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摘 要

本文在3 L的反应釜中，通过水热法放大合成金属骨架材料MIL-101；采用可拆板式换热器为吸附器，通过加入有机硅树脂粘结剂在波纹金属板单侧涂覆形成MIL-101吸附剂涂层，设计并搭建了以MIL-101涂层-异丁烷为工质对的吸附制冷系统，分别考察吸附时间，解吸时间和冷凝温度对MIL-101-异丁烷工质对吸附制冷性能的影响。结果表明：合适的吸附时间和解吸时间分别为10 min和15 min，蒸发温度的提高和冷凝温度的降低有利于提高系统制冷性能； MIL-101涂层-异丁烷工质对在热水温度95 ℃，冷凝温度30 ℃，吸附时间10 min，解吸时间15 min，蒸发温度5 ℃和15 ℃下，循环制冷量分别为13.7 kJ/kg和21.3 kJ/kg；其他工艺参数不变，热水温度95 ℃，冷凝温度15 ℃时，循环制冷量和SCP分别为52.8 kJ/kg和 34.7 W/kg，比冷凝温度30 ℃时分别提高了4倍和1.5 倍。

关键词： MIL-101涂层 异丁烷 可拆板式换热器 吸附制冷

Adsorption Refrigeration Performance of MIL-101 coating-isobutane Working Pair

Abstract

In this paper, the metal organic framework material MIL-101 was hydrothermally synthesized in a 3 L quick-opening type rotary stirring kettle. The detachable plate heat exchanger was used as an adsorber, MIL-101 adsorbent was coated on the corrugated metal plate with the addition of the silicone resin binder to form MIL-101 coating, adsorption refrigeration system based on MIL-101 coating-isobutane was designed and built. Effects of adsorption time, desorption time and condenser temperature on the adsorption refrigeration performance of MIL-101 coating-isobutane working pair were investigated. The results show that the suitable adsorption time and desorption time is 10 min and 15 min, respectively. The increase of evaporation temperature and the decrease of condensation temperature are beneficial to improve the refrigeration performance of MIL-101 coating-isobutane working pair. Under the conditions of hot water temperature 95 ℃, condenser temperature 30 ℃, adsorption time 10 min, desorption time 15 min, evaporator temperature 5 ℃ and 15 ℃, cooling capacity of MIL-101 coating-isobutane is 13.7 kJ/kg and 21.3 kJ/kg, respectively. Under the same conditions(hot water temperature 95 ℃), compared to condenser temperature 30 ℃, when condenser temperature 15 ℃, cooling capacity and the SCP of MIL-101 coating-isobutane are 52.8 kJ/kg and 34.7 W/kg, increasing four times and 1.5 times, respectively.

Key Words: MIL-101 Coating; Isobutane; Detachable Plate Heat Exchanger; Adsorption Refrigeration

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 概 述 1

1.1 课题研究背景 1

1.2吸附制冷基本原理 1

1.3 吸附制冷工质对研究现状 2

1.3.1传统吸附制冷工质对 3

1.3.2新型吸附制冷工质对 4

1.4 国内外吸附剂涂层制备研究进展 5

1.5 本文主要研究内容 6

第二章 实 验 7

2.1 主要原料及试剂 7

2.2 主要仪器及设备 7

2.3 MIL-101合成及纯化 7

2.3.1 MIL-101合成 7

2.3.2 MIL-101纯化 8

2.4 MIL-101吸附剂涂层制备 8

2.4.1 金属载体预处理 8

2.4.2 涂层悬浮液配制及固化 8

2.4.3 涂层配比 9

2.5 板式涂层换热器吸附制冷系统制冷性能测定 10

第三章 结果与讨论 12

3.1 吸附床和蒸发器温度变化曲线 12

3.2 吸附制冷工艺参数考察 12

3.2.1吸附时间 12

3.2.2解吸时间 14

3.2.3冷凝温度 16

第四章 结论与展望 19

4.1 结论 19

4.2 展望 19

参考文献 20

致 谢 22

第一章 概 述

1.1 课题研究背景

随着全球能源资源的日益匮乏，环境污染等问题日益加剧，对新型节能环保技术的需求日益增加。吸附式制冷作为一种低品位热能驱动的绿色制冷技术，具有绿色环保、结构简单、运行费用低、无噪音和应用范围广等诸多优点^[1]。固体吸附式制冷可采用余热驱动，不仅可以缓解电力资源的短缺，而且能有效利用大量的低品位热能（余热、太阳能等）。另外，吸附式制冷不采用氯氟烃类制冷剂，无CFCs和HCFCs问题，也无温室效应作用，是一种环境友好型制冷方式^[2]。

全世界研究团队对吸附制冷进行了深入研究^{[3, 4]}，传统吸附剂硅胶、活性炭和分子筛在吸附制冷理论研究及样机制造越发成熟^[5-7]，在新型吸附剂（金属磷酸盐、金属有机骨架材料和复合材料等）^[8-12]研制和吸附制冷过程强化传热^[13，14]等方面成果丰富。

1.2吸附制冷基本原理

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