基于沸石-水为工质对的高功率吸附热池储冷研究

为了实现高能量密度/功率密度的储热/储冷,本文采用沸石13X-水为吸附工质对设计构建了一台基于低压吸附诱导水闪蒸的高功率吸附热池储冷样机,储冷阶段利用高温循环水驱动沸石13X脱附,供冷阶段利用沸石13X的低压吸附作用诱导水低温闪蒸实现冷量输出。实验结果表明:该系统在制冷前14 min内,制冷功率可保持在20kW及以上,最大制冷功率达23.45 kW,系统最大单位质量吸附剂制冷功率(SCP)可达321.2 W/kg,空冷器进出口空气温差在制冷前3 min到12.8 min内保持在10℃及以上,当吸附床吸附水蒸气的平均速率为71g/min时,系统在开始制冷后近36 min内能够保持10.4 kW的稳定制冷量。

基于无管束蒸发换热强化策略的吸附热池的供热性能研究

为改善吸附热池的传热传质性能以提高吸附热池的能量/功率密度,提出无管束蒸发换热强化策略,通过理论仿真分析了该策略的有效性并建立了储热容量为30 kWh的吸附热池系统。研究结果表明:与有管束蒸发器相比,所述无管束蒸发器的热阻减小了94.9%,吸附-蒸发速率提高了24.2%,因此,与基于有管束蒸发器的吸附热池相比,基于无管束蒸发换热强化策略的吸附热池的平均供热温度提高了3℃,充分证明了无管束蒸发策略对提升吸附热池传热传质性能的有效性。同时,该研究也表明,提高脱附温度和降低冷凝压力也可以有效提高吸附热池的能量/功率密度,从而使吸附热池获得更好的供热性能,当吸附热池的脱附温度升高到170℃、冷凝压力降低到7.5 kPa时,吸附热池的能量密度和功率密度分别达到了113.21 Wh/kg和149.45 W/kg,供热温度和制热水能力分别达到了55℃和1980.2 L/h,验证了所设计吸附热池系统向多用户同时供热或向单用户长时间供热的能力,为提高未来吸附热池的能量/功率密度,实现大规模储热提供了理论和实验基础。

采用固化复合吸附剂的热化学吸附式低温冷冻系统的性能

设计了一种以氯化锰-氨为吸附工质对的热化学吸附式低温冷冻系统,利用膨胀石墨的多孔特性作为复合反应物的添加剂来提高吸附剂的传质性能,同时采用压块固化技术以提高吸附剂的传热性能。实验结果表明,膨胀石墨的添加有效防止了吸附剂的结块和吸附性能的衰减,复合吸附剂吸附量高达0.47 kg NH_3·(kg salt)^(-1);吸附剂与制冷剂之间的化学反应对反应器温度的变化有较大影响,蒸发温度不同导致吸附剂的吸附平台温度不同,且蒸发温度越低,吸附剂吸附合成反应速率越低;当蒸发温度从-35℃上升到0℃时,单位质量吸附剂制冷功率SCP(specific cooling power)从206 W·kg^(-1)增大到706 W·kg^(-1)。冷却水温度为25℃、蒸发温度为-30℃时,采用该固化复合吸附剂的吸附式低温冷冻系统SCP和COP分别高达350 W·kg^(-1)和0.34。

大容量热化学吸附储热原理及性能分析

储能技术是提高能源利用效率的一种有效手段,可有效调配能量供给与需求在时间、空间和强度上的匹配关系,传统显热储存技术和相变潜热储存技术的储热密度一般在100～200kJ/kg,储热能力较低不利于规模化应用.本工作提出一种基于固-气化学反应的大容量热化学吸附储热方法,利用吸附工质对在化学反应过程中热能与化学吸附势能的相关转化实现热量的储存和释放,具有高效储热的显著优点.采用4种典型温区的吸附储热工质对为例进行了热化学吸附储热热力循环特性及工作性能的理论研究,在此基础上对不同温区吸附储热工质对（50～280℃）的热化学物性参数、储热温度、储热密度进行了分析比较,以期实现不同温度品位的热量储存.结果表明：热化学吸附储热技术的反应盐储热密度高达2000 kJ/kg以上,其储能密度约为传统显热储存技术和相变潜热储存技术的10～20倍,是一种具有发展潜力的大容量、高性能储热方法,该新技术可为规模化工业储热应用及太阳能等可再生能源的高效利用提供技术支撑.

热管技术在吸附式制冷系统中的应用

主要介绍了热管技术在吸附式制冷系统中的国内外研究现状，分别对传统热管、热虹吸热管及分离式热管型吸附制冷系统的研究成果和典型样机做了阐述。为了减少双吸附器、双冷凝器、双蒸发器结构的硅胶一水吸附制冷机组的冷量损失，采用热虹吸热管技术实现了两蒸发器间工作状态的自动切换，该机组能够有效利用65-85℃范围内的低温热源，可提供6-1kW的制冷量，系统COP为0.31-0．43；采用同样技术的小型紧凑式固体吸附制冷空调机在典型空调工况下其COP为0.34；基于分离式热管技术的渔船用复合吸附制冰机解决了高温尾气及海水对吸附床的腐蚀问题，吸附床的加热解吸、冷却吸附及回热过程均由无外加驱动力的多功能热管完成。热管技术的应用强化了吸附机组的传热性能，进而提高了机组的制冷能力及工作可靠性。

地表装饰材料和保温层性能对辐射地板热量损失影响的数值研究

建立了辐射地板供暖的传热模型 ,利用SIMPLER计算程序模拟计算了地表装饰材料和埋管保温层性能对辐射地板换热和地表温度分布的影响 ,得出了地板内部的温度场分布规律。研究结果表明 ,地表装饰材料对地板换热有很大的影响 。

低温热水地板辐射采暖的分析

本文建立了采暖系统的分析模型 ,利用所建立的模型 ,对地板辐射采暖和传统的散热器采暖两种采暖方式进行了分析。结果表明 ,当地板辐射采暖的供回水温度为 4 5℃ 35℃时 ,与传统的散热器采暖相比 ,其效率大约高 18% ,地板辐射采暖所需供水温度低 ,可以充分利用各种低温热源及工业废热等低品位能量 。

基于多功能热管的高效吸附式制冰机组回质回热实验研究

设计了一种基于多功能热管的高效吸附式制冰机组,采用氯化钙/活性炭复合吸附剂和氨作为吸附工质对。吸附床的加热解吸、冷却吸附及回热过程均由热管工作完成,对该新型吸附制冰机组进行了回质回热研究,结果表明,回质回热型循环可使机组的制冷性能系数COP提高25.5%,加热量减小约13%,同时冷却器负荷降低约21%;采用先回质后回热方式,在回质过程中继续加热解吸床可进一步增加机组制冰量。与传统回质相比,系统COP和单位质量吸附剂制冷功率SCP提高幅度均在15%以上,且机组SCP的提高幅度高于COP的幅度;吸附制冰机组性能随冷却水温度的升高而下降,但系统的SCP始终维持在较高的水平。当冷却水温度为27℃、蒸发温度为-18.9℃时,系统的SCP仍然高达356.5W.kg-1。

余热驱动多功能热管型吸附制冰机组的性能

介绍一种以氯化钙/活性炭复合吸附剂和氨作为吸附工质对的多功能热管型吸附式制冰机组,该机组利用低品位余热作为驱动热源进行制冰。为了强化机组换热及防止余热腐蚀现象,采用热管技术完成吸附床的加热解吸、冷却吸附及回热过程,吸附床加热解吸时,形成以余热发生装置为热管蒸发段、以吸附床为热管冷凝段的热管型加热回路;两吸附床间回热时形成以高温解吸床为热管蒸发段、以低温吸附床为热管冷凝段的热管型回热回路:吸附床冷却吸附时,形成以吸附床为热管蒸发段、以冷却器为热管冷凝段的热管型冷却回路。在此基础上采用新回质回热循环方式对机组性能进行了研究。试验结果表明:新回质回热方式与传统回质回热方式相比,可大幅度增加机组制冷量,单位质量吸附剂制冷功率,(Specific cooling power,SCP)和性能系数(Coefficient of performance,COP)增大幅度均在17%以上:相对基本循环,传统回质回热方式可使机组COP提高43.8%,新回质回热方式可使机组COP提高幅度高达68.7%。可见采用新回质回热方式更有利于提高吸附制冰机组的工作性能。

多功能热管型二级吸附制冷的循环特性研究

设计了一台以氯化钙/活性炭复合吸附剂和氨作为吸附工质对的多功能热管型吸附制冷机组,采用一种新型的基于二次回热的二级循环方式来降低驱动热源的温度梯度,吸附床的加热解吸、冷却吸附及回热过程均由无外加驱动力的多功能热管工作完成。研究结果表明:当解吸温度为103℃及冷却水温度为30℃时,回热型二级循环相对传统二级循环可显著提高机组的工作性能,制冷系数COP及单位质量吸附剂制冷功率SCP提高幅度均在23%以上;相对单级循环,二级吸附循环的最大优点在于能有效利用更低品位的余热和可再生能源作为驱动热源进行制冷,吸附制冷技术在低温热源场合的应用提供了有效途径。

地板辐射采暖地表温度分布特性的模拟研究

建立了地板辐射采暖的数学模型,并在此基础上,利用SIMPLER计算程序对其进行了数值模拟,得出了地板辐射加热面不同位置处地板表面的温度分布规律,预测了地板辐射采暖系统供回水温差对地板表面温度大小和温度分布均匀性的影响。研究结果对地板辐射采暖系统的推广应用具有一定的理论指导意义。

电加热辐射地板传热特性的实验研究

本文利用组合式电热辐射板实验研究了电加热地板采暖辐射板内的传热特性。研究结果表明:辐射板的结构材料及其物性参数对表面温度分布和采暖能耗具有重要的影响。即使在实验条件下加热板内各层温度,使其呈周期性波动,但室内地板表面温度分布仍然非常均匀。在辐射板的热量损失中,通过辐射板下表面的损失热量接近辐射板全部的热量损失。

基于热化学再吸附变温原理的低品位热能升温储能特性

基于热化学再吸附变温原理,提出并实施了一种以低品位热能升温储能为目的的热力循环,并对其循环特性及储能供能升温性能进行了理论分析.在此基础上,采用吸附储能工质对MnCl2-NaBr-NH3研究了热化学再吸附升温储能特性.结果表明:利用固-气可逆化学反应过程中热能与化学吸附势能的相互转化可实现热能的高效储存,采用热化学再吸附变温技术在实现热能储存的同时还可有效实现低品位热能的能量品位提升,从而可为低品位热能的高效储存及利用提供新的思路.当储能阶段输入温度为128°C时,根据外界不同温级热能的需求,释能阶段输出温度提升至140°C和144°C时,对应的储热效率分别为0.21和0.11,对应的效率分别为0.25和0.13,且热化学升温幅度越大,储能效率越低.

太阳能吸附式空调固化复合吸附剂性能

测试了氯化钡-膨胀石墨固化复合吸附剂的吸附性能,并对采用该吸附剂的太阳能吸附式空调系统性能进行了分析。实验结果表明,固化复合技术有利于提高吸附剂的传热传质性能,实验中复合吸附剂循环吸附量可高达0.61kg·kg-1;同时,加热流体温度、冷却温度、蒸发温度以及反应约束压力对吸附剂性能都有着不同程度的影响。对于采用该复合吸附剂的太阳能空调系统,在加热温度80℃,冷却温度30℃,蒸发温度分别为5、10、15℃时,系统COP和SCP均随蒸发温度的升高而增大,在15℃时可分别高达0.5和192W·kg-1。

不同驱动温度下间歇性太阳能吸附制冰机的实验研究

设计并搭建了太阳能吸附制冰系统,主要包括制冰机、槽式太阳能集热器及恒温油槽等。通过油槽中的电加热模拟不同太阳能辐射量的工况,得到吸附制冰机在不同驱动热源条件下的运行特性。吸附制冰机采用氯化钙/活性炭复合吸附剂,氨作为制冷工质。实验通过电加热模拟的太阳能驱动温度在110～155℃变化,对应的每天制冰量为10～28kg,计算得到太阳能COP为0.09～0.14。

低品位热能驱动的热化学吸附变温器冷热复合储能研究

本文介绍了一种基于热化学吸附变温器原理的冷热复合储能技术,在此基础上采用热化学吸附工质对NaBr-NH3搭建了低品位热能驱动的热化学吸附储能实验测试系统,对其变温吸附储热和吸附储冷性能进行了理论及实验研究。研究结果表明:变温吸附储热模式时,在变温15℃的工况下储热密度为258kJ/kg;吸附储冷模式时,在制冷温度7℃的工况下储冷密度可达525kJ/kg,COP为0.3,SCP可达175W/kg,实验数据分析表明热化学吸附变温器在低品位热能高效回收利用和能量储存方面具有很好的发展潜力,可同时实现热量和冷量的复合储存。

高性能定形复合相变储能材料的制备及热性能

对现有定形复合相变材料的制备方法进行改进,采用'熔融吸附-模压成型'的方法,以硬脂酸(stearic acid,SA)为相变材料,膨胀石墨(expanded graphite,EG)为多孔基体,制备了16种不同参数的样品,并对其进行了微观形貌表征、热物性测试、热稳定性研究及热性能分析。相关研究表明:SEM微观形貌显示样品内部出现致密的石墨片层结构,SA均匀分布在石墨片层中,且压块密度越大,片层结构形态越规则;DSC测试结果显示样品几乎没有过冷度,EG的加入与压块处理对SA本身的相变潜热和相变温度几乎没有影响;Hot Disk测试结果显示EG的加入显著提高了样品的轴向和径向热导率,随着EG含量的增加,径向热导率高达23.77 W·m-1·K-1,发现两个方向上热导率的差异随压块密度的增加而增大,最大相差5.4倍;储/放热循环实验发现压块密度越大、EG含量越低的样品,SA越容易发生泄漏;通过成型密度及质量配比的优化可实现对复合材料的热稳定性调控,发现EG质量分数为25%、密度为950 kg·m-3的样品具有较好的综合性能。与传统定形复合相变材料的成型方法相比,该方法可进一步提高复合相变材料的综合热性能,与纯相变材料相比其热导率可提高130倍以上,且具有简单易操作的特点。

三水醋酸钠相变储能复合材料改性制备及储/放热特性

水合盐相变储热材料普遍存在的过冷和相分离现象是影响其热稳定性和热性能的关键问题。以中低温水合盐相变储热材料三水醋酸钠(SAT)为研究对象,采用熔融共混法将羧甲基纤维素(CMC)和十二水磷酸氢二钠(DHPD)作为添加剂对三水醋酸钠进行了改性研究,通过各成分的配比优化制备了高性能相变储热复合材料,利用DSC及熔融-凝固装置对改性材料进行了热物性和稳定性的测试,分析了不同质量分数的添加剂对相变储热复合材料的相变焓、相变温度、过冷度及相分离现象的影响;在此基础上采用改性的SAT相变储热复合材料构建了高密度储热器并搭建了相变储能热水实验系统,研究了不同运行工况下相变储热器的储/放热性能。结果表明:添加0.5%CMC和2%DHPD的相变储热复合材料有效改善了纯SAT的相分离严重和过冷度大的问题,具有良好的热稳定性,多次循环后复合样品的相变焓为258 k J?kg^(-1),相变温度为57℃,过冷度在2℃以内;相变储能热水系统在不同放热工况下出口水温度均超过50℃,放热过程中相变材料温度变化平稳,储热器的储放热效率高于90%,放热功率大于10 k W,且随着入口水温下降,放热功率、放热量及储放热效率都提高,相变储热器的储能密度是传统水箱的2.6倍。

热化学复合吸附储热循环的理论及实验

对一种基于固-气可逆化学反应的热化学复合吸附储热循环的储热特性以及能量品位提升性能进行了理论分析,并以MnCl_2/SrCl_2/NH_3作为工质对进行了实验研究。理论分析表明,热化学复合吸附储热循环不仅可以降低外界驱动热源的温度并保证输出热能温度稳定,而且能大幅度地提升输出热能的温度品位。在MnCl_2和SrCl2都参与放热的实验工况下,获得的储热效率为93.31%。MnCl_2复合吸附剂的总储热密度按单位质量反应盐MnCl_2和单位质量的固化吸附剂计量分别为4393.36和3734.36kJ·kg^(-1);SrCl_2复合吸附剂的总储热密度按单位质量反应盐SrCl_2和单位质量的固化吸附剂计量分别为1947.28和1655.19kJ·kg^(-1)。结果表明,热化学储热是一种相当有潜力的储热方式,可为低品位热能的高效回收利用提供强有力的技术支持。

蛭石/氯化钙复合吸附剂的吸附特性和储热性能

为了储存120℃以下的热能,提出了以水为介质的热化学吸附储热方法。配制了一种以膨胀蛭石为多孔基质、氯化钙为反应盐的新型复合吸附剂,并对其进行了微观形貌表征、吸附性能测试、同步热分析测试和储热密度的理论计算。扫描电子显微镜(SEM)观测显示膨胀蛭石特有的片层状的大孔结构产生了相对巨大的孔体积;利用恒温恒湿箱实验排除有溶液泄漏问题的含盐量;通过恒温恒湿箱对30℃、3种相对湿度下的动态吸附过程进行测试,分析了含盐量和相对湿度对吸附特性的影响,证实了该复合吸附剂具有3个不同的吸水阶段,包括物理吸附、化学吸附和溶液的气-液吸收过程;利用同步热分析测试(STA)和数值计算进一步对上述3个吸附过程的吸水量、吸附热和反应温度进行分析。最终优选出含盐量47.9%(质量分数)的复合吸附剂,其吸水量高达1.24 g·g-1,质量和体积储热密度分别高达1.25 k W·h·kg-1和213.56 k W·h·m-3。