1、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對5.吸附式制冷循環的分類6.太陽能吸附式制冷7.吸附式制冷在余熱中的利用8.吸附式制冷系統的展望吸附式制冷的基本原理某些固體物質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。這種吸附與解吸過程引起的壓力變化，相當于制冷壓縮機的作用。固體吸附制冷就是根據這一原理來實現的。 固體吸附式制冷主要由吸附器、冷凝器、蒸發器、節流裝置等部件組成吸附與解吸過程在吸附式制冷系統中吸附和解吸從理論上來說是 恒壓過程 固體吸附劑受熱解吸出制冷劑，在制冷劑壓力達到冷凝

2、壓力時即開始解吸-冷凝過程，制冷劑被冷凝成液體;反之當吸附劑受到冷卻時，當吸附床壓力低于蒸發壓力時即能開始吸附蒸汽，制冷劑液體蒸發，實現制冷。 在蒸發過程中： 制冷劑吸收蒸發潛熱，由液體蒸發成氣體 在冷凝過程中： 制冷劑排放冷凝潛熱，有蒸氣冷凝成液體常用吸附劑應具備的條件較強的吸附能力，即要求較大的比表面積不與吸附質及其它相接觸的介質發生化學反應有良好的機械強度和熱強度易再生不易劣化具有商業性生產規模和比較低廉的價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，吸附樹脂，黏土等硅膠（silica gel） 分子式為SiO2xH2O，是膠體氧化硅脫水后的固體顆粒，典型的多孔極性

3、吸附劑，平均孔徑2-20nm，不溶于水和任何溶劑，無毒無味，化學性質穩定。值得注意的是，當溫度過高而使硅膠中的結合水蒸發掉以后，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。硅膠的物理結構硅膠的孔結構由組成硅膠的膠態SiO2質點的大小及其堆積方式決定的。 硅膠的骨架（SiO2)是以硅原子為中心，氧原子為頂點的Si-O四面體在空間不太規則的堆積而成的無定形體硅膠的性能 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生一定的極性，所以對極性的氧化物如水，醇等均能形成氫鍵，其吸附力大，并隨極性的增強而增強。硅膠結構中的烴基是它的吸附中心，一個烴基吸附一個分子的水。其對水的吸附

4、量大，但缺點是它吸附水分時，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,可用于各種干燥場合B型硅膠，孔徑0.7nm，僅用于相對濕度大于50%的場合硅膠制成的產品活性氧化鋁（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：型、型、型、型、型、型、型、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) （活性炭主成分除了

5、碳以外還有氧、氫以及少量灰分。）木質柱狀活性炭木質活性炭蜂窩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 當氣體的相對壓力適宜時，在活性炭的中孔內可發生毛細凝結，大孔則是單層或多層吸附，微孔的吸附機制是微孔填充。對活性炭吸附起主要作用的是由微孔提供的巨大表面積?；钚蕴烤椭黧w而言為非極性吸附劑，極易從水溶液中吸附非極性和長鏈有機物。但活性炭表面有含氧基團，所以對某些極性物（特別非水體系中）也有吸附能力有機物的分子結構和被吸附的關系常用的制冷劑的要求單位容積汽化潛熱大熱穩定性好無污染不易燃無毒分子量小壓力范圍0.1-0.5MPa(最好在263K到353K的溫度范圍內其蒸汽壓力接近大氣

6、壓)常用制冷劑1.水(R-718)水無毒、無污染，不可燃、來源豐富。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于蒸發溫度低于0的場合是不適用的，因為低于0后水會結冰，造成管路破壞。2.二氧化碳 (CO2) (R-744) 二氧化碳(CO2)是一種天然制冷劑. 它在19世紀末20世 紀初停止使用，現在正在研究重新對它的使用。用于蒸氣 壓縮循環正位移壓縮機。在32 時CO2的冷凝壓力超過6MPA，這是一個挑戰。而且，CO2的臨界點很低，能效差。盡管如此，仍可能有一些應用，如復疊制冷，CO2將 是有用的。 3.氨(NH3) (R-717)氨(NH3)被認為是一種效率最高的天然制冷劑。它

7、是一種今天仍在使用的“原始”制冷劑。它屬于天然工質，不破壞環境。氨有輕微的毒性，在空氣中有燃爆的危險，但它的刺激性氣味使人可以及時發現并處理泄露問題。在吸附制冷中，主要在制冰場合。活性炭/甲醇 是太陽能吸附制冷中應用最廣的工質對。 以活性炭為吸附劑、甲醇為制冷劑是目前研究較多的工質對，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18002000kJ/kg）,甲醇的低熔點(-98),使得系統可用于制冰,活性炭甲醇工質對的最高解吸溫度不能超過150，否則甲醇將分解，另外甲醇有毒，不利于其廣泛應用。 采用活性炭/甲醇作為制冷工質對時，最大的缺點是甲醇與金屬接觸時，對其分解有催

8、化作用。甲醇的分解，會導致系統真空度降低。因此，這類系統在試制和運行初期性能非常好，但運行一段時間后，性能會變差。 沸石-水 沸石水工質對的解吸溫度范圍較寬（70250），吸附熱（32004200kJ/kg）、蒸發潛熱（24002600 kJ/kg）均較大; 沸石水性質穩定，在高溫下不起反應，且經多次吸附解吸后，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，冷凝溫度升高對制冷量和系統COP的影響不大，能使吸附制冷系統在較大的溫度范圍內冷凝散熱而保持高性能，對環境的適應能力強，但該系統蒸發溫度大于0，不能用于制冰; 另外系統是真空系統，對真空密封性要求很高，而

9、蒸發壓力低也使得吸附過程較慢。吸附式制冷的工質對硅膠水硅膠水工質對的解吸溫度較低，如超過120硅膠將被燒毀，且系統的制冷能力低，與氟石相比，硅膠需要三倍的體積 .氯化鈣-氨氯化鈣氨工質對的吸附機理屬于化學吸附，其最大的特點是吸附量大，氯化鈣和氨有良好的親合性，1 mol CaCl2可與8 mol NH3發生反應生成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，同時放出熱量，而氨的沸點低,可用于制冰。系統工作壓力較高。氯化鈣氨化學反應機理由于CaCl2 和N H3 在一定的溫度、

10、壓力條件下發生如下化學反應： CaCl2 + N H3 CaCl2 N H3 + H01 (1)CaCl2 N H3 + N H3 CaCl2 2N H3 + H12 (2)CaCl2 2N H3 + 2N H3 CaCl2 4N H3 + H24 (3)CaCl2 4N H3 +4 N H3 CaCl2 8N H3 + H48 (4)缺點：化學吸附經過多次循環使用后吸附性能將會有所降低。吸附式制冷的工質對 G.Cacciola和G.Restuccia綜合各工質對的性能后得出適合不同溫區的“研究最成熟的”工質對（如表2-22）。 表2-22 比較成熟的工質對及其使用范圍吸附式制冷循環的分類按工

11、作原理分，吸附式制冷可分為間隙型和連續型，間隙型表示制冷是間隙進行的，往往采用一臺吸附器；連續型則采用二臺或二臺以上的吸附器交替運行，可保障連續吸附制冷?；拘烷g歇式吸附式制冷循環基本型連續循環的吸附式制冷系統 連續型固體吸附式制冷系統有兩只吸附床，兩床交替處于吸附狀態和解吸狀態。 運行時，其中一個處于解吸狀態，吸收熱量，另一個處于吸附狀態，釋放熱量。吸附式制冷的工作循環圖2-156 一典型的吸附式空調系統 太陽能吸附式制冷技術太陽能的介紹太陽能是世界上分布最廣、最豐富的資源之一。每年到達地球表面的太陽能輻射能為5.57X1018 MJ，相當于190萬噸標準煤，約為目前全世界一次能源消費總量的

12、1.56X104倍。 近年來為了減少空調等制冷設備的耗電量，利用太陽能進行制冷引起了國內外學者的廣泛的興趣，并取得了一些初步的成果。 間歇式太陽能吸附式制冷系統 該單元的工作過程簡述如下 ： 1循環早上開始。關閉閥門，處于環境 溫度 (丁 一30)的吸附床被太 陽能加熱 ，此 時只有少量工質 脫附出來 ，吸附率近似 常數 ， 而吸 附床 內壓力 不斷 升高 ，直至制冷工質在 冷凝溫度下的飽和壓力 ，此時溫度 為 L 2打開 閥門 ，在 恒壓條件 下嗣冷工質氣 體 不斷脫附出來 ，并在冷凝器 中冷凝 ，冷凝 下來的液體進入蒸發器 ，與此 同時 吸 附床 溫度繼續升高 至最大值 7 。 3關 閉閥

13、門 ，此 時 已是傍 晚 ，吸附床 被 冷卻 ，內部壓力下降直至相當于蒸發 溫度 下 工 質的飽和 壓力 ，該過 程中吸附率也近似不 變 ，最 終溫度 。 4打開閥門 ，蒸發器 中液體 因壓強驟減 而沸騰起來 ，從而開始蒸發嗣冷的過程 ，同 時蒸發出來的氣體進入吸附床被吸附 。該過 程一直進行到第二天早晨 。吸附過 程要放出 大量的熱量 ，它們由冷 卻水 或外界空氣帶走。平板式太陽能吸附式制冷技術平板式吸附制冷系統的特點是吸附床為平板式吸附集熱器結構，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多選用真空狀態下工作的吸附工質

14、對，如活性炭-甲醇，分子篩-水等?？梢岳玫推肺粺嵩打寗?，通過工質對的吸附和解析過程來達到制冷效果應用：吸附式制冷冰箱、冷藏柜、汽車空調，漁船制冰機太陽能吸附制冷技術的總結和展望 太陽能制冷的效率比較低，難以與其它形勢的制冷相比。因此，商業化利用仍有較大的差距。為加快商業化進程，如下工作必須進一步加強： 保持吸附制冷的穩定性； 提高發生器的集熱效率； 優化設計太陽能驅動的吸附式制冷系統的主要部 件，以實現系統的最優匹配； 深入制冷材料的研究。吸附式制冷在余熱利用中應用汽車發動機工作時，用于動力輸出的功一般只占燃油燃燒總熱量的的3042 （柴油機）或2530（汽油機）。以廢熱形式排除車外的能量占燃燒總能量的5870（柴油機）或7075（汽油機）。 發動機排氣溫度一般達到450550，考慮露點腐蝕問題，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。 工廠排除的廢水或廢氣的溫度也一般在150以上，能合理的利用這些廢熱也是一種節能的好途