3　吸附劑性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)及搭建

3.1　實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)

根據(jù)上述分析，若想準(zhǔn)確地獲知吸附/解吸過程中任何時(shí)間吸附劑的吸附質(zhì)量，可采用的方法是基于電子天平的重量法或基于磁致伸縮液位傳感器的液位法。但是，由于解吸過程溫度通常高于40℃，有時(shí)甚至在100℃以上，而電子天平的工作溫度一般不超過40℃，溫度過高會(huì)損壞電子天平，所以決定利用磁致伸縮液位傳感器來測(cè)量吸附/解吸量。

因此本文設(shè)計(jì)了吸附性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其原理見圖3-1。

圖3-1　實(shí)驗(yàn)臺(tái)原理圖

本研究將利用恒溫油浴鍋來模擬平板型太陽能熱水器產(chǎn)生的熱水并維持吸附床溫度恒定，同時(shí)利用低溫恒溫箱來模擬期望獲得的制冷工況并保持蒸發(fā)器/冷凝器溫度恒定。吸附床和蒸發(fā)器/冷凝器分別浸漬在恒溫油浴鍋和低溫恒溫箱中，兩者之間利用不銹鋼管連接，作為傳質(zhì)通道。吸附床中吸附劑的溫度及蒸發(fā)器/冷凝器中制冷劑（吸附質(zhì)）的溫度可利用PT100熱電阻測(cè)量并利用數(shù)據(jù)采集儀讀取，而系統(tǒng)的壓力則通過壓力傳感器測(cè)量。本文將水作為制冷劑，而水具有相當(dāng)?shù)偷恼舭l(fā)壓力（水的蒸發(fā)壓力參見表3-1），因此將利用1臺(tái)真空泵來給測(cè)試裝置抽真空，使其內(nèi)部壓力達(dá)到要求的真空水平。該裝置需要3個(gè)真空閥，以便獨(dú)立地對(duì)冷凝器/蒸發(fā)器和吸附床抽真空，并將真空泵從系統(tǒng)中斷開。最后根據(jù)磁致伸縮液位傳感器讀取的液位變化值來計(jì)算吸附劑的吸附量。

表3-1　水的熱力學(xué)性質(zhì)

測(cè)試裝置的工作原理如下：

恒溫油浴鍋是用來模擬平板型太陽能集熱器產(chǎn)生的熱水并維持吸附床溫度恒定，低溫恒溫箱用來模擬期望獲得的制冷工況并維持蒸發(fā)器/冷凝器溫度恒定。本文將恒溫油浴鍋的溫度設(shè)定在某一固定值并將低溫恒溫箱的溫度設(shè)定為期望制冷系統(tǒng)獲得的制冷溫度，那么就能獲得此工況下吸附劑的吸附/脫附量。

由于水在5℃下的蒸發(fā)壓力為873 Pa，在10℃下的蒸發(fā)壓力為1228 Pa，那么為了使水在這些溫度下蒸發(fā)，系統(tǒng)中的壓力應(yīng)遠(yuǎn)低于該溫度下的飽和蒸發(fā)壓力。因此，系統(tǒng)應(yīng)該先抽真空至其壓力達(dá)100 Pa左右，并應(yīng)能在幾小時(shí)內(nèi)保持此壓力不變，以確保不存在漏氣問題。

將稱量好的復(fù)合吸附劑放入吸附床并在蒸發(fā)器/冷凝器內(nèi)放一定量的制冷劑（水），記錄此時(shí)液位傳感器的讀數(shù)。然后分別對(duì)吸附床和蒸發(fā)器/冷凝器抽真空。分別將恒溫油浴鍋和低溫恒溫箱的溫度設(shè)為期望溫度，水會(huì)在蒸發(fā)器壓力下蒸發(fā)。當(dāng)熱電阻顯示溫度基本一致且壓力傳感器所測(cè)的壓力表明系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，打開連接吸附床和冷凝器/蒸發(fā)器的閥門，復(fù)合吸附劑開始吸附被蒸發(fā)的制冷劑蒸汽。制冷劑蒸汽被吸附會(huì)使蒸發(fā)器/冷凝器中的壓力降低，促使更多的制冷劑蒸發(fā)，直到復(fù)合吸附劑的制冷劑吸附量達(dá)到飽和，不能吸附任何制冷劑蒸汽為止，吸附過程結(jié)束。因此，通過測(cè)量吸附過程開始和結(jié)束時(shí)的液位差值可以計(jì)算出吸附量。