基于逆电渗析原理的能量转换利用技术专利进展

逆电渗析技术是依靠离子交换膜选择性将溶液盐差梯度转换为膜电势,进而可用于发电或驱动电化学反应的技术。文章着眼于我国逆电渗析技术相关专利前沿进展,首先,从膜阻、膜厚、离子选择性、离子交换容量、耐污抗菌、稳定性等角度探讨了适配离子交换膜的权衡考量机制,分析了膜的改性方法与优化发展方向;然后,重点介绍了逆电渗析技术在发电、制氢、污水处理及海水淡化等领域的发展与专利布局情况,厘清(热能→)盐差能→(电能→)氢能等多条能源转换技术路线,并阐释了循环工作溶液的再生方法与发展脉络。逆电渗析技术与电渗析技术、可再生能源发电技术、低品位热回收技术相耦合是实现各技术优势互补、提高能效与产出的有效策略。

制冷剂复合强化流动沸腾传热研究进展

单一的传热强化技术对于传热性能和传热效率的提升有限,大力发展复合强化传热技术对提高资源利用率、节能减排具有重要意义。制冷剂作为一种应用广泛的热力学介质,其物理性质很大程度上会影响制冷系统的能量传输效果。基于制冷系统小型化、轻量化及节能高效换热的发展趋势,制冷剂复合强化传热可以有效改善系统的制冷能效,近年来受到专家学者的广泛关注。综述了制冷剂复合强化流动沸腾传热的最新研究进展,分别从纳米颗粒、泡沫金属、外场(超声/磁场/电场)以及绿色混合制冷剂4个角度进行系统的讨论和总结,指出制冷剂复合强化技术应用的前景和存在的问题,展望了多场协同作用下的纳米颗粒-泡沫金属-制冷剂复合强化传热是今后的重点发展方向,可为建立新型的多元制冷剂复合强化体系提供一定的思路和参考。

变质量能量转换及储存技术在暖通空调中的应用

变质量能量转换及储存是一种能量间接转换及储存技术,它是利用充、释能过程中工作溶液储罐内质量发生变化所引起的工作溶液化学势能变化来完成能量转换及储存过程。储存的工作溶液化学势能可比较容易地转换成暖通空调所需的热能、冷能、除湿能等。该项技术具有节能、环保、蓄能设备简单、蓄能密度大、应用面广的特点。

以水-溴化锂溶液为工质的制冷/制热潜能储存系统特性研究

详细介绍了以水-溴化锂为工作介质的制冷/制热潜能储存系统的工作原理,并根据循环流程及循环特点给出了循环热力计算数学模型,最后结合潜能储存循环计算结果对循环特性做出了详细分析.结果表明该系统可于较高储能密度下运行,且有较高性能系数,基于水在0℃以下结冰的现象,以水-溴化锂为工质的潜能储存系统比较适用于空调系统.当有低温热源时,储存的潜能还可以被转换成热能,或潜能被转换成冷能的同时还可以产生热能,这是传统的蓄能技术所不具有的.由于潜能储存系统工作循环的非连续性及采用溶晶装置及晶/液分离装置,溴化锂溶液的结晶问题可以被解决,故此循环的溶液浓度差大,蓄能密度高,是冰蓄能密度的3倍.

氯化锂溶液为工质的溶液浓差发电实验研究

利用配制的氯化锂溶液作为工作介质,通过实验研究稀溶液和浓溶液浓度变化对逆向电渗析电池组(REDCs)开路电压、内阻以及功率密度等电池特性参数的影响.研究结果表明,由10个电池单元构成的REDCs在所研究的浓度范围内,最大开路电压为1.88V,最大功率密度为1.67 W/m^2.电池的开路电压随稀溶液浓度增大而降低,而随浓溶液浓度增大出现先增后降的趋势.电池内阻随浓、稀溶液的浓度增大而降低.电池的端电压与功率密度受电流影响.随电流增大,端电压呈线性下降的趋势,而功率密度变化却呈上凸的二次曲线.当电路总电阻为电池内阻两倍时,电池功率密度达到最大值.

电流与浓差对逆电渗析电堆内质量传递的影响

以氯化钠溶液作为工质情况下,通过改变逆电渗析电堆输出电流和溶液浓差,对由5对Selemion型离子交换膜(IEMs)单元电池所构成的实验用RED电堆进行堆内质量传递规律的实验研究。研究结果发现,IEMs选择性系数(α)、溶剂透膜渗透速率(vw)、溶质透膜迁移通量(JNaCl)和同价离子透膜扩散率(DNaCl)均受电堆电流密度和溶液浓差的影响。当溶液浓差增大时,α降低,而vw、JNaCl和DNaCl均增大;当电流密度增大时,α和vw降低,JNaCl和DNaCl增大。

TFE-TEGDME吸收式制冷/热泵工质热物性参数表达式

根据所收集到的有关 TFE-TEGDME(三氟乙醇 -二甲醚四甘醇 )各种热物性参数实验数据 ,以及已拟合出的各热物性关联式 ,通过整理、归纳、拟合和比较 ,得到了采用该工质的吸收式制冷 /热泵循环分析计算所需的各种热力参数值计算式 ,并绘制出吸收式制冷 /热泵循环分析常用到的 p-t-ξ,h-ξ和 y-x图 .为研究、开发以 TFE-TEGDME为工质的吸收式制冷/热泵系统奠定了基础 .

采用溴化锂溶液的蓄能空调/供热系统及其数学模型

利用工作溶液浓度差储存的能量可转换成暖通、空调所需的热能、冷能或除湿能.以工作溶液为溴化锂水溶液时的闭式蓄能空调/供热系统为研究对象,通过阐述其工作原理和运行过程中储罐内溶液质量、质量分数、温度等参数随时变化,导致系统内各状态点溶液工作参数、各热力设备的工作负荷均发生变化的特点,建立起该蓄能系统充、释能过程的动态数学模型.其结果可为进一步数值研究、分析该蓄能空调/供热系统工作特性、设备负荷特性提供参考.

氨水吸收式制冷循环的分析与改进

通过对影响氨水吸收式制冷循环因素的定性和定量分析，了解这些因素变化如何影响制冷循环的ＣＯＰ值，以及如何控制这些因素的变化使制冷循环的ＣＯＰ值达到最大；并指出完全回收制冷循环的精馏热可使循环的ＣＯＰ值有较大幅度的提高．

溴化锂溶液蓄能空调/供热系统工作特性模拟与分析

在所建立的系统运行动态数学模型基础上，针对具体应用实例对以澳化锂溶液为工作介质的蓄能系统进行数值模拟．以长江流域某城市一宾馆建筑为例，在设计日室外温度变化范围为29～38℃，空调最大冷负荷为1450kW，日需冷量为19890kWh，日需50℃洗浴用热水20t（720kwh）条件下，分别对蓄能空调／供热系统在全量和分量蓄能策略下的工作情况进行数值模拟．分别得到了蓄能空调／供热系统所需的澳化锂溶液充注量、储罐容积、溶液参数、设备负荷变化等重要基础数据及变化规律．这些数据和变化规律是先进蓄能空调／供热系统设计、控制、技术经济评价、设备选型或设计等工作的基础．

KI/LiCl/LiBr-水-乙醇三元体系电导率特性研究

基于逆向电渗析原理的热-电转换循环要求工作溶液有较强的导电性和尽可能低的热分离能耗.因此利用低汽化热的乙醇部分替代高汽化热的水来降低电解质溶液热分离过程的能耗.为了了解不同电解质在电解质+乙醇+水三元体系中的电导率特性,应用电导率仪在20~40℃测定了KI、LiCl与LiBr分别在水与乙醇质量比为2∶8和3∶7的溶剂中不同浓度下的电导率,讨论了温度、浓度、溶剂组成对电解质溶液电导率的影响.结果表明:在测试范围内,电解质溶液的电导率随浓度、温度的升高而增加,而且溶液浓度越高,温度对其电导率的影响越大;不同温度条件下同一溶液体系的电导率随浓度变化趋势相同;增加溶剂中水的比例会显著地提高电解质溶液电导率.

顺、逆流串联电路逆电渗析电堆发电系统能量转换效率研究

通过建立逆电渗析(RED)电堆能量转换模型,对稀和浓溶液顺、逆流时多个RED电堆(多电极)串联电路的发电系统进行理论研究.比较了顺、逆流两种流动方式下RED电堆流道总长、溶液流速以及RED电堆数量对系统能量转换效率及输出特性的影响.模拟计算结果表明:在设定参数下,降低溶液流速,增加流道总长和电堆数量均能提升系统能量转换效率.溶液逆流时的系统能量转换效率、输出电压和功率密度均高于溶液顺流时的情况.与溶液顺流时相比,逆流时溶液流速和流道总长的变化对系统能量转换效率的影响要大些,而电堆数量影响要小些.电堆数量增加会提高发电系统输出电压和功率密度,但总内阻也随之增加,导致系统推荐的工作范围变窄.

垂直管内降膜吸收过程热-质传递数值计算问题的研究

通过对垂直管内降膜氨－水吸收过程中热－质传递现象的研究，阐述了非绝热吸收过程中传热和传质相互作用、相互影响的关系，建立了吸收过程热－质传递的数学模型，并对垂直管内降膜氨－水吸收过程进行数值计算．其研究结果为降膜吸收器的设计提供一种新的、考虑到热－质传递的计算方法．

废热/动力联合驱动的混合制冷循环特性分析

根据废热驱动的吸收式制冷循环特点以及对汽车制冷系统的技术要求,提出了一种采用直接风冷的,以汽车发动机废热和动力联合驱动的新型吸收/压缩混合制冷循环。在设计工况(空气温度35℃,冷凝温度55℃,制冷剂蒸发温度3℃,制冷负荷30kW)下,对采用R124-DMAC工质的混合制冷循环进行热力计算,其综合性能系数(COPint)为14.85。通过热力循环分析发现发生器负荷率和环境温度变化对混合制冷循环工作特性有较大的影响。

以氨-水溶液为工质的制冷/制热潜能储存系统特性研究

介绍了以氨-水为工作介质的制冷/制热潜能储存工作循环和流程;根据工作循环的特点提出了循环的计算方法,并对工作循环进行了详细的计算和分析.可以发现,以氨-水为工作介质的制冷/制热潜能储存系统具有较广的工作范围,不仅可用于蓄能空调系统,还可用于0℃以下的蓄能制冷.根据不同的需要,工作溶液的蓄能密度可以在较大的范围内改变,最大的蓄能密度可以超过冰蓄冷,但其代价是降低了系统的COP值.

采用混合自然工质的自复叠制冷系统热力性质分析

对R744/R290、R744/R600a混合自然工质的热力性质进行分析比较,并将它们用于自复叠制冷循环,对系统的循环特性进行分析。经过计算,得出了两种混合工质制冷性质的不同点及环境温度、制冷温度、混合工质中R744浓度对系统性能的影响。为今后R744/R290、R744/R600a的实验研究和实际应用提供了理论依据,减少了实验的工作量。

R290／R744新型低温混合工质物性分析

采用pT状态方程并结合van der Waals混合规则,对R290/R744混合物的热物性参数进行了理论研究,计算中采用了Kay规则计算的虚拟临界参数来代替混合物的真实临界参数,计算得到了R290/R744混合物饱和气体比容、饱和液体密度、比焓和比熵等物性参数,并对计算数据进行了精度分析.计算结果为R290/R744混合物的应用打下了基础.

溶液浓差能驱动的逆电渗析反应器制氢实验研究

低品位热能制氢技术首先是将热能转换为溶液浓差能,然后通过逆电渗析(RED)反应器将溶液浓差能转换成氢能。为了验证RED反应器能将溶液浓差能转换为氢能,探索关键运行参数变化对能量转换过程的影响。设计了一个由40个膜对所构成的RED反应器,以NaCl水溶液为工作溶液,NaOH水溶液为电极液的制氢系统。通过改变浓/稀溶液入口浓度,溶液过膜流速以及输出电流来考察对RED反应器产氢率、制氢效率和能量转换效率的影响。实验结果发现,浓/稀溶液入口浓度,过膜流速变化均会影响RED反应器的输出电流。在外电路短接条件下,输出电流越大,反应器产氢率和制氢效率越高,但能量转换效率越低。

基于热力学第二定律的吸收式制冷循环分析

采用热力学第二定律的分析方法，对氨－水吸收式制冷系统内各设备及系统热力循环过程进行深入的分析和研究；发现了系统内能量转换过程中的薄弱环节，为系统的热经济优化设计及优化操作明确了方向．

以空气为携热介质的开式太阳能吸收式制冷循环研究与分析

以空气为携热介质的开式太阳能吸收式制冷循环为研究对象,根据工作循环的特点给出了循环工作流程及计算方法,并对循环进行了详细的计算和分析。得出循环COP值、制冷量与湿空气出口处工作溶液与空气的水蒸气分压力差随热空气温度、环境空气温度和相对湿度之间的关系。通过研究发现,当热空气达到一定温度时,循环具有较好的稳定性。与闭式太阳能吸收式制冷循环相比,开式循环具有启动快、COP值高、系统简单、造价低等优点,特别适合在高温炎热地区使用。