C, So kolov M, Bejan A. Thermodynamic optimizatio n

of solar 2driven refrigerators. Trans of the AS ME, Journal o f Solar Energy Engi neering, 1996, 118(2) :130~135.

[6] R E Crito ph. Fo rced Convection Enhancement of Adsorp tion Cy 2

cles. Heat Recovery Sy stem &C HP 1994, 14(4) :343.

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联系浆态床合成装置引进时, 美方表示愿参加投资。于是该厂计划新上10万t/a 项目, 即利用神府煤田优质煤为原料, 引进荷兰德士古气化炉造气为原料进行合成。已完成可行性研究, 等待上级审批。日本的NKK 公司从1989年开始进行用高炉煤气合成二甲醚的试验, 以作为合成汽油的中间产品。后发现我国陕西新型燃料燃具公司已直接将二甲醚作为民用燃料及试作汽车燃料效果良好, 乃改变了开发方向。与住友金属(负责催化剂开发) 和太平洋煤矿公司在后者的北海道钏路煤矿, 于1995年利用煤矿抽提瓦斯进行了合成二甲醚的50kg/d 中试, 成功后又于1997年建设5t/d 工试装置, 从1999年开始进行了包括柴油机卡车走行的全面试验, 证明二甲醚比甲醇更适宜作汽车燃料, 要点如下:

(1) 以煤制气为原料时, 由于其H 2/CO 为015~110, 制甲醇时需重整至H 2/CO 为2, 制二甲醚时H 2/CO 为1即可, 故重整成本低;

(2) 从反应平衡看, 合成甲醇的压力为111~115M Pa, 合成二甲醚015M Pa 即可, 故合成成本低;

(3) 从使用阶段看, 甲醇的发热量为20096164kJ/kg, 二甲醚为28901148kJ/kg, 比甲醇高40%以

上; 另甲醇气有弱毒性, 对金属腐蚀、爆炸范围广, 而二甲醚则无毒、不腐蚀金属、爆炸范围少, 更适宜作燃料, 特别是作汽车燃料时两者均比一般油品排污少, 但甲醇在点火时冒黑烟略多待改进。

据此, 日本通产省资源能源厅于2000年中召集有关单位组成/二甲醚发展战略研讨会0经认真讨论研究后决定:在2005年以前完成工业生产、贮存、运输和在汽车、电力方面应用的全面试验, 以便完善在2005年后大量推广应用。

根据上述方针, N KK 在政府财政补助下投资200亿日元, 拟在钏路煤矿于2001年始建100t/d 扩大试验装置, 2003年始进行上述全面试验。并据试验结果拟于2005年在亚洲、澳洲的煤田或不便液化的天然气田始建2500t/d 商业化装置, 以便加速推广, 规划到2010年扩大到700万t/a 规模。

为充分发挥生物质能的作用, 日本京都大学能源工学研究所正研究利用沼气高效制二甲醚的技术。能源界还展望利用光电电解水产生的廉价氢加上燃烧二甲醚发电烟道气中的C O 2按照以下反应式:6H 22CO 2y CH 3OC H 3+3H 2O 合成二甲醚的技术, 使二甲醚真正变成可再生能源。