固體吸附式制冷課件

第六章

固體吸附式制冷第六章固體吸附式制冷16.1概述固體吸附式制冷是通過微孔固體吸附劑在較低溫度下吸附制冷劑，在較高溫度下解吸制冷劑的吸附-解吸循環(huán)來實現(xiàn)的。相對于同樣利用熱能驅(qū)動的吸收式制冷而言，在熱源溫度比較低或冷凝溫度比較高的條件下，采用合適的制冷工質(zhì)對，吸附式制冷具有更高的效率，因此，吸附式制冷在低品位熱源的利用方面極具優(yōu)越性。

6.1概述固體吸附式制冷是通過2

具有吸附作用的物質(zhì)稱為吸附劑；被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)（用作制冷劑），吸附劑與吸附質(zhì)組成了吸附式制冷的工質(zhì)對。

工質(zhì)對的性能直接影響到制冷循環(huán)的效率以及裝置的大小。理想的工質(zhì)對應能滿足平衡吸附量、吸附與解吸溫度、吸附與解吸速率等一系列要求。要求吸附劑的吸附量大，吸附等溫線平坦，吸附容量對溫度變化敏感，吸附劑與吸附質(zhì)相容。一般說來，吸附劑的表面積越大，它的吸附能力就越強。對吸附質(zhì)的要求是單位體積蒸發(fā)潛熱大，冰點較低，飽和蒸氣壓適當，無毒，不可燃，無腐蝕性，具有良好的熱穩(wěn)定性。

目前已開發(fā)出的工質(zhì)對主要有如活性炭-甲醇/氨、沸石-水、硅膠-水等物理吸附工質(zhì)對以及氯化鈣-氨、氯化鍶-氨、氯化鈣-甲醇等化學吸附工質(zhì)對等百余種。具有吸附作用的物質(zhì)稱為吸附劑；被吸附的3比較成熟的工質(zhì)對及其適用范圍冷凍（T＜253K）制冷（T=273K）空調(diào)（T=273～288K）采暖（T≈333K）工業(yè)熱泵（T＞373K）沸石-氨氯化鈣-氨活性炭-甲醇活性炭-氨活性炭-甲醇沸石-水硅膠-水活性炭-氨沸石-水沸石-水比較成熟的工質(zhì)對及其適用范圍冷凍制冷（T=273K）空調(diào)（T46.2吸附式制冷系統(tǒng)的組成及

工作過程

固體吸附式制冷系統(tǒng)由吸附器、冷凝器、蒸發(fā)器以及控制閥等輔助設備組成。

吸附器里填滿了固體吸附劑，當它被加熱時，已被吸附的吸附質(zhì)，從吸附劑表面脫附出來，進入冷凝器，與冷卻介質(zhì)進行熱量交換，由氣體冷凝為液體，并進入蒸發(fā)器。停止對吸附劑加熱時，吸附劑開始冷卻，吸附能力逐漸升高，并開始吸附蒸發(fā)器里的制冷劑蒸氣達到制冷的目的。吸附了大量制冷劑蒸氣的吸附劑為下一次加熱脫附創(chuàng)造了條件。脫附-吸附循環(huán)如此周而復始，間歇地進行著制冷過程。

固體吸附式制冷原理圖6.2吸附式制冷系統(tǒng)的組成及

工作過程固體吸附式5吸附式制冷的工作原理及其制冷循環(huán)的p-T-s圖

吸附式制冷的工作原理及其制冷循環(huán)的p-T-s圖6

1-2過程：吸附床定容加熱過程，吸收的顯熱用Qh表示。

2-3過程：吸附床定壓脫附過程，點3表示脫附終了吸附床的狀態(tài)，解吸態(tài)吸附率用Xdil表示，脫附過程吸收的熱量用Qg表示。

2-5過程：自吸附床解吸出來的制冷劑在冷凝器中定壓冷凝過程，此過程可以認為與2-3過程同時發(fā)生，冷凝過程放出的熱量用Qk表示。71-2過程：吸附床定容加熱過程，吸收的顯熱用5-6過程：冷凝液體經(jīng)節(jié)流閥降壓、降溫過程，釋放出的顯熱用Qc1表示。

6-1過程：制冷劑液體在蒸發(fā)器中定壓蒸發(fā)過程，蒸發(fā)過程吸熱量用Qo表示。

3-4過程：吸附床定容冷卻過程，冷卻吸附床帶走的熱量用Qc2表示。4-1過程：吸附床定壓吸附過程，吸附過程中帶走的熱量用Qa表示。此過程可以認為與6-1過程同時發(fā)生。85-6過程：冷凝液體經(jīng)節(jié)流閥降壓、降溫過程，釋放出的顯熱用Q6.3吸附式制冷循環(huán)的熱力計算（1）吸附床等容加熱過程吸收的顯熱Qh（kW）

Cva（T）—吸附劑定容比熱容，kJ/kg.K；

Cvr（T）—制冷劑定容比熱容，kJ/kg·K；Ma、Mr—分別表示吸附劑和制冷劑的質(zhì)量（kg），其中Mr=Xconc×Ma。公式中第一部分表示的是吸附劑的顯熱，第二部分表示制冷工質(zhì)的顯熱。6.3吸附式制冷循環(huán)的熱力計算（1）吸附床等容加熱過程吸9（2）吸附床在脫附過程吸收的熱量Qg

Cpa（T）—吸附劑定壓比熱容，kJ/kg·K；

Cpr（T）—制冷劑定壓比熱容，kJ/kg·K；ΔX—表示溫度從Tg1升高到Tg2時吸附率的變化量，ΔX=Xconc-XdilHdes—表示脫附熱（kJ）。公式中第一部分表示吸附劑的顯熱，第二部分表示留在吸附床內(nèi)制冷工質(zhì)的顯熱，第三部分表示脫附過程所需的熱量。（kW）

（2）吸附床在脫附過程吸收的熱量QgCpa（T）10（3）冷卻吸附床帶走的熱量Qc2公式中第一部分表示吸附劑的顯熱，第二部分表示留在吸附床內(nèi)制冷工質(zhì)的顯熱。（kW）

（4）吸附過程帶走的熱量Qa

Cprq（T）—自由氣態(tài)工質(zhì)的定壓比熱容，kJ/kg·K；Hads—表示吸附熱（kJ）。公式中第一、二部分表示整個吸附床的顯熱，第三部分表示吸附過程放出的熱量，第四部分表示蒸發(fā)的制冷劑蒸氣溫度升至Ta2所吸收的顯熱。（3）冷卻吸附床帶走的熱量Qc2公式中第一部分表示11（5）冷凝過程帶走的熱量Qk

Le—制冷工質(zhì)的汽化潛熱（kJ/kg）。公式中第一部分表示飽和汽化潛熱，第二部分表示制冷蒸氣在冷凝過程中放出的顯熱。（6）液態(tài)制冷劑從Tk降至蒸發(fā)溫度T0釋放出的顯熱Qc1

Cvrf（T）—液態(tài)制冷劑定容比熱容（kJ/kg·K）。（5）冷凝過程帶走的熱量QkLe12（7）制冷量Qo（8）循環(huán)的性能系數(shù)COP應當指出，上述熱力計算公式是純理論的，實際上由于工質(zhì)物性復雜，且存在著各種損失，精確地計算各個熱力過程的熱量確實比較困難，但可以利用以上公式對循環(huán)進行分析，從理論上加以指導。（7）制冷量Qo（8）循環(huán)的性能系數(shù)COP應當136.4.1.吸附式制冷工質(zhì)對的研究長期以來，人們對吸附式制冷工質(zhì)對的研究一直方興未艾。比較成熟的有活性炭-甲醇、活性炭-氨、氯化鈣-氨、沸石-水、金屬氫化物-氫。R.E.Critoph和Voge曾經(jīng)比較了沸石、活性炭分別與R11、R12、R22、R114做工質(zhì)對的情況，發(fā)現(xiàn)活性炭是一種較為理想的吸附劑。目前用于太陽能等低溫熱源驅(qū)動的固體吸附式制冷工質(zhì)對的工作特性如下表所示。6.4吸附式制冷技術研究進展6.4.1.吸附式制冷工質(zhì)對的研究6.4吸附式制冷技術研14工質(zhì)對T0(OK)Tk(OK)Ta(OK)Tj(OK)x0(kg/kg)ε真空度要求抗壓性要求有無毒性硅膠-水2783083033730.070.87高低無活性炭-氨氣2683033033630.150.86高高有活性炭-甲醇2683033033830.1710.84高適中有活性炭-乙醇2683033033730.1450.85適中適中無固體吸附制冷工質(zhì)對的工作特性T0為蒸發(fā)溫度；Tk為冷凝溫度；Ta為吸附溫度；Tj為解吸溫度；x0表示吸附率；ε為理論性能系數(shù)，ε=λ/H(λ為TO下的蒸發(fā)潛熱,J/kg;H為平均等量吸附熱J/kg)T0TkTaTjx0(kg/kg)真空度要求抗壓性要求有無15基本型吸附式制冷循環(huán)設置有一個吸附器，吸附-脫附過程交替進行，沒有采用回熱措施，不但損失了吸附床冷卻放熱及吸附放熱的顯熱量，而且因為間歇式制冷產(chǎn)生切換損失，因此循環(huán)效率比較低。為了連續(xù)制冷，可以采用兩個或多個吸附器交替工作。除此而外，在固體吸附式制冷循環(huán)的研究過程中，人們還提出了連續(xù)回熱型、熱波型、對流熱波型和雙效復疊型等多種更高效的吸附制冷循環(huán)。6.4.2.吸附式制冷循環(huán)的研究

基本型吸附式制冷循環(huán)設置有一個吸附器，吸附-脫16吸附器1吸附器2蒸發(fā)器冷凝器冷卻水

系統(tǒng)中有兩個吸附，假定對吸附器1加熱，對吸附器2冷卻，當吸附器1充分解析，吸附器2吸附飽和后，使吸附器1冷卻，吸附器2加熱，吸附器1、2交替運行組成了一個完整的連續(xù)制冷循環(huán)。（1）連續(xù)回熱循環(huán)

為了提高熱能的利用率，在兩個吸附器切換過程中，可通過循環(huán)冷卻水將正在吸附的吸附器冷卻時釋放的顯熱和吸附熱傳遞給正在解析的吸附器，以實現(xiàn)回熱，從而減少了系統(tǒng)的能量輸入，提高了循環(huán)的效率。17吸附器1吸附器2蒸發(fā)器冷凝器冷卻水系統(tǒng)中有兩

多床循環(huán)的吸附床與吸附床之間存在傳熱溫差使系統(tǒng)的回熱利用率不高，且投資費用隨床數(shù)的增加而成倍增加。熱波循環(huán)中吸附床被設計成一系列能獨立進行熱交換的小吸附床組成。沿冷卻（加熱）流體流程存在很大的溫度梯度，以便最大限度地利用吸附過程放出的熱量，更充分地回熱。（2）熱波循環(huán)多床循環(huán)的吸附床與吸附床之間存（2）熱波循環(huán)18冷凝器蒸發(fā)器吸附器1吸附器2加熱器冷卻水（2）熱波循環(huán)

多床循環(huán)的吸附床與吸附床之間存在傳熱溫差使系統(tǒng)的回熱利用率不高，且投資費用隨床數(shù)的增加而成倍增加。熱波循環(huán)中吸附床被設計成一系列能獨立進行熱交換的小吸附床組成。沿冷卻（加熱）流體流程存在很大的溫度梯度，以便最大限度地利用吸附過程放出的熱量，更充分地回熱。19冷凝器蒸發(fā)器吸附器1吸附器2加熱器冷卻水（2）熱波循環(huán)

對流熱波循環(huán)是一種吸附床內(nèi)強迫對流以改善吸附床傳熱傳質(zhì)性能的循環(huán)方式，即利用制冷劑氣體和吸附劑之間的強制對流，利用循環(huán)泵將高壓制冷劑直接加熱、冷卻吸附劑而獲得較高的熱流密度。由于吸附床內(nèi)傳熱條件良好，在較短的時間內(nèi)就可將吸附床加熱或冷卻到預定溫度。（3）對流熱波循環(huán)對流熱波循環(huán)是一種吸附床內(nèi)強迫對流以改善吸附床傳20吸收器蒸發(fā)器冷凝器冷卻器加熱器

如圖所示，吸附床內(nèi)強迫對流，以改善吸附床傳熱傳質(zhì)性能的循環(huán)方式。氣體循環(huán)泵氣體循環(huán)泵21吸收器蒸冷冷卻器加熱器如圖所示，吸附床內(nèi)強（4）復疊式循環(huán)復疊式循環(huán)是

利用兩個工作在不同溫度范圍內(nèi)的吸附循環(huán)提高吸附熱的利用率的一種雙效循環(huán)

，例如以沸石-水為工質(zhì)對的高溫循環(huán)來驅(qū)動以活性炭-甲醇為工質(zhì)對的低溫循環(huán)。

比較理想的復疊式循環(huán)：高溫級采用分子篩-水為工質(zhì)對，在100～200℃高溫區(qū)工作；低溫級采用硅膠（分子篩）-水為工質(zhì)對，在30～100℃低溫區(qū)工作。其中100℃為中間溫度，通過選擇合適的加熱溫度和中間溫度以及兩級冷凝壓力，可使系統(tǒng)COP值達到1.2。（4）復疊式循環(huán)比較理想的復疊式循環(huán)：22（5）回質(zhì)循環(huán)對于具有兩個吸附床的連續(xù)型吸附式制冷循環(huán)，當吸附床1加熱解析完畢，處于冷凝壓力Pk下，將被冷卻以實現(xiàn)吸附過程時，吸附床2正處于蒸發(fā)壓力Po下吸附飽和后，將被加熱解析狀態(tài)。如果在吸附床1冷卻之前，或吸附床2加熱之前，將吸附床1和吸附床2連同在一起，在壓差的作用下，吸附床1中的部分吸附質(zhì)氣體將快速轉(zhuǎn)移到吸附床2中，顯然，回質(zhì)過程增大了循環(huán)解析量。（5）回質(zhì)循環(huán)23吸附器1吸附器2蒸發(fā)器冷凝器冷卻水如圖：

吸附床1解析終了冷卻之前-準備吸附；吸附床2吸附終了加熱之前-準備解析；先將它們連通，由于壓差作用，吸附床1中部分氣體快速轉(zhuǎn)移到吸附床2，以至兩床壓力平衡，完成了回質(zhì)過程，增加了循環(huán)解析量。24吸附器1吸附器2蒸發(fā)器冷凝器冷卻水如圖：246.4.3.強化吸附床傳熱的研究

強化吸附床傳熱可以提高吸附/解析速率，縮短循環(huán)周期。一個有效的增強吸附床傳熱的方法是減少吸附床厚度并增大其與外界的換熱面積。通過在吸附床中插入薄金屬肋片或金屬管，或者將片狀吸附劑與金屬片粘結在一起，從而大大減少接觸熱阻，提高吸附床的傳熱效率。但由于金屬與粘結劑的熱膨脹系數(shù)不同，很難保證在反復加熱和冷卻條件下粘結的牢固性。為了增大吸附床的換熱面積，已設計出了多種吸附床結構。用得較多的是翅片管式吸附床，這種吸附床的優(yōu)點是結構簡單、造價低廉，但換熱系數(shù)較低

，溫度分布不夠均勻。此外還有板式、板翅式、螺旋板式吸附床，這類吸附床的優(yōu)點是換熱面積大、熱損失小、溫度分布均勻、傳熱傳質(zhì)性能較好，但加工比較復雜，造價比較高。6.4.3.強化吸附床傳熱的研究強化吸附床傳25太陽能吸附式制冷以活性碳纖維-乙醇為工質(zhì)對，由太陽能驅(qū)動的固體吸附式制冷裝置簡介。26太陽能吸附式制冷26在太陽能吸附式制冷研究領域，設計了一種轉(zhuǎn)輪式活性炭纖維波紋板吸附床，

轉(zhuǎn)輪式吸附床由活性炭纖維氈制成楔型塊狀結構，緊固在沿轉(zhuǎn)輪輪轂周向呈輻射狀的金屬網(wǎng)架之間，每兩塊楔型結構之間通過金屬網(wǎng)架留有傳質(zhì)通道。轉(zhuǎn)輪外殼兩端的封頭內(nèi)側(cè)分別焊接著兩塊V型絕熱隔板，以便將低溫低壓制冷劑蒸氣和高溫高壓制冷劑蒸氣分隔開來。1.活性炭纖維氈制成的楔型塊；2.金屬網(wǎng)架；3.傳質(zhì)通道；4.轉(zhuǎn)輪外殼；5.轉(zhuǎn)動軸6.傳動鏈條；7.V型絕熱隔板轉(zhuǎn)輪式吸附床的結構在太陽能吸附式制冷研究領域，設計了一種轉(zhuǎn)輪式活27太陽能轉(zhuǎn)輪式吸附床工作原理太陽能轉(zhuǎn)輪式吸附床工作原理28轉(zhuǎn)輪以緩慢的速度旋轉(zhuǎn)，來自蒸發(fā)器的低溫低壓制冷劑蒸氣由氣體循環(huán)泵導入轉(zhuǎn)輪式吸附床下部3/5區(qū)域，首先使吸附床溫度下降，繼而被吸附床中的活性炭纖維所吸附，吸附過程中放出的吸附熱，被未被吸附的制冷劑蒸氣帶走，進入太陽能加熱器，在太陽能加熱器中吸熱升溫，壓力提高后進入轉(zhuǎn)輪式吸附器上部2/5區(qū)域，遇到旋轉(zhuǎn)上來的吸足了制冷劑的吸附劑床層，由于受到高溫制冷劑蒸氣加熱，被吸附床吸附的那部分制冷劑便從活性炭纖維中解吸出來，進入冷凝器，被冷卻凝結為液態(tài)制冷劑。液態(tài)制冷劑經(jīng)膨脹閥節(jié)流降壓后，進入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)吸熱氣化，產(chǎn)生制冷效應。低溫低壓制冷劑蒸氣再次由氣體泵導入轉(zhuǎn)輪式吸附床下部3/5區(qū)域，開始下一輪的吸附-解吸-制冷過程，如此循環(huán)，從而達到連續(xù)制冷的目的。轉(zhuǎn)輪以緩慢的速度旋轉(zhuǎn)，來自蒸發(fā)器的低溫29（1）采用轉(zhuǎn)輪式吸附床不但回收了吸附器冷卻階段的吸附熱，而且實現(xiàn)了連續(xù)制冷過程。（2）強化傳質(zhì)設計，從根本上解決了顆粒吸附劑接觸熱阻問題，改善了制冷劑在吸附床中的傳熱、傳質(zhì)特性，提高了吸附、解吸速度。（3）綜合利用了連續(xù)回熱型循環(huán)、熱波循環(huán)、對流熱波循環(huán)、回質(zhì)循環(huán)等高級制冷循環(huán)，實現(xiàn)了吸附終了氣體的回質(zhì)過程，極大地提高了循環(huán)效率。（4）避免了工質(zhì)間的換熱損失，可使吸附式制冷的熱力系數(shù)提高10%～30%，解決了太陽能等低品位熱能為動力的固體吸附式制冷機械走向市場的關鍵問題。太陽能轉(zhuǎn)輪式吸附制冷機的創(chuàng)新之處（1）采用轉(zhuǎn)輪式吸附床不但回收了吸附器冷卻階段的吸附熱，30固體吸附式制冷課件31第六章習題簡答題：1.簡述固體吸收式制冷的工作原理及特點。2.吸附式制冷工質(zhì)對有什么特點？它們與吸收式制冷工質(zhì)對有什么區(qū)別？3.常用的吸附式制冷工質(zhì)對有哪些？4.簡述提高固體吸收式制冷熱力系數(shù)的措施。5.綜合連續(xù)回熱循環(huán)、熱波循環(huán)、對流熱波循環(huán)、復疊式循環(huán)、回質(zhì)循環(huán)的優(yōu)缺點，提出更高級的制冷循環(huán)設想。

第六章習題簡答題：32

謝謝大家！固體吸附式制冷課件33

第六章

固體吸附式制冷第六章固體吸附式制冷346.1概述固體吸附式制冷是通過微孔固體吸附劑在較低溫度下吸附制冷劑，在較高溫度下解吸制冷劑的吸附-解吸循環(huán)來實現(xiàn)的。相對于同樣利用熱能驅(qū)動的吸收式制冷而言，在熱源溫度比較低或冷凝溫度比較高的條件下，采用合適的制冷工質(zhì)對，吸附式制冷具有更高的效率，因此，吸附式制冷在低品位熱源的利用方面極具優(yōu)越性。

6.1概述固體吸附式制冷是通過35

具有吸附作用的物質(zhì)稱為吸附劑；被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)（用作制冷劑），吸附劑與吸附質(zhì)組成了吸附式制冷的工質(zhì)對。

工質(zhì)對的性能直接影響到制冷循環(huán)的效率以及裝置的大小。理想的工質(zhì)對應能滿足平衡吸附量、吸附與解吸溫度、吸附與解吸速率等一系列要求。要求吸附劑的吸附量大，吸附等溫線平坦，吸附容量對溫度變化敏感，吸附劑與吸附質(zhì)相容。一般說來，吸附劑的表面積越大，它的吸附能力就越強。對吸附質(zhì)的要求是單位體積蒸發(fā)潛熱大，冰點較低，飽和蒸氣壓適當，無毒，不可燃，無腐蝕性，具有良好的熱穩(wěn)定性。

目前已開發(fā)出的工質(zhì)對主要有如活性炭-甲醇/氨、沸石-水、硅膠-水等物理吸附工質(zhì)對以及氯化鈣-氨、氯化鍶-氨、氯化鈣-甲醇等化學吸附工質(zhì)對等百余種。具有吸附作用的物質(zhì)稱為吸附劑；被吸附的36比較成熟的工質(zhì)對及其適用范圍冷凍（T＜253K）制冷（T=273K）空調(diào)（T=273～288K）采暖（T≈333K）工業(yè)熱泵（T＞373K）沸石-氨氯化鈣-氨活性炭-甲醇活性炭-氨活性炭-甲醇沸石-水硅膠-水活性炭-氨沸石-水沸石-水比較成熟的工質(zhì)對及其適用范圍冷凍制冷（T=273K）空調(diào)（T376.2吸附式制冷系統(tǒng)的組成及

工作過程

固體吸附式制冷系統(tǒng)由吸附器、冷凝器、蒸發(fā)器以及控制閥等輔助設備組成。

吸附器里填滿了固體吸附劑，當它被加熱時，已被吸附的吸附質(zhì)，從吸附劑表面脫附出來，進入冷凝器，與冷卻介質(zhì)進行熱量交換，由氣體冷凝為液體，并進入蒸發(fā)器。停止對吸附劑加熱時，吸附劑開始冷卻，吸附能力逐漸升高，并開始吸附蒸發(fā)器里的制冷劑蒸氣達到制冷的目的。吸附了大量制冷劑蒸氣的吸附劑為下一次加熱脫附創(chuàng)造了條件。脫附-吸附循環(huán)如此周而復始，間歇地進行著制冷過程。

固體吸附式制冷原理圖6.2吸附式制冷系統(tǒng)的組成及

工作過程固體吸附式38吸附式制冷的工作原理及其制冷循環(huán)的p-T-s圖

吸附式制冷的工作原理及其制冷循環(huán)的p-T-s圖39

1-2過程：吸附床定容加熱過程，吸收的顯熱用Qh表示。

2-3過程：吸附床定壓脫附過程，點3表示脫附終了吸附床的狀態(tài)，解吸態(tài)吸附率用Xdil表示，脫附過程吸收的熱量用Qg表示。

2-5過程：自吸附床解吸出來的制冷劑在冷凝器中定壓冷凝過程，此過程可以認為與2-3過程同時發(fā)生，冷凝過程放出的熱量用Qk表示。401-2過程：吸附床定容加熱過程，吸收的顯熱用5-6過程：冷凝液體經(jīng)節(jié)流閥降壓、降溫過程，釋放出的顯熱用Qc1表示。

6-1過程：制冷劑液體在蒸發(fā)器中定壓蒸發(fā)過程，蒸發(fā)過程吸熱量用Qo表示。

3-4過程：吸附床定容冷卻過程，冷卻吸附床帶走的熱量用Qc2表示。4-1過程：吸附床定壓吸附過程，吸附過程中帶走的熱量用Qa表示。此過程可以認為與6-1過程同時發(fā)生。415-6過程：冷凝液體經(jīng)節(jié)流閥降壓、降溫過程，釋放出的顯熱用Q6.3吸附式制冷循環(huán)的熱力計算（1）吸附床等容加熱過程吸收的顯熱Qh（kW）

Cva（T）—吸附劑定容比熱容，kJ/kg.K；

Cvr（T）—制冷劑定容比熱容，kJ/kg·K；Ma、Mr—分別表示吸附劑和制冷劑的質(zhì)量（kg），其中Mr=Xconc×Ma。公式中第一部分表示的是吸附劑的顯熱，第二部分表示制冷工質(zhì)的顯熱。6.3吸附式制冷循環(huán)的熱力計算（1）吸附床等容加熱過程吸42（2）吸附床在脫附過程吸收的熱量Qg

Cpa（T）—吸附劑定壓比熱容，kJ/kg·K；

Cpr（T）—制冷劑定壓比熱容，kJ/kg·K；ΔX—表示溫度從Tg1升高到Tg2時吸附率的變化量，ΔX=Xconc-XdilHdes—表示脫附熱（kJ）。公式中第一部分表示吸附劑的顯熱，第二部分表示留在吸附床內(nèi)制冷工質(zhì)的顯熱，第三部分表示脫附過程所需的熱量。（kW）

（2）吸附床在脫附過程吸收的熱量QgCpa（T）43（3）冷卻吸附床帶走的熱量Qc2公式中第一部分表示吸附劑的顯熱，第二部分表示留在吸附床內(nèi)制冷工質(zhì)的顯熱。（kW）

（4）吸附過程帶走的熱量Qa

Cprq（T）—自由氣態(tài)工質(zhì)的定壓比熱容，kJ/kg·K；Hads—表示吸附熱（kJ）。公式中第一、二部分表示整個吸附床的顯熱，第三部分表示吸附過程放出的熱量，第四部分表示蒸發(fā)的制冷劑蒸氣溫度升至Ta2所吸收的顯熱。（3）冷卻吸附床帶走的熱量Qc2公式中第一部分表示44（5）冷凝過程帶走的熱量Qk

Le—制冷工質(zhì)的汽化潛熱（kJ/kg）。公式中第一部分表示飽和汽化潛熱，第二部分表示制冷蒸氣在冷凝過程中放出的顯熱。（6）液態(tài)制冷劑從Tk降至蒸發(fā)溫度T0釋放出的顯熱Qc1

Cvrf（T）—液態(tài)制冷劑定容比熱容（kJ/kg·K）。（5）冷凝過程帶走的熱量QkLe45（7）制冷量Qo（8）循環(huán)的性能系數(shù)COP應當指出，上述熱力計算公式是純理論的，實際上由于工質(zhì)物性復雜，且存在著各種損失，精確地計算各個熱力過程的熱量確實比較困難，但可以利用以上公式對循環(huán)進行分析，從理論上加以指導。（7）制冷量Qo（8）循環(huán)的性能系數(shù)COP應當466.4.1.吸附式制冷工質(zhì)對的研究長期以來，人們對吸附式制冷工質(zhì)對的研究一直方興未艾。比較成熟的有活性炭-甲醇、活性炭-氨、氯化鈣-氨、沸石-水、金屬氫化物-氫。R.E.Critoph和Voge曾經(jīng)比較了沸石、活性炭分別與R11、R12、R22、R114做工質(zhì)對的情況，發(fā)現(xiàn)活性炭是一種較為理想的吸附劑。目前用于太陽能等低溫熱源驅(qū)動的固體吸附式制冷工質(zhì)對的工作特性如下表所示。6.4吸附式制冷技術研究進展6.4.1.吸附式制冷工質(zhì)對的研究6.4吸附式制冷技術研47工質(zhì)對T0(OK)Tk(OK)Ta(OK)Tj(OK)x0(kg/kg)ε真空度要求抗壓性要求有無毒性硅膠-水2783083033730.070.87高低無活性炭-氨氣2683033033630.150.86高高有活性炭-甲醇2683033033830.1710.84高適中有活性炭-乙醇2683033033730.1450.85適中適中無固體吸附制冷工質(zhì)對的工作特性T0為蒸發(fā)溫度；Tk為冷凝溫度；Ta為吸附溫度；Tj為解吸溫度；x0表示吸附率；ε為理論性能系數(shù)，ε=λ/H(λ為TO下的蒸發(fā)潛熱,J/kg;H為平均等量吸附熱J/kg)T0TkTaTjx0(kg/kg)真空度要求抗壓性要求有無48基本型吸附式制冷循環(huán)設置有一個吸附器，吸附-脫附過程交替進行，沒有采用回熱措施，不但損失了吸附床冷卻放熱及吸附放熱的顯熱量，而且因為間歇式制冷產(chǎn)生切換損失，因此循環(huán)效率比較低。為了連續(xù)制冷，可以采用兩個或多個吸附器交替工作。除此而外，在固體吸附式制冷循環(huán)的研究過程中，人們還提出了連續(xù)回熱型、熱波型、對流熱波型和雙效復疊型等多種更高效的吸附制冷循環(huán)。6.4.2.吸附式制冷循環(huán)的研究

基本型吸附式制冷循環(huán)設置有一個吸附器，吸附-脫49吸附器1吸附器2蒸發(fā)器冷凝器冷卻水

系統(tǒng)中有兩個吸附，假定對吸附器1加熱，對吸附器2冷卻，當吸附器1充分解析，吸附器2吸附飽和后，使吸附器1冷卻，吸附器2加熱，吸附器1、2交替運行組成了一個完整的連續(xù)制冷循環(huán)。（1）連續(xù)回熱循環(huán)

為了提高熱能的利用率，在兩個吸附器切換過程中，可通過循環(huán)冷卻水將正在吸附的吸附器冷卻時釋放的顯熱和吸附熱傳遞給正在解析的吸附器，以實現(xiàn)回熱，從而減少了系統(tǒng)的能量輸入，提高了循環(huán)的效率。50吸附器1吸附器2蒸發(fā)器冷凝器冷卻水系統(tǒng)中有兩

多床循環(huán)的吸附床與吸附床之間存在傳熱溫差使系統(tǒng)的回熱利用率不高，且投資費用隨床數(shù)的增加而成倍增加。熱波循環(huán)中吸附床被設計成一系列能獨立進行熱交換的小吸附床組成。沿冷卻（加熱）流體流程存在很大的溫度梯度，以便最大限度地利用吸附過程放出的熱量，更充分地回熱。（2）熱波循環(huán)多床循環(huán)的吸附床與吸附床之間存（2）熱波循環(huán)51冷凝器蒸發(fā)器吸附器1吸附器2加熱器冷卻水（2）熱波循環(huán)

多床循環(huán)的吸附床與吸附床之間存在傳熱溫差使系統(tǒng)的回熱利用率不高，且投資費用隨床數(shù)的增加而成倍增加。熱波循環(huán)中吸附床被設計成一系列能獨立進行熱交換的小吸附床組成。沿冷卻（加熱）流體流程存在很大的溫度梯度，以便最大限度地利用吸附過程放出的熱量，更充分地回熱。52冷凝器蒸發(fā)器吸附器1吸附器2加熱器冷卻水（2）熱波循環(huán)

對流熱波循環(huán)是一種吸附床內(nèi)強迫對流以改善吸附床傳熱傳質(zhì)性能的循環(huán)方式，即利用制冷劑氣體和吸附劑之間的強制對流，利用循環(huán)泵將高壓制冷劑直接加熱、冷卻吸附劑而獲得較高的熱流密度。由于吸附床內(nèi)傳熱條件良好，在較短的時間內(nèi)就可將吸附床加熱或冷卻到預定溫度。（3）對流熱波循環(huán)對流熱波循環(huán)是一種吸附床內(nèi)強迫對流以改善吸附床傳53吸收器蒸發(fā)器冷凝器冷卻器加熱器

如圖所示，吸附床內(nèi)強迫對流，以改善吸附床傳熱傳質(zhì)性能的循環(huán)方式。氣體循環(huán)泵氣體循環(huán)泵54吸收器蒸冷冷卻器加熱器如圖所示，吸附床內(nèi)強（4）復疊式循環(huán)復疊式循環(huán)是

利用兩個工作在不同溫度范圍內(nèi)的吸附循環(huán)提高吸附熱的利用率的一種雙效循環(huán)

，例如以沸石-水為工質(zhì)對的高溫循環(huán)來驅(qū)動以活性炭-甲醇為工質(zhì)對的低溫循環(huán)。

比較理想的復疊式循環(huán)：高溫級采用分子篩-水為工質(zhì)對，在100～200℃高溫區(qū)工作；低溫級采用硅膠（分子篩）-水為工質(zhì)對，在30～100℃低溫區(qū)工作。其中100℃為中間溫度，通過選擇合適的加熱溫度和中間溫度以及兩級冷凝壓力，可使系統(tǒng)COP值達到1.2。（4）復疊式循環(huán)比較理想的復疊式循環(huán)：55（5）回質(zhì)循環(huán)對于具有兩個吸附床的連續(xù)型吸附式制冷循環(huán)，當吸附床1加熱解析完畢，處于冷凝壓力Pk下，將被冷卻以實現(xiàn)吸附過程時，吸附床2正處于蒸發(fā)壓力Po下吸附飽和后，將被加熱解析狀態(tài)。如果在吸附床1冷卻之前，或吸附床2加熱之前，將吸附床1和吸附床2連同在一起，在壓差的作用下，吸附床1中的部分吸附質(zhì)氣體將快速轉(zhuǎn)移到吸附床2中，顯然，回質(zhì)過程增大了循環(huán)解析量。（5）回質(zhì)循環(huán)56吸附器1吸附器2蒸發(fā)器冷凝器冷卻水如圖：

吸附床1解析終了冷卻之前-準備吸附；吸附床2吸附終了加熱之前-準備解析；先將它們連通，由于壓差作用，吸附床1中部分氣體快速轉(zhuǎn)移到吸附床2，以至兩床壓力平衡，完成了回質(zhì)過程，增加了循環(huán)解析量。57吸附器1吸附器2蒸發(fā)器冷凝器冷卻水如圖：246.4.3.強化吸附床傳熱的研究

強化吸附床傳熱可以提高吸附/解析速率，縮短循環(huán)周期。一個有效的增強吸附床傳熱的方法是減少吸附床厚度并增大其與外界的換熱面積。通過在吸附床中插入薄金屬肋片或金屬管，或者將片狀吸附劑與金屬片粘結在一起，從而大大減少接觸熱阻，提高吸附床的傳熱效率。但由于金屬與粘結劑的熱膨脹系數(shù)不同，很難保證在反復加熱和冷卻條件下粘結的牢固性。為了增大吸附床的換熱面積，已設計出了多種吸附床結構。用得較多的是翅片管式吸附床，這種