3　吸附剂性能测试实验台的设计及搭建

3.1　实验台的设计

根据上述分析，若想准确地获知吸附/解吸过程中任何时间吸附剂的吸附质量，可采用的方法是基于电子天平的重量法或基于磁致伸缩液位传感器的液位法。但是，由于解吸过程温度通常高于40℃，有时甚至在100℃以上，而电子天平的工作温度一般不超过40℃，温度过高会损坏电子天平，所以决定利用磁致伸缩液位传感器来测量吸附/解吸量。

因此本文设计了吸附性能测试实验台，其原理见图3-1。

图3-1　实验台原理图

本研究将利用恒温油浴锅来模拟平板型太阳能热水器产生的热水并维持吸附床温度恒定，同时利用低温恒温箱来模拟期望获得的制冷工况并保持蒸发器/冷凝器温度恒定。吸附床和蒸发器/冷凝器分别浸渍在恒温油浴锅和低温恒温箱中，两者之间利用不锈钢管连接，作为传质通道。吸附床中吸附剂的温度及蒸发器/冷凝器中制冷剂（吸附质）的温度可利用PT100热电阻测量并利用数据采集仪读取，而系统的压力则通过压力传感器测量。本文将水作为制冷剂，而水具有相当低的蒸发压力（水的蒸发压力参见表3-1），因此将利用1台真空泵来给测试装置抽真空，使其内部压力达到要求的真空水平。该装置需要3个真空阀，以便独立地对冷凝器/蒸发器和吸附床抽真空，并将真空泵从系统中断开。最后根据磁致伸缩液位传感器读取的液位变化值来计算吸附剂的吸附量。

表3-1　水的热力学性质

测试装置的工作原理如下：

恒温油浴锅是用来模拟平板型太阳能集热器产生的热水并维持吸附床温度恒定，低温恒温箱用来模拟期望获得的制冷工况并维持蒸发器/冷凝器温度恒定。本文将恒温油浴锅的温度设定在某一固定值并将低温恒温箱的温度设定为期望制冷系统获得的制冷温度，那么就能获得此工况下吸附剂的吸附/脱附量。

由于水在5℃下的蒸发压力为873 Pa，在10℃下的蒸发压力为1228 Pa，那么为了使水在这些温度下蒸发，系统中的压力应远低于该温度下的饱和蒸发压力。因此，系统应该先抽真空至其压力达100 Pa左右，并应能在几小时内保持此压力不变，以确保不存在漏气问题。

将称量好的复合吸附剂放入吸附床并在蒸发器/冷凝器内放一定量的制冷剂（水），记录此时液位传感器的读数。然后分别对吸附床和蒸发器/冷凝器抽真空。分别将恒温油浴锅和低温恒温箱的温度设为期望温度，水会在蒸发器压力下蒸发。当热电阻显示温度基本一致且压力传感器所测的压力表明系统达到平衡时，打开连接吸附床和冷凝器/蒸发器的阀门，复合吸附剂开始吸附被蒸发的制冷剂蒸汽。制冷剂蒸汽被吸附会使蒸发器/冷凝器中的压力降低，促使更多的制冷剂蒸发，直到复合吸附剂的制冷剂吸附量达到饱和，不能吸附任何制冷剂蒸汽为止，吸附过程结束。因此，通过测量吸附过程开始和结束时的液位差值可以计算出吸附量。