§4-1吸附式制冷技术详解.ppt

第 4 章、固体吸附/吸收式制冷技术研究进展 §4-1 固体吸附式制冷技术 §4-2 吸收式制冷技术 §4-1 固体吸附式制冷技术研究进展 一、吸附现象 当气体与固体接触时，在固体表面或内部发生容纳气体的现象－吸附，气体从固体表面或内部脱离的过程－脱附 固体－吸附剂 气体－吸附质 一、吸附现象 吸附过程中放出热量（吸附热），脱附过程中吸收热量（脱附热） p ↑ 、T ↓ ，→吸附量↑， →通过降低压力或提高温度达到脱附目的 吸附剂对不同的气体有不同的吸附作用，具有选择性 吸附过程 物理吸附：吸附剂和吸附质表面的作用力为分子间引力 (Van Der Waals) 吸附作用比较弱，吸附量比较小 对吸附质气体一般无选择性 吸附和解吸速度快 化学吸附：吸附剂和吸附质之间产生电子交换而形成离子键、共价键等化学键 吸附作用强，吸附量大 吸附有选择性 吸附、解吸速度慢 一般在室温下，物理吸附和化学吸附同时存在 二、固体吸附式制冷的发展历程 1920s：硅胶－SO2火车货物冷藏系统，-12℃。无法与蒸汽压缩式制冷系统竞争 1970s：全球性能源危机，进入了一个新的发展阶段（可用低品质热源驱动），COP可达0.43，采用两床循环回收吸热COP可达1.2 二、固体吸附式制冷的发展历程 1990s：保护环境与CFCs替代为吸附式制冷提供了良好的发展机会 废热热泵、太阳能冰箱、太阳能空调 船舶制冷、汽车空调、宇航低温制冷 三、吸附式制冷原理及循环过程 基本的固体吸附式制冷系统: 吸附床（发生器） 冷凝器 蒸发器 演示 基本吸附式制冷循环P-T图 1－2 等容脱附－吸附床吸收热量 Qh 2－3 等压脱附（冷凝） －吸附床吸收热量 Qg 3－4 等容吸附－制冷剂放出热量 Qce 4－1 等压吸附（蒸发） －制冷剂吸收热量 Qref 两床基本循环连续制冷系统 基本系统 间歇制冷 两床系统 连续制冷 吸附床温度波动过大 解吸周期吸附周期 四、固体吸附式制冷系统的研究 吸附剂－制冷剂工质对的性能 系统内的传热、传质 各种循环的热力性质 三个方面的研究有机地结合 1、吸附工质对 对吸附剂的要求 吸附量大 吸附容量对温度变化敏感 吸附剂与吸附质相容 对吸附质（制冷剂）的要求 单位体积蒸发潜热大 合适的冰点 适当的饱和蒸汽压 无毒、不可燃、无腐蚀性；良好的热稳定性 常用的吸附工质对 物理吸附工质对： 活性炭－甲醇/氨 沸石－水 硅胶－水 化学吸附工质对： 氯化钙－氨 氯化锶－氨 氯化钙－甲醇 常用的吸附工质对 活性炭－甲醇 吸附量大、对温度变化敏感、汽化潜热大、解吸温度不高（100℃左右）、吸附热较低 太阳能吸附制冷中应用最广的工质对 65℃ 解吸温度 150℃ 甲醇有毒，不利于广泛应用 常用的吸附工质对 沸石－水工质对 解吸温度范围较宽（70～250℃） 冷凝温度升高对制冷量和系统的影响不大，使系统对环境的适应能力强 分子筛的吸附量对温度变化不是很敏感，需要较高的脱附温度 系统蒸发温度大于0℃，不能用于制冰 采用真空系统，对真空密封性要求很高 蒸发压力低也使得吸附过程较慢 常用的吸附工质对 氯化钙/氯化锶－氨工质对 氨系统为正压力系统 轻微泄漏不会导致系统失灵 压力系统有助于传热传质，可以有效缩短周期 氨的蒸发潜热大，蒸发制冷量很大 氨可以适应较高的热源温度 常用的吸附工质对 氯化钙－甲醇工质对 冰点较低，蒸发潜热较大 吸附量相对较小 甲醇为真空系统，因此系统的密封要求高 甲醇有毒 常用的吸附工质对 王如竹等人提出了一种新型的吸附剂－活性炭纤维（ACF） 制冷量可达活性炭的2～3倍，吸附解吸时间缩短为活性炭系统的1/10 Vasiliev：活性炭纤维－氨/氯化钙－氨复合吸附工质对 单位质量吸附剂对氨的吸附率达到0.85，从而使系统能量密度提高 常用的吸附工质对 Aristov：硅胶－氯化钙复合吸附剂 对水的吸附率可高达0.5～0.7 解吸温度仅为70～80℃，因而它在太阳能吸附式空调中具有潜在的价值 2、吸附床的强化传热 吸附床的传热效率和传质特性直接影响制冷系统对热源的利用→吸附/解吸速率↑ 缩短循环周期 吸附介质改善 吸附床结构改进 吸附介质改善 吸附剂（如沸石、活性炭等）接触热阻大，导热性能差 复合吸附剂 将颗粒大小不同的两种吸附剂混合起来以减少吸附床的松散性 在吸附床中加入导热性较好的金属材料或石墨 固化吸附剂 将吸附剂加工成圆片或圆柱等块状结构 满足热导率要求时保持较高的传质率 采用块状活性炭为吸附剂 吸附床结构改进 减少吸附床厚度，增大和外界的换热面 吸附床中插入金属肋片 吸附床结构：翅片管式、板式、板翅式、螺旋板式 热管换热器对吸附器进行热交换 热管吸附床 演示 3、先进的制冷循环方式 连续回热式制冷