吸附制冷技术研究.doc

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1、吸附制冷技术研究1引言吸附制冷系统以太阳能、工业余热等低品位能源作为驱动力，采用非氟氯坯类物质作为制冷剂，系统中很少使用运动部件,具有节能、环保、结构简单、无噪音、运行稳定可靠等突出优点,因此受到了国内外制冷界人士越來越多的关注。吸附制冷的基本原理是：多孔同体吸附剂对某种制冷剂气体具有吸附作用，吸附能力随吸附剂温度的不同而不同。周期性的冷却和加热吸附剂，使Z交替吸附和解吸。解吸时，释放出制冷剂气体，并在冷凝器内凝为液体；吸附时，蒸发器屮的制冷剂液体蒸发，产生冷量。图1是吸附制冷的理想基本循环系统示意图，图2是理想基本循环热力图。图1理想基本循环系统示意图图2理想基本循环热力图图1中、为切

2、换系统吸附/解吸状态的控制阀门，为节流阀；图2中、分别为吸附态吸附率和解吸态吸附率，、为吸附起始和终了温度，、为解吸起始和终了温度。吸附制冷理想基本循环的山四个过程组成：（1）1-2,等容升压；（2）2-3,等压解吸；（3）3-4,等容降压；（4）4-1,等压吸附。(1)(2)过程需要加热,(3)(4)过程需要冷却,—-6」为制冷剂循环过程,当吸附床处于4J阶段时，系统产生冷量。2吸附制冷技术研究进展吸附制冷工作原理最早是山Faraday提出的，而后在20世纪20年代才真正开始了吸附制冷系统的相关研究，山于当时提出的吸附制冷系统系统在簡业匕根本无法与效率窩得多、功率大得多的系统竟争，因而

3、并未受到足够的重视。20世纪70年代的能源危机为吸附式制冷技术的发展提供了契机,因为吸附制冷系统可用低品位热源驱动，在余热利用和太阳能利用方面具有独到的优点。进入20世纪90年代，随着全球环境保护的呼声越來越高，不使用氟氯坯作为制冷剂的吸附制冷技术引起了制冷界人士的广泛兴趣，从而使得吸附制冷技术的研究得以蓬勃的发展起來。吸附制冷吸附研究主要包括工质对性能、吸附床的传热传质性能和系统循环与结构等儿个方面的工作，无论哪一个方面的研究都是以化工和热工理论为基础的，例如传热机理、传质机理等等，限于篇幅，本文仅从技术发展的角度來概括吸附制冷的研究进展。2・1吸附工质对性能研究吸附制冷技术能否得到工

4、业应用很大程度上取决于所选用的工质对，工质对的热力性质对系统性能系数、初投资等影响很大,要根据实际热源的温度选择合适的工质对。从20世纪80年代初到90年代中期，研究人员为吸附工质对的筛选做了大量的工作，逐渐优化出了儿大体系的工质对。按吸附剂分类的吸附工质对可分为：硅胶体系、沸石分子筛体系、活性炭体系(物理吸附)和金属氯化物体系(化学体系)。山于化学吸附在经过多次循坏后吸附剂会发生变性，因而对儿种物理吸附类吸附体系的研究较多。儿种常用工质体系的工作特性总结于表lo表1固体吸附制冷工质对的工作特性和应用范围工质对制冷剂毒性贞空度系统耐压强度解吸温度°C驱动热能标准沸占°C汽化潜热kJ/kg

5、沸石一水1002258无高低>150高温余热硅胶一水1002258无高低100太阳能、低温余热活性炭一甲醇651102有高适中110太阳能、低温余热活性炭一乙醇79842无适中适中100太阳能、低温余热活性炭纤维一甲醇651102有高适中120太阳能、低温余热氯化钙一氨-341368有低高95太阳能、低温余热近儿年來，研究人员在吸附工质对方面的研究始终没有停止，从理论和实验两个方面对各种工质对的工作特性进行了广泛的研究。综合考虑强化吸附剂的传热传质性能，开发出较为理想的、环保型吸附工质対，从根本上改变吸附制冷工业化过程中所面临的实际困难，是推动囿体吸附式制冷工业技术早日工业化的关键。2・

6、2吸附床的传热传质性能研究吸附床的传热传质特性对吸附式制冷系统有较大的影响。-方面，吸附床的传热效率和传质特性fl接彩响制冷系统対热源的利用；另•方1何，传热传质越快，循环周期越短，则单位时间制冷量越人。因此，提高吸附床的传热传质性能是吸附式制冷效率提高的关键。传质速率主要取决于吸附解吸速度和吸附剂的传质阻力，吸附剂的传质阻力主要是11」其孔隙率决定的，此外制冷剂气体在吸附剂内的流程也对传质阻力有很大影响，合理的吸附剂填充方式和吸附器设计可以有效降低传质阻力。对于传热来讲吸附床主要存在两种热阻［6］：吸附换热器的金属材料（换热管道与翅片）与吸附剂Z间的接触热阻；尚体吸附剂的传热热阻。因此

7、，改善吸附床的传热特性，主要从减小这两个热阻的角度出发，或者依靠增大换热面积來增加总的换热it也就是通过合理的吸附器结构设计來增加换热量。在加强传质性能方廁，比较有效的方法是通过改变吸附剂颗粒的形状增加床层孔隙率以及在吸附床设计时设置制冷剂气体的流动通道。吸附器传热性质的加强首先是对吸附剂的处理，目前比较公认的方法有：采用二元混合物，让小颗粒吸附剂掺杂在大颗粒吸附剂Z间以减小吸附床的松散性；在吸附剂屮掺入高导热系数材料；通过固结等手