1、第四章第四章 固體吸附固體吸附/ /吸收式制冷吸收式制冷 技術(shù)研究進(jìn)展技術(shù)研究進(jìn)展4.1.1 概述4.1.2 固體吸附式制冷系統(tǒng)在能量綜合利用方面的應(yīng)用研究4.1.3 固體吸附式制冷在能量綜合利用方面的應(yīng)用研究4.1.2 固體吸附式制冷系統(tǒng)的研究4.1 固體吸附式制冷技術(shù) 4.1.1 概述1 1、吸附概念、吸附概念 吸附 是指分子或原子在固體（多孔介質(zhì)）表面吸著濃縮。根據(jù)吸 附質(zhì) 和吸附劑表面的作用力不同，吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附兩種類型。物理吸附范德華力引起的分子間力化學(xué)吸附吸附劑和吸附質(zhì)之間電子交換形成化學(xué)鍵吸附過程固氣吸附過程中，吸附質(zhì)蒸汽和吸附劑顆粒接觸，在此顆粒的孔道內(nèi)形成單分子

2、吸附。吸附質(zhì)蒸汽分壓繼續(xù)升高，逐漸形成多分子吸附。毛細(xì)管凝聚吸附：吸附壓升至與飽和蒸汽壓p0在一定值（0.050.3）吸附循環(huán)流程實(shí)現(xiàn)方法：變溫吸附、變壓吸附和置換吸附。2 2、吸附式制冷的原理及循環(huán)過程、吸附式制冷的原理及循環(huán)過程123C1C2吸附式制冷系統(tǒng)原理圖 1吸附床 2冷凝器 3蒸發(fā)器C1、C2單向閥吸附式制冷循環(huán) 間歇式系統(tǒng)：結(jié)構(gòu)簡單，只有一個吸附床，冷量供給不連續(xù)，制冷效率低。如太陽能制冷 兩床連續(xù)制冷系統(tǒng)：通過閥門切換，使一個吸附床為吸附狀態(tài)，另一個為解吸狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)制冷吸附制冷循環(huán)過程涉及的七種熱量：吸附床等容升壓過程中吸收的顯熱Qh脫附過程吸收的熱量Qg冷卻吸附床帶走

3、的顯熱；吸附過程中帶走的熱量；制冷量Qref冷凝過程中放出的熱量液態(tài)制冷劑從冷凝溫度降至蒸發(fā)溫度放出的顯熱Qce性能系數(shù)COP表達(dá)式：COP=Qref - QceQh + Qg3 3 固體吸附式制冷的發(fā)展歷程固體吸附式制冷的發(fā)展歷程：20世紀(jì)70年代，提出連續(xù)吸附式制冷循環(huán)，從吸附容量與吸附循環(huán)的熱力分析相結(jié)合的角度去評價(jià)工質(zhì)對的制冷性能。20世紀(jì)90年代，吸附式制冷技術(shù)在廢熱熱泵，太陽能冰箱等方面得到廣泛研究。20世紀(jì)20年代，以硅膠-SO2為吸附工質(zhì)對，開始應(yīng)用于火車貨物冷藏。4 4 固體吸附式制冷的研究現(xiàn)狀固體吸附式制冷的研究現(xiàn)狀基本內(nèi)容基本內(nèi)容工質(zhì)對的性能各種循環(huán)的熱力性能系統(tǒng)內(nèi)的傳熱

4、傳質(zhì)l 在對吸附劑吸附性能的描述上，研究員多用微孔填充理論和吸附勢理論，文獻(xiàn)中多為實(shí)驗(yàn)測試與理論參數(shù)擬合的方法。l 對循環(huán)的研究現(xiàn)今運(yùn)用的的方法是將熱力學(xué)分析與傳熱傳質(zhì)分析結(jié)合起來；在循環(huán)的實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面，研究的重點(diǎn)在于工質(zhì)對的選擇和吸附床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上。l 評價(jià)系統(tǒng)性能不再以制冷量和COP值作為指標(biāo)，而是以單位質(zhì)量吸附劑的制冷功率來評價(jià)吸附式制冷系統(tǒng)的制冷能力。4.1.2 固體吸附式制冷系統(tǒng)的研究固體吸附式制冷系統(tǒng)的研究1 1、吸附工質(zhì)對、吸附工質(zhì)對 理想條件：滿足平衡吸附量，吸附與解吸溫度、吸附與解吸速率等一系列要求。 對吸附劑的要求：吸附量大；吸附等溫線平坦； 吸附容量對溫度變化敏感

5、；吸附劑與吸附質(zhì)相容 對吸附質(zhì)的要求：單位體積蒸發(fā)潛熱大；合適的冰點(diǎn)；適當(dāng)?shù)娘柡驼羝麎?；無毒；不可燃；無腐蝕性；有良好的穩(wěn)定性。已研究的吸附工質(zhì)對物理吸附工質(zhì)對：活性炭-甲醇/氨、費(fèi)石-水，硅膠-水等化學(xué)吸附工質(zhì)對：氯化鈣-氨、氯化鉀-氨、氯化鈣-甲醇等2 2、吸附床的強(qiáng)化傳熱、吸附床的強(qiáng)化傳熱為什么要對吸附床進(jìn)行強(qiáng)化傳熱？l 吸附床的傳熱效率和傳質(zhì)特性直接影響制冷系統(tǒng)對熱源的利用。l 傳熱越快，循環(huán)周期越短，單位時間內(nèi)制冷量就越大。怎樣對吸附床進(jìn)行強(qiáng)化傳熱？l 改善吸附介質(zhì)：混合兩種顆粒大小不同的吸附劑；在吸附床中加入導(dǎo)熱性較好的金屬材料或石墨等，或是將吸附劑加工成圓片或圓柱等塊狀結(jié)構(gòu)。l

6、改進(jìn)吸附床結(jié)構(gòu)：減少吸附床厚度，增大和外界的換熱面。目前用的較多的是翅片管式，還有板式，板翅式，螺旋板式等。3 3、先進(jìn)的制冷循環(huán)方式、先進(jìn)的制冷循環(huán)方式（1 1）連續(xù)回?zé)嵫h(huán)）連續(xù)回?zé)嵫h(huán)冷凝器蒸發(fā)器吸附床1吸附床2加熱冷卻膨脹閥制冷制熱單向閥兩床基本循環(huán)連續(xù)制冷系統(tǒng) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡答，體積 小，可靠性高。 吸附床溫度波動過大，消耗的顯熱也大。另外，吸附劑解吸周期遠(yuǎn)短于吸附周期，導(dǎo)致熱量拜拜消耗。 圖2是回?zé)嵝臀绞街葡到y(tǒng)的理想循環(huán)。對一個吸附器來,說它主要包括四個過程,即等容發(fā)生過程ab,等壓解吸過程bc，等容冷卻過程cd及等壓吸附過程da, 對于具有兩個吸附器的回?zé)嵝臀绞街评湎到y(tǒng),可利用一

7、個吸附器等容冷卻過程的顯熱和部分吸熱來加熱另一個正在解吸的吸附器，其循環(huán)路徑見圖2，在這個循環(huán)中，COP等式表示為：, ,COP=Qref -QcoQh+Qg-QregQgQh是輸入熱量； Qref是制冷量；Qreg是回?zé)崃浚?Qco是節(jié)流損失熱；（2 2）熱波循環(huán)）熱波循環(huán)熱波循環(huán)冷凝器蒸發(fā)器加熱器吸附床2吸附床3冷卻器節(jié)流閥 1989年，由Sheltom提出。兩個沿長度方向有很大溫度梯度的吸附床反向運(yùn)行，各自只有一小部分進(jìn)行熱交換，另一部分保持它們的溫度。這樣能最大限度地利用吸附過程中放出的熱量，大大提高循環(huán)COP.（3 3）對流熱波循環(huán)）對流熱波循環(huán) 圖4-6 對流熱波循環(huán) 對流式熱波循

8、環(huán)是一種在吸附床內(nèi)強(qiáng)迫對流，以改善吸附床傳熱、傳質(zhì)性能的循環(huán)方式。優(yōu)點(diǎn)是床內(nèi)的傳熱條件良好，可以在較短的時間內(nèi)將吸附床加熱或冷卻到預(yù)定溫度。4.1.3 固體吸附式制冷在能量固體吸附式制冷在能量綜合利用方面的應(yīng)用研究綜合利用方面的應(yīng)用研究1 1、太陽能固體吸附式制冷技術(shù)、太陽能固體吸附式制冷技術(shù) 太陽能吸附式制冷技術(shù)的應(yīng)用太陽能固體吸附式制冷技術(shù)還需解決的幾個關(guān)鍵問題:l 解決好固體吸附式制冷系統(tǒng)中四大件的匹配問題。l 在吸附床進(jìn)行傳熱傳質(zhì)計(jì)算過程中，必須考慮各參數(shù)之間的相互耦合及各參數(shù)之間的極限取值范圍影響，這對數(shù)值計(jì)算過程提出了更高的要求。l 大部分地區(qū)均具備使用太陽能制冷的條件，系統(tǒng)性能好

9、壞，主要取決于裝置性能的本身及周圍環(huán)境。l 保證太陽能固體吸附式制冷裝置的實(shí)用化，首要的是保證系統(tǒng)裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性。l 太陽能固體吸附式制冷技術(shù)發(fā)展離不開各門學(xué)科之間的相互滲透、共同創(chuàng)新。2 2、余熱吸附式制冷、余熱吸附式制冷余熱吸附式制冷技術(shù)應(yīng)用還需注意的問題:u 如果是在機(jī)動車上使用或制成，就要有好的抗振動，抗沖擊性能。u 要實(shí)現(xiàn)商業(yè)生產(chǎn)或應(yīng)用，還應(yīng)考慮制冷系統(tǒng)的驅(qū)動熱源或所需冷源處于亞穩(wěn)定狀態(tài)時的制冷要求。u 采用回收余熱的固體吸附式制冷系統(tǒng)嵌入原系統(tǒng)后，將或多或少影響原來主題系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。4.1.4 固體吸附式制冷技術(shù)研究熱點(diǎn)及發(fā)展趨勢 經(jīng)過幾十年的研究探索，吸附式制冷已開始從實(shí)驗(yàn)室邁向工業(yè)化生產(chǎn)，但仍面臨著許多有待進(jìn)一步解決的問題。其研究方向及發(fā)展趨勢如下： 考慮吸附床運(yùn)行的各個過程，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，采用適當(dāng)?shù)臄?shù)值方法，以實(shí)現(xiàn)系