Новые методы подготовки теплообменников с покрытием в адсорбционных холодильных установках и тепловых насосах

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 8004 (2022) Цитировать эту статью

1697 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Адсорбционные холодильные системы и тепловые насосы по-прежнему занимают относительно меньшую долю рынка по сравнению с традиционными компрессорными системами. Несмотря на большое преимущество использования дешевого тепла (вместо дорогостоящей электрической работы), реализация систем, основанных на принципах адсорбции, остается ограниченной немногими конкретными приложениями. Основным недостатком, который необходимо решить, является их пониженная удельная мощность из-за низкой теплопроводности и низкой стабильности адсорбентов. В современных коммерческих системах адсорбционного охлаждения используются адсорберы на основе ребристых теплообменников с покрытием для оптимизации мощности охлаждения. Хорошо известен тот факт, что уменьшение толщины покрытия приводит к уменьшению импеданса массопереноса и что увеличение отношения поверхности к объему проводящих структур увеличивает мощность без снижения эффективности. Металлические волокна, используемые в этой работе, могут иметь коэффициент удельной поверхности в диапазоне 2500–50 000 м2/м3. Три метода приготовления очень тонких, но стабильных солегидратных покрытий на металлических поверхностях, включая металлические волокна, для производства покрытий. теплообменники с высокой удельной мощностью представлены впервые. Обработка поверхности на основе анодирования алюминия была выбрана для создания более прочной связи между покрытием и подложкой. Микроскопическую структуру полученной поверхности анализировали с помощью сканирующей электронной микроскопии. Для проверки присутствия желаемых частиц в анализе использовали инфракрасную спектроскопию с ослабленным полным отражением и преобразованием Фурье и энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию. Их способность к образованию гидратов была проверена с помощью одновременного термогравиметрического анализа (ТГА)/дифференциальной термогравиметрии (ДТГ). Разница в массах более 0,07 г(вода)/г(композит) была обнаружена в покрытии MgSO4, которое проявляло признаки дегидратации при температуре около 60°C и повторяемость после регидратации. Также положительные результаты были получены с SrCl2 и ZnSO4 с разницей масс около 0,02 г/г при температуре ниже 100 °C. В качестве добавки для повышения стабильности и адгезии покрытий была выбрана гидроксиэтилцеллюлоза. Адсорбционные свойства продукта оценивали с помощью одновременного ТГА-ДТГ, а их адгезию характеризовали с помощью процедуры, основанной на тесте, описанном в ISO2409. Покрытия из CaCl2 продемонстрировали значительно улучшенную консистенцию и адгезию, сохраняя при этом свою адсорбционную способность, демонстрируя разницу масс около 0,1 г/г при температурах ниже 100 °C. Также MgSO4 сохраняет способность образовывать гидраты, демонстрируя разницу масс более 0,04 г/г при температуре ниже 100 °C. Наконец, были исследованы металлические волокна с покрытием. Результаты показывают, что эффективная теплопроводность волокнистой структуры, покрытой Al2(SO4)3, может быть до 4,7 раз выше по сравнению с блоком из чистого Al2(SO4)3. Покрытие преследуемых покрытий исследовали визуально, а внутреннюю структуру оценивали путем микроскопического изображения поперечных сечений. Были созданы покрытия толщиной около 50 мкм из Al2(SO4)3, но в целом процесс требует оптимизации для достижения более равномерного распределения.

Адсорбционные системы привлекли большое внимание в последние десятилетия, поскольку они представляют собой экологически чистую альтернативу традиционным компрессионным тепловым насосам или холодильным системам. С ростом стандартов комфорта и средней глобальной температуры адсорбционные системы могут снизить зависимость от ископаемого топлива в ближайшем будущем. Кроме того, любое улучшение в области адсорбционного охлаждения или тепловых насосов может быть перенесено в область хранения тепловой энергии, что представляет собой дополнительный прирост в способности эффективно использовать первичную энергию. Основным преимуществом адсорбционных тепловых насосов и холодильных систем является то, что они могут обрабатываться теплом низкого качества. Это делает их подходящими для источников низкой температуры, таких как солнечная энергия или отходящее тепло. Что касается приложений по хранению энергии, то адсорбция обладает преимуществами, заключающимися в более высокой плотности энергии и более низком рассеянии энергии при длительном применении по сравнению с накоплением явного или скрытого тепла.