基于活性炭的解吸冷卻，每年從全球冰箱中排放30億噸二氧化碳的制冷劑氣體是全球變暖的主要原因。最常用的制冷劑-氫氟碳化合物列在七種最嚴(yán)重導(dǎo)致溫室效應(yīng)的氣體之一，通常被稱為一溫室氣體。氫氟碳化合物和氫氯氟烴的泄漏對(duì)氣候變化有不利影響，不僅因?yàn)樗鼈兪菑?qiáng)大的溫室氣體，而且因?yàn)樾孤┫到y(tǒng)的能源效率較低。因此，全球能源消耗已經(jīng)更多地關(guān)注常規(guī)制冷系統(tǒng)替代品。使用活性炭和二氧化碳的解吸降溫已經(jīng)成為臭氧消耗潛能值為零的可能替代方案之一。吸附技術(shù)通常用于氣體分離過(guò)程，其中氣體在高壓下被吸附在微孔 - 介孔吸附劑的填充柱上。然后使柱減壓，從而吸附的組分從固體中吸熱解吸，從而提供冷卻效果。

　　吸附劑可以重新使用。基于這種簡(jiǎn)單的解吸冷卻過(guò)程，設(shè)計(jì)了一種按需提供冷卻產(chǎn)品的新技術(shù)。這種按需冷卻系統(tǒng)避免了對(duì)冷藏的任何要求。它利用了先前吸附到自冷產(chǎn)品內(nèi)腔中所含活性炭床上的二氧化碳的解吸所提供的冷卻效果。這種技術(shù)有可能應(yīng)用于需要在需要快速冷卻的消費(fèi)或服務(wù)點(diǎn)處冷卻的任何類型的產(chǎn)品。本文介紹了一種自冷式單元的設(shè)計(jì)和評(píng)估，以便對(duì)這種技術(shù)進(jìn)行一種可能的應(yīng)用：一種自冷式飲料罐。該系統(tǒng)由容納飲料的外部鋼罐和稱為熱交換單元的內(nèi)部鋁罐組成，其包含與石墨混合的活性炭以增加導(dǎo)熱性并加載二氧化碳。飲料不與活性炭接觸，位于容器底部的通風(fēng)口允許二氧化碳釋放到大氣中，釋放換熱機(jī)組內(nèi)部的壓力。從活性炭解吸二氧化碳是吸熱的，因此提供了理想的降低飲料溫度約15K的冷卻效果。這里給出CO的具體考慮因素從椰子殼制成的活性炭解吸。在以前的工作中，與煤基活性炭相比，已經(jīng)了解了這種活性炭源的潛在環(huán)境效益。

　　CO 2-活性炭組合

　　一些研究已經(jīng)報(bào)道了使用二氧化碳作為制冷劑和活性炭作為吸附劑的固體吸附冷卻。這種溶質(zhì)-吸附劑組合似乎是最好的。首先，在CO 2既不是有毒的也不易燃，而且很便宜和廣泛可用的。因?yàn)樗�是一些工業(yè)過(guò)程的廢物，任何后續(xù)的使用對(duì)全球環(huán)境的影響都很小。氣體的熱力學(xué)性質(zhì)也特別好，因?yàn)樗�的解吸熱很高，所需的吸附壓力是可以接受的�?/p>

　　活性炭傳熱

　　吸附系統(tǒng)的傳熱和傳質(zhì)不良是妨礙吸附式制冷系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的因素之一，并且是需求急冷系統(tǒng)的一個(gè)潛在負(fù)面因素。為了有效地發(fā)揮作用，自冷系統(tǒng)需要快速冷卻飲料并使其保持冷卻，同時(shí)不會(huì)因過(guò)度冷卻換熱機(jī)組本身和排出的二氧化碳而損失過(guò)多的潛在冷卻。因此，伴隨足量的吸附二氧化碳的解吸充分冷卻以實(shí)現(xiàn)所需的冷卻，在換熱機(jī)組和飲料之間良好的熱傳遞是重要的。

　　實(shí)驗(yàn)裝置

　　使用設(shè)計(jì)為模擬自冷卻罐的換熱機(jī)組(HEU)為200mL容積的圓柱形容器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。該設(shè)備在圖1中示意性地示出; 參見(jiàn)圖1a中的照片。換熱機(jī)組(HEU)的主體由鋁制成，并用黃銅蓋封閉。水浴也是實(shí)驗(yàn)裝置的一部分。

　　圖1、實(shí)驗(yàn)裝置，a.自冷式罐頭模擬器的圖片b.熱電偶在活性炭床內(nèi)和鉆機(jī)外表面上的位置。

　　圖2顯示了水中浸泡實(shí)驗(yàn)中換熱機(jī)組各個(gè)位置測(cè)得的溫度。正如所料，外壁溫度相對(duì)于周圍水中的溫度相對(duì)較快，而床的中心加熱速度最慢。有效熱導(dǎo)率的最佳估計(jì)值為0.50 W m -1 K -1。正如預(yù)期的那樣，這似乎高于傳統(tǒng)的活性炭(0.17-0.28 W m -1 K -1)，但低于膨脹天然石墨(1-32 W m -1 K -1)的范圍2�？紤]到膨脹天然石墨的典型的導(dǎo)熱系數(shù)范圍，該值表明活性炭?jī)?nèi)的石墨量低，因此增加石墨含量可以進(jìn)一步改善床的導(dǎo)熱性，因此在解吸期間系統(tǒng)的冷卻效果。

　　圖2、 當(dāng)設(shè)備從環(huán)境條件轉(zhuǎn)移到40℃的水中時(shí)，床中和設(shè)備外表面上的溫度分布。

　　已經(jīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)工作來(lái)研究自冷飲料罐的熱性能。表明活性炭顆粒的生產(chǎn)是對(duì)冷熱需求系統(tǒng)的整體環(huán)境影響的主要原因，因此環(huán)境因素使得增加交流電的數(shù)量并不理想。據(jù)估計(jì)，所需的22kJ的冷卻負(fù)荷可由熱交換單元(HEU)的當(dāng)前設(shè)計(jì)使用約2300kpa的操作壓力提供，該操作壓力僅略高于最初建議的1500-2000kpa的范圍罐頭。已經(jīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)來(lái)探索什么限制了冷卻的有效性。首先確定換熱機(jī)組中材料的有效熱導(dǎo)率。揭示的主要方面是在床和外表面之間的不同徑向位置之間的顯著溫差，特別是在解吸冷卻過(guò)程中�？赡艿脑�因可能是活性炭的低導(dǎo)熱系數(shù)：0.5 W m-1 K -1的測(cè)定值高于傳統(tǒng)活性炭(0.17-0.28 W m -1 K -1)，但仍低于其他研究報(bào)道的活性炭和石墨混合物(CENG - 1 - 32 W m -1 K -1)。

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