活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭乙醇小型吸附冷却系统，使用活性炭和乙醇作为工作对的翅片管型吸附器的性能研究，并开发了一种瞬态二维轴对称计算流体动力学(CFD)模型。吸附器换热器的设计对提高吸附式冷却系统的性能具有重要意义。本期研究的CFD模型将用于翅片高度和翅片间距优化，并可扩展到其它基于活性炭吸附剂的吸附冷却系统。

　　制冷是不断发展和可持续的经济。它对食品和其他需要低温储存的物品起到重要做用。然而，常规的制冷系统采用可影响全球升温的制冷剂，如氯氟烃(CFCs)，氢氯氟烃(HCFCs)和氢氟碳化合物(HFCs)，其排放量占总排放量的37%，其余63%是间接由能源消耗冷却和空调系统。在这种情况下，吸附冷却系统是蒸汽压缩冷却系统的可行替代方案。实际上，它们是由低等级的废热(低于100℃)或太阳热能驱动的。此外，它们采用天然和环境友好的制冷剂，例如活性炭，水，乙醇，甲醇，氨，CO 2等。因此，吸附式冷却系统的广泛发展将有助于解决各种能源和环境相关问题。

　　活性炭吸附冷却系统的工作原理

　　图1显示了活性炭吸附冷却系统的示意图。它通常由四部分组成：冷凝器，蒸发器，填充活性炭的吸附器/解吸塔床和膨胀阀。吸附循环包括四个过程，即预热，解吸，预冷和吸附。在预热过程中，床与蒸发器断开并且热水在吸附床中循环以增加床压。当床压高于冷凝器时，它连接到冷凝器并开始解吸过程。由于额外的加热，乙醇蒸汽从活性炭上解吸到床上，并移动到冷凝器并冷凝。解吸完成后，床与冷凝器断开并且冷却水在称为预冷却过程的吸附器床中循环。由于冷却水的供应，床中的压力下降并低于蒸发器中的压力。此时，吸附床与蒸发器连接，蒸发的乙醇蒸汽从吸附器中排出，并被吸附在活性炭中。在吸附过程中，冷却水连续供给床以去除吸附热。吸附器床与蒸发器连接并且蒸发的乙醇蒸汽从吸附器中出来并被吸附在活性炭中。在吸附过程中，冷却水连续供给床以去除吸附热。吸附器床与蒸发器连接并且蒸发的乙醇蒸汽从吸附器中出来并被吸附在活性炭中。在吸附过程中，冷却水连续供给床以去除吸附热。

　　图1.活性炭解吸过程中吸附冷却系统的示意图。

　　活性炭流体动力学建模

　　采用活性炭和乙醇对翅片管型吸附器的性能实验开展。实验装置由吸附器，蒸发器和与不锈钢管连接的冷凝器组成。所有组件的温度和压力分别由K型热电偶和压力计测量。两个铜翅片管结合在吸附器内部。翅片管热交换器由190个圆形翅片组成，翅片连接到长度为700mm的环形管上。翅片高度，翅片间距和翅片厚度分别为10,3.7和0.53mm。将多孔活性炭填充在两个连续的翅片之间并用网片密封。环形管的厚度为1.5mm，内径为26mm。乙醇被认为是制冷剂。此外，水被用作传热流体并通过环形管。1和T5在图2中。

　　图2.显示计算域的翅片管活性炭吸附器的2D轴对称几何。

　　吸附冷却系统性能调查

　　吸附冷却系统(ACS)的性能已经通过使用等式以相应的特定冷却功率(SCP)和性能系数(COP)进行评估。估计的SCP和COP循环时间为800s，分别为488W/kg活性炭和性能系数为0.61。这一性能也与之前在其他研究中活性炭-乙醇对性能相关。考虑两种不同粒径和三种不同区域的活性炭乙醇对的比冷容量在424-710W/kg活性炭之间。此外，基于活性炭纤维-乙醇的吸附冷却系统的性能发现SCP为200W/kg，性能系数为0.65。

　　性能系数随着循环时间的增加而增加。然而，SCP在800s的周期时间内达到最大值。随着活性炭吸附时间的增加，冷却效应随着吸附总量的增加而增加。然而，吸附开始时吸附质量的流速急剧增加，然后降低。因此，制冷功率随着循环时间的增加而增加，并在800s的最佳循环时间达到其最大值。然后，为了更高的吸附/解吸时间，冷却功率降低。随着吸附/解吸时间的增加，性能系数增加，其随着所产生的冷却效果的增加高于从活性炭解吸制冷剂所消耗的热量的增加。

　　已经进行了使用活性炭-乙醇作为吸附剂-被吸附物对的翅片管吸附器的流体动力学建模。将模拟的压力和温度分布与本实验室测得的蒸发温度15°C，冷却温度20°C，加热温度80°C和总循环时间800s的实验数据进行比较。在实验和模拟结果之间找到了很好的一致。系统的性能进行了数值研究，吸附/解吸阶段的时间从300到700s不等。预热和吸附阶段以及预冷却和吸附阶段的最佳循环时间相当于400s。在此条件下，冷却功率达到每千克吸附剂488W，性能系数为0.61。

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