活性炭氮气吸附压缩机的试验

　　吸附冷冻冷却是一个比较研究成熟的技术，可在企业没有经济活动相关部件的情况下从正常的室温冷却到零下一百多度。因此，与其他低温冷却器相比，不会发展产生不同振动和可靠性高的特点。氮通常可以用作管理工作环境流体，用于冷却至负一百七十多度，活性炭是用于此目的的吸附剂。本文通过主要内容介绍了使用过程中颗粒活性炭开发利用氮气吸附式压缩机，和为表征所选活性炭上的氮吸附而进行的吸附测量，并且将压缩机实验结果与平衡生活条件因素分析和数值传热模型分析方法预测数据进行一些比较。

　　在平衡条件下的吸附分析

我们研究了用于驱动低温冷却器的氮活性炭吸附电池的单级原型。 压缩机的一些主要特性取决于所需的低温冷却器性能参数，特别是工作压力和氮气流量。 对实验吸附池进行了设计和构建，部分组件如图1所示。 研究了氮在活性炭上的吸附，并提出了一个改进的Freundlich模型来计算氮吸附量随温度和压力的变化。 该模型是计算吸附压缩机循环参数的基础。 吸附剂是市售的粒状活性炭。 颗粒直径为3mm，是煤基的，由高温蒸汽活化，并且具有1000的高比表面积。

图1: 活性炭吸附池的部分组件: (a)电热器(b)阀门(c)安装在吸附池底部的活性炭。

　　压缩机电池设计

实际上，氮吸附池并不处于平衡状态。所以以上分析只对初步设计有帮助。动态效应主要是由于活性炭中的温度分布，必须进行估计。在目前的研究中，我们选择进行数值传热分析。首先根据平衡条件下的分析对压缩机电池进行设计，然后根据传热分析结果对其进行改进。首先要确定的参数是活性炭的质量。一方面，大量的活性炭提供了更多的脱附氮气，这意味着更高的流量，但另一方面，它需要更多的时间进行传热，从而增加了循环持续时间，降低了流量。图2示出了吸附单元的剖视图。

　　图2：氮气通过活性炭进行吸附池的横截面数据视图。

　　实验结果

为了研究活性炭吸附罐的设计，我们进行了数值传热分析。对于有限元计算，单元模型被简化。铝包层和不锈钢底座采用自由对流边界条件，加热功率连接到电加热器。在这个分析中没有模拟吸附热，尽管实际上它是不可忽视的（估计大约是在这个过程中传递的总热量的3%）。包括吸附热显著地使分析复杂化，并消除了分析，使分析更容易使用，因为它可以提供更快的加热和冷却时间。分析的初始条件假设所有成分都为26℃。在加热阶段，对电加热器施加500W，在空隙热开关处填充0.01MPa的氮气。很明显，在300秒后，部分吸附剂达到了526℃，而大部分仍在126℃左右。