吸附式制冷技术发展.doc

吸附式製冷技術發展 熱驅動製冷系統不僅可以利用工業餘熱或回收廢熱驅動，亦可以利用太陽能熱水驅動，在提供工業冷卻與商業空調的需求的同時，有助於提高整體能源的使用效率與善用再生能源，是發展再生能源空調系統最重要的技術發展項目之一，因此熱能驅動製冷技術在國內外，再度受到各國重視與廣泛的討論，如何以政策配合民間推動與落實冷熱電三生系統的應用，以提高整體能源的使用效率，對節能減碳作出貢獻。 固體吸附式製冷系統的驅動熱源溫度較吸收式製冷系統低，被冀望是發展太陽能空調系統的較佳方案，緣此，本文特別以吸附式製冷系統為題，比較說明兩種熱驅動製冷系統的運轉原理與特性，介紹國內外吸附式製冷系統的發展與應用現況，探討現階段推動商業化普及應用的障礙，以及未來可能的技術發展重點。 國內技術發展現況 溴化鋰-水吸收式製冷系統 論及熱驅動製冷系統在空調的應用，首推技術發展與商品成熟度最高的吸收式製冷系統(習稱吸收式冰水機、吸收式冷凍機)，圖1所示為單效應溴化鋰-水吸收式製冷系統的結構與循環示意圖。吸收式的工作流體以水為冷媒、以溴化鋰水溶液為吸收劑，冷媒在蒸發器的低壓下(真空)蒸發蒸發的氣態冷媒被吸收器的溴化鋰溶液吸收吸收氣態冷媒的溴化鋰溶液濃度降低，溴化鋰溶液利用溶液泵浦將溴化鋰溶液送到發生器加熱使溴化鋰溶液濃度提高在發生器加熱溴化鋰溶液產生的氣態冷媒被送到冷凝器液化後再送至蒸發器製冷，在發生器提高濃度後的溴化鋰溶液被送到吸收器吸收蒸發的氣態冷媒。 圖1 單效應溴化鋰-水吸收式製冷循環 圖2所示為密閉式固體吸附式製冷的結構與循環示意圖。固體吸附式製冷系統同樣以水為冷媒，以矽膠或沸石為吸附劑(adsorbent)，通常以工作對來稱呼冷媒與吸附劑的配對，不同的工作對具有不同的適用溫度條件與，目前較成熟的商業化固體吸附式製冷系統，最常用的為以矽膠-水或沸石-水為工作對的吸附式製冷。 由於固體吸附式製冷系統，固體吸附劑無法像吸收式的吸收劑(溴化鋰溶液)一樣循環流動，以水(冷媒)-矽膠(吸附劑)為工作對的固體吸附式製冷系統為例，在蒸發器內蒸發造冷，蒸發的氣態冷媒被充滿矽膠(吸附劑)的吸附床吸附以維持蒸發器的壓，無法再吸附氣態冷媒，必須進行脫附以還原吸附能力。因此將吸飽氣態冷媒的吸附床利用熱水加溫進行脫附(再生)，被脫附的氣態冷媒送至冷凝器液化後，送至蒸發器造冷脫附完成後的吸附床吸附能力恢復，則可以再吸附氣態冷媒進行製冷。 圖2 密閉式固體吸附製冷循環 表1所示為國外吸附式製冷系統技術發展與商業化產品的現況，日本的商業化成熟度與安裝案例較多，主要的生產廠商為Union產業株式會社與前川(Mayekawa)製作所，目前其主要目標市場以工業製程的廢熱回收或商業場所的太陽熱能應用為主，所以機組容量也較大，製冷能力在100kW以上。歐盟的德國Sortech與瑞典的ClimateWell對於太陽能製冷技術的研發也很早即投入，由於氣候與使用條件的不同，目前商業化的產品在15kW以下。中國大陸則以上海交大的王如竹教授投入吸附式製冷技術的研發為代表，所發表的研究論文與吸附床的研究最多，不過商業化的產品目前無法得知其發展情形與應用現況。 傳統採用矽膠-水為工作對、吸附劑以填充方式製作的吸附床熱交換器的缺點為，因吸附劑的特性以及以填充方式製作吸附床的因素，不僅使得系統的效率差，同時因為吸附劑的使用量大，使得系統的體積與重量過大、製造成本也相當高。為改善上述缺點以提升系統效率、減少體積重量與降低製造成本，日本三菱樹脂(Mitsubishi Plastic INC.)發展一種產品命名為AQSOA的沸石系吸附劑。圖所示為三菱樹脂所發展成為AQSOA吸附劑與傳統矽膠及Y型沸石吸附的吸附特性圖AQSOA共有三個系列的產品，其產品編號分別為AQSOA-FAM-Z01、Z02、Z05，針對不同的使用溫度條件，可以應用在開放式的除濕輪與密閉式的吸附式製冷系統。 表 國外吸附式製冷產品的現況 產品 國別/廠家 日本 Mayakawa 日本 Union 德國 Sortech AC 瑞典 ClimateWell 中國 上海交大 工作對 矽膠-水 矽膠-水 矽膠/沸石-水 氯化鋰-水 矽膠-水 製冷能力 105kW 175~500kW 8kW/15kW 10kW 8.5kW 熱源溫度 60~80℃ 60~80℃ 72/65℃ 85~100℃ 85℃ 冷卻水溫度 ℃以下 32℃以下 27/32℃ 儲冷量56kWh 32℃ 冰水溫度 5~15℃ 14/9℃ 18/15℃ 儲熱量64kWh 5℃ 重量 6600kg 8500~16500kg 295kg/590kg 990kg 1500kg *1:吸附量為每公斤乾燥的吸附材所能吸附的水氣重量圖 日本三菱樹脂AQSOA吸附材的特性 圖所示為利用