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摘 要

本文以有机硅树脂JY8450为粘结剂，采用浸涂法在微通道换热器表面涂覆MIL-101吸附剂涂层（MIL-101-95），构建了MIL-101涂层微通道吸附器-异丁烷的正压吸附制冷系统，分别考察了循环时间，蒸发温度和冷凝温度对吸附制冷系统性能的影响。结果表明：合适的循环时间为40 min，蒸发温度的提高和冷凝温度的降低有利于提高单位制冷量和系统单位制冷功率（SCP）；微通道MIL-101涂层-异丁烷工质对在热水温度90 ℃，冷凝温度20 ℃，循环时间40 min，蒸发温度从-5 ℃增加到15 ℃，单位制冷量从9.6 kJ/kg上升到50.3 kJ/kg；热水温度90 ℃，蒸发温度15 ℃时，冷凝温度15 ℃，循环时间40 min时，单位制冷量和SCP分别为50.3 kJ/kg和 26.4 W/kg，比冷凝温度35 ℃时提高了2.2倍。

关键词：吸附制冷 微通道换热器 MIL-101涂层 异丁烷

Adsorption Refrigeration Performance of Micro-channel MIL-101 coating-isobutane Working Pair

Abstract

In this paper, suspension solution of MIL-101 (MIL-101-95) was coated into the surface of micro-channel heat exchanger using silicone resin as a binder by dip-coating method. Adsorption refrigeration system based on MIL-101 coated micro-channel adsorber and isobutane was built. Effects of cycle time, evaporator temperature and condenser temperature on adsorption cooling performance of MIL-101 coating-isobutane working pair were investigated. Results show that the suitable cycle time is 40 min. The increase of evaporator temperature and the decrease of condenser temperature are both beneficial to improve the cooling performance of MIL-101 coating-isobutane working pair. Under the conditions of hot water temperature of 90 ℃, condenser temperature of 20 ℃, cycle time of 40 min, evaporator temperature increases from -5 ℃ to 15 ℃, the cooling capacity increases from 9.6 kJ/kg to 50.3 kJ/kg. Compared with the condenser temperature of 35 ℃, when condenser temperature is 15 ℃, the cooling capacity and SCP of MIL-101 coating-isobutane is increasing 2.2 times, 66.6 kJ/kg and 26.4 W/kg, respectively.

Key Words: Adsorption Refrigeration; Microchannel heat exchanger; MIL-101 Coating; Isobutane

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 概 述 1

1.1吸附制冷基本原理 1

1.2 吸附制冷工质对研究现状 2

1.2.1 传统吸附制冷工质对 2

1.2.2 新型吸附制冷工质对 3

1.3国内外吸附剂涂层制备研究进展 4

1.4 本文主要研究内容 5

第二章 实 验 6

2.1 主要原料及试剂 6

2.2 主要仪器及设备 6

2.3 MIL-101合成及纯化 6

2.4微通道吸附器及其涂层制备 7

2.4.1微通道涂层吸附器 7

2.4.2微通道吸附器涂层制备 7

2.5微通道涂层吸附器吸附制冷性能测定 8

2.6微通道涂层吸附制冷数据处理 9

第三章 结果与讨论 11

3.1 微通道吸附器平衡吸附性能 11

3.2 吸附制冷工艺参数考察 12

3.2.1 循环时间 12

3.2.2 蒸发温度 13

3.2.3 冷凝温度 14

第四章 结论与展望 16

4.1 结论 16

4.2 展望 16

参考文献 17

致 谢 19

第1章 概 述

1.1吸附制冷及基本原理

随着全球制冷、冷藏、空调需求的增加，全球能源需求正在以惊人的速度增加。据巴黎国际制冷协会评估，全球约有15%的电能用于制冷和空调系统，而空调系统的能耗又占住宅和商业大楼能耗的45%^{[1, 2]}。传统的压缩制冷耗电量大，造成大量石化能源的消耗，并产生大量温室气体。同时，压缩制冷所使用的一些制冷剂氟氯烷烃（CFCs和HCFCs）还会对臭氧层造成破坏。吸附制冷系统可以由低品位热能（工业废热，太阳能等）驱动，能有效降低电能消耗，使用绿色制冷剂的太阳能驱动的制冷系统的GMP和ODP值均为0，具有节能和环保的^{[3, 4]}优点。吸附式制冷系统的核心是工质对，它是吸附剂和吸附质（制冷剂）的匹配。在现阶段，用于吸附式制冷研究的工质对具有吸附容量小，制冷功率低，解吸温度较高等缺点，限制了该技术的工业化进程^[5]。因此，开发高效工质对，特别是吸附性能优异的吸附剂是促进吸附式制冷系统性能和发展的关键。同时，全世界研究团队在吸附制冷过程强化传热^[6]等方面的研究也至关重要。

吸附制冷技术是一种基于吸附质蒸发和冷凝现象的技术，涉及物理或化学反应以及传热现象。吸附制冷系统的核心部分是固体吸附剂床层吸附和解吸吸附质，从而产生冷量。是一种可利用太阳能或低品位热源（工业废热，引擎废热，地热等）驱动的制冷技术。吸附制冷循环系统的工作原理与传统压缩制冷相似，但不使用压缩机，吸附制冷系统主要由吸附器，蒸发器，冷凝器和阀门等部分组成。完整的吸附制冷循环主要包括吸附制冷和加热解吸两个过程。

图1-1 吸附制冷基本循环示意图

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