冷库冷凝热相变热回收系统运行特性研究与应用

摘要

冷库排放的大量冷凝热会引起环境增温和能源浪费。因此，冷库冷凝热回收具有十分重要的意义。但是，目前的研究主要集中在经济分析和系统设计方面，而应用相变材料回收冷库冷凝热是具有很好的应用前景，但是这方面的研究还比较缺乏。因此，本文主要工作是遴选制备适合冷库冷凝热回收的相变材料和设计一种具备蓄热、换热功能的相变蓄热器，并且基于这种相变蓄热器，设计一种冷库冷凝热相变回收系统；通过实验对几个主要方面进行研究分析，来论证其在冷库冷凝热相变回收系统的适用性。
　　（1）遴选出与冷库冷凝温度相匹配，相变温度在80℃左右的棕榈蜡作为研究对象，为了克服其导热系数偏低的缺点，利用膨胀石墨多孔吸附及高导热特性，对棕榈蜡进行改性研究，并通过实验分析，得出棕榈蜡/膨胀石墨复合相变蓄热材料的最佳质量配比为10：1。之后，借助于扫描电子显微镜/差示扫描量热仪、傅里叶变换红外光谱仪、温度数据采集仪及热常数分析仪等，并且通过熔化/凝固实验及加速热循环实验等来分析相变复合材料的热物性。
　　（2）先对装有复合相变材料CW/EG的圆柱形单元体进行蓄放热实验研究，发现相变材料蓄放热存在显热、潜热、显热三个阶段，最后一阶段持续时间最长，由于添加了高导热介质膨胀石墨，提高了相变单元体的整体蓄放热速率，放热时间长于蓄热时间。另外，在上述实验研究基础上，本文设计了一种具有蓄热、换热功能的相变蓄热器。
　　（3）设计了一种冷库冷凝热相变回收系统。通过阀门的启闭，让相变蓄热器有需要的接入制冷系统，作为冷库余热利用设备使用，对制冷系统本身不需要做太大改造。又分别对该热回收系统下三种运行模式进行实验研究，发现系统在单一制冷和制冷+蓄热模式下运行状态平稳，且后者达到平衡状态所需的时间要长于前者；放热模式下可以制取26℃左右的热水，且因不同的进水流量，使得冷水温升速度和得热量也不同。由于换热盘管主要集中在相变蓄热器的中部位置，导致蓄热时相变材料温度分布不均匀，热回收效果不是很理想。如果在实际生产中能够基于制冷系统实际运行负荷、热需求侧负荷等实际运行参数，来合理设计相变蓄热器，有助于相变蓄热器中相变材料温度的均匀分布，提高系统热回收效率。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题可行性分析

1.4 本文主要研究工作

第二章 冷库冷凝热回收系统相变材料研究

2.1 相变蓄热材料的遴选

2.2 复合相变蓄热材料

2.3 相变蓄热材料的热物理性能测试

2.4 本章小结

第三章 相变单元体研究及相变蓄热器设计

3.1 圆柱形单元体蓄放热实验

3.2 相变蓄热器设计

3.3 本章小结

第四章 冷库冷凝热相变回收系统实验研究

4.1 冷库冷凝热相变回收系统原理图

4.2 冷库冷凝热相变回收实验台

4.3 实验运行模式

4.4 实验结果和分析

4.5 本章小结

结论与展望

1 结论

2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果