吸附式制冷

吸附式制冷

吸附式制冷基本结构由太阳能集热器、冷凝器、储液器、蒸发器和阀门五个模块组成。吸附式制冷系统的运作机制为：在白天，集热器温度随着气温的升高而升高，制冷剂蒸发集热器中压力升高，气体进入冷凝器并冷凝、制成液体；在晚上，温度降低，吸附剂会吸收制冷剂蒸汽，蒸发器中压力降低，吸附床的设计

2 结构 6

（1）床内结构特点 7

（2）太阳能集热器的选择 7

4 太阳能集热器的性能指标5） 9

（1）集热性能 9

太阳能集热器性能通过集热效率和集热温度量个指标来反映。集热效率是指太阳能入射能量中转变为热能的部分与实际太阳辐射能之比。 9 （2）制冷性能 9

5 太阳能平板型吸附床强化传热的分析和方法 10

（1）吸附床中嵌入肋片 11

（2）提高吸附剂的导热系数 11

（3）的金属热容比与系统运行性能 13

二工质对的选择 14

三蒸发器的设计 17

四冷凝器与冷却器的设计 19

五系统基本循环工作原理 19

1 日间工作部分 19

（1）各个子系统瞬时能量平衡方程的建立 21

（2）系统的性能参数 22

2 夜间工作部分： 22

六吸附式制冷系统的优化9） 24

七系统运行参数与系统动态性能 25

1 循环周期与系统动态性能 25

2 热源温度与系统运行性能 26

3 系统运行的环境——冷却水温度与系统动态性能 26

八吸附式制冷系统运行控制10） 26

1 安全保护系统 26

（1）吸附床的安全保护 26

（2）冷凝器的安全保护 27

（3）泵的安全保护 27

2 微机控制系统 27

（1）检测功能 27

（2）记忆功能 27

（3）预报功能 28

（4）执行系统 28于是会有更多液体气化，蒸发中吸收热量降温。

一吸附床的设计

吸附床是吸附式制冷系统中的关键部件。由于吸附床一直处于不断地加热和冷却过程中，因此，在同样的冷源和热源温度、同样的传质条件下，吸附床的升、降温速度越快，吸附制冷功率就越大。

1 吸附床设计的要求

a.传热性能好，和流体的传热迅速，同时能够有效地克服吸附剂低导热系数的影响，这样才能保证吸附床及时补充解吸过程所需要的解吸热并及时带走吸附过程所放出的吸附热，它是使吸附床具有高性能的必要条件。

b.传质迅速，吸附质扩散通道畅通，这样才能保证吸附床吸附过程的吸附速度和解吸过程的解吸速度，缩短循环周期，提高单位工质的制冷功率。

c.吸附床材料以及热媒流体本身的热容和床内填充吸附剂的热容之比也决定了吸附式制冷系统的性能。这主要是由于吸附床材料本身的加热和冷却，会造成大量的系统热量损失，严重影响了系统的性能。

上述三点都是非常重要的。而这三点常常是相互矛盾、相互制约的，要强化吸附床的传热，必然要加入一些必要的导热片或增加必要的传热通道，这样也就必然导致了吸附床金属热容比的增加；要强化吸附床的传热，就必须要提高吸附剂的导热系数，而这样却影响了吸附床内的传质。

2 结构

床身由上下两个吸附床复合而成，每个吸附床上表面是一个高效太阳能集热器，为避免它们之间的相互热作用，两个吸附床之间用绝热层隔开。该吸附床可用金属合金制造，这样有利于保持吸附床的真空度且增加传热面积。吸附床内壁设有一个 U型水槽，当下床吸附时，通以冷媒水冷却。当上下两床分别达到脱附/ 吸附饱和时，通过转动轴旋转180o，上下两床互换位置，仍然保持上床解吸，下床吸附，从而达到连续循环。

图1、复合吸附床横截面图

3 工艺特点及各组成部件

（1）床内结构特点

传质通道采用蜂窝状分布，有利于吸附过程吸附剂对制冷剂的吸收。烧结成块状的吸附剂除了与太阳能集热器结合的那一面外，其它三面都有冷却水槽。当吸附床吸附制冷剂时，打开水槽阀门，通入冷却水，带走吸附热，这样一来可以加快吸附过程，从而缩短整个循环的时间。

（2）太阳能集热器的选择

由于热源温度直接影响吸附式制冷循环的性能，并且为了保证太阳辐射较弱时的温度，所以选取了一种高效的太阳能集热器2）。

该集热器由低铁玻璃盖板、聚碳酸脂（pc）透明隔热板、阳极化选择性涂层铜铝复合板芯、铝合金边框等组成。其主要技术特征是增加了一块聚碳酸脂（pc）透明隔热板，透明隔热板板覆盖在集热板上，距离集热板约6mm，透明隔热板还带有间距为10mm小肋片，形成了许多小空间，通过抑制空气自然对流从而减小集热板表面的热损失。

为了提高太阳能集热器的集热效率，必须抑制透明盖板表面的反射，纳米多孔SiO2薄膜可以达到宽带减反射效果。试验表面，在300～2500mm波段内玻璃表面的平板反射率，从未镀膜前的0.069降低到镀膜后的0.012。 sol－gel方法制备台阶折射率SiO2薄膜技术，具有设备简单、操作容易、成本低、适合大规模工业化生产等优点，可望与现有的太阳能集热器生产工艺结合，形成减反射表面，提高集热器效率3）。

另外，采用粉末火焰喷涂法制备的黑铬太阳能选择性吸收涂层，工艺简单，成本低，性能稳定，光谱选择性好。其可见光谱区的吸收率为0.91，红外光谱的发射率为0.15。下表为某一实验黑铬涂层与普通涂层的一部分比较数据4）。

表格 1

涂层试验

时间

△t（s）平均太阳

辐射强度

I（w/ m2）累计太阳

辐射量

I△t（kj/ m2）水温升高△t（K）效率

η（℅）

黑铬 1800 698 1256.4 5.0 57

黑板漆 1800 703 1265.4 4.2 48

4 太阳能集热器的性能指标5）

（1）集热性能