吸附式制冷主講人：郝方園目錄?1.吸附式制冷的基本原理?2.常用的吸附劑?3.常用的制冷劑?4.常用的吸附式制冷工質(zhì)對(duì)?5.吸附式制冷循環(huán)的分類?6.太陽(yáng)能吸附式制冷?7.吸附式制冷在余熱中的利用?8.吸附式制冷系統(tǒng)的展望吸附式制冷的基本原理?某些固體物質(zhì)在一定的溫度及壓力下，能吸附某種氣體或水蒸氣，在另一溫度及壓力下，又能將它釋放出來(lái)。這種吸附與解吸過(guò)程引起的壓力變

化，相當(dāng)于制冷壓縮機(jī)的作用。固體吸附制冷就

是根據(jù)這一原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。?

固體吸附式制冷主要由吸附器、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置等部件組成吸附與解吸過(guò)程?在吸附式制冷系統(tǒng)中吸附和解吸從理論上來(lái)說(shuō)是恒壓過(guò)程?固體吸附劑受熱解吸出制冷劑，在制冷劑壓力達(dá)到冷凝壓力時(shí)即開(kāi)始解吸-冷凝過(guò)程，制冷劑被冷凝成液體;反之當(dāng)吸附劑受到冷卻時(shí)，當(dāng)吸附床壓力低于蒸發(fā)壓力時(shí)即能開(kāi)始吸附蒸汽，制冷劑液體蒸發(fā)，實(shí)現(xiàn)制冷。在蒸發(fā)過(guò)程中：制冷劑吸收蒸發(fā)潛熱，由液體蒸發(fā)成氣體在冷凝過(guò)程中：制冷劑排放冷凝潛熱，有蒸氣冷凝成液體常用吸附劑應(yīng)具備的條件較強(qiáng)的吸附能力，即要求較大的比表面積不與吸附質(zhì)及其它相接觸的介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)有良好的機(jī)械強(qiáng)度和熱強(qiáng)度易再生不易劣化具有商業(yè)性生產(chǎn)規(guī)模和比較低廉的價(jià)格常用吸附劑硅膠活性氧化鋁活性炭另外常用的吸附劑有分子篩，硅藻土，吸附樹(shù)脂，黏土等硅膠（silica

ge）l分子式為SiO2·xH

2O，是膠體氧化硅脫水后的固體顆粒，典型的多孔極性吸附劑，平均孔徑2-20nm，不溶于水和任何溶劑，無(wú)毒無(wú)味，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。值得注意的是，當(dāng)溫度過(guò)高而使硅膠中的結(jié)合水蒸發(fā)掉以后，硅膠就失去了吸附作用，因此硅膠的使用溫度被限制在120°以下。硅膠的物理結(jié)構(gòu)硅膠的孔結(jié)構(gòu)由組成硅膠的膠態(tài)SiO2質(zhì)點(diǎn)的大小及其堆積方式?jīng)Q定的。硅膠的骨架（SiO2)是以硅原子為中心，氧原子為頂點(diǎn)的Si-O四面體在空間不太

規(guī)則的堆積而成的無(wú)定形體硅膠的性能硅膠的性能是親水性，其孔徑單一而狹窄，由于硅膠表面

烴基產(chǎn)生一定的極性，所以對(duì)極性的氧化物如水，醇等均能形成氫鍵，其吸附力大，并隨極性的增強(qiáng)而增強(qiáng)。硅膠結(jié)構(gòu)中的烴基是它的吸附中心，一個(gè)烴基吸附一個(gè)分子的水。其對(duì)水的吸附量大，但缺點(diǎn)是它吸附水分時(shí)，放出的吸附熱很大，在常溫下吸附能使硅膠的溫度上升到100°，并使硅膠粉碎。A型硅膠，孔徑2-3nm,可用于各種干燥場(chǎng)合B

型硅膠，孔徑0.7nm

，僅用于相對(duì)濕度大于50% 的場(chǎng)合硅膠制成的產(chǎn)品活性氧化鋁（activated

aluminum

oxide)活性氧化鋁?活性氧化鋁是具有吸附和催化性能的多孔大表面氧化鋁。通常氧化鋁按晶型可以分為8種類型：α

型、β

型、γ

型、θ型、η

型、χ

型、κ

型、ρ

型。?是一種多孔性、高分散度的固體材料，平均孔徑40-50nm影響活性氧化鋁吸附性能的主要因素顆粒粒徑原水PH值原水初始氟濃度原水堿度砷的影響活性炭(activated

carbon)木質(zhì)柱狀活性炭（活性炭主成分除了碳以外還有氧、氫以及少量灰分。）蜂窩活性炭木質(zhì)活性炭活性炭纖維椰殼活性炭活性炭的吸附行為氣體吸附溶液吸附當(dāng)氣體的相對(duì)壓力適宜時(shí)，在活性炭的中孔內(nèi)可發(fā)生毛細(xì)凝結(jié)，大孔則是單層或多層吸附，微孔的吸附機(jī)制是微孔填充。對(duì)活性炭吸附起主要作用的是由微孔提供的巨大表面積。?活性炭就主體而言為非極性吸附劑，極易從水溶液中吸附非極性和長(zhǎng)鏈有機(jī)物。但活性炭表面有含氧基團(tuán)，所以對(duì)某些極性物（特別非水體系中）也有吸附能力?有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)和被吸附的關(guān)系常用的制冷劑的要求?單位容積汽化潛熱大?熱穩(wěn)定性好?無(wú)污染?不易燃?無(wú)毒?分子量小?壓力范圍0.1-0.5MPa(最好在263K到353K的溫度范圍內(nèi)其蒸汽壓力接近大氣壓)常用制冷劑?

1.水(R-718)?

水無(wú)毒、無(wú)污染，不可燃、來(lái)源豐富。是一種天然制冷劑.它能很好的滿足上述制冷劑的要求?

但它對(duì)于蒸發(fā)溫度低于0°的場(chǎng)合是不適用的，因?yàn)榈陀?°后水會(huì)結(jié)冰，造成管路破壞。? 2.二氧化碳(CO

2)(R-744)?二氧化碳(CO

2

)是一種天然制冷劑.它在19世紀(jì)末20世紀(jì)初停止使用，現(xiàn)在正在研究重新對(duì)它的使用。用于蒸氣壓縮循環(huán)正位移壓縮機(jī)。在32℃

時(shí)CO

2

的冷凝壓力超過(guò)6MPA ，這是一個(gè)挑戰(zhàn)。而且，CO

2的臨界點(diǎn)很低，能效差。盡管如此，仍可能有一些應(yīng)用，如復(fù)疊制冷，CO

2

將是有用的。? 3.氨(NH3)

(R-717)?氨(NH3)被認(rèn)為是一種效率最高的天然制冷劑。它是一種今天仍在使用的“原始”制冷劑。它屬于天然工質(zhì)，不破壞環(huán)境。氨有輕微的毒性，在空氣中有燃爆的危險(xiǎn)，但它的刺激性氣味使人可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理泄露問(wèn)題。在吸附制冷中，主要在制冰場(chǎng)合?；钚蕴?甲醇??是太陽(yáng)能吸附制冷中應(yīng)用最廣的工質(zhì)對(duì)。以活性炭為吸附劑、甲醇為制冷劑是目前研究較多的工質(zhì)對(duì)，吸附解析量較大，所需的解吸溫度不高（100℃左右），

吸附熱也較低（約1800~2000kJ/kg）,甲醇的?低熔點(diǎn)(-98℃),使得系統(tǒng)可用于制冰,活性炭—甲醇工質(zhì)對(duì)的最高解吸溫度不能超過(guò)150℃，否則甲醇將分解，另外甲醇有毒，不利于其廣泛應(yīng)用。采用活性炭/甲醇作為制冷工質(zhì)對(duì)時(shí)，最大的缺點(diǎn)是甲醇與金屬接觸時(shí)，對(duì)其分解有催化作用。甲醇的分解，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)真空度降低。因此，這

類系統(tǒng)在試制和運(yùn)行初期性能非常好，但運(yùn)行一

段時(shí)間后，性能會(huì)變差。沸石--水-水沸石—水工質(zhì)對(duì)的解吸溫度范圍較寬

（70~250

℃），吸附熱（

3200~4200kJ/kg ）

、蒸發(fā)潛熱（

2400~2600kJ/kg

）均較大;沸石—水性質(zhì)穩(wěn)定，在高溫下不起反應(yīng)，且經(jīng)多次吸附—解吸后，吸附性能基本不變，沸石的吸附等溫線在超過(guò)一

定壓力后基本水平，隨壓力變化不大，這樣，冷凝溫度升高

對(duì)制冷量和系統(tǒng)COP的影響不大，能使吸附制冷系統(tǒng)在較大的溫度范圍內(nèi)冷凝散熱而保持高性能，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)，但該系統(tǒng)蒸發(fā)溫度大于0℃，不能用于制冰;另外系統(tǒng)是真空系統(tǒng)，對(duì)真空密封性要求很高，而蒸發(fā)壓力低也使得吸附過(guò)程較慢。吸附式制冷的工質(zhì)對(duì)硅膠—水硅膠—水工質(zhì)對(duì)的解吸溫度較低，如超過(guò)120℃硅膠將被燒毀，且系統(tǒng)的制冷能力低，與氟石相比，硅膠需要三倍的體積.氯化鈣-氨? 氯化鈣－氨工質(zhì)對(duì)的吸附機(jī)理屬于化學(xué)吸附，其最大的特點(diǎn)是吸附量大，氯化鈣和氨有良好的親合性，1

mol

CaCl可與8

mol

NH發(fā)生反2

3應(yīng)生成CaCl2.8NH3，在不同的溫度和壓力下，CaCl2.8NH3能分別脫去4NH3、6NH3、8NH3生成CaCl2.4NH3、CaCl2.2NH3

、CaCl2，同時(shí)放出熱量，而氨的沸點(diǎn)低,可用于制冰。系統(tǒng)工作壓力較高。H01

(1)?

氯化鈣－氨化學(xué)反應(yīng)機(jī)理?

由于CaCl2和N

H3在一定的溫度、壓力條件下發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：??CaCl2

+

N

H3

—— CaCl2

·N

H3

+

ΔCaCl2

·N

H3

+

N

H3

—— CaCl2

·2N

H3+

Δ

H12

(2)?CaCl2·2NH3+2NH3——CaCl2·4NH3+ΔH24(3)?CaCl2·4NH3+4NH3——CaCl2·8NH3+ΔH48(4)?

缺點(diǎn)：化學(xué)吸附經(jīng)過(guò)多次循環(huán)使用后吸附性能將會(huì)有所降低。吸附式制冷的工質(zhì)對(duì)?

G.Cacciola和G.Restuccia綜合各工質(zhì)對(duì)的性能后得出適合不同溫區(qū)的“研究最成熟的”工質(zhì)對(duì)（

如表2-22）。表2-22 比較成熟的工質(zhì)對(duì)及其使用范圍吸附式制冷循環(huán)的分類?按工作原理分，吸附式制冷可分為間隙型和連續(xù)型，間隙型表示制冷是間隙進(jìn)行的，往往采用一臺(tái)吸附器；連續(xù)型則采用二臺(tái)或二臺(tái)以上的吸附器交替運(yùn)行，可保障連續(xù)吸附制冷?；拘烷g歇式吸附式制冷循環(huán)冷凝器V

1吸附器V

2蒸發(fā)器節(jié)流閥儲(chǔ)液器基本型連續(xù)循環(huán)的吸附式制冷系統(tǒng)??連續(xù)型固體吸附式制冷系統(tǒng)有兩只吸附床，兩床交替處于吸附狀態(tài)和解吸狀態(tài)。運(yùn)行時(shí)，其中一個(gè)處于解吸狀態(tài)，吸收熱量，另一個(gè)處于吸附狀態(tài)，釋放熱量。吸附式制冷的工作循環(huán)WTTpTTTTTpTTTT

TTTTPPTTTTTTTT冷凝器節(jié)流閥蒸發(fā)器加熱器貯液器風(fēng)機(jī)盤(pán)管冷卻水冷卻水冷卻器泵T吸附器A吸附器B泵至冷卻塔水泵圖2-156一典型的吸附式空調(diào)系統(tǒng)太陽(yáng)能吸附式制冷技術(shù)?太陽(yáng)能的介紹?太陽(yáng)能是世界上分布最廣、最豐富的資源之一。?每年到達(dá)地球表面的太陽(yáng)能輻射能為5.57X10

18

MJ，相當(dāng)于190萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，約為目前全世界一次能源消費(fèi)總量的1.56X10

4

倍。?近年來(lái)為了減少空調(diào)等制冷設(shè)備的耗電量，利用太陽(yáng)能進(jìn)行制冷引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛的興趣，并取得了一些初步的成果。間歇式太陽(yáng)能吸附式制冷系統(tǒng)該單元的工作過(guò)程簡(jiǎn)述如下：循環(huán)早上開(kāi)始。關(guān)閉閥門(mén)，處于環(huán)境溫度(丁一30℃)的吸附床被太陽(yáng)能加熱，此時(shí)只有少量工質(zhì)脫附出來(lái)，吸附率近似常數(shù)，而吸附床內(nèi)壓力不斷升高，直至制冷工質(zhì)在冷凝溫度下的飽和壓力，此時(shí)溫度為L(zhǎng)．打開(kāi)閥門(mén)，在恒壓條件下嗣冷工質(zhì)氣體不斷脫附出來(lái)

，并在冷凝器中冷凝，冷凝下來(lái)的液體進(jìn)入蒸發(fā)器，與此同時(shí)．吸附床溫度繼續(xù)升高至最大值7。關(guān)閉閥門(mén)，此時(shí)已是傍晚，吸附床被冷卻，內(nèi)部壓力下降直至相當(dāng)于蒸發(fā)溫度下工質(zhì)的飽和壓力，該過(guò)程中吸附率也近似不變，最終溫度。打開(kāi)閥門(mén)，蒸發(fā)器中液體因壓強(qiáng)驟減而沸騰起來(lái)，從而開(kāi)始蒸發(fā)嗣冷的過(guò)程，同時(shí)蒸發(fā)出來(lái)的氣體進(jìn)入吸附床被吸附。該過(guò)程一直進(jìn)行到第二天早晨。吸附過(guò)程要放出大量的熱量，它們由冷卻水或外界空氣帶走。平板式太陽(yáng)能吸附式制冷技術(shù)?平板式吸附制冷系統(tǒng)的特點(diǎn)是吸附床為平板式吸附集熱器結(jié)構(gòu)，吸附器和集熱器的功能合二為一。平板式吸附集熱器耐壓能力較差，通常不適用于在較高的壓力下工作，因此平板式吸附制冷系統(tǒng)多選用真空狀態(tài)下工作的吸附工質(zhì)對(duì)，如活性炭-甲醇，分子篩-水等。?可以利用低品位熱源驅(qū)動(dòng)，通過(guò)工質(zhì)對(duì)的吸附和解析過(guò)程來(lái)達(dá)到制冷效果?應(yīng)用：吸附式制冷冰箱、冷藏柜、汽車(chē)空調(diào)，漁船制冰機(jī)太陽(yáng)能吸附制冷技術(shù)的總結(jié)和展望太陽(yáng)能制冷的效率比較低，難以與其它形勢(shì)的制冷相比。因此，商業(yè)化利用仍有較大的差距。為加快商業(yè)化進(jìn)程，如下工作必須進(jìn)一步加強(qiáng)：?保持吸附制冷的穩(wěn)定性；?提高發(fā)生器的集熱效率；?

優(yōu)化設(shè)計(jì)太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的吸附式制冷系統(tǒng)的主要部件，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)匹配；?

深入制冷材料的研究。吸附式制冷在余熱利用中應(yīng)用?汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，用于動(dòng)力輸出的功一般只占燃油燃燒總熱量的的30％～42％（柴油機(jī)）或25％～30％（汽油機(jī)）。以廢熱形式排除車(chē)外的能量占燃燒總能量的58

％～70

％（柴油機(jī)）或70％～75

％（汽油機(jī)）。?發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度一般達(dá)到450

～550℃，考慮露點(diǎn)腐蝕問(wèn)題，最終排氣溫度不低于180℃，一般可以利用的廢熱量為總熱量的16％左右。?工廠