§4-1吸附式制冷技术详解
知识物件上传—吸附式制冷技术发展
吸附式製冷技術發展熱驅動製冷系統不僅可以利用工業餘熱或回收廢熱驅動，亦可以利用太陽能熱水驅動，在提供工業冷卻與商業空調的需求的同時，有助於提高整體能源的使用效率與善用再生能源，是發展再生能源空調系統最重要的技術發展項目之一，因此熱能驅動製冷技術在國內外，再度受到各國重視與廣泛的討論，如何以政策配合民間推動與落實冷熱電三生系統的應用，以提高整體能源的使用效率，對節能減碳作出貢獻。
固體吸附式製冷系統的驅動熱源溫度較吸收式製冷系統低，被冀望是發展太陽能空調系統的較佳方案，緣此，本文特別以吸附式製冷系統為題，比較說明兩種熱驅動製冷系統的運轉原理與特性，介紹國內外吸附式製冷系統的發展與應用現況，探討現階段推動商業化普及應用的障礙，以及未來可能的技術發展重點。
一、國內技術發展現況溴化鋰-水吸收式製冷系統論及熱驅動製冷系統在空調的應用，首推技術發展與商品成熟度最高的吸收式製冷系統(習稱吸收式冰水機、吸收式冷凍機)，圖1所示為單效應溴化鋰-水吸收式製冷系統的結構與循環示意圖。
吸收式製冷系統的工作流體以水為冷媒、以溴化鋰水溶液為吸收劑，溴化鋰水溶液對水氣具有高度的親合性(吸收力)，因此利用這種特性發展出吸收式製冷系統。
吸收式製冷系統的運轉原理為，當冷媒在蒸發器的低壓下(真空)吸收冰水的熱量蒸發時，使冰水降溫產生製冷效果；蒸發的氣態冷媒被吸收器的溴化鋰溶液所吸收以維持蒸發器的低壓狀態；吸收氣態冷媒的溴化鋰溶液濃度降低，吸收能力也隨著降低，為維持溴化鋰溶液強烈的吸收力，利用溶液泵浦將溴化鋰溶液送到發生器加熱，使溴化鋰溶液的濃度提高以恢復其高度的吸收力；在發生器加熱溴化鋰溶液產生的氣態冷媒被送到冷凝器液化後再送至蒸發器製冷，在發生器提高濃度後的溴化鋰溶液吸收能力提高，被送到吸收器吸收蒸發的氣態冷媒，如此構成連續式的單效應吸收式製冷循環。
圖1 單效應溴化鋰-水吸收式製冷循環密閉式固體吸附製冷系統圖2所示為密閉式固體吸附式製冷系統的結構與循環示意圖。
第五节-吸附式制冷
制冷循环的种类
吸附式制冷
• 1、吸附制冷定义：
某些固体物质在一定的温度及压力下，
能吸附某种气体或水蒸汽，在另一温度及
压力下，又能将它释放出来。这种吸附与
解吸的过程引起的压力变化，相当于制冷
压缩机的作用。固体吸附制冷就是根据这
一原理来实现的。
吸附式制冷
➢ 吸附：物质内部的分子和周围分子有互
破坏臭氧层的物质，值得开发。
（2）吸附式制冷可采用余热驱动，不仅对电力的紧张供应
可起到减缓作用，而且能有效利用大量低品位热能，如
太阳能，清洁没有污染。
（3）太阳能吸附式制冷具有结构简单，无运动部件，噪声
低，寿命长等特点。
吸附式制冷
3、吸附式制冷的缺点
（1）固体吸附剂为多微孔介质，比表面积大，导热性能很低
吸附式制冷
，因而吸附/解吸时间长。（可以开发新型吸附剂，从吸收
式制冷系统采用液体工质中是否可以有所启发？）
（2）单位质量吸附剂的制冷功率较小，使得制冷机尺寸较
大，吸附式制冷系统的功率远不如吸收式制冷系统，原因何
在？（强化传热，提高附剂的传热性能和单位吸附剂的制
冷功率，减小制冷机的尺寸 ）
吸附式制冷
吸附制冷技术的应用
吸收热量达到一定的温度或温度范围来
克服作用力。
吸附式制冷
吸附式制冷
太阳能吸附制冷原理图
一个基本的吸附式制冷系统由吸附床
(集热器) 、冷凝器、蒸发器和阀门等构成。
工作过程由热解吸和冷却吸附组成。
基本循环过程是利用太阳能或者其他热源,
使吸附剂和吸附质形成的混合物(或络合物)
在吸附器中发生解吸, 放出高温高压的制冷
剂气体进入冷凝器,冷凝出来的制冷剂液体
空调吸附式制冷技术分析及应用
空调吸附式制冷技术分析及应用我国目前很重视分体式空调的制冷技术，在很多高等院校都设有专业。
而吸附制冷系统采用非氟氯烃类物质作为制冷剂，具有节能、环保、结构简单、无噪音、运行稳定可靠等突出优点，因此受到了国内外制冷界人士越来越多的关注。
本文就吸附制冷的工作原理及吸附制冷技术的研究进展进行简述。
标签：吸附制冷；空调应用吸附制冷的基本原理是：多孔固体吸附剂对某种制冷剂气体具有吸附作用，吸附能力随吸附剂温度的不同而不同。
周期性的冷却和加热吸附剂，使之交替吸附和解吸。
解吸时，释放出制冷剂气体，并在冷凝器内凝为液体；吸附时，蒸发器中的制冷剂液体蒸发，产生冷量。
1.空调吸附制冷技术概述吸附制冷吸附研究主要包括工质对性能、吸附床的传热传质性能和系统循环与结构等几个方面的工作，无论哪一个方面的研究都是以化工和热工理论为基础的，例如传热机理、传质机理等等，限于篇幅，本文从技术发展的角度来概括吸附制冷的研究进展。
1.1吸附工质对性能研究吸附制冷技术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、初投资等影响很大，要根据实际热源的温度选择合适的工质对。
从20世纪80年代初到90年代中期，研究人员为吸附工质对的筛选做了大量的工作，逐渐优化出了几大体系的工质对。
按吸附剂分类的吸附工质对可分为：硅胶体系、沸石分子筛体系、活性炭体系（物理吸附）和金属氯化物体系（化学体系）。
由于化学吸附在经过多次循环后吸附剂会发生变性，因而对几种物理吸附类吸附体系的研究较多。
近几年来，研究人员在吸附工质对方面的研究始终没有停止，从理论和实验两个方面对各种工质对的工作特性进行了广泛的研究。
综合考虑强化吸附剂的传热传质性能，开发出较为理想的、环保型吸附工质对，从根本上改变吸附制冷工业化过程中所面临的实际困难，是推动固体吸附式制冷工业技术早日工业化的关键。
1.2系统循环与结构的研究从工作原理来看，吸附制冷循环可分为间歇型和连续型，间歇型表示制冷是间歇进行的，往往采用一台吸附器；连续型则采用二台或二台以上的吸附器交替运行，可保障连续吸附制冷。
吸附式制冷的工作原理
吸附式制冷的工作原理一、引言吸附式制冷是一种新型的制冷技术，它具有无霜结、无噪音、无振动等优点，因此在空调、冰箱等领域得到了广泛应用。
本文将详细介绍吸附式制冷的工作原理。
二、吸附式制冷的基本原理1. 吸附剂的选择吸附式制冷系统中，吸附剂是起关键作用的物质。
一般来说，吸附剂应该具有以下特点：高吸收能力、低解吸能力、化学稳定性好等。
常见的吸附剂有硅胶、分子筛等。
2. 吸附与解吸过程在吸附式制冷系统中，通过控制压力和温度来实现气体在固体表面上的吸附和解吸过程。
当压力升高时，气体会被固体表面上的孔隙所吸收；当压力下降时，气体会从固体表面上脱离出来，这个过程叫做解吸。
3. 热量传递在制冷过程中，热量需要被传递到外部环境中去。
吸附式制冷系统中，热量传递主要通过两种方式：一是通过吸附剂和气体之间的热传导；二是通过吸附剂和外部环境之间的热传导。
三、吸附式制冷的工作流程1. 吸附过程在吸附过程中，吸附剂会从低压区域向高压区域移动，同时吸收气体。
当气体被完全吸收后，压力达到最高点。
2. 膨胀过程在膨胀过程中，气体会从高压区域向低压区域移动，同时释放出来。
这个过程需要消耗一定的能量。
3. 冷却过程在冷却过程中，气体会被冷却到低温状态。
此时，气体的温度会比外界环境低很多。
4. 解吸过程在解吸过程中，低温下的气体会被重新释放出来，并且被带回到高压区域。
这个过程需要消耗一定的能量。
四、总结综上所述，吸附式制冷技术是一种新型的制冷技术，在空调、冰箱等领域得到了广泛应用。
吸附式制冷的基本原理是通过控制压力和温度来实现气体在固体表面上的吸附和解吸过程，同时通过热量传递实现制冷效果。
了解吸附式制冷的工作原理，对于我们更好地使用这种新型技术具有重要意义。
《太阳能吸附制冷》课件
尽管太阳能吸附制冷技术具有许多优点，但也存在一些限制。例如，该技术的制 冷量较小，难以满足大规模制冷需求；同时，该技术的运行效率受到天气、地理 位置等因素的影响，需要进一步完善和改进。
02
太阳能吸附制冷系统的组成
集热器部分
01
02
03
集热器类型
平板集热器、真空管集热 器、聚焦型集热器等。
制冷效应的产生与控制
制冷效应的产生
在解吸过程中，气体分子带走热量，使吸附剂温度降低。通 过适当的热能传递和控制，可以降低冷凝器的温度，从而实 现制冷效应。
制冷效应的控制
为了实现高效的制冷效果，需要控制解吸过程的温度和压力 ，以及冷凝器的温度和压力。同时，还需要考虑系统的能量 平衡和效率，以及环境因素的影响。
吸附剂与制冷剂部分
吸附剂种类
常用的吸附剂包括活性炭-甲醇、硅胶-水等。
制冷剂类型
常用的制冷剂包括氨、水、丙烷等。
吸附剂与制冷剂的选择原则
根据系统需求选择合适的吸附剂和制冷剂，需考虑其性能、安全性 等因素。
03
太阳能吸附制冷系统的运行过 程
吸附与解吸过程
吸附过程
在太阳能吸附制冷系统中，吸附剂通过吸收太阳辐射能升温，并与被吸附的气 体分子进行热交换，使气体分子被吸附在吸附剂表面，从而将太阳能转化为热 能。
《太阳能吸附制冷》PPT课件
目 录
• 太阳能吸附制冷技术简介 • 太阳能吸附制冷系统的组成 • 太阳能吸附制冷系统的运行过程 • 太阳能吸附制冷系统的设计与优化 • 太阳能吸附制冷系统的应用与实例 • 太阳能吸附制冷技术的未来发展与挑战
01
太阳能吸附制冷技术简介
技术背景与历史
太阳能利用的历史
吸附式制冷的工作原理
吸附式制冷的工作原理引言随着人们对环保和节能的关注度不断提高，制冷技术也在不断发展。
吸附式制冷作为一种新兴的制冷技术，因其高效节能和环保的特点受到了广泛的关注。
本文将详细介绍吸附式制冷的工作原理。
概述吸附式制冷是利用吸附剂的吸附和脱附作用实现制冷的一种技术。
与传统的蒸发制冷相比，吸附式制冷具有更高的能效和更低的环境污染。
工作原理吸附式制冷的工作原理可以分为吸附过程、解吸过程和再生过程三个阶段。
吸附过程1.蒸发器：在吸附剂中加热制冷剂，使其转化为气态。
2.吸附器：制冷剂被吸附在吸附剂表面，释放出热量，从而冷却吸附器。
3.冷凝器：通过外部冷却介质使制冷剂重新凝结成液态。
解吸过程1.加热器：吸附剂在加热作用下释放出吸附的制冷剂。
2.蒸发器：制冷剂重新蒸发成气态。
再生过程1.再生器：通过加热过程将吸附剂中的吸附剂脱附，使吸附剂恢复到初始状态。
优点和应用优点1.高效节能：吸附式制冷利用吸附剂的吸附和脱附过程实现制冷，不需要额外的能量供应，大大节约了能源消耗。
2.环保：吸附剂一般选用天然气或环保材料，不会对环境造成污染。
3.稳定性好：吸附剂的选择多样，可以根据不同的工况选择合适的吸附剂，提高系统的稳定性。
应用1.家用制冷：吸附式制冷可以应用在家用制冷领域，如冰箱、空调等，实现高效节能的制冷效果。
2.工业制冷：吸附式制冷可以应用在工业制冷领域，如化工、食品等，满足不同行业的制冷需求。
3.新能源利用：吸附式制冷可以结合太阳能等新能源利用，实现绿色制冷。
前景展望吸附式制冷作为一种高效节能、环保的制冷技术，具有广阔的发展前景。
随着科技的不断进步和人们对环保的追求，吸附式制冷将在未来得到更广泛的应用。
结论吸附式制冷是一种利用吸附剂的吸附和脱附过程实现制冷的技术。
其工作原理包括吸附过程、解吸过程和再生过程三个阶段。
吸附式制冷具有高效节能、环保和稳定性好的优点，在家用制冷、工业制冷和新能源利用等领域具有广阔的应用前景。
吸附式制冷原理
B
Qg c Qc
d
Ta1
Tg2
-1/T
图2-155
连续回热循环系统图
冷 却 水
P T
节流阀 冷凝器 贮液器 风机盘管
T T
P
T
蒸发器
水泵
W
T T T T T T T p T T T
加热器
p T T T T T T T T T T
吸附器 A 泵
冷却水 冷却器 Cooler
吸附器 B
泵 至冷却塔
图2-156
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
吸 附 式 制 冷 的 工 作 原 理
T T
Ta1
Ta1
解方程
Q1 (T ) Q2 (T )
便可得理想回热情况下的回热温度Treg。而理想 回热量
Qreg Q1 (Treg ) Q2 (Treg )
若定义回热率为回热量与加热过程所需热量 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
x
Pe
Pc
xconc xdil
Ta
Tg
T, oC
图2-137: 吸附与解吸状态在吸附等压线上的表示 吸附状态：吸附温度Ta、蒸发压力Pe; 解吸状态：解吸温度Tg、冷凝压力Pc
§4.2 吸附制冷循环
（1）基本型吸附式制冷循环
吸附制冷技术
吸附制冷技术吸附制冷技术是一种现代的冷却技术，它利用吸附材料与工质产生的物理、化学吸附作用来实现冷却过程。
与传统的制冷技术相比，吸附制冷技术具有能耗低、稳定性好等优点，因此在制冷领域得到了广泛的应用。
本文将从吸附制冷技术的基本原理、工作循环、应用前景等方面进行阐述，旨在加深人们对此技术的了解与认识。
一、吸附制冷技术的基本原理吸附制冷技术的基本原理是在控制温度和压力的条件下，将吸附剂吸附工质，然后利用外部热源升高温度，使吸附剂释放工质，从而在吸收与释放工质的过程中完成冷却。
为了实现这种过程，需要选择合适的吸附剂和工质。
吸附剂通常为一种多孔材料，具有高的表面积和静电荷，可以与工质分子产生物理或化学吸附作用。
常见的吸附剂有活性炭、硅胶、分子筛等。
工质是吸附制冷的核心，它是通过吸附剂与外界交互完成制冷循环的物质。
根据工质类型的不同，吸附制冷可分为化学吸附制冷和物理吸附制冷两种。
化学吸附制冷是指通过水吸收、水解或氢气和氧气形成水和氢物质，从而实现冷却。
它的主要工作循环包括：1. 吸附工质：在低温情况下，吸附剂吸附工质。
2. 加热解除吸附：在较高的温度下，加热吸附剂迫使工质脱离吸附剂。
3. 冷却回收工质：工质被冷凝器冷却并回收了。
4. 再生吸附剂：吸附剂需要再次回到其初始状态。
物理吸附制冷是指通过物理吸附机制使工质与吸附剂相结合，实现冷却。
物理吸附制冷的工作循环与化学吸附制冷相似，只是制冷方式和工质类型的不同。
物理吸附制冷的工质有乙烷、丙烷、甲烷和氢气等。
二、吸附制冷技术的特点与优点1. 噪音低：吸附制冷系统没有压缩机，因此产生的噪音要比传统制冷技术的噪音低。
2. 可以利用太阳能等可再生能源：利用太阳能、风能等可再生能源驱动吸附制冷系统，可以进一步减少碳排放，实现环保目标。
3. 操作简单：吸附制冷技术不需要机械调节和维护。
当控制良好时，它可以实现自动化操作。
4. 维护费用低：吸附制冷系统的零部件很少，因此维护和保养成本很低。
制冷技术第四章 吸收式制冷循环
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机组特征
制 冷 原 理 与 装 置
单效制冷机使用能源广泛， 可以采用各种工业余热， 废热，也可以采用地热、 太阳能等作为驱动热源， 在能源的综合利用和梯级 利用方面有着显著的优势。 而且具有负荷及热源自动 跟踪功能，确保机组处于 最佳运行状态。 单效制冷机的驱动热源为 低品位热源，其COP在 0.65-0.7. 如果业主具备 高品位的热源，应选择远 大直燃机或蒸汽双效制冷 机，其COP在1.31以上。
2
MLiBr /MH O MLiBr 100%
2、溶液的摩尔分数
制 冷 原 理 与 装 置
溶液中某一组分的摩尔分数为
i Ni /N1 N2 Nn 100%
ni M i / M
双组分的吸收式制冷工质对是一种二元溶 液，其摩尔分数 是以溶液中溶质的摩尔百 分数表示的。 溴化锂溶液的摩尔分数为
a qmf (qmf qmd ) r a
令 qmf qmd qmf qmd ( qmf qmd 1) r
a，则
a
r a
r
循环倍率a: 表示发生器中每产生1kg水蒸气需要 的溴化锂稀溶液的循环量 放气范围： ξ r- ξ a
三、双级与双效溴化锂吸收式循环
制 冷 原 理 与 装 置
NLiBr /( NH O NLiBr ) 100%
2
3.
制 冷 原 理 与 装 置
溶液的相平衡
(1)气液相平衡
双组分的吸收式制冷工质对气液相平 衡状态方程式为
F p, T , 0
（2）溶液的p—t图
制 冷 原 理 与 装 置
溴化锂溶液的p—t图，图中标出等质量 分数线簇，左侧的 0 线代表水的特 性，并标出了水的饱和温度 t’。
吸附式制冷的制冷原理
吸附式制冷的制冷原理吸附式制冷是一种利用吸附剂对气体份子进行吸附和脱附的原理来实现制冷的技术。
该技术主要应用于低温制冷和低温储能领域。
一、吸附式制冷的基本原理吸附式制冷系统由吸附器、脱附器、蒸发器和冷凝器等组成。
其中，吸附器和脱附器是吸附剂的主要工作区域，蒸发器和冷凝器则是制冷循环的关键部份。
在吸附式制冷系统中，吸附剂是一个关键的组成部份。
吸附剂通常是一种多孔材料，具有高表面积和良好的吸附性能。
常见的吸附剂有活性炭、份子筛和金属有机骨架材料等。
制冷过程中，吸附剂首先处于吸附状态。
当制冷剂通过吸附器时，吸附剂的孔隙结构会吸附制冷剂中的气体份子。
此时，吸附剂会释放出吸附剂内部的热量，使制冷剂的温度降低。
然后，吸附剂将制冷剂输送到脱附器中。
在脱附器中，吸附剂经过加热，释放出吸附剂中吸附的制冷剂份子。
这个过程称为脱附。
脱附过程中，吸附剂会吸收外部的热量，使制冷剂的温度升高。
然后，制冷剂再次进入吸附器，循环进行吸附和脱附过程，从而实现制冷效果。
二、吸附式制冷的工作原理吸附式制冷系统的工作原理可以分为两个主要的循环：吸附循环和脱附循环。
1. 吸附循环在吸附循环中，制冷剂从蒸发器中进入吸附器。
在吸附器中，制冷剂被吸附剂吸附，同时释放出热量。
此时，制冷剂的温度降低，变成低温制冷剂。
然后，低温制冷剂进入脱附器。
2. 脱附循环在脱附循环中，吸附剂通过加热，释放出吸附的制冷剂份子。
这个过程称为脱附。
脱附过程中，吸附剂吸收外部的热量，使制冷剂的温度升高。
然后，制冷剂再次进入吸附器，循环进行吸附和脱附过程。
通过不断循环吸附和脱附过程，吸附式制冷系统可以实现制冷效果。
而且，吸附剂的选择和控制可以根据需要进行调整，以实现不同温度范围的制冷要求。
三、吸附式制冷的优点和应用吸附式制冷技术具有以下几个优点：1. 低温制冷能力强：吸附剂具有高表面积和良好的吸附性能，可以实现较低的制冷温度。
2. 能源效率高：吸附式制冷系统可以利用废热或者低温热源进行制冷，提高能源利用效率。
吸收式制冷和吸附式制冷
一、制冷技术1、吸收式制冷吸收式制冷是利用某些具有特殊性质的工质对，通过一种物质对另一种物质的吸收和释放，产生物质的状态变化，从而伴随吸热和放热过程。
吸收式制冷的原理：常用的工质对有氨水和水/溴化锂。
吸收制冷的基本原理一般分为以下五个步骤：（1）利用工作热源（如水蒸气、热水及燃气等）在发生器中加热由溶液泵从吸收器输送来的具有一定浓度的溶液，并使溶液中的大部分低沸点制冷剂蒸发出来。
（2）制冷剂蒸气进入冷凝器中，又被冷却介质冷凝成制冷剂液体，再经节流器降压到蒸发压力。
（3）制冷剂经节流进入蒸发器中，吸收被冷却系统中的热量而激化成蒸发压力下的制冷剂蒸气。
（4）在发生器A中经发生过程剩余的溶液（高沸点的吸收剂以及少量未蒸发的制冷剂）经吸收剂节流器降到蒸发压力进入吸收器中，与从蒸发器出来的低压制冷剂蒸气相混合，并吸收低压制冷剂蒸气并恢复到原来的浓度。
（5）吸收过程往往是一个放热过程，故需在吸收器中用冷却水来冷却混合溶液。
在吸收器中恢复了浓度的溶液又经溶液泵升压后送入发生器中继续循环。
吸收式制冷机利用溶液在一定条件下能析出低沸点组分的蒸气，在另一条件下又能强烈地吸收低沸点组分蒸气这一特性完成制冷循环。
目前吸收式制冷机中多采用二元溶液作为工质，习惯上称低沸点组分为制冷剂，高沸点组分为吸收剂，二者组成工质对。
原理图：吸收式制冷的特点：吸收式制冷以自然存在的水或氨等为制冷剂，对环境和大气臭氧层无害；以热能为驱动能源，除了利用锅炉蒸气、燃料产生的热能外，还可以利用余热、废热、太阳能等低品位热能，在同一机组中还可以实现制冷和制热（采暖）的双重目的。
整套装置除了泵和阀件外，绝大部分是换热器，运转安静，振动小；同时，制冷机在真空状态下运行，结构简单，安全可靠，安装方便。
在当前能源紧缺，电力供应紧张，环境问题日益严峻的形势下，吸收式制冷技术以其特有的优势已经受到广泛的关注。
(1) 无原动力，直接使用热原理，因此机器坚固亦无震动，少噪音，能安装于任何地点，从地室一直到屋顶均可。
吸附式制冷制冷原理与装置
原 大的发展前景，但它还存在下面一些缺陷：
理
1）循环周期太长
与
装
2）制冷量相对较小
置
3）COP有待进一步提高
制 三、热电制冷
冷
热电制冷(亦名温差电制冷、半导体
原
制冷或电子制冷)是以温差电现象为
理
基础的制冷方法，它是利用“塞贝
与
克”效应的逆反应——珀尔帖效应
装
的原理达到制冷目的。
置
塞贝克效应就是在两种不同金属组成的闭合
制
I2
冷
电绝缘导热层 I
I
原
理
与
I1
装
电绝缘 导热层
置
a) 串联二级热电堆
b) 并联二级热电堆
c) 串并联三级热电堆
半导体制冷设备的特点及应用
制 冷
不用制冷剂
原
无机械传动部分
理
与
换
置
体积和功率都可做得很小
半导体制冷的用途
制
冷
方便的可逆操作
原
可做成家用冰箱，或小型低温冰箱
间歇式吸附式制冷系统（太阳能制冷机）
冷却水
PT
节流阀
PT
制
蒸发器
冷
冷凝器
贮液器
T
风机盘管
T
水泵
原
理
与
Tp
W 加热器
pT
装
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
置
T
T
T
T
T
T
吸附器 A
泵
冷却水
冷却器
吸附器 B 泵
现代低温制冷技术
•33
按照经典连续型设计的25K吸附制冷机系统
•34
四.SH2金属吸氢材料吸氢化学吸附式制冷机 （7K~10K）
低压下吸氢材料（钯）吸氢，可将 氢气的饱和压力降得很低。
金属吸氢材料在0°C对氢气吸附， 可将氢气的压力降至226Pa，液氢 可在10K下固化并升华。
采用两支液氢杜瓦，可通过热开关 切换，是低温器件连续保持在10K 温度下。
由于采用J-T节流制冷方式，解吸出的气体必须 先经过预冷至转化温度以下，否则不可能实现 低温气体工质的液化。
•9
•10
➢ 液氮温区以上，常采用活 性炭（或分子筛）对制冷 工质（Kr ，CH4 ， N2 ）的 物理吸附。
➢ 采用O2作工质，则采用金 属氧化物PCO-O2化学吸附 方式制冷。
➢ 液氮温区以下，只能采用
➢ 低温吸附式制冷机
吸附床的保温措施和换热措施完全不同， 否则会造成流体热容和金属热容的增大， 以及由于保温层而造成的体积增大。
•16
需要加热时，抽去气体维持0.1Pa的真空度，再利用电加热器加热。 需要冷却时，先切断加热器，再充入传热气体，维持约1000Pa的压
力，以冷却吸附筒。 为保证热开关的良好通/断特性，气隙间还设有一层或几层辐射屏，以
通过固态氢的升华，达到10K的低温
•36
五. LH2金属吸氢材料吸氢+氦机械压缩式系统 的复合制冷 机（4~5K）
液氢固化升华制冷得不到7K以 下的低温
获得7K以下的低温，C-He吸 附式制冷机能耗太大
获得4~5K的低温，方法有： （1）磁制冷，采用顺磁盐材 料绝热去磁；（2）氦机械压 缩机，使氦在室温下排气
充分利用了换热流体的热量，使得外部输入热量或向外 界耗散热量有较大幅度减小，此种回热型多床系统制冷 系数可显著提高。
第五节 吸附式制冷..
德国Freiburg示范应用的太阳能吸附空调
吸附式制冷
物) ,从而完成一次吸附制冷循环过程。
吸附式制冷 2、吸附式制冷的优点
（1）吸附式制冷所使用的制冷剂是对环境相对友好的 物质（甲醇，氨，水等）不采用氯氟烃类制冷剂那样会 破坏臭氧层的物质，值得开发。 （2）吸附式制冷可采用余热驱动，不仅对电力的紧张供应 可起到减缓作用，而且能有效利用大量低品位热能，如 太阳能，清洁没有污染。 （3）太阳能吸附式制冷具有结构简单，无运动部件，噪声 低，寿命长等特点。
吸附式制冷
强化换热系数的吸附床技术
吸附式制冷系统的应用实例
以船用吸附制冰机为例： ������ 驱动热源：发动机废热；制冷机冷源：冷海水
������ 制冷量输出：制冷量输入到鱼舱中。有两种方式，一种是直接制冰，为鱼类 的冰鲜提供冷量。此种方式的缺点是初投资较大。另外一种方式是采用风机盘管 来向鱼舱吹冷风，从而保证鱼舱内的温度。
解吸：与吸附相反的过程，是指物质将 吸附的周围物质释放的过程，一般需要 吸收热量达到一定的温度或温度范围来 克服作用力。
吸附式制冷
吸附式制冷
太阳能吸附制冷原理图
一个基本的吸附式制冷系统由吸附床 (集热器) 、冷凝器、蒸环过程是利用太阳能或者其他热源, 使吸附剂和吸附质形成的混合物(或络合物) 在吸附器中发生解吸, 放出高温高压的制冷 剂气体进入冷凝器,冷凝出来的制冷剂液体 由节流阀进入蒸发器。制冷剂蒸发时吸收热 量,产生制冷效果,蒸发出来的制冷剂气体进 入吸附发生器,被吸附后形成新的混合物(或络合
吸附式制冷 3、吸附式制冷的缺点
（1）固体吸附剂为多微孔介质，比表面积大，导热性能很低 ，因而吸附/解吸时间长。（可以开发新型吸附剂，从吸收 式制冷系统采用液体工质中是否可以有所启发？）
吸附式制冷
一、吸附式制冷工作原理吸附式制冷是通过吸附剂在较低的温度下(一般为当地气温)吸附制冷剂，在较高的温度下脱附制冷剂，通过吸附脱附循环来实现。
通常是固体对气体的吸附，它的主要装置由吸附器、冷凝器、蒸发器、节流阀等组成，见图1。
吸附式制冷的工质对大致可分为沸石分子筛系、硅胶系、活性炭系等。
沸石分子筛系由于它的脱附温度较高，通常在280℃～300℃，所以，一般用于高温余热回收。
例如：回收汽车高温排气余热，用于汽车空调。
硅胶系的脱附温度较低，一般从50℃左右开始脱附至120℃，可以完全脱水，但不耐高温(不超过120℃)。
因此，硅胶系很适合以低品位热源为动力的吸附式制冷。
例如：回收发动机系统70℃"-'80℃冷却废热，制取空调用水。
活性炭系能够吸附水、甲醇、乙醇等许多制冷剂蒸汽，活性炭——水在0℃以下很难使用，且会结冰；活性炭——甲醇有剧毒，能导致失明。
因次，从安全和实用角度考虑，活性炭——乙醇比较适宜在低品位热能种的应用。
三、传统汽车空调的缺点(1)汽车空调系统降低了发动机动力性能，增加整车负载。
汽车空调系统绝大部分采用压缩式制冷循环，如图l所示，并分为直连式和独立式两大类。
采用直连式驱动时，压缩机动力来自汽车发动机，因此空调系统工作时必然降低发动机动力性能。
由于压缩机转速随车速变化，汽车制动时会停止制冷。
对于独立式汽车空调，增设专用发动机不仅减少汽车空间，而且增加整车负载，增大燃油消耗。
(2)汽车空调系统制冷剂污染环境。
目前，汽车空调系统制冷剂主要采用R134a。
1996年以前的汽车空调制冷剂多用R12，该制冷剂对臭氧层破坏严重，我国已于2010年全面完成了CFc类工质的替代。
R134作为R12的替代产物，虽然不破坏臭氧层但其全球变暖潜值为1300。
到2017年，欧盟将禁止新生产的汽车空调使用G形P值大于150的制冷剂。
因此，研究开发利用汽车余热和可再生能源驱动的汽车空调系统，是汽车空调技术发展与进步的必然要求。
吸附式制冷
影响活性氧化铝吸附性能的主要因素
颗粒粒径 原水PH值 原水初始氟浓度 原水碱度 砷的影响
活性炭(activated carbon)
（活性炭主成分除了碳以外还有氧、氢以及少量灰分。）
蜂 窝 活 性 炭
木质柱状活性炭
椰壳活性炭
木质活性炭 活 性 炭 纤 维
活性炭的吸附行为
气体吸附
溶液吸附
当气体的相对压力 适宜时，在活性炭的 中孔内可发生毛细凝 结，大孔则是单层或 多层吸附，微孔的吸 附机制是微孔填充。 对活性炭吸附起主要 作用的是由微孔提供 的巨大表面积。
常用制冷剂
•
•
•
1.水(R-718)
水无毒、无污染，不可燃、来源丰富。是一种 天然制冷剂. 它能很好的满足上述制冷剂的要求 但它对于蒸发温度低于0°的场合是不适用的， 因为低于0°后水会结冰，造成管路破坏。
• 2.二氧化碳 (CO2) (R-744)
•
二氧化碳(CO2)是一种天然制冷剂. 它在19世纪末20世 纪初停止使用，现在正在研究重新对它的使用。用于蒸气 压缩循环正位移压缩机。在32℃ 时CO2的冷凝压力超过 6MPA，这是一个挑战。而且，CO2的临界点很低，能效 差。尽管如此，仍可能有一些应用，如复叠制冷，CO2将 是有用的。
太阳能吸附制冷技术的总结和展望
太阳能制冷的效率比较低，难以与其它形势的 制冷相比。因此，商业化利用仍有较大的差距。 为加快商业化进程，如下工作必须进一步加强： 保持吸附制冷的稳定性； 提高发生器的集热效率； 优化设计太阳能驱动的吸附式制冷系统的 主要部 件，以实现系统的最优匹配； 深入制冷材料的研究。
T T
P
T
蒸发器
吸 附 式 制 冷 的 工 作 循 环
吸附冷冻原理探究
吸附冷冻原理探究冰箱是现代家庭中不可或缺的电器之一，而其中的冷冻功能则是保持食物新鲜和延长其保质期的关键之一。
而要实现冷冻的效果，吸附冷冻原理则是起到了重要的作用。
本文将深入探究吸附冷冻的原理以及其工作机制。
一、吸附冷冻原理简介吸附冷冻原理是一种基于吸附材料对冷却剂中气态成分的吸附和脱附来实现降温的技术。
这种原理可以追溯到19世纪初，当时科学家发现一些固态材料（例如活性炭）对某些气体表现出高度的吸附能力，并能随着温度的改变释放吸附的气体。
借助这一原理，吸附冷冻技术应运而生。
二、吸附冷冻的工作原理吸附冷冻的工作原理主要有以下几个步骤：1. 吸附阶段：首先，冷冻系统中的吸附剂会接触到高压气态的制冷剂，这个过程中，吸附剂会吸附住制冷剂中的气体成分，例如水蒸气。
2. 脱附阶段：随后，冷冻系统中的吸附剂会通过降低温度或者减少压力的方式释放吸附的气体成分。
3. 冷却效果：当吸附剂释放吸附气体时，周围环境温度会随之下降。
这个过程中，吸附剂吸收热量来驱动释放吸附的气体，从而产生冷却效果。
4. 冷冻剂循环：整个吸附冷冻系统不断循环上述步骤，以保持冷却效果的持续性。
三、吸附冷冻技术的优势吸附冷冻技术相比传统的压缩机制冷技术具有以下几个优势：1. 环保节能：吸附冷冻技术不需要使用臭氧层破坏性物质，对环境友好。
此外，它也比传统的压缩机制冷技术更节能，因为不需要消耗大量电能来产生制冷效果。
2. 低噪音：由于吸附冷冻技术不需要使用压缩机，因此工作时的噪音相对较低，可以提供更为安静的使用环境。
3. 稳定性好：传统冷冻技术受到环境温度的影响较大，而吸附冷冻技术由于采用吸附剂进行热的交换，其工作稳定性较好，能够在不同温度条件下提供可靠的冷却效果。
四、吸附冷冻技术的应用领域吸附冷冻技术目前已广泛应用于以下几个领域：1. 家用电器：冰箱被广泛应用吸附冷冻技术以提供冷冻功能，使食物保鲜更长时间。
2. 工业冷冻：吸附冷冻技术在工业领域中也被用于冷却大型设备和工艺过程中所需要的低温。
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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，
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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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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1990s：保护环境与CFCs替代为吸附式制冷
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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
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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
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
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、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
冷凝温度升高对制冷量和系统不是很敏感，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
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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
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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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
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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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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