吸附式制冷原理

T
T
Qh(T ) Tg1 mccvc (T )dT Tg1 mc xconccva (T )dT (Ta2 T Tg1)
Q2(T) Qc
Ta1 T
mc c pc
(T
)dT
Ta1 T
mcxcpa (T )dT
Ta1 T
H
m ads cdx
Ta1 T
c pag
(T )mcdx
吸
附 硅胶—水工质对的解吸温度较低，如超过120℃
式 硅胶将被烧毁，且系统的制冷能力低，与氟石相
制
比，硅胶需要三倍的体积 .
冷
的
工
质
对
氨盐
氯化钙－氨工质对的吸附机理属于化学吸附，其最大的特点是吸附
吸
量大，氯化钙和氨有良好的亲合性，1 mol CaCl2可与8 mol NH3发生 反应生成CaCl2.8NH3，在不同的温度和压力下，CaCl2.8NH3能分别脱去
0 20 40 60 80 100 120 140
(a)活性炭纤维-甲醇
100
吸附制冷p-T-x图
10
(b) 活性炭-甲醇 吸附制冷p-T-x图
0.26 0.02
图2-135
1 0 20 40 60 80 100 120 140
在蒸发过程中: 制冷剂吸收蒸发潜热，由液体蒸发成气体
在冷凝过程中: 制冷剂排放冷凝潜热，由蒸气冷凝成液体
附 （2） 吸附容量大，而且在30-50摄氏度间对温度比较敏感；
式
（3） 再生温度低，活化后吸附量的残余量较少； （4） 吸附热小，循环的经济性高；
制 （5） 与吸附物质间无破坏作用。即吸附剂与吸附质接触后，吸附剂本
冷 身晶格不遭破坏，吸附物也不分解；
的 （6） 吸附速度快，较易达到吸附平衡；
工 （7） 比热容小，热传导性好。可加速吸附脱附过程；
2、吸附与解吸过程
在吸附式制冷系统中吸附和解吸从理论上 来说是 恒压过程
图2-136所示，固体吸附剂受热解吸出制冷 剂，在制冷剂压力达到冷凝压力时即开始解吸冷凝过程，制冷剂被冷凝成液体
Qd A
Qc
C
Qa A
C
E
E
Qe
图2-136: 吸附和解吸过程。 A-吸附器；C-冷凝器；E-蒸发器；Qd-加热显热及脱附热；
Pc
b
Qh
Pe a Qad
Qg
c
Qreg
Qc d
Qreg
Ta2 Tg1
Ta1
Tg2
B
b
Qg
c
Qc Qh
a
d
Qad
Ta2
Tg1
Ta1 Tg2
-1/T
图2-155 连续回热循环系统图
冷却水
PT
冷凝器
节流阀
贮液器
T
风机盘管 T
PT
蒸发器
水泵
Tp
W 加热器
pT
T
T
T
T
T
T
T
T
T
吸附器 A
泵
冷却水
T T T
➢ 吸附式制冷技术的基本工作过程
图1所示，固体吸附剂受热解吸
吸 附
出制冷剂，如图1左侧所示；在制冷 剂压力达到冷凝压力时即开始解吸-冷 凝过程，制冷剂被冷凝成液体；反之
式 当吸附剂受到冷却时，当吸附床压力
制
低于蒸发压力时即能开始吸附蒸汽， 制冷剂液体蒸发，实现吸附-制冷过程。
冷
的 工
由于吸附式制冷是由加热—解吸— 冷凝与冷却—吸附—蒸发制冷
应 近年来为了减少空调等制冷设备的耗电量，利用
用 太阳能进行制冷引起了国内外学者的广泛的兴趣，
并取得了一些初步的成果。
应用系统
吸 附 式 制 冷 的 应 用
1978年，美国沸石动力公司建成第一台以沸石－水 为工质对的间歇式太阳能吸附制冷冰箱。
太阳能吸附式制冷技术
吸 附 式 制 冷 的 应 用
可以利用低品位热源驱动，通过工质对的吸附和解析过程来达到制冷效果 应用：吸附式制冷冰箱、冷藏柜、汽车空调，渔船制冰机
Tg 1
Tg 1
Qh Cvc(T )McdT Cva(T )M adT (2-107)
Ta 2
Ta 2
2）Qg——脱附过程吸收的热量
Tg 2
Tg 2
Tg 2
Qg Cpc(T )M c dT Cpa(T )M a dT Tg1 McH desdx
Tg 1
Tg 1
(2-108)
3）Qc—冷却吸附床带走的显热
exp
k1
x02
expk2
(4-3)
准高斯分布型方程(D-A方程)
x
x0
exp
E
n
(4-3)
这种方程还存在一些缺点：
(1)在压力低时，吸附量不能自动地转化 为Henry定律
(2)特性曲线与温度无关的假说在吸附质 为极性物质时，其误差较大
(3)对表面孔径分布不均匀的情况没有给 出很好的解释
附
4NH3、6NH3、8NH3生成CaCl2.4NH3、CaCl2.2NH3 、CaCl2，同时放出热
式
量，而氨的沸点低,可用于制冰。系统工作压力较高。
制
氯化钙－氨化学反应机理
冷
由于CaCl2 和NH3 在一定的温度、压力条件下发生如下化学反应：
Qc-冷凝热； Qa-冷却显热及吸附热, Qe-制冷量
吸附式制冷能否得到工业应用很大程度上取决于所选用的工质对， 工质对的热力性质对系统性能系数、设备材料、一次性投资等影响很大。 一切固体物质的表面都具有一定的吸附作用，但作为良好的吸附剂应满 足下列条件：
吸 （1） 比表面积大，内部具有网格结构的微孔通道；
三、描述气固相平衡的p-T-x图 图2-135示出了活性炭-甲醇吸附等量线，
其中(a)为活性炭纤维、(b)为活性炭。
四、工质对的热质传递过程
1、蒸发与冷凝过程 在吸附式制冷循环中，制冷剂的蒸发或冷
凝过程是在 恒定的 蒸发温度或冷凝温度下进 行的。
1000 100 10
0.6 0.1
0.05
1000 1
式 吸附热也较低（约1800~2000kJ/kg）,甲醇的低熔点(-
制 98℃),使得系统可用于制冰,活性炭—甲醇工质对的最高解
冷 的
吸温度不能超过150℃，否则甲醇将分解，另外甲醇有毒， 不利于其广泛应用。
工 质
采用活性炭/甲醇作为制冷工质对时，最大的缺点是甲醇与 金属接触时，对其分解有催化作用。甲醇的分解，会导致 系统真空度降低。因此，这类系统在试制和运行初期性能
冷却器 Cooler
T
T
T
T
T
T
吸附器 B 泵
至冷却塔
图2-156 一典型的吸附式空调系统
在连续回热循环中，可采用以下方法计算回热量
T
T
T
Q1 (T ) Qh Tg1 mcc pc (T )dT Tg1 mc xc pa (T )dT Tg1 H m des c dx (Tg1 T Tg2 )
Tg 2
Tg 2
Qc Cvc(T )McdT Cva(T )M a dT
Ta1
Ta1
(2-109)
4）Qad—吸附过程中带走的热量
Ta1
Ta1
Ta1
Ta 2 Te
Qad Cpc(T )McdT Cpa(T )MadT McHadsdx Cpag(T )McxdT
Ta 2
Ta 2
冷
力后基本水平，随压力变化不大，这样，冷凝温度升高对制 冷量和系统COP的影响不大，能使吸附制冷系统在较大的温
的 度范围内冷凝散热而保持高性能，对环境的适应能力强，但
工 该系统蒸发温度大于0℃，不能用于制冰;
质 另外系统是真空系统，对真空密封性要求很高，而蒸发压力 对 低也使得吸附过程较慢。
硅胶—水
的比值，则连续回热循环的回热率A和制冷系数
COP分别为
A Qreg Qhg
COP Qref COPB Qhg Qreg 1 A
我们可以把吸附床冷却过程放出的热量 分为三部分：
1）一部分是吸附床从最高解析温度Tg2降低到 回热温度Treg的过程中被回收 2）一部分在此过程中由于温差传热而损失
Te
对循环的评价可以用COP表示，它在吸附 式循环中的表达式为：
COP Qref Qco Qref Qh Qg Qhg
(2-124)
脱附热和吸附热可由Clausius-Clapeyron
求得
H des
R
A
T Tc
(2-127)
H ads
R
A T Te
（3）连续回热型吸附式制冷循环
LnP
A
Ta 2
0
(2-120)
5）Qref——制冷量
Qref M c Lex
(2-121)
6）Qcond—冷凝过程放出的热量
Tg 2
Qcond M cLex Cpag(T )M cxdT (2-122)
Tg 1
7）Qco——液态制冷剂从Tc降至蒸发温度Te 放出的显热。
Tc
Qco Cvf (T )M cxdT (2-123)
lnP
饱和制冷剂 Xconc
Xdil
Pc
5
Qcond 2 Qg 3
Pe
6
Qeva
Qh
Qc
1 Qad 4
Te
Tc Ta
Tg Ta Tg2 -1/T(1/K)
图2-155 吸附2 式制冷1 循环1 热力图
（2）基本型循环热力计算与分析
如图2-155所示，基本循环涉及7种热量， 分述如下：