几种制冷技术的比较(共7页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上 题 目: 几种制冷技术的比较 院 别: 年 级: 专 业: 姓 名: 学 号: 1 磁制冷技术磁制冷作为一项绿色制冷技术,与传统压缩制冷相比具有如下竞争优势:1) 无环境污染:工质本身为固体材料,可用水作为传热介质; 2) 高效节能:磁制冷的效率可达到卡诺循环的30 %60 %;3) 易于小型化:磁工质熵密度远大于气体的熵密度,易于小型化。4) 稳定可靠:无需压缩机,运动部件少且转速缓慢,可靠性高,寿命长。1. 1 原理 绝热去磁制冷的原理为:磁制冷材料(磁工质)等温磁化时,由于其磁矩取向趋于有序,使磁熵减小,磁工质向外界放热;当绝热去磁时,由于磁矩又趋于无序,磁熵
2、增加,磁工质温度降低。下面以最简单的卡诺循环为例对绝热去磁制冷过程进行说明(图2) 。 1) 等温磁化过程,热开关TS1 闭合, TS2 断开,磁场施加于磁工质上,使熵减小,通过高温热源与磁工质的热端连接,热量从磁工质传入高温热源。 2) 绝热去磁过程,热开关TS1 断开,TS2 仍断开,逐渐移去磁场,磁工质内自旋系统逐渐无序,在退磁过程中消耗内能,使磁工质温度下降到低温热源温度。 3) 等温去磁过程, TS2 闭合, TS1 仍断开,磁场继续减弱,磁工质从高温热源吸热。 4) 绝热磁化过程,断开TS2 , TS1 仍断开,施加一较小磁场,磁工质温度逐渐上升到高温热源温度。1. 2 发展现状根
3、据制冷温区不同可分为极低温(趋于绝对0 K) 、低温(15 K 以下) 、中温(1577 K) 、高温(77 K以上) 磁制冷机。1) 低温温区( 15 K) 是液氦的重要温区,到上个世纪80 年代末该温区间的磁磁制冷的研究已经相当成熟,不再赘述 。 2) 中温温区(1577 K) 是液氢的重要温区,鉴于液化氢的潜在的巨大经济效益,该温区的研究受到广泛的重视。1983 年Los Alamos 的Back2ley提出了一种旋转式磁制冷氢液化器的专利,将氢气从室温直接冷却到20 K。另外美国宇航公司的Zimm 及其合作者等人也对采用磁制冷液化氢进行了大量的研究。3) 高温温区(77 K 以上, 含
4、室温及以上温区) 。室温磁制冷具有广阔的市场前景,但实现起来困难重重。因为在室温附近,磁制冷材料的晶格熵很大,如果不采取措施取出晶格熵,有效熵变极小,需要几百上千特斯拉的磁场才能实现要求的制冷量。另外室温磁制冷循环过程中有效的热交换也非常关键。从国内外研究现状来看,在制冷量和温度跨度方面,高温区磁制冷机的性能与蒸气压缩式系统还有很大差距。实用化主要的困难在于:1) 磁性材料的磁热效应(MCE) 不够大;2) 磁场强度不够大;3) 蓄冷技术以及换热技术。室温磁制冷由于其高效和环保的特性会成为一项极具潜力的新的制冷方式,但是要真正得以广泛应用,还有待于在材料科学和制冷技术领域上取得新突破。2 吸附
5、制冷技术 吸附式制冷技术非常适用于太阳能和地热能等可再生能源的应用和余热、废热的回收,这也是其与压缩式制冷技术竞争的主要优势之一。2. 1 原理 吸附式制冷的原理如图1 。整个吸附系统是封闭的,吸附器内充满吸附剂。当它被加热时,已被吸附的吸附质获得能量,当分子运动加快到足以克服吸附剂的吸引力时,它们将从吸附剂表面脱出(脱附) ,系统内分压力逐渐升高。当分压力达到环境温度所对应的饱和蒸气压力时,脱附出来的吸附质开始液化,液化放出的热量通过冷凝器2 由冷却介质(空气或水) 带走。当停止对吸附剂加热时,吸附剂开始冷却,因而它的吸附能力又逐步提高,开始吸附蒸发器3 中产生的制冷剂蒸气,并造成系统中的真
6、空状态,使液体制冷剂不断汽化。制冷剂在低温下汽化时,吸收被冷却空间的热量,达到制取冷量的目的。吸附了大量制冷剂蒸气的吸附剂,为下一次加热脱附提供了条件。脱附2吸附循环便是如此周而复始地进行,并间歇地进行着制冷过程。 2. 2 发展现状 对吸附制冷的深入研究开始于上个世纪70 年代,当时全球性的能源危机促使吸附制冷首先在太阳能应用领域获得发展 。进入上世纪90 年代后,吸附式制冷技术的发展非常迅速,其应用研究涉及工业与民用建筑的空调制冷、食品冷藏冷冻和工业生产环节的制冷等诸多领域 。另外,吸附式制冷在船舶制冷 、汽车空调等领域的应用研究也初步展开。 目前吸附制冷技术在各研究方向的应用成果多为实验
7、装置或样机,与实际运用还有很大的距离,主要研究工作包括:1) 对吸附工质的研究目前开发出的工质对主要有沸石2水 、活性碳2甲醇、活性碳2氨 、硅胶2水和碱土金属的氯化物2氨等 。另外,金属氢化物2氢组成的工质对在低温制冷中也得到应用 。2) 制冷循环方式和制冷系统热动力学的研究制冷系统热动力学的研究主要集中在制冷循环方式的改进上,提出了一些先进的回热型吸附制冷循环方式,主要有级联循环、热波循环 ,并从计算机模拟和实验的角度研究了循环的操作工况对系统性能的影响 。3) 吸附床的研究吸附制冷实用化的关键是吸附床传热传质的强化。目前吸附床采用得较多的结构是管壳式和平板式 ,此外还有板翅式 、螺旋板式
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