[发明专利]一种低温热源驱动MOFs涂层吸附器及吸附制冷系统

说明书

本发明涉及一种低温热源驱动的MOFs涂层吸附器及吸附制冷系统。MOFs涂层吸附器由以下方法制备：以金属有机骨架材料MOFs为吸附剂，加入占吸附剂质量5％～25％的粘结剂，再加入溶剂，采用超声充分混合后，将涂层悬浮液涂覆至吸附器换热表面，经过程序升温使涂层固化，得到MOFs涂层吸附器。吸附制冷系统是以MOFs涂层涂覆换热器为吸附器，以热水为驱动热源实现系统制冷，本发明方法具有吸附剂及系统性能稳定、绿色环保、操作简便、能量消耗低等诸多优点，具有广阔的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及一种低温热源驱动MOFs涂层吸附器及吸附制冷系统，属于化学工程技术和热能驱动的制冷、空调交叉技术领域。

背景技术

吸附制冷是一种以低温热源(太阳能、工业废热、地热等)驱动的绿色制冷技术。传统的吸附剂粉末或颗粒填充换热器的方式使得吸附器的传质传热性能较差，系统制冷性能不佳。采用涂层法将吸附剂涂覆于换热器表面，并结合高效的换热器结构，可以大大降低吸附剂与换热器表面之间的热阻，从而改善吸附器的传质传热性能。

Van Heyden H(Applied Thermal Engineering.2009,29(8-9):1514-22.)等人研究了磷铝酸盐和聚乙烯醇制备的吸附剂层的吸附动力学，同时指出传统的固体颗粒填充吸附器的方法会对吸附床传热造成不良影响。因为吸附剂颗粒与吸附器换热壁面之间是点接触，且吸附剂颗粒之间也有空隙，造成壁面接触热阻和颗粒间接触热阻较大，从而降低系统的传热传质性能。

Li A(International Journal of Heat and Mass Transfer.2016,92:149-57.)等人选用羟乙基纤维素为粘结剂，将硅胶粉末粘附到管翅换热器的翅片上。作者考察了硅胶涂层与水组成的工质对的吸附制冷性能，并与传统的颗粒吸附剂固定床吸附器进行对比。实验结果发现涂层吸附剂的传热速率比颗粒吸附剂快3.4～4.6倍，因此吸水速率也提高了1.5～2倍。

对UiO-66、MOF-801和MIL-101在吸附制冷领域的吸附性能研究有很多，但将其制成涂层涂覆到换热器上应用于正压吸附制冷系统进行吸附制冷性能考察的研究，至今未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有吸附器传质传热效果不好的缺点，而提供了一种低温热源驱动MOFs涂层吸附器，易于将吸附剂固化在吸附器上以达到加强吸附器传质传热效果的方法；本发明的另一目的是提供了一种吸附制冷系统，将上述的MOFs涂层吸附器应用于吸附制冷系统中考察其吸附制冷性能。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种低温热源驱动的MOFs涂层吸附器，其特征在于由以下方法制备：以金属有机骨架材料MOFs为吸附剂，加入占吸附剂质量5％～25％的粘结剂，再加入溶剂，采用超声充分混合后，将涂层悬浮液涂覆至吸附器换热表面，经过程序升温使涂层固化，得到MOFs涂层吸附器。

优选上述涂层固化的温度120-300℃；升温速率为2-10℃/min。

优选上述的金属有机骨架材料MOFs为UiO-66、MOF-801或MIL-101中任意一种或二种。

优选上述的粘结剂为聚乙烯醇、有机硅烷、硅溶胶或硅树脂中任意一种。

优选上述的溶剂为水或乙醇中任意一种；其中溶剂与吸附剂液固质量比为2.8-3.8：1。

上述吸附器的结构为套管式换热器、板式换热器、管翅式换热器或微通道换热器中任意一种。

优选吸附器的材质为铝合金、不锈钢或铜中任意一种。