§4-1吸附式制冷技术解析

两床基本循环连续制冷系统
基本系统
间歇制冷
两床系统
连续制冷
吸附床温度波
动过大
解吸周期<<吸
附周期
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四、固体吸附式制冷系统的研究
吸附剂－制冷剂工质对的性能
系统内的传热、传质 各种循环的热力性质 三个方面的研究有机地结合
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冷凝温度升高对制冷量和系统的影响不大，使系统对
环境的适应能力强
分子筛的吸附量对温度变化不是很敏感，需要较高的
脱附温度
系统蒸发温度大于0℃，不能用于制冰
采用真空系统，对真空密封性要求很高 蒸发压力低也使得吸附过程较慢
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常用的吸附工质对
氯化钙/氯化锶－氨工质对
1970s：全球性能源危机，进入了一个新的
发展阶段（可用低品质热源驱动），COP 可达0.43，采用两床循环回收吸热COP可达 1.2
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二、固体吸附式制冷的发展历程
提供了良好的发展机会
废热热泵、太阳能冰箱、太阳能空调 船舶制冷、汽车空调、宇航低温制冷
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满足热导率要求时保持较高的传质率
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采用块状活性炭为吸附剂
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吸附床结构改进
吸附床中插入金属肋片
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减少吸附床厚度，增大和外界的换热面
>180℃ 渔船柴油机尾气、车辆尾气（抗震性好）
锅炉烟气余热
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六、固体吸附式制冷技术的发展趋势
寻找和开发具有优良性能的吸附式制冷工
质对
先进的热力循环 吸附床的传热、传质能力强化 系统的性能预测及优化设计和控制 太阳能吸附式制冷／常规制冷方式复合空
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1、吸附工质对
对吸附剂的要求
吸附量大 吸附容量对温度变化敏感
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吸附剂与吸附质相容
对吸附质（制冷剂）的要求
单位体积蒸发潜热大
合适的冰点
适当的饱和蒸汽压 无毒、不可燃、无腐蚀性；良好的热稳定性
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吸收热量 Qh
2－3 等压脱附（冷凝）
－吸附床吸收热量 Qg
3－4 等容吸附－制冷剂
放出热量 Qce
4－1 等压吸附（蒸发）
－制冷剂吸收热量 Qref
COP
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Qref Qce Qh Qg
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而形成离子键、共价键等化学键
吸附作用强，吸附量大 吸附有选择性 吸附、解吸速度慢
一般在室温下，物理吸附和化学吸附同时存在
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二、固体吸附式制冷的发展历程
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1920s：硅胶－SO2火车货物冷藏系统，-
12℃。无法与蒸汽压缩式制冷系统竞争
吸附量大、对温度变化敏感、汽化潜热大、解
吸温度不高（100℃左右）、吸附热较低
太阳能吸附制冷中应用最广的工质对 65℃ < 解吸温度 < 150℃
甲醇有毒，不利于广泛应用
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常用的吸附工质对
沸石－水工质对
解吸温度范围较宽（70～250℃）
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1、太阳能固体吸附式制冷技术
系统组成
太阳能集热器／吸附器
平板集热器
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管状吸附器
热管吸附器 抛物聚焦吸附器
冷凝器 蒸发器
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太阳能固体吸附式制冷关键问题
吸附床传热传质计算 变工况性能的理论与实验研究 保证系统运行稳定性 工质对
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第 4 章、固体吸附/吸收式 制冷技术研究进展
§4-1 固体吸附式制冷技术
§4-2 吸收式制冷技术
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§4-1 固体吸附式制冷技术研究进展 一、吸附现象
当气体与固体接触时，
在固体表面或内部发 生容纳气体的现象－ 吸附，气体从固体表 面或内部脱离的过程 －脱附
性炭系统的1/10
Vasiliev：活性炭纤维－氨/氯化钙－氨复合吸附
工质对
单位质量吸附剂对氨的吸附率达到0.85，从而使系统能
量密度提高
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常用的吸附工质对
Aristov：硅胶－氯化钙复合吸附剂
对水的吸附率可高达0.5～0.7
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吸附床结构：翅片管式、板式、板翅式、螺旋
板式
热管换热器对吸附器进行热交换
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热管吸附床
演示
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热管元件做翅片的板式吸附床
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3、先进的制冷循环方式
连续回热式制冷循环
回质制冷循环 双效复叠式制冷循环
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五、固体吸附式制冷应用进展
1、太阳能固体吸附式制冷技术
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太阳辐射能：5.57x1018MJ／年＝190xl04亿吨标准
煤＝能源消费总量的1.56xl04倍
清洁安全，取之不尽，用之不竭
分散性，能量密度较低 不稳定性，受到昼天气、气候因素影响 太阳能固体吸附式制冷系统 演示
氨系统为正压力系统
轻微泄漏不会导致系统失灵
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压力系统有助于传热传质，可以有效缩短周期
氨的蒸发潜热大，蒸发制冷量很大 氨可以适应较高的热源温度
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常用的吸附工质对
氯化钙－甲醇工质对
冰点较低，蒸发潜热较大 吸附量相对较小
具有选择性
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吸附过程
子间引力 (Van Der Waals)
吸附作用比较弱，吸附量比较小 对吸附质气体一般无选择性 吸附和解吸速度快
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物理吸附：吸附剂和吸附质表面的作用力为分
化学吸附：吸附剂和吸附质之间产生电子交换
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(1)、连续回热式制冷循环
吸附时显热
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和吸附热→ 解吸的吸附 床
→加热器热
冷
加热 解吸
量↓， COP ↑30％ （0.4～0.5)
回热循环
冷却 吸附
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吸附介质改善
导热性能差
复合吸附剂
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吸附剂（如沸石、活性炭等）接触热阻大，
将颗粒大小不同的两种吸附剂混合起来以减少吸附
床的松散性
在吸附床中加入导热性较好的金属材料或石墨
固化吸附剂
将吸附剂加工成圆片或圆柱等块状结构
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利用两个工作在不同温度范围内的循环来提高吸附热的利
水的冷凝热和部分吸附热被用作活性炭的解吸
水的冷凝热用于活性炭的解吸
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双效复叠式循环
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甲醇为真空系统，因此系统的密封要求高 甲醇有毒
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常用的吸附工质对
维（ACF）
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王如竹等人提出了一种新型的吸附剂－活性炭纤
制冷量可达活性炭的2～3倍，吸附解吸时间缩短为活
1990s：保护环境与CFCs替代为吸附式制冷
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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三、吸附式制冷原理及循环过程
基本的固体
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吸附式制冷 系统:
吸附床（发
生器）
冷凝器
蒸发器 演示
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基本吸附式制冷循环P-T图
1－2 等容脱附－吸附床
固体－吸附剂
气体－吸附质
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一、吸附现象
程中吸收热量（脱附热）
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吸附过程中放出热量（吸附热），脱附过
p ↑ 、T ↓ ，→吸附量↑， →通过降低压力
或提高温度达到脱附目的
吸附剂对不同的气体有不同的吸附作用，
热
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(2)、回质制冷循环
冷床温度↑，→加热
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量↓
热床温度↓ ，→冷
却量↓
工质循环量↑ 制冷量↑，COP↑
回质＋回热
演示
冷
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热
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(3)、双效复叠式循环
用率
高温循环：沸石分子筛－水 低温循环：活性炭－甲醇 级间回热 分子筛的部分吸附热被用于活性炭的解吸
调系统
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常用的吸附工质对
物理吸附工质对：
活性炭－甲醇/氨 沸石－水
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硅胶－水
化学吸附工质对：
氯化钙－氨
氯化锶－氨
氯化钙－甲醇
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常用的吸附工质对
活性炭－甲醇
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吸附床、冷凝器、蒸发器、节流阀的匹配
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2、余热吸附式制冷
余热
工业废热 尾气余热：
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尾气带走的热量占燃烧总热量的25％～45％（柴油
机）或30％～40％（汽油机）
解吸温度仅为70～80℃，因而它在太阳能吸附
式空调中具有潜在的价值
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2、吸附床的强化传热
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吸附床的传热效率和传质特性直接影响制
冷系统对热源的利用→吸附/解吸速率↑
缩短循环周期
吸附介质改善 吸附床结构改进