吸附式制冷原理

活性炭/甲醇
是太阳能吸附制冷中应用最广的工质对。
吸 附 式 制 冷 的 工 质 对
以活性炭为吸附剂、甲醇为制冷剂是目前研究较多的工质 对，吸附解析量较大，所需的解吸温度不高（100℃左右）， 吸附热也较低（约1800~2000kJ/kg）,甲醇的低熔点(98℃),使得系统可用于制冰,活性炭—甲醇工质对的最高解 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。
(2-108)
3）Qc—冷却吸附床带走的显热
Qc Cvc(T ) McdT Cva(T )M a dT
Ta 1 Ta 1
Tg 2
Tg 2
(2-109)
4）Qad—吸附过程中带走的热量
Qad Cpc(T )M c dT Cpa (T )M a dT McH ads dx
Tg 1
Tg 2
(2-122)
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 c xdT (2-123)
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：
Qref Qco Q ref COP Qh Qg Q hg
求得
1000
0 20 40 60 80 100 120 140
0.26
1
(a)活性炭纤维-甲醇 吸附制冷p-T-x图
100
0.02
10
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
2、吸附与解吸过程
吸 附 式 制 冷 的 应 用
太阳能的介绍 太阳能是世界上分布最广、最丰富的资源之一。 每年到达地球表面的太阳能辐射能为5.57X1018 MJ，相当于190万吨标准煤，约为目前全世界一 次能源消费总量的1.56X104倍。 近年来为了减少空调等制冷设备的耗电量，利用 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。
(4-3)
准高斯分布型方程(D-A方程)
x x0 exp E
这种方程还存在一些缺点：
n

(4-3)
(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
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
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
基本吸附式 吸 制冷循环图 附 式 制 冷 的 工 作 原 理
定容 加热 过程
定压解 吸过程
定容冷 却过程
定压 吸附 过程
可看 成压 缩机
Qd
吸 附 式 制 冷 的 工 作 原 理 吸附器
Qa 吸附器
Qc
冷凝器
冷凝器
蒸发器
蒸发器 Qe
图: 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； Qc-冷凝热； Qa-冷却显热及吸附热, Qe-制冷量
§4.4 吸附制冷工质对
吸 附 式 制 冷 的 工 质 对 吸附剂-吸附质（在制冷中称为制冷剂）工质 对的选择是吸附式制冷中最重要的因素之一
以活性炭、分子筛（沸石）、硅胶、氯化钙等 为吸附剂，以甲醇、氨、水等为制冷剂相应构成 几组吸附工作对。比较成熟的吸附工质对有活性 炭/甲醇，沸石/水，活性炭/氨，金属氢化物/氢 （物理吸附）和氯化钙/氨、氯化锶－氨（化学 吸附）
x
Pe
Pc
xconc xdil
Ta

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
图2-154
间歇式吸附式制冷系统（太阳能制冷机）
lnP
饱和制冷剂 Xconc
x x0 exp k
2

(4-2)
在实验中存在三种与式(4-2)偏离的形式
2 2 x x 01 exp k1 x 02 exp k 2
吸 附 式 制 冷 的 工 质 对
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： （1） 比表面积大，内部具有网格结构的微孔通道； （2） 吸附容量大，而且在30-50摄氏度间对温度比较敏感； （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； （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 身晶格不遭破坏，吸附物也不分解； （6） 吸附速度快，较易达到吸附平衡； （7） 比热容小，热传导性好。可加速吸附脱附过程； （8） 耐压，耐磨，使用中不产生粉末，与水接触后不破碎； （9） 气流阻力小； （10） 能再生和多次使用； （11） 来源充足； （12） 价格便宜。
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 非常好，但运行一段时间后，性能会变差。
沸石---水
吸 附 式 制 冷 的 工 质 对
沸石—水工质对的解吸温度范围较宽（70~250℃），吸附 热 （ 3200~4200kJ/kg ） 、 蒸 发 潜 热 （ 2400~2600 kJ/kg）均较大; 沸石—水性质稳定，在高温下不起反应，且经多次吸附—解 吸后，吸附性能基本不变，沸石的吸附等温线在超过一定压 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 度范围内冷凝散热而保持高性能，对环境的适应能力强，但 该系统蒸发温度大于0℃，不能用于制冰; 另外系统是真空系统，对真空密封性要求很高，而蒸发压力 低也使得吸附过程较慢。
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 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 当吸附剂受到冷却时，当吸附床压力 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。
由于吸附式制冷是由加热—解吸— 冷凝与冷却—吸附—蒸发制冷 两个过程交替进行，因而它是 一种间隙式制冷方式 。
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
Q1 (T ) Qh mc c pc (T )dT mc xc pa (T )dT H des mc dx (Tg1 T Tg 2 )
Tg 1 Tg 1 Tg 1
T
T
T
Qh(T ) mc cvc (T )dT mc xconc cva (T )dT (Ta 2 T Tg1 )
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
Qa A
Qc
C
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； Qc-冷凝热； Qa-冷却显热及吸附热, Qe-制冷量
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
0.6 0.1
100
0.05
10
(b) 活性炭-甲醇 吸附制冷p-T-x图
Ta 2 Ta 2 Ta 2 Ta 1 Ta 1 Ta1 Ta 2 Te
C
0
pag
(T )M c xdT
(2-120) 5）Qref——制冷量
Qref M c Le x
(2-121)
6）Qcond—冷凝过程放出的热量
Qcond M c Le x Cpag (T ) M c xdT
(2-124)
脱附热和吸附热可由Clausius-Clapeyron
H des H ads
T R A Tc T R A Te
(2-127)
（3）连续回热型吸附式制冷循环
LnP
A
Pc Qh Qc Qreg Pe a Qad Ta2 Tg1 Ta1 Tg2 Ta2 d a Qad Tg1 Qh b Qg c Qreg b