《吸濕劑固液汽三相儲能/製冷/制熱的循環機理研究》是依託上海交通大學，由陸紫生擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：吸濕劑固液汽三相儲能/製冷/制熱的循環機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陸紫生
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
空調耗電量不斷攀升，在空調季節常會發生用電短缺問題，利用工業餘熱或太陽能進行儲能/製冷/制熱，是緩解該問題的有效方法。然而，傳統儲能密度相對較低、熱驅動製冷系統綜合效率較低，制約了該技術推廣套用。本項目以吸濕劑氯化鋰/膨脹石墨-水為研究對象，研究三相（水合物結晶固體、吸濕鹽溶液、製冷劑蒸汽共存，吸附/吸收共存）儲能/製冷/制熱技術。三相儲能系統可利用較大的吸濕鹽溶液濃度差勢能與結晶熱化學勢能進行儲能和製冷/制熱，其儲能密度可提高到2350kJ/kg。三相循環的吸濕量顯著提高,從而可提高系統製冷制熱性能。本項目旨在揭示三相儲能/製冷/制熱系統的基本機理。研究內容包括：複合吸濕鹽吸濕和再生特性，以及其儲能/製冷/制熱的循環機理；吸濕劑物理參數、傳熱傳質因素與系統性能係數的關係等。本項目為有效提高熱驅動製冷系統儲能效率、系統性能係數，以及以後研製高效低品位熱能的綜合熱利用系統提供理論基礎。
結題摘要
太陽能和工業餘熱非常豐富，但其有一個共同缺點就是它們的間隙性和不穩定性問題，這導致了供熱方和用熱方的不匹配，而儲能技術則是解決這一問題的關鍵。傳統儲能技術為顯熱儲能、潛熱儲能以及熱化學儲能。顯熱儲能的儲能密度較小，潛熱儲能往往有相分離現象、導熱率低、過冷度大等問題。在此背景下，本項目提出基於物理和熱化學反應的三相儲能技術。該技術可以有效地提高儲能密度，同時，此技術的儲能周期長，且熱損失小。本項目首先配置和分析了三相吸附劑，測試了此複合吸附劑的孔洞分布情況以及比表面積，研究了吸附平衡特性和非平衡特性，得出了複合吸附劑的導熱係數與密度的關係。接著，本項目還研究了吸濕劑與製冷劑接觸時的各種相互作用的關係，揭示了三相儲能機理，即三相儲能包括三個過程，即稀溶液和濃溶液之間的吸收/解吸過程；濃溶液和結晶水合物之間的潮解/結晶過程；結晶水合物熱化學反應的吸水/脫水過程，通過這三個過程的儲能，儲能密度可以有效提高。最後，本項目分析和搭建了三相儲能/製冷/制熱循環系統，分析了三相充能和釋能的運行特性和性能最佳化。本項目的研究結果顯示，複合吸附劑在三相其導熱係數隨密度增加而上升，其範圍為2-2.83W/(m.K)。三相儲能密度隨溫度有兩個明顯的躍升，這和吸濕鹽的結晶/潮解過程以及熱化學反應吸水/脫水過程剛好吻合。當解吸溫度、吸附床溫度以及蒸發溫度分別為85 oC、40 oC和15 oC時，其儲熱密度為1.2kW.h/kgsalt，儲能效率為93%，三相儲熱和顯熱占總儲能的比例分別為57%和43%。三相儲熱密度比單純吸收儲熱密度提高160%。在三相單級熱源品位提升循環中，熱源溫度可以從55oC提升到105oC。在本項目的資助下，研究人員發表SCI期刊論文13篇，多篇論文在頂級期刊上發表，其中包括《Progress in Energy and Combustion Science》、《Energy》、《International Journal of Heat and Mass Transfer》等期刊。發表會議論文4篇，申請國家發明專利5項。項目組成員參加了10餘人次的國內外會議，並在會議上宣讀研究論文。共培養博士生4名，均已畢業，其中有3名為碩博連讀。綜上所述，本項目通過理論和實驗，研究了高效吸附劑、三相儲能/製冷/制熱循環、三相儲能機理，為高效利用低品位的太陽能和工業廢熱做了有益探索。
