低品位热能驱动的绿色制冷技术吸附式制冷

评述第50卷第2期 2005年1月

低品位热能驱动的绿色制冷技术:吸附式制冷

王如竹王丽伟

(上海交通大学制冷与低温工程研究所, 上海 200030. E-mail: rzwang@https://www.docsj.com/doc/f811952463.html,)

摘要吸附制冷技术作为一种低品位热能驱动的绿色制冷技术, 目前已经成为国际上普遍关注的一个学术方向. 文中简述了吸附制冷技术的发展历史, 评述了吸附制冷技术在吸附剂、吸附理论、热量回收过程、吸附床技术方面的进展, 阐述了近几年来吸附制冷方面的典型研究成果与典型样机, 最后指出了吸附制冷技术今后的主要发展方向.

关键词吸附制冷吸附剂制冷循环传热传质

随着世界经济的发展以及能耗的增加, 能源与环境问题目前已经成为全世界所共同关注的一个热点问题, 吸附式制冷作为一种低品位热能驱动的绿色制冷技术, 已经被认为可能成为能源利用与环境保护的有效中间链[1].

推动吸附式制冷研究的原因可分为两个方面, 一方面在于探索解决能源紧缺的可能途径. 自1973年中东战争引起世界性石油危机以来, 能源问题成为了举世瞩目的重大问题. 解决世界能源问题的一个重要途径是有效利用低品位能源, 包括可再生能源的开发利用以及各种余热的回收利用[1]. 另一方面, 臭氧层的破坏和全球气候变暖, 是当前全球所面临的主要的环境问题,所以寻找CFCs和HCFCs等传统制冷剂的替代物(采用天然制冷剂)以及新型制冷方式已成为制冷技术研究的热点.

吸附式制冷原理为利用吸附剂对制冷剂的吸附作用造成制冷剂液体的蒸发,相应产生制冷效应. 吸附式制冷通常包含两个阶段: (1)冷却吸附→蒸发制冷: 通过水、空气等热沉带走吸附剂显热与吸附热, 完成吸附剂对制冷剂的吸附, 制冷剂的蒸发过程实现制冷; (2) 加热解吸→冷凝排热: 吸附制冷完成后, 再利用热能(如太阳能、废热等)提供吸附剂的解吸热, 完成吸附剂的再生,解吸出的制冷剂蒸气在冷凝器中释放热量,重新回到液体状态. 吸附式制冷的驱动热源为50℃以上的工业废热和太阳能等低品位热能, 同时吸附制冷所采用的制冷剂都是天然制冷剂, 如水、氨、甲醇以及氢等, 其臭氧层破坏系数(ODP)和温室效应系数(GWP)均为零.

与蒸汽压缩式制冷相比, 吸附式制冷具有节能、环保、控制简单、运行费用低等优点; 与液体吸收式系统相比, 固体吸附式制冷适用的热源温区范围大、不需要溶液泵或精馏装置, 也不存在制冷剂的污染、盐溶液结晶以及对金属的腐蚀等问题. 所以相对于吸收式制冷, 吸附式制冷具有更为广阔的应用范围. 吸附式制冷可在一些废热可资利用的场合获得应用,例如利用动力装置余热获得空调制冷以及制冰,利用太阳能热水驱动获得夏季太阳能空调. 随着天然气的广泛应用, 冷热电联产的分布式能源系统将成为我国能源利用系统的重要发展方向, 小型吸附式制冷机组(10~200 kW)尤其适合于冷热电联产系统.

针对吸附式制冷——这一绿色节能制冷技术, 文中首先介绍了吸附式制冷的发展历史, 然后重点介绍了吸附制冷的研究进展及其典型研究与应用实例, 并指出了今后的主要研究和发展方向.

1发展历史

1848年, Faraday发现AgCl 吸附NH3产生制冷, 这是最早记录的吸附制冷现象. 然后在20世纪20年代, G. E. Hulse提出了以硅胶—SO2为吸附工质对的火车食品冷藏系统[2]. 这个系统以燃烧丙烷为热源, 采用空气冷却, 可以达到?12℃的制冷温度; Plank等在1929年也介绍了活性炭-甲醇吸附制冷系统[3]. 1940~1945年期间伦敦至利物浦的火车上的食品冷藏开始采用CaCl2-NH3吸附式制冷系统, 其热源为100℃的蒸汽. 1930年以后的一些新技术, 比如氟利昂制冷剂的发现、全封闭压缩机的研制成功等, 使压缩式制冷得到了迅猛的发展, 吸附制冷技术开始无法与高效的CFCs系统相竞争, 因而其发展在一段时期内没有得到重视. 20世纪70年代的能源危机, 加强了人类对新能源的开发以及节能技术的重视, 太阳能吸附制冷得到了重视. 进入九十年代, 氟利昂对大气臭氧层的破坏以及二氧化碳所造成的温室效应

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严重地威胁着人类的生存与发展, 可持续发展成为共识, 这使得吸附式制冷技术得到了发展的契机.

在1992年巴黎首届国际固体吸附式制冷大会召开以前, 吸附制冷的研究还比较分散. 自首届国际吸附式制冷大会召开后, 吸附制冷技术受到了国际制冷界的普遍关注. 与此同时, 国际吸附/吸收热泵会议(ISHPC)也推动了吸附制冷技术的快速发展. 吸附制冷系统基本的元件是吸附床、蒸发器以及冷凝器. 最初的吸附系统采用基本循环, 一般只有一个吸附床. 其优点是结构简单, 缺点是效率低, 制冷的COP 一般低于0.6, 大多情况下低于0.4, 而第二定律效率则要低于0.3[4]

. 为了提高吸附系统的热效率, 后期研究中, 在吸附系统中开始引入热量回收的概念. 吸附循环采用热量回收最早在20世纪80年代提出[5,6], 然后越来越得到人们的关注[7~12]. 近期的研究中, 在化学吸附领域, 一些研究人员开始采用“多盐

[13]

”以及“多氢化物[14]”来强化热量回收效果. 热量

回收过程的引入, 是提高吸附系统COP 的重要途径, Jones 对6个吸附床的沸石-水系统的COP 进行了预测, 指出其COP 可以达到1.47[15].

吸附制冷的性能指标除COP 以外, 还有单位质量吸附剂的制冷功率SCP . 提高SCP 最有效的途径是增强换热效果, 减小循环时间. 所以吸附另一个研究热点集中在传热方面. 最初吸附床中所用的吸附剂一般为粉末及颗粒状的吸附剂, 这种吸附剂的传质性能较好, 但是传热系数低. 后期在提高换热效果的研究中主要采用了两种方式, 其一是增加换热器的换热面积, 其二则利用固化吸附床或者将吸附剂粘结在翅片表面来强化换热. 通过采用换热强化, Miles 以及Shelton 所研制的热泵循环时间只有5min [16], 上海交通大学所研制的硅胶-水吸附空调机组的循环时间也只有5 min 左右. 循环时间的减小可以大幅度地提高系统的制冷量与SCP , 这可为吸附制冷技术走向实用化奠定更为坚实的基础.

随着吸附制冷技术的飞速进展, 吸附制冷产品也逐渐在市场上出现. Nishiyodo Kuchouki 公司在1986年发明了硅胶-水吸附冷水机组, 目前美国的HIJC 公司出售这种吸附制冷机, 制冷机的外形见图1. 吸附系统采用水来加热与冷却, 热源温度为50~90℃, 所生产的冷水温度为

3℃. 加拿大前川公司在2003年也开始生产硅胶-水吸附制冷机组, 利用75℃的热水驱动, 生产14℃的冷水, COP 达到0.6.

图1 Nishiyodo Kuchouki 公司的硅胶-水冷水机组

德国Kammenz 的Malteser 医院在欧洲首次安装了一个由吸附制冷机组提供冷量的冷热电三联供系统, 这个系统从2000年5月开始运行, 系统图见图2. 图2中热量收集器收集燃料电池动力的废热以及太阳能的热量, 然后通过吸附制冷机实现冷热电联供, 其中吸附制冷设备的制冷量为105 kW. 系统中配合吸附制冷机, 同时安装一台压缩式制冷机, 用来进行冷量调节. 日本名古屋的Tokai 光学有限公司在2003年4月也引进了一个废热驱动的冷热电三联供系统, 其中冷量由吸附制冷机组提供. 系统中采用的柴油发动机为185 kW, 吸附机组用于除湿与制冷功能, 这样每年的能耗降低10%, 并可以将CO 2的排放量降低12%.

2 研究进展

2.1 吸附制冷工质对

吸附制冷工质对主要包括物理吸附工质对、化学吸附工质对以及混合/复合吸附工质对. (1) 物理吸附工质对

物理吸附工质对主要包括沸石分子筛-水、活性炭-甲醇、活性炭-氨、硅胶-水等. 沸石分子筛-水工质对是最早用于太阳能吸附制冷的工质对[17], 特点是解吸温度高(250~300℃). 活性炭对氨、甲醇都有很好的吸附能力, 活性炭-甲醇工质对的最高解吸温度要低于120℃. 硅胶-水系统的优势是解吸温度低, 可以采用70~80℃左右的低温热源来驱动[18].

(2) 化学以及混合/复合吸附工质对

化学吸附制冷工质对应用较多的是金属氢化物-氢及金属氯化物-氨. 金属氢化物-氢利用金属及合金吸附、解吸氢的过程来制冷, 其特点是吸附、解吸热大, 这点对于先进的多孔金属氢化物(PMH)或Misch 金属(Mm)矩阵合金尤为明显. Yanoma 等[19]研制的

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图2 Malteser 医院的冷热电三联供系统

大型金属氢化物热泵系统的循环周期仅为10分钟, 制热量达到174 kW 、制冷量达到93 kW. 这种吸附工质对吸附剂密度大, 因而体积制冷量大, 用于汽车空调的研究较多[20]. 2004年欧盟支持了发动机余热驱动的金属氢化物-氢吸附式汽车空调系统的研究开发项目, 该项目由Fiat 汽车公司和德国Stuttgart 大学、英国Warwick 大学以及意大利能源研究中心合作承担.

金属氯化物-氨系统作为一种化学吸附制冷工质对, 主要缺点就是传热性能差, 气体渗透性能差, 同时吸附过程中会出现膨胀、结块等现象. 典型的金属氯化物吸附剂有CaCl 2, SrCl 2, LiCl 2等, 其中CaCl 2因为价格低廉而倍受关注, 但是其吸附性能衰减问题使得它的应用受到了一定限制.

由于混合以及复合吸附剂兼顾了多孔介质以及氯化物吸附剂的优点, 已经成为研究的热点[21]. 比较典型的成果有Mauran 工作组对石墨-化学吸附剂的混合吸附剂(IMPEX)所进行的研究[22~25]. Groll 所研制的CaCl 2与多孔石墨的混合吸附剂的效果也比较理想, 在化学热泵中所得到的最大传热系数为90 W/m 2·K [26], 上海交通大学近期对活性炭-CaCl 2复合吸附剂的测试表明, 活性炭与氯化钙的复合吸附剂可以有效地改善化学吸附剂在低压下的传质问题, 并可以抑制吸附剂的膨胀、结块、以及性能衰减[27,28]. 2.2 吸附理论研究

对于物理吸附以及化学吸附, 总的理论研究发展方向是从均一温度以及均一压力的平衡吸附理论研究发展到非平衡吸附研究. 随着吸附制冷的研究深入, 吸附制冷循环周期逐步缩短, 吸附与解吸的动

态特征愈加明显.

在物理吸附方面, Critoph 等推荐的D-A 方程的简略形式[29,30]的优点是应用简单, 但是由于只考虑了温度对吸附性能的影响, 不能反应吸附剂内部的吸附动力情况. 针对这一问题, Sokoda 等[31]从反应动力学角度出发, 考虑了吸附系统中气体表面扩散性能对吸附速度的影响, 建立了吸附速度模型: s p d (*),d x

K a x x =? (1)

so

s p a 2p

15exp(/),D K a E R =

?RT (2)

式中x *是当地平衡吸附量, K s a p 是表面扩散速度系数. D so 是表面扩散系数, E a 为表面扩散活化能, R p 是吸附剂颗粒的平均直径. 该方程组主要适用于硅胶-水吸附制冷系统. Passos [32]等曾沿用此公式, 针对活性炭-甲醇工质对, 对上述公式中的系数进行了修正.

相对于物理吸附, 化学吸附理论较为复杂. 针对化学吸附动力学, 化学吸附理论模型主要有两种: 一种基于现象, 另外一种基于本质与整体反应, 后者应用较多. Spinner 以及Rheault [33]对动力学速率进行了系统研究, 得到了非均质动力学, Mazet [34]以及Lebrun [35]利用Spinner 以及Rheault 的成果对Tykodi [36]以及Flanagan [37]提出的表达式进行了完善, 增加了一个可以显示反应界面渐进的相, 方程为

c 0eq

d (1)exp(/)ln ,d (i P x

K x A T t P ??=??????

)T ?? (3)

式中x 为吸附量, d x /d t 为反应速率. 下标i = s 表示合成过程, 下标i = d 表示分解过程. K s , K d , A 0为动力系数,

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P c 为冷凝器或者蒸发器所对应的饱和压力, P eq 为平衡压力, T 为吸附温度. 针对(3)式在实际测量过程中, A 0相影响较小这一特点, Mazet [34]曾对(3)式进行过改进. 目前化学吸附较为常用的模型是Goetz [38]所发展的模型:

a

g

c eq 2

c eq

d (4π,d (M

i N P P T r K t P T ???=????

))?? (4)

式中N g 为摩尔吸附量, r c 为反应面的直径, M a 为反应

动力系数. 这个模型的特点是考虑了反应颗粒内部的传质问题.

综合了反应界面以及颗粒表面之间的Darcy 方程之后, 反应速率的另外一个表达式[39]为

c i g n c

d (,)(,),d P P x

f x r K m c t T ??

?=???? (5) 式中K n 为克努森扩散率, 与孔的直径以及孔隙率有

关, f (x , r g )与吸附量x 以及颗粒的半径r g 有关. P i 为孔

隙内的压力.

目前在化学吸附理论研究中, 一种普遍的错误

观点是将解吸看作是吸附的逆过程. 针对这个问题,

Furrer [38]曾经指出, 一些化学固-气吸附存在一个准

平衡区, Goetz [38]

在后期的研究中曾考虑了这个现象,

但后期研究中准吸附平衡现象并没有引起人们的注

意[40]

. 近期上海交通大学对化学以及复合吸附剂的

研究表明, 化学吸附过程中, 解吸过程相对吸附过程

存在着很严重的滞后现象[27], 这说明在化学吸附动

力学研究中, 解吸过程并不能看成是吸附过程的逆

过程, 这样吸附与解吸过程的平衡压力计算也不能

采用相同的Claperon 方程.

吸附理论研究中存在的另外一个问题是复合/混

合吸附理论尚不完善. 目前的复合/混合吸附理论模

型一般采用化学吸附理论模型, 但值得注意的是, 复

合/混合吸附中由于多孔介质的存在, 吸附剂内部的

传质以及活化能与单纯的化学吸附剂相比, 都出现

了很大的偏差, 这还需要进一步的研究.

2.3 吸附制冷循环研究 吸附制冷存在的一个很突出的问题是COP 低, 基本循环的COP 大多情况下低于0.4[41]. 其主要是由于吸附床在冷热交变条件下温度波动太大而引起[41]. 为了提高吸附制冷的COP , 开始引入热量回收的概念. Tchernev 所提出的热量回收典型循环如图3所示[6]

, 其传热流体由吸附床的吸附热预热后, 再经过加

热锅炉加热, 然后进入处于解吸工况的吸附床.

图3 Tchernev 首次提出的热量回收循环[6]

热量回收循环主要包括双床回热循环、复迭循

环、多级循环、热波循环以及分步再生循环.

(1) 双床回热循环, 复迭循环以及多级循环 这

三种循环的共同特点是热量不能从温度低的吸附床

传到温度高的吸附床.

在双床连续回热循环中, 目前试验中所得到的

热量回收系数值仅为0.22[42]. 复迭循环试验所得到

的最佳COP 为1.06, 对应的热量回收系数为0.5[41,43],

(在模拟仿真中得到的热量回收系数为0.63[44]).

Rockenfeller [45]以及Spinner [46]将复迭循环应用到了化

学吸附制冷, 认为COP 可达到1.

这三种循环中比较典型的循环为Saha 以及K

Kashiwagi [47]的六床多级循环, 如图4所示. 图4中

Q cond 为冷凝热, Q ads 为吸附热, Q des 为解吸热. 这个循

环系统采用硅胶-水作为工质对, 同时采用三级循环

来减少驱动循环的热量梯度. Saha 以及K Kashiwagi

对这个系统的试验结果表明, 在采用50℃的热水作

为热源的条件下, 可以产生12℃的冷水, 热力学第二

定律的效率可达0.3~0.4. 相对于LiBr 吸收系统, 这个

循环驱动热源温度低, 为50~60℃低温热源的回收利

用提供了有效途径.

(2) 热波与对流热波循环 循环COP 低是吸附

制冷的主要问题, 各种提高回热率的办法都可以提高回热循环COP , 其中最有效的方法是Shelton 提出的专利热波循环[48]. 他的理论模拟表明, 热波循环回热率可以达到0.7,热泵COP 则达到了1.87. 热波循环利用传热流体在回路中的流动加热或冷却吸附床,

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图4 多级循环工作流程[47]

并在吸附床中传热流体形成很陡的温度波, 从而使得受冷却的吸附床有更多的热量传递到需要加热的吸附床[41]. 热波循环中存在着一个单传热流体回路, 每个循环存在着两个阶段, 每个阶段结束时, 前一个吸附床的终点状态则成为另外一个吸附床的起始状态. 热波循环研究目前较为理想的结果是Miles 以及Shelton [16]的两床活性炭-氨热波循环, 制冷COP 可达到1.19. 后来这个技术也开始用于化学热泵. 较为典型的是Willers 等研究的多氢化物热波概念[14](图5所示). 图5中循环利用低温与高温金属氢化物相组合, 其中吸附床HT1以及HT2中包括H1~H6六种金属氢

化物, 吸附床LT1和LT2中则包括H7, H8两种金属氢化物. 在相同的压力情况下, 由于所选用的相邻的金属氢化物之间的反应平衡温度差值相等, 所以温度累积效果可以在吸附床方向产生一个很陡的热量波, 这样可产生很好的热量回收效果.

图5 多金属氢化物热波循环

[14]

对流热波循环由Critoph [49]提出, 其中传热流体为制冷工质本身. 利用制冷剂气体与吸附剂固体之间的直接对流热波, 提高热量回收效率.

(3) 分步再生循环 以上的制冷循环均为固定床的吸附制冷循环, 目前还有一种采用旋转床的分步再生除湿循环. 在吸附床旋转过程中, 吸附剂的再生分为两步, 第一步是利用吸附热所预热的空气加热, 然后再由外热源加热的空气将吸附剂加热到最高解吸温度. 吸附剂的吸附过程产生除湿效果, 在除湿后的干燥空气中喷水, 可以产生蒸发制冷效果[1]. Douglas 曾经报道过采用除湿的方法实现制冷的装置

[53]

. 利用吸湿/加湿转轮, 日本大金公司有效地利用

转轮从室外空气中吸收水分, 解吸后用于热泵室内侧空气的增湿, 这使得冬季热泵工况的室内舒适性

明显改善.

(4) 回质循环 除热量回收循环外, 还有一种回质循环. 回质循环利用两个吸附床之间的压差驱动, 将解吸后高压发生器中死空间内的气体制冷剂转移到低压发生器, 来有效地提高吸附系统的循环吸附/解吸量, 从而提高制冷量与COP . 上海交通大学利用回质循环, 将制冷的COP 提高了10%~100%[1]. 同时上海交通大学将回质与回热循环相耦合[54], 利用先回质、后回热的方式, 对活性炭-甲醇系统进行了研究, 得到的COP 值接近0.8[51]. 目前这种回质过程已经用于吸附冷水机组的实际产品中. 构建回质过程非常简单, 只要将两吸附床用管路和阀门联通即可. 2.4 吸附床技术

提高系统SCP 的主要方法是缩短循环时间. 缩短循环时间的方法有两种, 一种是提高低压系统吸附剂的传质, 另外一种是吸附床的传热强化. 提高低压系统吸附剂的传质主要是针对化学吸附剂中的氯化物. 氯化物在与水或者氨吸附的过程中会发生结块现象, 这种现象会在低压的条件下产生严重的传质恶化问题, 为此上海交通大学的研究者提出了采用复合吸附剂来解决传质问题的系统方案[27,28].

在提高吸附床整体换热系数的研究中, 有三个主要的技术, 第一个是增加换热器的换热面积. 另外一个技术是利用固化吸附床或者表面涂层吸附床, 第三个技术则是利用热管技术.

(1) 增加热交换器面积 吸附床主要采用以下几种方式来增加热交换器的面积: 翅片管[41]、板式换

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热器、板翅式换热器. 增加换热器面积的缺点就是增

加了吸附床的热容, 所以增加换热面积一般要采用

先进循环. 上海交通大学采用板翅式换热器, 将系统循环时间缩短到了5 min左右. 在这种技术的应用中, Meunier认为在运行压力足够高, 可避免Knudsen限制条件的前提下, 壁面换热系数取决于吸附剂的粒度, 小粒度有利于提高换热系数[41]. Miles以及Shelton利用小粒度的吸附剂将循环时间缩短到了 5 min[16].

(2) 固化的吸附床这种技术对于散装吸附剂不适合的场合尤其有利. 在很长一段时间固化吸附剂主要应用于金属氢化物[41]. 后期研究发现, 将吸附剂与石墨固化在一起可以强化换热, 这种方式最早是由Spinner以及Le Carbone Lorraine提出[52], 所得到的壁面换热系数高达3000 W/m2[53]. 另外一种方式是利用铝粉作为传热基质, 导热系数达到12 W·m?1·K?1[54]. 还由一种方式是采用粘结剂将吸附剂固化, 利用这种技术上海交通大学将活性炭的导热系数提高了58%~100%[55]. 吸附剂固化技术的缺点是吸附床内的传质会恶化, 尤其是对于真空条件下工作的制冷剂如水和甲醇等.

(3) 涂层换热器这种技术尤其适用于COP指标不是很重要的场合. 涂层吸附床可以有效地增强壁面的导热系数, 减小换热表面与吸附剂的接触热阻. Dunne利用金属管表面生长起来的沸石单层晶体[56]来加工涂层吸附床, 使得SCP达到了1500W/kg的水平[56]. 这种技术的缺点是金属热容过高, 所以需要一个高效的热量回收过程. 制作涂层吸附床的另外一个方法是将沸石珠塞进扩展石墨平板中[57], 在这种技术中, 传热流体与吸附剂之间的接触并不象涂层管那样紧密, 但是由于沸石珠的直径只有几微米, 吸附剂热容的比例大大提高.

(4) 热管技术 Meniur认为: 采用热管原理, 利用蒸汽在换热器中冷凝来加热吸附床, 然后, 再利用液体水在吸附床中蒸发冷却吸附床, 可以得到非常高的换热系数[41]. LIMSI曾经研究过这一方案, 换热系数大概有10 kW·m?2[41]. Vasiliev在吸附床中引入了脉冲热管的概念, 所设计的脉冲热管吸附床见图

6. 热管中采用丙烷为工作介质, 吸附床采用的是平板形的铝制热管, 热管的宽度只有7 mm[58]. 上海交通大学也将热管原理应用到船用吸附制冰系统以及低温热源驱动的冷水机组中, 并申请了一系列复合交变热管以及分离热管吸附系统的专利[59~61].

图6 具有微型翅片的多通道脉冲热管吸附床[58]

3吸附式制冷的典型与应用实例

3.1传热强化与回热回质先进循环

在传热强化方面, 所涉及的技术主要包括扩展换热面积技术与固化吸附剂技术.

(1) 固化吸附剂强化传热的回热回质型典型样

机采用吸附剂固化技术所制作的固化活性炭吸附剂如图7(a)所示[55]. 经测试, 图7(a)中块状活性炭吸附剂的导热系数相对于散装活性炭吸附剂, 提高了58%~100%. 采用这种固化吸附剂技术, 所建立的双床活性炭-甲醇船用吸附制冰机[55]见图7(b).

图7(b)的双床吸附制冰机在每个吸附床吸附剂质量60 kg的条件下, 性能试验的主要结论有以下几点: (ⅰ) 固化吸附床的传热效果要远远好于散装吸附剂吸附床.固化吸附床的传热系数在80~100 W/(m2﹒℃)左右, 而散装吸附剂吸附床的传热系数仅为20~25 W/(m2﹒℃). (ⅱ) 回热回质可以有效地提高系统的COP与单位质量吸附剂的制冷功率SCP, 对固化吸附剂制冰机的试验表明, 回热回质可以将系统的COP提高20%~30%, 将SCP提高7%~11%. (ⅲ) 固化吸附剂系统的性能要高于散装吸附剂系统. 相对于散装吸附剂系统, 固化吸附剂的最佳COP和SCP 分别提高了15%和23%. 固化吸附剂制冰机每天

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图7 吸附床固化传热强化技术

(a) 活性炭块的结构[55] , (b) 固化吸附剂回热回质型船用吸附

制冰机[62]

的产冰量可达432 kg.

(2) 扩展换热面积强化换热的低温热源驱动型吸附冷水系统[63] 采用扩展换热面积所制作的低温热水驱动的板翅式吸附冷水系统的工作原理见图8(a)[63]. 图8(a)的系统中, 吸附床、冷凝器和蒸发器同处于一个真空腔中, 其间压力相通, 不采用任何阀门. 两个相同的单元交替工作提供连续的冷量, 系统采用回热回质循环, 由于系统的回质是通过两吸附单元中蒸发器中的液体热量交换而实现, 因而也被认为是“类回质”. 吸附床、冷凝器和蒸发器均采用板翅式换热器以增强换热效果, 所制作的吸附制冷系统见图8(b). 利用70~95℃的热水作为驱动热源, 对图8(b)的吸附冷水机组进行测试, 在热源温度为85℃的条件下

, 机组制冷量最大为7.34 kW, COP 可达0.42. 由于换热扩展面积有效地提高了吸附床的换热, 循环时间仅为5 min.

(3) 热管理论在吸附制冷中的应用 热管技术主要是采用相变换热的高效的加热器与冷却器的工作过程, 实现冷却器、加热器、冷凝器、蒸发器与吸附床之间无外加驱动力的加热、冷却及吸附、解吸过

图8 扩展换热面积强化换热技术

(a) 低温热源驱动的吸附冷水机组工作原理[63], (b) 低温热源驱动

冷水机组照片

程, 利用相变换热进一步强化传热. 所设计的典型吸附系统原理见图9[61].

图9为分离热管型低温热源驱动的吸附制冷机, 这个制冷机采用了两个真空腔, 每个腔内布置了吸附床、冷凝器、蒸发器, 两个真空腔之间装有用真空挡板阀连接的回质管. 该冷水机组制冷量为6~10 kW. 最低驱动热源温度为65℃, 最低热源驱动时可获得6 kW 制冷量与0.35的 COP . 当热源升温到85℃, 制冷量可提高到10kW, 相应COP 为0.4. 这种吸附式冷水机组可作为太阳能空调的主机, 也可作为冷热电联产系统的余热制冷系统. 系统根据需要可以提供10~15℃冷水或15~20℃干盘管冷水, 在干盘管工况下系统COP > 0.5.

目前这种吸附冷水机组已经在上海市生态建筑项目(太阳能空调)、国家粮库粮食冷却、冷热电联产等系统中获得应用. 江苏双良空调设备有限公司将

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图9 双分离热管型回热回质吸附制冷机

(a) 发明专利系统图, (b) 实际产品

全面接手吸附冷水机组的产业化, 生产机型有10, 20, 50, 100和200 kW 等多种规格.

除了分离热管型低温热源驱动的吸附制冷机外, 上海交通大学还采用分离热管与复合交变热管专利技术, 设计了船用吸附制冰机, 利用热管原理解决吸附床在冷海水直接冷却过程中的腐蚀问题, 而同时仍能保证较好的加热和冷却效果[59,60]

.

3.2 化学以及复合吸附研究

相对于物理吸附剂, 化学吸附剂存在着膨胀、结块、吸附性能不稳定以及气体渗透性能差等问题, 为了解决化学吸附所存在的这些问题, 上海交通大学对化学吸附以及复合吸附进行了研究.

(1) 氯化钙以及活性炭-氯化钙复合吸附剂

为了对CaCl 2-活性炭复合吸附剂以及单纯的CaCl 2吸

附剂的吸附性能进行了对比研究, 所设计的吸附性能试验台见图10.

图10 化学以及复合吸附剂的性能测试试验台

图10中吸附剂的测试装置主要包括吸附床及冷凝器/蒸发器两部分. 吸附量通过磁致伸缩液位传感器来测量, 其测量误差仅为0.05%. 所得到的理论研究成果有以下几个方面[27,28]: (ⅰ) 化学及复合吸附剂所存在的吸附滞后现象已超出了目前吸附滞后理论所能解释的范围; (ⅱ) 化学以及复合吸附剂均存在能够产生吸附性能衰减的络合物生长过程, 也都存在可以抑制吸附剂性能衰减的络合物生长过程, 这与化学吸附前驱态有关; (ⅲ) 对于复合吸附, 由于制冷剂在多孔介质添加物之中产生了凝聚现象, 这种凝聚现象导致复合吸附的一些现象, 比如活化能

等已经脱离了化学吸附所能解释的范围.

所得到的可应用的成果有以下几个方面: (ⅰ) 按照CaCl 2与活性炭的比例为4:1来配制复合吸附剂, 并利用水泥与水将复合吸附剂固化后, 在体积填充量为75%的条件下, 复合吸附剂的性能不再存在衰减现象. (ⅱ) 复合吸附剂大大地提高了吸附剂的传质性能, 从而提高了CaCl 2的体积填充量以及体积制冷量. 将固体复合吸附剂的体积制冷量与最佳的CaCl 2的体积制冷量相对比, 在制冷剂的饱和温度为?15℃的条件下, 固体复合吸附剂可以将吸附床的体积制冷量提高35%.

(2) 硅胶-CaCl 2复合吸附剂 另外一种复合吸附剂, SiO 2·xH 2O·yCaCl 2主要针对空气取水系统而设计[64]. 所设计的典型试验系统如图11所示[65]. 图11的连续式空气取水试验台主要包括两个吸附床, 一个换向阀, 一个冷凝器, 一个加热水箱. 可以实现连续取水.

复合吸附剂与单纯的硅胶对比试验结果主要有

评 述

第50卷 第2期 2005年1月

图11 连续式取水系统实验台[65]

以下几个方面[64]: (1) 将氯化钙质量含量分别为13.0%, 27.3%, 38.4%和51.0%的复合吸附剂CA1, CA2, CA3, CA4与常用固体干燥剂(粗孔球形硅胶、 细孔球形硅胶和沸石分子筛13X)的吸水等温线进行对比, 结果表明: 复合吸附剂的平衡吸水量明显高于常用吸附剂, 尤其是在高湿度区. CA4的平衡吸附量是粗孔球形硅胶的 2.7~8.5倍, 是细孔球形硅胶2.6~8.6倍, 是分子筛13X 的2.1~9.2倍. (2) 复合吸附剂的外扩散速度系数远远小于内扩散速度系数, 即外扩散是传质的主要阻力. 因此, 改善吸附剂的外扩散条件是加强复合吸附剂吸附速度的有效手段. (3) 连续式循环空气取水系统在自然环境条件下可以实现空气连续取水. 采用复合吸附剂CA3, 每个吸附器的填充质量是1.5 kg, 循环时间2 h 时, 在中国东部地区2~3月份, 白天工况下(空气温度22.2℃、相对湿度44%)循环取水量为0.1462 kg; 夜间工况下(空气温度10.4℃、相对湿度77%)循环取水量为0.2677 kg.

这种复合吸附剂SiO 2·x H 2O·y CaCl 2已经用于干燥转轮的除湿.

4 吸附制冷技术发展展望

吸附制冷技术的应用目前主要有两个方面, 第一个是要求系统简单, 但对效率要求不高的场合. 例如, 吸附制冷技术已经被应用于机车空调、太阳能吸附式制冰等. 最近上海交通大学研制成功的低温热源驱动吸附制冷机组标志着吸附制冷技术开始走入商品化. 这种吸附制冷机需要65~90℃的驱动热源,

完全可以与太阳能热水系统复合, 形成太阳能空调. 目前这种太阳能空调系统已经在上海市生态建筑、国家粮库以及微型冷热电联产系统中得到应用示范.

吸附制冷技术发展的第二个方向是高效制冷. 在这种场合, 如果只用于制冷, 与电压缩制冷相竞争非常困难. 考虑到能量利用以及环境因素, 吸附制冷的COP 必须要高于1甚至于1.2[66]才可以与采用燃料发电(η ~ 1/3)的电压缩式制冷设备(COP ~3)相竞争[41]. 但是如果考虑到夏天制冷、冬天制热两种工况(亦即热泵), 情况则非常理想. Meniuer 认为, 如果热量回收效率可以达到Miles 以及Shelton 的试验值, 即0.75[41,42], 采用吸附制冷技术, 冬天制热与夏天制冷

的费用之和将不会超过传统的冬天取暖的费用.

在吸附制冷技术的理论发展方面, 吸附制冷的理论目前还有一些不完善的地方. 对于氯化物的化学吸附理论除了分子动力学理论之外, 必须结合络合物化学理论. 另外由于化学吸附剂的导热在吸附、解吸过程中处于增大与减小的动态状态, 传热与传质都应该引入非线性、非平衡态概念, 数学上的分形理论为这方面的研究提供了可能. 对于复合吸附, 多孔介质的加入已经使复合吸附中的化学吸附剂吸附性能脱离了化学吸附理论所能解释的范围, 所以复合吸附理论目前还需要进一步的完善.

另外从吸附制冷的技术方面来看, 目前系统所存在的问题主要还是突出在传热强化以及运行过程方面. 目前对于采用氨为制冷剂的系统, 由于系统处于高压, 其金属热容很大, 在这种情况下即便采用了传热强化, 循环时间的缩短也非常困难. 在运行过程方面, 目前热量回收过程所得到的热量回收系数相对于吸收系统, 还是处于较低的水平, 这势必限制了COP 的提高, 使吸附系统在一些高效场合的应用受到限制. 所以, 寻找更为高效的传热过程以及热量回收过程, 依然是吸附制冷技术今后发展的主导方向.

致谢 本工作为国家杰出青年科学基金(批准号: 50225621)、国家重大基础研究规划“973”课题(批准号: G2000026309)、高等学校优秀青年教师教学和科研奖励基金(ZDXM02001)和上海市教委曙光跟踪计划(02GG03)资助项目.

参 考 文 献

1

王如竹, 吴静怡, 代彦军, 等. 吸附式制冷. 北京: 机械工业出版社, 2002

第50卷 第2期 2005年1月

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60 王丽伟, 王如竹, 吴静怡. 类分离热管船用吸附制冰机. 专利申

请号: 200310108924.5, 2003

61 夏再忠, 王如竹, 吴静怡, 等, 采用分离热管的新型高效可靠的

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(2004-07-15收稿, 2004-12-30收修改稿)

制冷技术概述

第一章概论 1.1制冷技术及其应用 1.1.1.制冷的基本概念 制冷技术是为适应人们对低温条件的需要而产生和发展起来的。制冷是指用人工的方法在一定的时间和空间内从低于环境温度的空间或物体中吸取热量，并将其转移给环境介质，制造和获得低于环境温度的技术。能实现制冷过程的机械和设备的总和称为制冷机。 制冷机中使用的工作介质称为制冷剂。制冷剂在制冷机中循环流动并与外界发生能量交换，实现从低温热源吸取热量，向高温热源释放热量的制冷循环。由于热量只能自动地从高温物体传给低温物体，因此制冷的实现必须消耗能量，所消耗能量的形式可以是机械能、电能、热能、太阳能、化学能或其它可能的形式。 制冷几乎包括了从室温至0K附近的整个热力学温标。在科学研究和工业生产中，常把制冷分为普通制冷和低温制冷两个体系。根据国际制冷学会第13届制冷大会（1971年）的建议，将120K 定义为普冷与低温的分界线。在120K和室温之间的温度范围属于“普冷”，简称为制冷；在低于120K 温度下所发生的现象和过程或使用的技术和设备常称为低温制冷或低温技术，但是，制冷与低温的温度界线不是绝对的。 1.1. 2.制冷技术的应用 制冷技术几乎与国民经济的所有部门紧密联系，利用制冷技术制造舒适环境以保障人身健康和工作效率；利用制冷技术生产和贮存食品；利用制冷技术来保证生产的进行和产品质量的要求。制冷技术的应用几乎渗透到人类生活、生产技术、医疗生物和科学研究等各领域，并在改善人类的生活质量方面发挥巨大的作用。 1.1. 2.1.商业及人民生活 食品冷冻冷藏和空气调节是制冷技术最重要的应用之一。 商业制冷主要用于对各类食品冷加工、冷藏贮存和冷藏运输，使之保质保鲜，满足各个季节市场销售的合理分配，并减少生产和分配过程中的食品损耗。典型的食品“冷链”由下列环节组成：现代化的食品生产、冷藏贮运和销售，最后存放在消费者的家用冷藏冷冻装置内。 舒适性空气调节为人们创造适宜的生活和工作环境。如大中型建筑物和公共设施的空调，各种交通运输工具的空调装置，家用空调等。近年来，家用空调器已成为我国居民消费的热点家电产品之一。2003年我国家用空调器的年产量达3500万台，出口1000多万台，中国已成为世界空调产品的生产基地，产量约占世界总产量的40%。 工业空调不仅为在恶劣环境中工作的员工提供一定程度的舒适条件，而且也包括有利于生产和制造而作的空气调节。如：在冷天或炎热环境中，以维持工人可以接受的工作条件；纺织业、精密制造、电子元器件生产和生物医药等生产行业为了保证一定的产品质量和数量，需要空气调节系统提供合适的生产环境。 1.1. 2.2.工农业生产

废热驱动制冷技术的开发

废热驱动制冷技术的开发 在“废热驱动制冷及节能技术和相关产品的研发”方向上，重点深入研究新型扩散吸收式制冷系统的工作特性，系统匹配、高效运行等问题，研制、开发高效节能的制冷、空调产品，并研究这些产品的规模生产技术和装置的设计理论和软件，形成小批量生产能力，把产品推向市场。进一步开发相关产品规模生产技术，以满足市场需要。 废热驱动制冷技术的开发 必要性 《国家中长期科学和技术发展规划纲要》“1.能源（1）工业节能”中明确指出要“重点研究开发…机电产品节能技术…能源梯级综合利用技术”，所以，我们选择“废热驱动制冷及节能技术和相关产品的研发”作为研发方向之一，废热即是在人们的生产（工业）、生活中利用各种能源从事生产、生活活动后，产生的排入大气、河流等外部环境中不再使用的高温气体或液体中含有的可供再次利用的热能。现代社会存在大量工业及生活废热，充分利用这些废热，使之成为可用能源，对于缓解能源压力，具有重大意义。原有的压缩式制冷技术，由于使用的含氟工质会导致臭氧层破坏，温室效应增加，造成全球气候变暖。因此，开发替代工质和新的制冷技术成为当务之急。本项目来源于国家的宏观节能环保政策和市场需求，随着现代工业的迅速发展，能源的消耗量也大幅度增加，工业和生活废热大幅增多，而对制冷的需求几乎涵盖了所有的领域，因此，如何利用工业和生活废热来制冷成为制冷领域的发展潮流。该技术可以采用不同的低品位（90℃以上）热源（如尾气、烟气、蒸汽、热水）作为动力，而且制冷量可大可小，大到可以运用于上百万千卡的工程，小到可以运用在几千卡的手提式冰箱上，具有广阔的市场空间。 应用场合 ? 1)电力行业的余热利用;2）海洋捕鱼业—渔船柴油机尾气制冰机;3）石油行业—新型还可以应用于以下系列产品的开发： ? 轻烃回收制冷装置;4）汽车行业—汽车尾气冰箱、冷藏车、空调； 5）农村沼气冰箱、冰柜等；6）其他行业。 技术特点及余热品质 ? 技术特点： 废热驱动高效智能化制冷技术主要是充分利用各种生产工艺系统中的废热源，通过能量的转换，就可获得生活或生产工艺需求的冷媒。可以100%的节省为获得较高品位冷媒而消耗的能源。 可以利用的废（余）热源品质： 废（余）热水：温度为90℃～140℃

低品位热能利用范文

一种利用低品位热能的蒸汽动力装置一种利用低品位热能的蒸汽动力装置，属能量转换和蒸汽动力装置技术，本装置采用水吸收低品位热源的热能。并让水在密封容器内蒸发，利用水蒸汽的蓄能作用，通过对蒸汽的压缩，实现低品位热能的回收、利用和品位提高。使用本装置可方便地实现低品位热能的利用和回收，并获得十分廉价的可用能。可广泛用于各行各业。 一种利用低品位热能的蒸汽动力装置 一种利用低品位热能的蒸汽动力装置。由一个低品位热能转换器（２）一个内部带汽水分离的蒸发器（４）一个蒸汽压缩装置（９）一个带有发电机（１３）的膨胀涡轮机（１２）和一个带回止阀（１３）的热水出管（１１）一个热网加热器（１４）一个抽气器（１５）组成，其特征为：－－低品位热能转换器（２）由循环泵（５）蒸发器（４）抽气器（１５）组成转换循环。－－蒸发器（４）蒸发出口与压缩装置（９）入口连接，蒸发器是通过蒸发器的排水和补水从转换器得到热能，并维持连续蒸发。－－蒸气压缩装置（９）与带电机（１３）的蒸汽膨胀机（１２）同轴，压缩装置出口与蒸汽膨胀机入口和出口水管相通。－－蒸汽膨胀机（１２）出口接至蒸发器（４）入口。或另一个本装置入口。－－取消膨胀机（１２）时，作蒸汽生产设备。－－取消膨胀机（１２）增加加热器（１４）本装置作热网热源设备。 张沈杰 投资有风险，请您关注我们为您提供的专利咨询服务专利号:

申请日: 1990年8月23日 公开/公告日: 1992年3月4日 授权公告日: 申请人/专利权人: 张沈杰 国家/省市: 江苏(32) 申请人地址: 江苏省南通市西外环路南通市电力开发公司邮编: 发明/设计人: 张沈杰 代理人: 专利代理机构: (00000) 专利代理机构地址: () 专利类型: 发明 公开号: 公告日: 授权日: 20 公告号: 优先权: 审批历史: 1993年8月18日视撤日 附图数: 2 页数: 3 权利要求项数: 9

复合热源驱动的吸收式制冷系统的控制策略研究

ＦＬＵＩＤＭＡＣＨＩＮＥＲＹＶ０１．３４，Ｎｏ，２，２００６ 文章编号：１００５—０３２９（２００６】０２—００鹋——０４ 复合热源驱动的吸收式制冷系统的控制策略研究 文柏通，顾建明，陆震 （上海交通大学，上海２（１００３０） 摘要：采用系统建模和仿真的方法，对提高复合热源驱动的吸收式制冷机的运行性能进行了研究，找到了一种满足部分负荷下ＣＯＰ最优的控制策略。 关键词：复合热源驱动；吸收式制冷机；控制策略 中图分类号：Ｔｌｌ６５７文献标识码：Ａ ＲｅｓｅａｒｃｈｆｏｒｔｈｅＣｏｎｔｒｏｌＳｔｒａｔｅｇｉｅｓｏｆｔｈｅＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎＣｈｉｌｌｅｒＤｒｉｖｅｎｂｙＨｙｂｒｉｄＨｅａｔＳｏｕｒｃｅ ＷＥＮＢｏ－ｔｏｎｇ，ＧＵＪｉａｎ－ｍｌｎｇ，ＬＵＺｈｅｎ （ｓｈａＩｌ对１ａｉＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００３０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔｈａｓｂｅｅｎｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｈｏｗｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅａｌｘ”ｆｆ，ｔｉｏｎｃｈｉｌｌｅｒｄｒｉｖｅｎｂｙｈｙｂｒｉｄｈｅａｔｓ０㈣ＬＩｌｌＤＬ吐ａｒｉａ— ｌｙｚｉｎｇｖａｒｉｏｕｓｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｉｅｓｉｎｔｈｅｗａｙｏｆｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．ＡｎｄｏｎｅｃｏｒｌｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｈａｄｂｅｅｎｆｏｕｎｄｔｏｍｆｌｋｅｔｈｅｄｒｉｌｌｅｒｈａｖｅｏｐｔｈｉｍｌＣＯＰｕｎｄｅｒＰ８ｒｔｌｄｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｎｇｌｏａｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｒｉｖｅｎｂｙｈｙｂｒｉｄｈｅａｔｓｏｕｌｅｅｓ；ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｃｈｉｌｌｅｒ；ｃｏｎｔｒｏｌｓｌｌ＇ａｔｏｇｙ １引言在目前能源紧缺及冷热电联产（ＣＣＨＰ）技术迅速发展的情况下，对吸收式制冷机组的性能研 究越来越重视。然而，在冷热电联产系统中一般只利用了燃气发动机排放的烟气热量，而对于更低品位的缸套冷却水的热量（约为９０ｏＣ）却未加 以利用。随着能源紧缺问题日益突出，利用燃气 发动机的缸套冷却水所带走的热量问题也渐渐引 起了科技工作者的兴趣。国外对此已经有了探索 性研究，但在国内还鲜有报道。本文以复合热源 驱动的溴化锂吸收式制冷机为研究对象（它既利 用燃气发动机排放的烟气的热量，同时也利用燃 气发动机的缸套冷却水的热量），采用系统建模和 仿真方法研究如何高效利用燃气发动机排出的废 热，即如何通过控制策略的调整，在确保冷媒水出 口温度（６．６７。Ｃ）恒定的情况下，使得复合热源驱动的溴化锂吸收式制冷机在常规运行范围内（实际制冷量在额定制冷量的３０％一１００％范围内变 收稿日期：２００５—０４—１２ 化）的ＣＯＰ达到最大。 ２复合热源驱动的吸收式制冷系统 复合热源驱动的吸收式制冷系统结构如图１所示。 溶液泵图１复合热源驱动的溴化锂制冷系统示意　万方数据万方数据

现代几种简单的制冷技术

目录 第一章制冷的热力学基础 (2) 第1节热力学第一定律 (2) 第2节热力学第二定律 (6) 第二章传统的制冷物质与制冷技术 (7) 第1节制冷剂的历史[4] (7) 第2节传统制冷技术的简单介绍 (7) 第三章半导体制冷 (10) 第1节半导体[4] (10) 第2节半导体制冷器 (11) 参考文献 (12) 致谢 (13)

第一章 制冷的热力学基础 第1节 热力学第一定律 1、热力学第一定律 自然界中的所有物质都有能量，能量不能被创造也不能被消灭，它只能进行能量之间的转换，从一种形态变成另一种形态，但是能量的总和不会改变，这就是能量守恒与转换定律，是自然界的基础规律之一，也是热力学第一定律的理论基础[2]。热力学第一定律就是能量守恒与转换在一个热力学系统中的应用。 热力学第一定律的解析式为： W U Q +?= （1.1.1） 式中Q 为系统中的热量，U ?表示热力学能的变化量，W 为与环境交换的功。式中热力学能变化量U ?、热量Q 、和功W 都是代数值，可正可负，系统吸热Q 值为正，放热Q 值为负；同理，系统对外做功W 为正，反之为负。系统的热力学能增大时，U ?为正。可以理解为在一个热力学系统内，热力学变化量U ?与对环境做的功的总和为系统中的总热量。这也说明了一个道理热力学第一定律是一个准静态过程，即在这个过程中的每一时刻，系统都处于平衡态。 说简单些，就是在一个系统中，热和功是可以相互转换的，消耗一定量的热即可产生一定量的功，同时，消耗一定量的功会产生一定量的热，但其二者之和是保持不变的一个固定值。 热力学的第一定律解析式的微分形式为 W dU Q δδ+= (1.1.2) 2、热力学第一定律对理想气体的应用[1] 下面我们来看看热力学第一定律在理想气体下的一些简单的能量转换。 （1）等体过程 等体过程即使在系统体积保持不变，外界做功为零，故此根据热力学第一定律的解析式可得出

热驱动制冷技术与应用

近年来，制冷随着国民经济的发展和人民生活水平的提高得到了空前的发展。同时，制冷技术的进步伴随着相关技术与制冷技术的结合与渗透，呈现出节能化、环保化、智能化的显著特点。相关技术的发展，如新的热驱动制冷技术的发展，有力地促进了制冷技术的进步。 热驱动制冷是指以热能为驱动力的制冷。现指的热驱动制冷循环主要是：溴化锂吸收式制冷、氨水吸收式制冷、喷射式制冷、吸附式制冷。这些制冷循环的制冷机对热源要求不高，可以使用低品位热能。在许多工业生产部门（如化工、冶金等）都具有大量的这种低品位热能，而这些部门在生产中又往往需要很多的冷量，用以空调或其他生产工艺上使用。但随着人口的急剧增加，资源消耗加速，能源危机加剧，人类的命运受到日益严峻的挑战。寻找并利用新的能源，尤其是研究开发可再生性能源，如太阳能、地热能、潮汐能、生物质能等成为当今科技研究热点。制冷机在利用太阳能、地热这些低温热源制冷方面，各种制冷方式都有其独特之处。在上述新能源中，太阳能是一种非常重要的可再生性能源，取之不尽、用之不竭，且具有无污染、安全性好等优点。我国是一个太阳能资源非常丰富的国家，以河北、山西等地为例，该地区的太阳辐射年总量在586～670kJ／cm2，相当于燃烧标准煤200～230kg。可见，有效地利用太阳能对于我们这个人口众多的国家具有非常重要的意义。 利用太阳能驱动实现制冷的研究，是通过采用不同的能量转换方式来实现制冷，目前提出了2种主要方式：（1）实现光－电转换，再以电力推动常规的压缩式制冷机制冷即压缩式太阳能制冷系统，或以电力驱动半导体制冷器实现制冷的系统；（2）进行光－电热转换，以热能驱动实现制冷。由于光电转换技术成本太高，在市场上尚难推广应用，目前研究重点选择后一种方式，主要从以下3个方向着手，即太阳能吸收式制冷、太阳能吸附式制冷和太阳能喷射式制冷，并以这3种制冷方法为基础，进一步延伸出一些新的综合制冷方法。其中太阳能吸收式制冷和太阳能喷射式制冷都已进入了应用阶段，而太阳能吸附式制冷还处在试验研究阶段。 太阳能吸收式制冷技术是利用吸收剂的吸收和蒸发特性进行制冷的技术，根据吸收剂的不同，分为氨水吸收式制冷和溴化锂－水吸收式制冷2种。它以太阳能集热器收集太阳能产生热水或热空气，再用太阳能热水或热空气代替锅炉热水输入制冷机中制冷。由于造价、工艺、效率等方面的原因，这种制冷机不宜做得太小。一般用于较大型的制冷设备，如中央空调系统、大型冷冻库等。下面着重介绍高效低成本的太阳能空调系统。 利用太阳能驱动制冷空调可减少电力消耗，减轻发电过程煤炭直接燃烧所带来的大气污染、酸雨、温室效应、化石能源枯竭等问题，因而受到国内外广泛关注。 目前发展太阳能空调的最大障碍是初始投资较大；其次，效率偏低和太阳能辐射与空调负荷的日周期性不相符合的问题也影响了太阳能空调的实际应用。 1高效低成本太阳能制冷空调创新方案 如果仅建设单一功能的太阳能空调，则由于其初始投资比现有电压缩式空调以及燃油和燃气型溴化锂吸收式制冷空调方式昂贵得多，因而必然难以引起用户的兴趣。其实，分析太阳能空调设备费用构成，太阳能集热器大约占2／3，所以只要充分发挥太阳能集热器的作用，就可能获得良好的经济效益。按照上述思路，以热水需求量来确定空调负荷供应量的太阳能空调和热水站综合系统方案的设计理念，瞄准城市建筑物屋顶建立以建筑物为单元的供应的太阳能利用系统。由于太阳能空调所需的集热器面积通常是空调房间面积的0.3～1倍，即每户大约需要集热器20m2以上，而每个家庭生活热水所需集热器仅需2～3m2。所以大面积的集热器生产的热水如果仅供应自己的太阳能空调使用根本用不完，在非空调季节热水器的闲置也是一种浪费。综合方案既满足了包括底层住户在内的所有住户使用经济实惠的太阳能热水的愿望，又节省了部分住户用于空调的费用，由于集热器的投资费用被所有热水用户分摊，太阳能空调用户所增加的投资仅仅是制冷机和室内风机盘管等，而这部分的投资可很快在节省的空调电费中回收。由于溴化锂吸收式制冷机本身在消耗较高温度热水的同时还产生数量更多的中温热水，可设置调温换热器来满足生活热水温度要求，所以无须担心因使用了空调而影响生活热水供应。 其次，从高效率与蓄能的角度来看，应采用以双效循环和单效溴化锂循环耦合蓄能运行的方式。在日照时段，当集热器产生的热源温度在140℃以上时可按双效循环运行提供空调制冷量，并进行蓄热，而在无日照时段或热源温度下降到140℃以下时切换为热水型单效循环，利用蓄热驱动制冷机组运行，直至蓄能罐中的热水温度下降到85℃左右单效循环无法运行为止。由于双效与单效循环之间热源利用温差很大，单位体积的蓄能罐可以蓄取较多的能量。其蓄能密度与冰蓄冷相当，在正常天气情况下有可能无需用辅助能源而完全靠太阳能进行昼夜空调。因为若使用燃气等备用能源则不仅系统复杂，而且因运行费用增大而在多用户费用分摊问题上容易引起纠纷，不如由住户将普通电空调作为备用更为简单实用。 聚光型太阳能集热器有单轴跟踪聚光型槽式集热器和CPC 非跟踪聚光热管型集热器等。前者初投资和运行维护费用都较大，且因难以承受屋顶处可能出现的强风而并不适合于安装在屋顶；后者相对较简单、可靠，但热管型集热器的成本费用仍然偏高。新型非跟踪聚光型太阳能真空集热器，其特点是靠带吸收翅片的金属螺旋管承压，置于双层透明真空玻璃管内，以减少对流及传导散热损失；并在双层透明真空玻璃管夹层内设置聚光反射板，由于回避了金属与玻璃的焊接等影响质量合格率和增大成本的因素以及聚光反射板在空气中的氧化问题，该技术方案成本较低，可靠性提高，且容易实现与建筑物体一体化。 另一方面的创新是溴化锂吸收式制冷机的换热器结构型式。溴化锂吸收式制冷机有发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器和溶液热交换器等众多换热器，由于管壳式换热器不适合用于小型溴化锂制冷机，需要有改进方案。远大集团在其开发的户式燃气中央空调中采用螺旋盘管。此外，围绕高效紧凑的波纹板换热器的研究，已 热驱动制冷技术与应用 夏楠1夏莎莉2 （1.江苏省设备成套有限公司，江苏南京210009；2.苏州轨道交通有限公司，江苏苏州215006）摘要：对新的热驱动制冷技术进行了介绍，着重对太阳能吸收式制冷技术的应用范围，以及在实际应用中的效果进行了分析，找出影响目前发展太阳能空调的障碍，提出高效低成本太阳能制冷空调创新方案。 关键词：热驱动制冷；太阳能吸收式制冷；高效低成本 工艺与技术◆Gongyi yu Jishu 132

低品位余热发电汽轮机设计与应用研究

低品位余热发电汽轮机设计与应用研究 摘要：本文通过研究温差发电的原理来设计品位余热发电汽轮机，对于发电需要的材料、温差发电装置以及发电过程中的重要技术难题进行设计与应用研究。从而进一步提高发电汽轮机废气余热的利用效率，增加热能的利用效率。 关键词：温差发电;排气余热;利用效率 1.排气余热温差发电概述 1.1温差发电原理 温差发电原理起源于上世纪60年代，也是目前被广泛运用在各种余热发电设备的热电转换理论。温差发电技术是通过某些能够利用温差进行发电的特殊材料实现热电转化的发电技术，温差发电过程类似于电子技术中的PN结原理，通过两种特殊性能材料（P材料和N材料）使用特殊的连接方式进行联接，使得连接后的材料能够对于热能进行传递。在进行温差发电过程中，要实现热电转化要考虑两个方面的影响。一方面是如何选取进行发电的材料，不同的材料性能决定了温差发电过程中的转化效率以及过程中是否产生额外的能量损失，以及在具体的转化过程中传递性能是否良好;另一方面是如何对发电材料进行连接，不同的连接方式将会产生不同的回路，发电过程中线路中电能的消耗也是不同的。 1.2温差发电装置的构成 大多数汽轮机余热温差发电装置都是由以下几个部件构成：排气余热吸收段以及排气排出段的管道、热电转化核心装置、连接设备以及中央调控设备等。一般情况来说，汽轮机排气首先从排气余热吸收段进入管道，并且在整个热电转化管道中一直进行传递，直到从排气排出段的管道排出，这也是整个热点转化中重要的环节。在排气传递的过程中，排气携带的余热将会从热电转化管道传递到热电转换核心装置中去，在中央调控设备中对于温度进行适当的调节，把多余的热能通过温差发电转化为电能。被吸收余热后的汽轮机排气从排出段排出，由于温差与较热的排气在吸收段形成热对流，进而提高余热的发电效率。 1.3温差发电材料及发电模块 物理学家通过研究发现，影响温差发电材料的具体性能有两个因素。一是温差发电材料的塞贝克系数。塞贝克系数越低，就代表着温差发电材料的热电转化效率越低;二是温差发电材料的导热系数。导热系数越小，则表明热能在温差发电材料中的传递越慢，传递过程中损失的热量也会越多。因此在选择材料的时候要仔细考虑这两个因素的影响。 除了发电材料的选择，发电主体装置的核心温差发电模块的选择也是十分重要的。温差发电模块能够保持整个发电过程中的温度处于一个恒定状态，避免

国内外地热能开发及利用现状介绍

国内外地热能开发及利用现状介绍 中国能源网研究中心王鸿雁张葵叶 地热资源是在当前技术经济条件和地质条件下，能够从地壳内科学、合理地开发出来的岩石热能量、地热流体热能量及其伴生的有用组分。地热资源既属于矿产资源，也是可再生能源。目前可利用的地热资源主要包括：天然出露的温泉、通过热泵技术开采利用的浅层地温能、通过人工钻井直接开采利用的地热流体以及干热岩体中的地热资源。在全球各国积极应对气候变化，努力减少温室气体排放的背景下，近年来，全球地热能开发及利用取得较快发展，也越来越引起我国政府及企业的重视。 一、全球地热资源分布及利用 （一）全球地热资源分布 全球地热储量十分巨大，理论上可供全人类使用上百亿年。据估计，即便只计算地球表层10km厚这样薄薄的一层，全球地热储量也有约1.45×1026J，相当于4.948×1015吨标准煤，是地球全部煤炭、石油、天然气资源量的几百倍。[1]世界上已知的地热资源比较集中地分布在三个主要地带：一是环太平洋沿岸的地热带；二是从大西洋中脊向东横跨地中海、中东到我国滇、藏地热带；三是非洲大裂谷和红海大裂谷的地热带。这些地带都是地壳活动的异常区，多火山、地震，为高温地热资源比较集中的地区。[2]图1所示为全球地热资源集中分布带：

图1 全球地热资源集中分布带 来源：鹿清华, 张晓熙, 何祚云. 国内外地热发展现状及趋势分析[J]. 石油石化节能与减 排, 2012, 2(1): 39-42 （二）全球地热资源利用 地热资源按赋存形式可分热水型、地压地热能、干热岩地热能和岩浆热能四种类型；根据地热水的温度，又可分为高温型(>l50℃)、中温型(90～150℃)和低温型(<90℃)三大类。地热能的开发利用可分为发电和非发电两个方面，高温地热资源主要用于地热发电，中、低温地热资源主要是直接利用，多用于采暖、干燥、工业、农林牧副渔业、医疗、旅游及人民的日常生活等方面。此外，对于25℃以下的浅层地温，可利用地源热泵进行供暖、制冷。 根据2010世界地热大会的最新数据，2010年，全球有24个国家开发了地热发电项目，总装机容量10715MWe，年发电利用总量为67246GWh，平均利用系数为0.72；有78个国家开展了地热直接利用活动，总设备容量为50583MWt，年利用热能121696GWh，平均利用系数0.27。 表1 地热发电排名前10的国家 国家装机容量 （MWe）运行能量 (MWe) 总生产能量 (GWh/y) 运行率 (%) 运行机组 (套) 美国3093 2024 16603 0.94 209 菲律宾1904 1774 10311 0.66 56 印尼1197 1197 9600 0.92 22 墨西哥958 958 7047 0.84 37 意大利843 843 5520 0.75 33 新西兰628 628 4055 0.74 43 冰岛575 575 4597 0.91 25 日本536 422 3064 0.83 20 萨尔瓦多204 192 1422 0.85 7 肯尼亚167 167 1131 0.78 6 表2 地热直接利用排名前10的国家国家总生产能量GWh/y 主要利用方式 中国20932 直接供热、地源热泵、洗浴 美国15710 地源热泵 瑞典12585 地源热泵 土耳其10247 直接供热 日本7139 洗浴 挪威7001 地源热泵

低温制冷技术新发展

低温制冷技术新发展
巨永林
上海交通大学 制冷与低温工程研究所
Institute of Refrigeration and Cryogenics

主要内容
1 国际大科学工程项目简介 2 高能粒子加速器和探测器 3 国际热核反应实验堆(ITER) 4 空间红外探测
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1 国际大科学工程
投资大（30-120亿美元） 时间长（10-20年） 国际合作（十几-上百个国家）
Institute of Refrigeration and Cryogenics

美国能源部20年大科 学工程发展规划
美国能源部2003年11月公布 了二十年中长期大科学工程 发展规划，共28项，拟投资 120亿美元。这些大工程项 目中的80％是以低温与超导 技术为工程基础的。 “这些大科学工程将使科学 发生革命，使美国科学位于 世界前沿，将会产生重大科 学发现，对人类社会做出重 大贡献”Spencer Abraham (美国能源部长)

28个项目

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Spallation Neutron Source (散裂中子源) ITER (国际热核聚变实验) Joint Dark Energy Mission（联合暗能量计划） NSLS upgrade（同步辐射光源-升级计划） Free Electron Laser（自由电子激光器） RHIC-B（相对重离子对撞机-B计划） e-RHIC（电子-相对重离子对撞机） Double Beta Decay（双Beta衰变） Super Neutrino Beam（超级中微子束） Fusion Energy Contingency（聚变能约束） BTeV（千亿电子伏特加速器） ILC（国际直线加速器） ……
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化工企业低品位余热能源的发电应用

化工企业低品位余热能源的发电应用 通化化工股份有限公司尹继平 江苏凯茂石化科技有限公司李洪伟 天津圣智达机电设备有限公司李光寅 化工生产存在大量的低品位余热，许多企业无法利用只能放空处置。随着石油能源危机的出现，人类不断寻找新型能源，同时也在关注低品位能源的利用研究。 时代的发展与能源格局的骤变，不被人们关注的垃圾级低品位能源还是有幸让研究人员发现与研究利用。垃圾处理焚烧发电、新农村秸杆沼气发电、生物能发电、风力发电、太阳能发电、半导体温差发电，震动发电……，甚至连微小的能源也被科学家关爱了，掀起了新一轮的工业化发电热潮。 笔者长期研究低品位余热发电技术和跟踪发电设备研发进展，目前已进入工业化应用阶段，本文是近年来的研究应用情况。 一、低品位余热利用发电的价值 按照发电一千瓦小时电消费327克标准煤计算，折合碳排放870g/kwh。如果能把化工企业的低压余热蒸汽利用发电，无论是当前还是未来，将功不可没。 1MPa以下的低品位蒸汽无法满足1.5MPa（340℃）传统低压汽轮机所需参数工作条件。近年由江西华电电力有限责任公司开发成功的“螺杆膨胀蒸汽发电机”工作压力为0.2-3MPa，能适应汽液两相混合工质热源，很好地解决了甲醛生产过程副产0.4MPa饱和蒸汽的用途。 二、低压低温蒸汽发电原理 利用0.2-3MPa压力，温度不高于300℃的饱和蒸汽，直接通入蒸汽产生动力，利用较低的压力差、温度差拖动发电机，实现“蒸汽能-机械能-电能”的转换机理。 这类发电机组有传统汽轮机的改良型，也有独具特色的气液混合式机型。其发电消耗蒸汽流量2.5-4t/h时，能发电200kwh。下面就笔者跟踪的蒸汽发电设备调查如下： 1、美国ECT饱和蒸汽汽轮发电机是利用纯低温饱和蒸汽即可接入发电的高科技设备，在余热利用发电工程上很为适用。在现在已有蒸汽锅炉供车间设备使用蒸汽的工厂最为有利，即把此饱和蒸汽涡轮发电机串接在蒸汽管道上，即可产生40-2500KW电能，（条件：蒸汽压力在2公斤以上，蒸汽流量在3吨/小时以上），不增加蒸汽锅炉的燃料，不影响车间设备蒸汽的使用，只利用车间设备不利用的蒸汽动能。该饱和蒸汽涡轮发电机为联合国环保组织投资，美国研制生产的高科技设备，具有环保，节能，高效的优势。 2、背压式过热蒸汽机组需配备带有过热器的锅炉使用，原饱和汽的锅炉需要加装过热器才能与之配套。6-10t/h以上的锅炉都有加装过热器位置，10t/h锅炉有饱和汽1.27 Mpa、194℃改为1.27 Mpa、350℃，需加装过热面积为43.67m2.。过热器是有多根ф32×2.5的钢管弯曲几圈而成。进排气参数对背压式汽轮机做功能力和效率有一定影响，在一定范围内进汽参数越高，排气参数越低；汽轮机做功越多，汽轮发电机发电越多、汽耗越低。 例如：B0.3-1.27/0.49进汽280℃、汽耗32公斤/度电。 B0.3-1.27/0.294进汽320℃、排气2160C、汽耗21.5公斤/度电。 B0.3-2.45/0.49进汽390℃、排气2730C、汽耗19.5公斤/度电。 该背压式汽轮机组节能的宏观认识，能量的可用性必须从能的数量和质量两个方面来加

地热能综述

地热能综述 11环工 赵松涛高蕾谢红丽汪汉 关键词：地热类型地球结构地热成因地热发电及其类型 摘要：能源危机日益严重，本文，介绍了地热的来源，地球的内部构造，地热的分类，地热在世界范围和在中国的分布及人们对地热利用。地热发电是地热利用的重要形式，也是未来发展的重点方向。本文详细介绍了地热发电的分类，及各类型地热发电的原理及其优缺点随着经济社会的发展，人类对能源的需求越来越大，化石燃料日益枯竭。地热作为一种储量大、近乎无污染的新能源近来受到人们极大的关注。地热能的开发利用无疑对解决能源危机的问题具有重要意义。 1.1地热能来源 所谓地热能，简单地说．就是来自地下的热能，即地球内部的热能。据计算，地球陆地以下五公里内，15摄氏度以上岩石和地下水总含热量达1.05E25焦尔，相当于9950万亿吨标准煤。按世界年耗100亿吨标准煤计算，可满足人类几万年能源之需要.如果把地球上贮存的全部煤炭燃烧时所放出的热量作为标准来计算、那么，石油的贮存量约为煤炭的3％，目前可利用的核燃料的贮存量约为煤炭的15％，而地热能的总贮存量则为煤炭的1.7亿倍。 1.2地球构造 地球是一个巨大的实心椭球体，它的表面积约为5．11x108km2，体积约为1.0833x1012km2，赤道半径为6378km，极半径为6357km。地球的构造好像是一只半熟的鸡蛋，主要分为3层。 1)地壳:地球的员外面一层，即地球外表相当于鸡蛋壳的部分，地壳由土层和坚硬的岩石组成，它的厚度各处不一，介于10—70km之间， 2)地幔:地球的中间部分，即地壳下面相当于鸡蛋白的部分，也叫做“中间层”，它大部分是熔融状态的岩浆．地幅的厚度约为2900km,它内硅镁物质组成，温度在1000℃以上. 3)地核:地球的中心，即地球内部相当于鸡蛋黄的部分．地核的温度在2000—5000 ℃之间，外核深2900—5100km，内核深5100M以下至地心，一般认为是由铁、镍等重金属组成的。 关于地热的来源源问题，目前有许多不同的假说，因此，关于地热的来源问题，也有许多不同的解释。但是，这些解释都一致承认，地球物质中放射性元素衰变产生的热量是地热的主要来源。放射性元素有铀238、铀235、针232和钾40等，这些放射性元素的衰变是原子核能的释放过程。放射性物质的原子核．无需外力的作用，就能自发地放出电子、氦核和光子等高速粒子并形成射线。在地球内部，这些粒子和射线的动能和辐射能，在同地球物质的碰撞过程中便转变成了热能。 1.3地热形成因素 形成地热资源有热储层、热储体盖层、热流体通道和热源4个要素。 2.2地热分类 通常我们把地热资源根据其在地下热储中存在的个同形式，分为蒸汽型、热水型、地压型、干热岩型资源和岩浆型资源等几类。在上述5类地热资源中，目前能为人类开发利用的．是地热蒸汽和地热水两大类资源，人类对这两类资源已有较多的应用；干热岩和地压两大类资源尚处于试验阶段，开发利用很少。不过，仅仅是蒸汽型资源和热水型资源所包括的热能，其储量也是极为可观的。仅按目前可供开采的地下3km范围内的地热资源来计算，就相当于2.9×1012 t煤炭燃烧所发出的热量。 2.2.1蒸汽型资源

几种新型制冷技术

浅谈几种新型制冷技术

浅谈几种新型制冷技术 引言： 20世纪初,人们谈论的话题只是能源,而21世纪初,人们谈论的话题则是能源危机。这说明在当今这个高速发展的社会,能源已经成为支撑国家经济发展的基础和核心问题。2010年,我国一次能源消费总量超过32亿吨标准煤,能源消费总量已经占世界总量的20%,能源消费总量已经超过美国,但经济总量仅为美国的三分之一左右。其中,我国的石油对外依存度已经超过55%,天然气也已经超过16%是进口,昨日的煤炭大国在2010年也已经是变成了净进口国。近年来，由于传统的制冷空调设备对氟利昂类制冷剂的大量使用，以及对电能的大量消耗成为导致当前环境与能源问题的重要因素。随着我国能源结构的调整，太阳能、地热能、生物质能等可再生能源的应用比例不断提高。因此，研制和发展对臭氧层无损耗、无温室效应而且可以利用低品位能源作为动力的节能环保型的制冷技术是制冷领域研究的重要课题。 一、太阳能制冷 1、背景： 人类进入21世纪以来，电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，据美国石油业协会估计，地球上尚未开采的原油储藏量已不足两万亿桶，可供人类开采时间不超过95年。在2050年到来之前，世界经济的发展将越来越多地依赖煤炭。其后在2250到2500年之间，煤炭也将消耗殆尽，矿物燃料供应枯竭。 同时化石燃料燃烧后造成的排放污染问题日益凸显，能源问题日益成为制约国际社会发展的瓶颈。太阳能既是一次能源，有是可再生能源，可免费使用，又无需运输，对环境也没有污染，具有无可避免的自然优势。同时，我国幅员辽阔，有着十分丰富的太阳能资源，有2/3以上的地区日照大于2000小时，太阳能资源的理论储量大每年7000亿吨标准煤[1]。 2、原理： 主要有吸收式、吸附式、冷管式、除湿式、喷射式和光伏等制冷类型[2-3] (1) 太阳能吸收式制冷：用太阳能集热器收集太阳能来驱动吸收式制冷系统，利用储存液态冷剂的相变潜热来储存能量，利用其在低压低温下气化而制冷,目前为止示范应用最多的太阳能空调方式。多为溴化锂—水系统，也有的采用氨—水系统。 (2) 太阳能吸附式制冷：将收式制冷相结合的一种蒸发制冷，以太阳能为热源，采用的工质对通常为活性碳—甲醇、分子筛—水、硅胶—水及氯化钙一氨等，可利用太阳能集热器将吸附床加热后用于脱附制冷剂，通过加热脱附——冷凝——吸附——蒸发等几个环节实现制冷。 (3) 太阳能除湿空调系统：是一种开放循环的吸附式制冷系统。基本特征是干燥剂除湿和蒸发冷却，也是一种适合于利用太阳能的空调系统。 (4) 太阳能喷射式制冷：通过太阳能集热器加热使低沸点工质变为高压蒸汽，通过喷管时因流出速度高、压力低，在吸入室周围吸引蒸发器内生成的低压蒸汽进入混合室，同时制冷剂任蒸发器中汽化而达到制冷效果。 （5）太阳能冷管制冷：这是一种间歇式制冷，主要结构是由太阳能冷管、集热箱、制冷箱、蓄冷器和冷却水回路等组成，是一种特殊的吸附式制冷系统 （6）太阳能半导体制冷：该系统由太阳能光电转换器(太阳能电池)、数控匹配器、储能设备(蓄电池)和半导体制冷装置四部分组成。太阳能光电转换器输出直流电,一部分直接供给半导体制冷装置进行制冷运行,另一部分则进入储能设备储存,以供阴天或晚上使用,保证系统可以全天候正常运行。[2-3] 3、优点：

实验六 低品位能量有效利用实验

2013 年春季学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目:低品位能量有效利用实验学生所在院（系）:市政环境工程学院 学生所在学科:建筑与土木工程 学生姓名:范乐乐 学号:12S127006 学生类别:工程硕士 考核结果阅卷人 第 1 页（共 6 页）

低品位能量有效利用实验 实验目的 1、通过实验加深对热力学第二定律与制冷、制热循环过程的理解； 2、掌握提升低品位能量的原理和方法； 3、学生自己设计并完成实验，培养其创新能力。 实验的主要内容 热机能使热能转变为机械能，卡诺循环是这一能量转变过程中的理想循环，基本的蒸汽动力循环是朗肯循环。制冷机（热泵）能使热能从温度较低的物体转移到温度较高的物体，逆卡诺循环是这一能量转变过程中的理想循环，基本的蒸汽压缩制冷（制热）循环是逆朗肯循环。高、低温热源的温度差值、气体压缩过程的不可逆损失、换热器传热温差等是影响能量有效利用的主要因素。 实验室目前低品位能量有效利用的实验台有待调试，所以现就大连华能电厂改造项目介绍如何利用热电厂运行过程中低位能源的利用情况。 1) 电厂的余热利用技术 1.我国一次能量资源的特点决定了电力工业以燃煤火电为主的格局. 2.电厂热效率<40%,排汽中约60%热能排入大气。 3.废热耗能形成热污染：如通过冷却塔排到大气，造成空气局部温升；如通过河水冷却，会改变水温出现富营养化现象，影响藻类、鱼类生物的生长。 4.2008年《中华人民共和国节能法》将热、电、冷联产技术列入国家鼓励发展的通用技术，促进了热泵事业的发展 2) 电厂热电联产供热改造存在的能量损失 采用在汽轮机中低压缸连通管打孔抽汽，将抽出的热蒸汽用于周边地区的采暖供热。 1. 减温减压能量损失: 工业用汽最低抽汽压力:0.8-1.6Mpa;而供暖用汽抽汽压力:(0.12-0.25)MPa 这就需要在外部进行减温减压，将抽出热蒸汽经过降温减压器后，才能进入热网交换器，这将造成很大能量损失。 2. 冷凝余热能量损失:

冷却水热能综合利用项目可行性研究报告

XXXXX公司 冷却水热能综合利用项目 可行性研究报告 编制单位：北京中投信德国际信息咨询有限公司编制时间：https://www.docsj.com/doc/f811952463.html, 高级工程师：高建

目录 第一章总论 (7) 1.1项目概要 (7) 1.1.1项目名称 (7) 1.1.2项目建设单位 (7) 1.1.3项目建设性质 (7) 1.1.4项目建设地点 (7) 1.1.5项目投资规模 (7) 1.1.6项目建设内容 (8) 1.1.7项目资金来源 (8) 1.1.8项目建设期限 (8) 1.2项目提出背景 (8) 1.3项目单位介绍 (9) 1.4编制依据 (10) 1.5 编制原则 (10) 1.6研究范围 (11) 1.7主要经济技术指标 (11) 1.8综合评价 (13) 第二章项目必要性及可行性分析 (15) 2.1项目建设必要性分析 (15) 2.1.1推动我国社会经济可持续发展的需要 (15) 2.1.2响应国家节能减排号召的需要 (15) 2.1.3满足突泉县更多供热需求的需要 (16) 2.1.4增加当地就业促进当地经济快速发展的需要 (16) 2.2项目建设可行性分析 (17) 2.2.1项目建设符合国家产业发展政策 (17) 2.2.2项目实施优势较强 (18) 2.2.3管理可行性 (19) 2.3分析结论 (19) 第三章项目建设条件 (20) 3.1厂址选择 (20) 3.2区域建设条件 (20) 3.2.1地理位置 (20) 3.2.2地形地貌 (20) 3.2.3气象条件 (20) 3.2.4水资源条件 (21) 3.2.5交通运输条件 (21)

供热系统中的名词解释

供热系统中的名词解释 1、供热：向热用户供应热能的技术。 2、供暖工程：生产、输配合应用中低品位热能的工程。 3、区域供热：城市某一个区域的供热。 4、热电联产：由热电厂同时生产电能和可应用热能的联合生产方式。 5、高温水：水温超过100℃的热水。 6、低温水：水温低于100℃的热水。 7、供水压力：热水供热系统中供水管内的压力。 8、回水压力：热水供热系统中的回水管内的压力。 9、供热系统：热源通过热网向热用户供应热能的系统总称。 10、闭式热水供热系统：热用户消耗热网热能而不直接取用热水的供热系统。 11、开式热水供热系统：热用户消耗热网热能而且还直接取用热水的供热系统。 12、热负荷：供热系统的热用户(或用热设备)在单位时间内所需的供热量。包括（采暖）、 通风、空调、生产工艺和热水供应热负荷等几种。 13、热指标：单位建筑面积、单位体积与单位室内外温度下的热负荷或单体产品的耗热 量。 14、热网（热力网）：由热源向热用户输送和分配供热介质的管线系统。 15、一级管网：由热源至供热站的管道系统。 16、二级热网：由热力站至热用户的管道系统。 17、热补偿：管道热胀冷缩时防止其变形或破坏所采取的措施. 18、调压孔板：热水供热系统中用来消耗多余作用压头的孔板。 19、换热器：两种不同温度的流体进行热量交换设备。 20、流量调节阀：通过控制调节段压差恒定来控制流量恒定的调节阀。 21、最不利用户环路：热水热网设计时选用的从热源到热用户允许平均比摩阻最小的环 路。 22、经济比摩阻：用技术经济分析的方法，根据在规定的补偿年限内总费用最小的原则 确定的平均比摩阻。 23、静水压线：热水供热系统循环水泵停止运行时网络上各点测压管水头高度的连接 线。 24、动水压线：热水供热系统循环水泵运转时网络上个点各点测压管水头高度的连接 线。 25、资用压头：供热系统中可利用的供热介质的压头。对闭式热水供热系统为某点的供 回水压力差. 26、水力失调：热水热网各热力站（或热用户）在运行中的实际流量与规定流量之间的 不一致现象。 27、低温热时地面辐射供暖;以温度不高于60℃的热水为媒，在加热管内循环流动，加 热地板，通过地面以辐射和对流的传热方式向室内供热的供暖方式。 28、地热管名称介绍： 一、铝塑复合管表示方法—PAP或XPAPA 二、聚丁烯管—PB 三、铰链聚乙烯管—PE-X 四、无规共聚聚丙烯管—PP-R 五、嵌段共聚聚丙烯管—PP-B 六、耐热聚乙烯管—PE-RT

国内溴化锂制冷机发展新动向

国内溴化锂制冷机发展新动向 0引言 1966年我国第一台溴化锂吸收式制冷机诞生，距今已有43年历史。在这四十多年间，我国的溴化锂吸收式制冷机技术和产品嫩生生了翻天覆地的变化。溴化锂制冷机技术由以前的仿制到后来的拥有完全自主知识产权，直至今天已引信世界溴化锂吸收式制冷机技术的发展方向。溴化锂制冷机产品也已从主要依赖进口，发展成溴化锂制冷机的生产在国和出口国。目前，我国的溴化锂制冷机已远销美国、欧盟、南亚、东南亚、中东等广大地区。 1现状 目前，虽然我国整体制冷、空调行业已经很发达，产量位居世界首位，但核心技术依然由国外跨国公司控制，并以专利的形式制衡着中国企业的技术发展。 在溴化锂吸收式制冷机发展初期，政府就采取了一个完全开放的态度，从未制定过任何保护内资或外资、国营或私营企业的相关政策。这就造就了溴化锂制冷机行业成为中国市场竞争最激烈的行业之一。上世纪90年代，在不大的市场份额下，簇挤着近百家生产溴化锂制冷机产品的各类企业。也正是由于政府的这

种开放政策，经过近20年市场的风云变换，一些注重产品核心技术、积极寻求正确解决方法的优秀企业才能脱颖而出。 而在我国真正从事溴化锂制冷机制造业的企业约有八、九家。特别是内资企业，都建立了自主创新体系，加强自主开发、自我发展的能力。可以这样说，溴化锂吸收式制冷机行业是我国制冷、空调领域中少有的拥有全部核心技术的行业。 2溴化锂吸收式制冷机与空调 溴化锂吸收式制冷机到底属于哪个行业的产品？这个问题决定了它今后往哪个方向发展的关键。从溴化锂制冷机面世以来，多数人都将它划归于空调产品，特别是这些年来经过同行业的共同努力，将溴化锂吸收式技术空前提高以后，溴化锂制冷机更在广泛应用于空调领域。于是乎“中央空调”、“?空调”、“非电空调”等称呼都冠以溴化锂制冷机身上，好像溴化锂制冷机就只是一个空调产品。 而由于溴化锂吸收式制冷技术的特殊性，有些暖通空调界士总会有意无意间将其视为空调业的另类，认为其没有发展前途，市场将会逐渐萎缩。 事实果真如此吗？作为大型制冷设备，如果将它公公用于空调，会是很片面的行为。放眼国内外，凡是生产大型制冷设备的