吸附式制冷讲解

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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。
硅胶—水
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 .





氯化钙-氨
• 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量

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。
主要部 件,以实现系统的最优匹配; 深入制冷材料的研究。
吸附式制冷在余热利用中应用
汽车发动机工作时,用于动力输出的功一般只占燃油 燃烧总热量的的30%~42% (柴油机)或25%~30 %(汽油机)。以废热形式排除车外的能量占燃烧总 能量的58%~70%(柴油机)或70%~75%(汽油 机)。
硅胶制成的产品
A型硅胶,孔径2-3nm,可用于各种 干燥场合
B型硅胶,孔径0.7nm,仅用于 相对湿度大于50%的场合
活性氧化铝 (activated aluminum oxide)
活性氧化铝
• 活性氧化铝是具有吸附和催化性能的多孔大表面氧化铝。通 常氧化铝按晶型可以分为8种类型:α 型、β 型、γ 型、θ 型、η 型、χ 型、κ 型、ρ 型。
活性炭的吸附行为
气体吸附
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。
溶液吸附
活性炭就主体而言 为非极性吸附剂,极 易从水溶液中吸附非 极性和长链有机物。 但活性炭表面有含氧 基团,所以对某些极 性物(特别非水体系 中)也有吸附能力
+ Δ H24 (3)
• CaCl2 ·4N H3 +4 N H3 —— CaCl2 · 8N H3
+ Δ H48 (4)
• 缺点:化学吸附经过多次循环使用后吸附性能将会有所降低。
G.Cacciola和G.Restuccia综合各工质对的
性能后得出适合不同温区的“研究最成熟的”工 吸 质对(如表2-22)。 附
• 整个吸附制冷系统而言,影响最主要的就是吸附床的 传热传质的好坏;并且吸附床的体积比较大也很难使吸附 式制冷系统小型化;以后应该在选用优良的吸附工质对和 设计新型的吸附床的结构和新的制冷循环方面来进一步研 究。
• 技术的发展需要经济的支持,为使吸附式制冷得到更 快的发展,政府部门必须引起重视并且给予支持。

表2-22 比较成熟的工质对及其使用范围






吸附式制冷循环的分类
• 按工作原理分,吸附式制冷可分为间隙型和连续型,间隙 型表示制冷是间隙进行的,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。
基本型间歇式吸附式制冷循环
冷凝器 V1
吸附器
储液器
V2 蒸发器
• 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。
有机物的分子结构 和被吸附的关系
常用的制冷剂的要求
• 单位容积汽化潜热大 • 热稳定性好 • 无污染 • 不易燃 • 无毒 • 分子量小 • 压力范围0.1-0.5MPa(最好在263K到353K的温度范围内
其蒸汽压力接近大气压)
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
节流阀
基本型连续循环的吸附式制冷系统
• 连续型固体吸附式制冷系统有两只吸附 床,两床交替处于吸附状态和解吸状态。

运行时,其中一个处于解吸状态,吸
收热量,另一个处于吸附状态,释放热量。
冷却水
PT
节流阀
PT
蒸发器

冷凝器
贮液器
T
风机盘管
T

水泵


W 加热器

Tp
pT
T
T
T

T
T
T
T
T
T
T
T
T

• 氯化钙-氨化学反应机理
• 由于CaCl2 和N H3 在一定的温度、压力条件下发生如下化学反应:
• CaCl2 + N H3 —— CaCl2 ·N H3
+ Δ H01 (1)
• CaCl2 ·N H3 + N H3 —— CaCl2 · 2N H3
+ Δ H12 (2)
• CaCl2 ·2N H3 + 2N H3 —— CaCl2 · 4N H3
发动机排气温度一般达到450~550℃,考虑露点腐蚀 问题,最终排气温度不低于180℃,一般可以利用的废 热量为总热量的16%左右。
工厂排除的废水或废气的温度也一般在150℃以上,
能合理的利用这些废热也是一种节能的好途径。
吸附式制冷系统的展望
• 吸附式制冷是一种环境友好的节能制冷方式。虽然目 前还处在理论研究阶段,随着工业的发展和研究的深入, 必将会得到广泛的应用。
吸附式制冷
主讲人:郝方园
目录
• 1.吸附式制冷的基本原理 • 2.常用的吸附剂 • 3.常用的制冷剂 • 4.常用的吸附式制冷工质对 • 5.吸附式制冷循环的分类 • 6.太阳能吸附式制冷 • 7.吸附式制冷在余热中的利用 • 8.吸附式制冷系统的展望
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吸附式制冷的基本原理
• 某些固体物质在一定的温度及压力下,能吸附某 种气体或水蒸气,在另一温度及压力下,又能将 它释放出来。这种吸附与解吸过程引起的压力变 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。
• 固体吸附式制冷主要由吸附器、冷凝器、蒸发 器、节流装置等部件组成
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
• 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;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,实现制冷。 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,有蒸气冷凝成液体
硅胶的物理结构
硅胶的孔结构由组成硅胶的胶态SiO2 质点的大小及其堆积方式决定的。
硅胶的骨架(SiO2)是以硅原子为中心, 氧原子为顶点的Si-O四面体在空间不太 规则的堆积而成的无定形体
硅胶的性能
硅胶的性能是亲水性,其孔径单一而狭窄,由于硅胶表面 烃基产生一定的极性,所以对极性的氧化物如水,醇等均能 形成氢键,其吸附力大,并随极性的增强而增强。硅胶结构 中的烃基是它的吸附中心,一个烃基吸附一个分子的水。其 对水的吸附量大,但缺点是它吸附水分时,放出的吸附热很 大,在常温下吸附能使硅胶的温度上升到100°,并使硅胶粉 碎。
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;
• 是一种多孔性、高分散度的固体材料,平均孔径40-50nm
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
• 应用:吸附式制冷冰箱、冷藏柜、汽车空调,渔船制冰机
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
间歇式太阳能吸附式制冷系统
该单元的工作过程简述如下 : 1.循环早上开始。关闭阀门,处于环境 温度 (丁 一30℃)的
吸附床被太 阳能加热 ,此 时只有少量工质 脱附出来 , 吸附率近似 常数 , 而吸 附床 内压力 不断 升高 ,直至 制冷工质在 冷凝温度下的饱和压力 ,此时温度 为 L . 2.打开 阀门 ,在 恒压条件 下嗣冷工质气 体 不断脱附出 来 ,并在冷凝器 中冷凝 ,冷凝 下来的液体进入蒸发器 , 与此 同时 .吸 附床 温度继续升高 至最大值 7 。 3.关 闭阀门 ,此 时 已是傍 晚 ,吸附床 被 冷却 ,内部 压力下降直至相当于蒸发 温度 下 工 质的饱和 压力 ,该 过 程中吸附率也近似不 变 ,最 终温度 。 4.打开阀门 ,蒸发器 中液体 因压强骤减 而沸腾起来 ,从 而开始蒸发嗣冷的过程 ,同 时蒸发出来的气体进入吸附 床被吸附 。该过 程一直进行到第二天早晨 。吸附过 程要 放出 大量的热量 ,它们由冷 却水 或外界空气带走。
T
T
T
T
T
T
作 循
吸附器 A

冷却水
冷却器
吸附器 B 泵
至冷却塔

Cooler
图2-156 一典型的吸附式空调系统
太阳能吸附式制冷技术
• 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。
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 4NH3、6NH3、8NH3生成CaCl2.4NH3、CaCl2.2NH3 、CaCl2,同时放出热 量,而氨的沸点低,可用于制冰。系统工作压力较高。
平板式太阳能吸附式制冷技术
• 平板式吸附制冷系统的特点是吸附床为平板式吸附集热器 结构,吸附器和集热器的功能合二为一。平板式吸附集热 器耐压能力较差,通常不适用于在较高的压力下工作,因 此平板式吸附制冷系统多选用真空状态下工作的吸附工质 对,如活性炭-甲醇,分子筛-水等。
• 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
• 3.氨(NH3) (R-717)
• 氨(NH3)被认为是一种效率最高的天然制冷剂。它是一种 今天仍在使用的“原始”制冷剂。它属于天然工质,不破 坏环境。氨有轻微的毒性,在空气中有燃爆的危险,但它 的刺激性气味使人可以及时发现并处理泄露问题。在吸附 制冷中,主要在制冰场合。
活性炭/甲醇

是太阳能吸附制冷中应用最广的工质对。
常用吸附剂应具备的条件
较强的吸附能力,即要求较大的比表面积 不与吸附质及其它相接触的介质发生化学反应 有良好的机械强度和热强度 易再生不易劣化 具有商业性生产规模和比较低廉的价格
常用吸附剂
硅胶
活性氧化铝
活性炭
另外常用的吸附剂有分子筛,硅藻土,吸 附树脂,黏土等
硅胶(silica gel)
分子式为SiO2·xH2O,是胶体氧化硅脱水后的固体颗粒, 典型的多孔极性吸附剂,平均孔径2-20nm,不溶于水和任 何溶剂,无毒无味,化学性质稳定。值得注意的是,当温度 过高而使硅胶中的结合水蒸发掉以后,硅胶就失去了吸附作 用,因此硅胶的使用温度被限制在120°以下。

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
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;
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