采用SrCI2-NH4CI-NH3工质对的二级吸附式冷冻循环性能

　　引言

　　吸附式制冷利用低品位的热源如发动机的高温废气、电厂的废热、太阳能低温热源等作为驱动热源，采用不含CFCs，且ODP、GWP均为零的环境友好工质对作为制冷剂，所以具有节能、环保等优良特性。该优良特性符合当前社会对人与自然和谐发展的要求。根据吸附过程中结合力的不同，吸附式制冷可分为物理吸附与化学吸附。物理吸附制冷运行可靠，但循环吸附量较低，制冷温度不够低(通常不低于-10℃^[1])，不适用于低温冷冻场合，化学吸附式制冷可取得更佳的效果。而在低温热源驱动的冷冻工况研究方面，简单的化学吸附式制冷循环往往存在两方面的不足，即解吸阶段平衡解吸温度较高与吸附阶段平衡吸附温度较低。在既定的热源温度与冷媒温度限制条件下，吸附/解吸反应可能出现不能进行或络合反应速率很慢的情况。Zhong等^[2]对氯化锶-氨工质对进行了测试，氯化锶也可以在高于85℃条件下达到较好的解吸效果，但是其特点是在冷冻工况下对冷凝与冷却温度的要求很高。在冷凝与冷却温度为30℃、热源温度为90℃、制冷温度低于-10℃时，其循环吸附量也仅为0.08kg·kg^-1。Touzain^[3]通过对氯化铵-氨工质对的平衡线的测试发现，当蒸发温度为-10℃时，冷却水的温度要低于10℃才可以吸附。Li等^[4]采用氯化锰/膨胀石墨复合吸附剂研究得出冷却温度为25℃，蒸发温度为-30℃时，系统COP达0.34，但是驱动热源温度为180℃。因此采用单级的制冷方式目前没有任何一种工质对可以应用于环境温度高于30℃、热源温度低于90℃、制冷温度低于-15℃的工况。

　　对化学吸附而言，其相平衡方程是单变量的变化过程^[5]，也就是说如果反应平衡温度确定了，反应平衡压力也就确定了。按反应平衡温度大小来分，可将吸附剂分为低温盐(LTS，low-tempera-ture　salt)、中温盐 (MTS，middle-temperaturesalt)及高温盐(HTS，high temperature salt)^[6]。不同的盐与氨反应时，其Claperon反应平衡曲线均不同。再吸附过程是在两个吸附床中分别配制不同的吸附剂，利用一个吸附床的吸附作用与另外一个吸附床的解吸作用相耦合，这种方式在同时产生制冷与制热效应^[7]的同时可以有效地降低系统所需要的解吸温度。将化学吸附式制冷过程与再吸附过程相结合，所构建的二级吸附式制冷循环利用再吸附解吸过程驱动温度不高的特点来形成两级解吸过程，可以有效地降低驱动温度，实现低品位能源的利用，同时可以满足制冰工况应用，产生较低温度的冷量输出。胡远扬等^[8]提出了采用CaCl2-BaCl2-NH3为工质对的两级冷冻循环，在85℃热源驱动下，冷却温度为25℃时，实现-20℃的冷量输出的同时二 级系统的COP为0.24，SCP为106.6W·kg^-1。为了进一步提高二级吸附冷冻循环的COP与SCP，本文对不同工质对进行了分析，并对SrCl2-NH4Cl-NH3工质对的两级冷冻循环的性能进行了测试与研究。