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太阳能吸附器中强化热传导性能的实验研究
朱冬生  汪立军  康新宇  谭盈科
(华南理工大学化工研究所,广州510641)
王盛卫(香港理工大学屋宇设备工程学系)
文  摘:针对太阳能吸附式制冷循环过程中,吸附剂热传导性能低的特点,研究采用高分子复合强化吸附剂提高其传热性能。发现少量导热高分子材料在吸附剂颗粒表面形成均匀连续的导热网,可使吸附剂的有效导热系数提高2—4倍,且吸附性能变化不大。
关键词:太阳能,吸附制冷,吸附剂、强化热传导
0 引  言
近年来,法国、丹麦、美国和中国相继开发成功太阳能吸附式制冰机,利用吸附循环直接制取冰块[1—4],其中吸附器的热传导性能是研究焦点。由于吸附器兼有加热和冷却吸附剂(多孔介质)两种功能,除了吸附器本身要求有较高的热交换率外,还要求吸附剂也应有较高的热传导系数[5]。
吸附剂为多孔介质材料,热传导性能低,—·K之间。一些文献报道有关强化热传导的方法多为物理混合法,如采用石墨强化吸附剂的热传导[6]、将铝粉或铁粉混合于吸附剂颗粒中[7],但这些导热系数高的石墨粉、铝粉和铁粉等混合于吸附剂中均为非连续相,为了不明显影响吸附性能。一般加入的比例较小,不能形成热传导高的连续相,因而总的有效导热系数提高不大。
本文根据有关报道,将高分子材料的合成技术[8]应用于吸附剂的强化热传导,试图在吸附剂颗粒表面形成一种网状高导热体,在颗粒自然堆积时,这种网状体便形成一种连续的导热网,以达到有效提高吸附床热传导系数的目的[8—10]。
1 实  验
  导热高分子/沸石复合吸附剂粉末的合成
在装有搅拌装置和温度计的三口烧瓶中,投入定量的沸石粉和定量的盐酸溶液,启动搅拌,使体系成为均匀的悬浮液;然后将以定浓度的盐酸水溶液为溶剂,配置定量定浓度的苯胺液并加入烧瓶;最后把(NH4)2S2O8盐酸溶液经滴液漏斗用5min时间滴加到上述体系中,在室温下进行聚合反应。数小时后,停止反应。抽滤,用蒸馏水洗涤产物至滤液无色。产物经烘箱110℃下干燥24h;研细后,再置真空烘箱110℃下干燥24h。此产物即为聚苯胺/沸石复合吸附剂粉末。
  导热高分子/沸石复合吸附剂粉末导热系数的测定
实验合成的复合吸附剂的导热系数采用稳态平板法进行测定,实验装置如图1所示。
图1 平板法测导热系数的实验装置
测量粉末试样λ值的试样匣,其匣盖匣底均由高热导的紫铜制作,通过变压器调节红外加热灯的电压改变加热温度,用空气冷却,在厚度方向形成温差。匣的四周用低导热的陶瓷环做成并具有一定的强度,支撑上下两块铜板,使匣内的粉末试样保持自然堆积状态。为保证近似一维轴向导热,选择的平板尺寸须满足
d/σ7(d为匣直径,σ匣高),并对匣的四周进一步用高保温材料保温。自然堆积状态的粉末试样厚度即匣高σ为5mm,匣的直径为75mm,符合d/σ7的要求。
通过热流计、热电偶分别测出热流率和温差。导热系数为
λ=σ×q/ΔT
式中,q为热流密度,ΔT为样品两侧温差,λ为所测试样的导热系数。
为了检查该装置的测量误差,用标准试样进行了标定。用比较法测得的最大误差|Δλ/λ|7%,说明用该装置测量的结果是可靠的。另外,用该装置测量导热性能较差的材料在