[发明专利]一种用于吸附制冷系统的双螺旋翅片管式吸附床及应用

说明书

本发明公开了一种用于吸附制冷系统的双螺旋翅片管式吸附床及应用，包括传热管、进气管、第一端盖、电极引线、外层金属套管、内层密封管、连接螺栓、密封垫片、排气管、第二端盖、气流通道、吸附材料和金属孔板电极，所提出的基于电渗效应再生的双螺旋结构翅片管式吸附床相比传统的翅片管式吸附床，具有更高的吸附剂再生速率与更短的解吸周期，与PEMFC余热利用相结合，可补偿余热温度过低的缺陷，具有推广应用的价值。

技术领域

本发明涉及吸附制冷技术领域，尤其涉及一种用于吸附制冷系统的双螺旋翅片管式吸附床及应用,其能够同时实现电渗效应与热效应对吸附剂的再生并分离再生过程中产生的气体。

背景技术

能源清洁化、低碳化，尽早完成碳达峰并最终实现碳中和，是我国能源消费结构的发展方向。氢能的储量丰富、热值高、能量密度大、来源多样，是我国能源技术革命的重点任务之一。质子交换膜氢燃料电池(PEMFC)因其能源转换效率高、排放无污染、燃料来源广、操作温度低和启停迅速等特点成为一种极具商业化推广潜力的氢能利用技术。而PEMFC运行时会产生相当于氢总能量含量的45-60％的余热，一方面，余热释放降低了PEMFC的能量利用效率，另一方面，余热释放引发的温升导致质子交换膜脱水而产生不可逆损害，有必要对燃料电池进行余热回收。

有研究显示，将燃料电池余热用于热电联产(CHP)系统可使系统效率增加到85％，高于仅利用燃料电池供电时的情况。燃料电池余热可用于驱动冷电联供系统(CCP)或冷热电三联供系统(CCHP)。结合PEMFC的冷热电联供可提供绿色清洁的供热制冷方式，实现能量的梯级利用，是燃料电池余热回收的理想方式之一。

吸附式制冷技术作为一种典型的余热利用制冷技术，可依靠低品位热源进行驱动，在工业余热、工业废热、燃料电池余热、太阳能等低品位能源的利用方面具有显著优势，具有无噪音、环境危害相对较小和使用寿命长等优点，也存在吸附与解吸周期长等缺点。然而吸附式制冷循环COP与用于再生固体多孔吸附剂的热源温度相关，热源温度愈高，循环能效越高。在PEMFC联供系统中，由于再生温度偏低，难以获得理想的余热利用效果。

电渗是多孔材料孔道中流体受壁面电双层内离子化液体微团拖曳，在外加电场作用下发生流动的现象。近年来开始被利用于固体吸湿剂的再生，虽然电渗脱水/除湿过程受吸附剂中的饱和度影响，且易产生焦耳热，限制了在空气除湿等领域的应用，但很适用于有低成本或免费电力来源的场合。因而将电渗再生应用于结合PEMFC余热利用的吸附制冷系统中具备理论可行性，与PEMFC系统形成一定互补优势：

1.电渗效应在吸附剂再生初期高饱和度下可快速形成电渗流，提升吸附剂再生速率缩短解吸周期；

2.电渗过程中所产生焦耳热能一定程度补偿PEMFC余热温度低的缺陷；

3.PEMFC系统可直接为电渗过程提供所需的直流电，无需额外电力供应而降低一定技术成本；

4.电渗效应对固体吸附剂内传质的增益可一定程度改善固体吸附剂内传热效果。

因此，开发合适的技术，有效结合电渗效应与吸附制冷技术，满足PEMFC余热利用需求，具有重要的现实意义。本发明即着眼于设计一种新的翅片管式吸附床，使其能够满足电渗效应应用的需求。