太阳能吸附式制冷综述
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太阳能氨水吸收式家用制冷空调的应用由于吸收式制冷机低可以利用低品位能源作为驱动力,并且制冷剂不须氟里昂,因而可以节能降耗,易升华减少温室气体和氟里昂对大气环境的污染。
太阳能氨水吸收式制冷空调,是用太阳能集热器提供的热能来驱动氨水吸收式制冷机制冷,主要由太阳能集热器和氨水吸收式制冷机两大部分构成。
日常生活中,我们对太阳能集热器的应用比较多见,而对吸收式制冷机的应用相对比较缺,即使常见的溴化锂吸收式制冷机大多也只是应用在宾馆、酒店的中央空调系统内,吸收式制冷机还没有走进寻常百姓的家庭。
为此本文就家用太阳能氨水吸收式制冷空调的研制、开发与应用问题作一分析方法探讨。
一、太阳能集热器太阳能氨水吸收式制冷空调的开发实际上是个成熟技术的组合应用问题。
既然太阳能热水器能为我们的日常生活提供热水,总的来说地我们可以利用太阳能热水器提供的热媒利用水,来驱动氨水吸收式驱动力制冷机制冷,满足人们使用制冷制冷的愿望和诺言需要。
目前太阳能集热器的制造技术已经成熟,太阳能热水器提供的热媒水可以满足氨水吸收式制冷机的要求。
下面以热管式真空管集热器为例,对太阳能集热器的工作原理和结构特点作一介绍。
1.1集热器的工作原理热管式真空管集热器主要由热管式真空管和集管(水箱)组成,采用前端特殊的密封结构将热管式真空管的冷凝端与水箱相连接。
集热器的工作原理是利用热管内工质的汽-液相变循环过程,连续不断地将吸收的太阳能传递到传送冷凝端加热水。
当阳光照射在真空管内的吸热片上时,热管内的工质受热沸腾汽化,蒸汽不断冲向顶部的冷凝端,在冷凝端放热冷凝变成液体,沿管壁流回热管的蒸发段,完成一个循环。
因为热管具有优良的传热性能,能高效地转化成太阳的辐射能并直接将其转换为热能,通过热管内部工质的冷凝与冷凝,连续不停地将热量传送到冷凝后端放热,从而使水箱中的水不断地得到加热,其工作温度可达70~120℃。
在集热过程中,热管能迅速地将吸收的热量全部传导给水箱中会水,热量不倒流,即使在天气阴晴多变的情况下,也能把低密度入射光入射波能转化为热能,与其他型式的热水器相比可产更多的热水。
太阳能空调制冷技术综述摘要:随着我国能源短缺与环境恶化的日益严重,采暖空调系统作为建筑能耗大户,其环保和节能问题渐渐成为人们关注的焦点。
太阳能作为一种可再生的清洁能源,通过一定的能量转换可扩展应用到空调系统上来。
本文综合介绍了各种太阳能制冷技术的原理和特点,以及一些当前的研究进展,分析了太阳能制冷技术应用存在的问题。
关键词:太阳能吸收制冷吸附制冷喷射制冷半导体制冷1.引言资源和环境一直是制约许多国家可持续发展的重要瓶颈,作为一种可再生能源的太阳能,不仅来源较为广泛,并且几乎不会产生污染,因而倍受研究人员的青睐,也是前景比较广阔的研究方向。
太阳能制冷空调作为一个极具发展前景的领域,成为当前制冷技术研究中的热点。
我国从上世纪70年代就开始了相关研究工作,经过40余年的探索研究,我国的太阳能制冷空调技术取得了长足进步[1],相关工程化技术也已成熟,国内企业已经开发出一些商品化的太阳能制冷空调设备。
在工程应用方面,从1979年开始,国内陆续建成了一些太阳能制冷空调的样板工程[2]。
近年来,国家相关政策扶持力度也越来越大。
太阳能制冷具有以下几个优点。
首先是节能,据统计,国际上用于民用空调所耗电能约占民用总电耗的50 %。
太阳能制冷用于空调,将大大的减少电力消耗,节约能源;其次是环保,根据5蒙特利尔议定书6,目前压缩式制冷机主要使用的CFC类工质因为对大气臭氧层有破坏作用应停止使用(美、欧等已停止生产和使用)[3],现在各国都在研究CFC类工质的替代物质及替代制冷技术。
太阳能制冷一般采用非氟氯烃类物质作为制冷剂,臭氧层破坏系数(ODP)和温室效应系数(GWP)均为零[4],适合当前环保要求,同时可以减少燃烧化石能源发电带来的环境污染。
2.太阳能制冷技术太阳能制冷,简单的说就是将太阳能转换成热能(或机械能),再利用热能(或机械能)使系统达到并维持所需的低温。
目前的太阳能空调制冷技术从原理上大致可分为两种实现途径:一是太阳能转化为电能,再以电能来驱动压缩式制冷,二是直接利用太阳能集热器收集热量,以热推动制冷。
常见太阳能空调制冷技术的发展一、传统太阳能空调制冷技术传统太阳能空调的制冷技术主要是利用太阳能电池板和热管进行制冷。
太阳能电池板主要用来收集太阳能,将其转化为电能,从而驱动空调进行制冷。
热管则用来传导热量,将热量带入蒸发器中,通过蒸发器的蒸发作用来完成制冷过程。
这种传统的太阳能空调制冷技术在一定程度上可以实现节能环保的效果,同时也存在一些问题,比如效率较低、成本较高等。
随着科技的不断进步,太阳能空调制冷技术也在不断地发展和完善。
新型的制冷技术在提高效率的也在降低成本,提高稳定性和可靠性方面有了显著的改进。
以下是一些常见的新型太阳能空调制冷技术:1. 太阳能吸收式制冷技术太阳能吸收式制冷技术是利用太阳能来提供制冷能源,实现空调制冷的一种新技术。
它的工作原理是利用太阳能热能来提供制冷所需的热源,并通过吸收剂和生成器进行吸收、蒸发和冷凝的循环过程,从而实现制冷效果。
这种技术可以实现较高的能源利用率和较低的运行成本,且适用于多种场合和气候条件。
太阳能磁制冷技术是利用磁场变化来实现制冷的一种新型制冷技术。
它是利用磁性材料在磁场中的磁熵变化过程来实现循环制冷,不需要使用传统的制冷剂,可以实现零排放的环保制冷。
太阳能磁制冷技术在实现节能环保的也在提高制冷效率和降低成本方面有了很大的突破。
3. 太阳能光伏空调技术太阳能光伏空调技术是利用太阳能光伏发电板发电,然后利用太阳能发电来驱动制冷系统进行制冷的一种新型制冷技术。
它可以实现自给自足的制冷,不需要外界电源,节能环保。
太阳能光伏空调技术还可以实现与智能控制系统的结合,实现智能调节和远程控制,提高系统的运行稳定性和可靠性。
随着社会对节能环保的要求不断提高,太阳能空调制冷技术也将迎来更加广阔的发展空间。
未来,太阳能空调制冷技术可能会朝着以下几个方向发展:1. 提高能源利用率未来的太阳能空调制冷技术可能会通过提高热能转化效率、优化系统结构等手段来提高能源利用率,实现更高效的制冷效果。
吸附制冷技术吸附制冷技术是一种现代的冷却技术,它利用吸附材料与工质产生的物理、化学吸附作用来实现冷却过程。
与传统的制冷技术相比,吸附制冷技术具有能耗低、稳定性好等优点,因此在制冷领域得到了广泛的应用。
本文将从吸附制冷技术的基本原理、工作循环、应用前景等方面进行阐述,旨在加深人们对此技术的了解与认识。
一、吸附制冷技术的基本原理吸附制冷技术的基本原理是在控制温度和压力的条件下,将吸附剂吸附工质,然后利用外部热源升高温度,使吸附剂释放工质,从而在吸收与释放工质的过程中完成冷却。
为了实现这种过程,需要选择合适的吸附剂和工质。
吸附剂通常为一种多孔材料,具有高的表面积和静电荷,可以与工质分子产生物理或化学吸附作用。
常见的吸附剂有活性炭、硅胶、分子筛等。
工质是吸附制冷的核心,它是通过吸附剂与外界交互完成制冷循环的物质。
根据工质类型的不同,吸附制冷可分为化学吸附制冷和物理吸附制冷两种。
化学吸附制冷是指通过水吸收、水解或氢气和氧气形成水和氢物质,从而实现冷却。
它的主要工作循环包括:1. 吸附工质:在低温情况下,吸附剂吸附工质。
2. 加热解除吸附:在较高的温度下,加热吸附剂迫使工质脱离吸附剂。
3. 冷却回收工质:工质被冷凝器冷却并回收了。
4. 再生吸附剂:吸附剂需要再次回到其初始状态。
物理吸附制冷是指通过物理吸附机制使工质与吸附剂相结合,实现冷却。
物理吸附制冷的工作循环与化学吸附制冷相似,只是制冷方式和工质类型的不同。
物理吸附制冷的工质有乙烷、丙烷、甲烷和氢气等。
二、吸附制冷技术的特点与优点1. 噪音低:吸附制冷系统没有压缩机,因此产生的噪音要比传统制冷技术的噪音低。
2. 可以利用太阳能等可再生能源:利用太阳能、风能等可再生能源驱动吸附制冷系统,可以进一步减少碳排放,实现环保目标。
3. 操作简单:吸附制冷技术不需要机械调节和维护。
当控制良好时,它可以实现自动化操作。
4. 维护费用低:吸附制冷系统的零部件很少,因此维护和保养成本很低。
太阳能制冷的原理和分类
随着环保意识的不断提高,太阳能作为一种清洁、可再生的能源,受到越来越多人的关注。
除了用于发电、供暖等领域,太阳能还可以用于制冷。
那么,以太阳能制冷的原理和分类是什么呢?
一、原理
太阳能制冷的原理是利用太阳能产生的热量,通过吸收、传导、蒸发等过程,将低温热量转移到制冷剂上,从而实现制冷的目的。
具体来说,太阳能制冷系统由太阳能集热器、制冷机组、制冷剂、蒸发器、冷凝器等组成。
太阳能集热器将太阳能转化为热能,制冷机组将热能转化为制冷能,制冷剂在蒸发器和冷凝器中循环流动,完成制冷循环。
二、分类
太阳能制冷可以分为两种类型:吸收式制冷和压缩式制冷。
1. 吸收式制冷
吸收式制冷是利用吸收剂和制冷剂之间的化学反应来完成制冷的过程。
吸收剂和制冷剂在吸收器中混合,形成吸收剂-制冷剂溶液,然后通过加热使其分离,制冷剂在蒸发器中蒸发,吸收剂在冷凝器中冷凝,再通过吸收器重新混合,形成循环。
吸收式制冷具有结构简单、无噪音、无振动、无污染等优点,但制冷效率较低。
2. 压缩式制冷
压缩式制冷是利用压缩机将制冷剂压缩成高温高压气体,然后通过冷凝器将其冷却成液体,再通过膨胀阀使其膨胀成低温低压气体,从而完成制冷的过程。
压缩式制冷具有制冷效率高、制冷量大、适用范围广等优点,但结构复杂、噪音大、振动大、污染环境等缺点。
太阳能制冷是一种环保、节能的制冷方式,可以广泛应用于家庭、商业、工业等领域。
随着技术的不断进步,太阳能制冷的效率和性能将会不断提高,为人们的生活带来更多的便利和舒适。
吸附制冷技术研究概况及在空调领域应用的前景分析摘要:与传统的蒸气压缩制冷系统相比,吸附制冷技术由于具有一些独特的优点,近年来受到了制冷界人士的广泛关注,国内外在吸附制冷技术的发展上进行了大量的研究工作。
本文简要叙述了吸附制冷的工作原理,对吸附制冷技术的研究进展进行了综述。
近年投入实用的吸附制冷系统主要集中在制冰和冷藏两个方面,而用于空调领域的实践很少,这是由于现有的吸附制冷技术上尚不能很好的满足空调的用冷要求,本文在分析吸附制冷独有特点基础上分析了其在空调领域的应用前景。
关键词:吸附制冷研究概况空调应用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,采用非氟氯烃类物质作为制冷剂,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来越多的关注。
吸附制冷的基本原理是:多孔固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,使之交替吸附和解吸。
解吸时,释放出制冷剂气体,并在冷凝器内凝为液体;吸附时,蒸发器中的制冷剂液体蒸发,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由四个过程组成:(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,1→2→5→6→1为制冷剂循环过程,当吸附床处于4→1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由Faraday提出的[ 1 ] ,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,由于当时提出的吸附制冷系统系统在商业上根本无法与效率高得多、功率大得多的系统竞争,因而并未受到足够的重视。
吸附式制冷的制冷原理吸附式制冷是一种利用吸附剂对气体份子进行吸附和脱附的原理来实现制冷的技术。
该技术主要应用于低温制冷和低温储能领域。
一、吸附式制冷的基本原理吸附式制冷系统由吸附器、脱附器、蒸发器和冷凝器等组成。
其中,吸附器和脱附器是吸附剂的主要工作区域,蒸发器和冷凝器则是制冷循环的关键部份。
在吸附式制冷系统中,吸附剂是一个关键的组成部份。
吸附剂通常是一种多孔材料,具有高表面积和良好的吸附性能。
常见的吸附剂有活性炭、份子筛和金属有机骨架材料等。
制冷过程中,吸附剂首先处于吸附状态。
当制冷剂通过吸附器时,吸附剂的孔隙结构会吸附制冷剂中的气体份子。
此时,吸附剂会释放出吸附剂内部的热量,使制冷剂的温度降低。
然后,吸附剂将制冷剂输送到脱附器中。
在脱附器中,吸附剂经过加热,释放出吸附剂中吸附的制冷剂份子。
这个过程称为脱附。
脱附过程中,吸附剂会吸收外部的热量,使制冷剂的温度升高。
然后,制冷剂再次进入吸附器,循环进行吸附和脱附过程,从而实现制冷效果。
二、吸附式制冷的工作原理吸附式制冷系统的工作原理可以分为两个主要的循环:吸附循环和脱附循环。
1. 吸附循环在吸附循环中,制冷剂从蒸发器中进入吸附器。
在吸附器中,制冷剂被吸附剂吸附,同时释放出热量。
此时,制冷剂的温度降低,变成低温制冷剂。
然后,低温制冷剂进入脱附器。
2. 脱附循环在脱附循环中,吸附剂通过加热,释放出吸附的制冷剂份子。
这个过程称为脱附。
脱附过程中,吸附剂吸收外部的热量,使制冷剂的温度升高。
然后,制冷剂再次进入吸附器,循环进行吸附和脱附过程。
通过不断循环吸附和脱附过程,吸附式制冷系统可以实现制冷效果。
而且,吸附剂的选择和控制可以根据需要进行调整,以实现不同温度范围的制冷要求。
三、吸附式制冷的优点和应用吸附式制冷技术具有以下几个优点:1. 低温制冷能力强:吸附剂具有高表面积和良好的吸附性能,可以实现较低的制冷温度。
2. 能源效率高:吸附式制冷系统可以利用废热或者低温热源进行制冷,提高能源利用效率。
太阳能空调制冷原理及分类(收藏)太阳能制冷空调系统分类及⼯作原理⼀、太阳能制冷空调的概念利⽤太阳能作为动⼒源来驱动制冷或空调装置有着诱⼈的前景,因为夏季太阳辐射最强,也是最需要制冷的时候。
这与太阳能采暖正好相反,越是冬季需要采暖的时候,太阳辐射反⽽最弱。
⼆、太阳能制冷系统的分类制冷可以通过太阳能光电转换制冷和太阳能光热转换制冷两种途径来实现。
太阳能光热转换制冷是将太阳能转换成热能(或机械能),再利⽤热能(或机械能)作为外界的补偿,使系统达到并维持所需的低温。
1、吸收式制冷的⼯作原理吸收式制冷是利⽤两种物质所组成的⼆元溶液作为⼯质来运⾏的。
这两种物质在同⼀压强下有不同的沸点,其中⾼沸点的组分称为吸收剂,低沸点的组分称为制冷剂。
常⽤的吸收剂⼀制冷剂组合有两种:⼀种是溴化锂-⽔,通常适⽤于⼤中型中央空调;另⼀种是⽔-氨,通常适⽤于⼩型家⽤空调。
太阳能氨⽔吸收式制冷系统所谓太阳能吸收式制冷,就是利⽤太阳集热器将⽔加热,为吸收式制冷机的发⽣器提供其所需要的热媒⽔,从⽽使吸收式制冷机正常运⾏,达到制冷的⽬的。
太阳能吸收式空调系统主要由太阳集热器、吸收式制冷机、空调箱(或风机盘管)、锅炉、贮⽔箱和⾃动控制系统等⼏部分组成。
由此可见,太阳能吸收式空调系统是在常规吸收式空调系统的基础上,再增加太阳集热器、贮⽔箱和⾃动控制系统等主要部件。
太阳能吸附式制冷系统主要由太阳能吸附集热器、冷凝器、蒸发贮液器、风机盘管部分组成。
2、太阳能蒸汽压缩式制冷系统1)蒸汽喷射式制冷的⼯作原理蒸汽喷射式制冷与蒸汽压缩式制冷不同,蒸汽压缩式制冷是通过消耗机械能作为补偿来实现制冷的,⽽蒸汽喷射式制冷是利⽤具有⼀定压⼒的蒸汽消耗热能作为补偿来实现制冷的。
蒸汽喷射原理三、太阳能制冷可以分为两⼤类,⼀类是先利⽤太阳能发电,⽽后再利⽤电能制冷;另⼀类则是利⽤太阳能集热器提供的热能去驱动制冷系统。
最常⽤的制冷系统有吸收式制冷和太阳能吸附式制冷。
太阳能吸收式制冷系统⼀般采⽤溴化锂—⽔或氨—⽔作⼯质。
太阳能吸附式制冷系统作者:杜梅霞王晶来源:《科技风》2018年第05期摘要:太阳能制冷系统由吸附式制冷、溶液除湿和顶板冷辐射三部分组成。
介绍了各部分的工作原理、过程。
从技术、经济角度对其可行性进行了分析,指出太阳能吸附式制冷系统对环境保护及节能减排工作有积极作用。
关键词:空调系统;太阳能制冷;顶板冷辐射;溶液除湿随着人们生活水平不断提高,空调应用日益广泛,空调能耗约占全国总能耗的30%。
近年来常规能源供应紧张,环保意识不断加强,开发利用洁净、可持续发展型能源迫在眉睫。
太阳能是一种洁净、可再生能源且分布广泛、取之不尽。
太阳能制冷系统的应用对缓解能源紧张,保护环境有积极意义。
1 太阳能吸附式制冷系统太阳能吸附式制冷系统是吸附式制冷、溶液除湿的集成系统。
下图是太阳能吸附式制冷系统示意图,由吸附式制冷系统、溶液除湿系统和空调末端设备三部分组成。
1.1 太阳能吸附制冷原理原理:多孔固体(吸附剂)和对应液体(吸附质)形成吸附制冷工质对。
固体吸附剂吸附气态吸附质,液态吸附质从外界吸热蒸发转变为气态吸附质,吸附质的蒸发吸热实现制冷;饱和后的固体吸附剂被太阳能辐射加热解吸。
系统循环往复实现连续制冷。
系统组成:集热吸附床1、冷凝器4和蒸发器3。
工作过程: 1吸收太阳辐射温度升高解吸出吸附质,太阳能转变为吸附势能;解吸出的气态吸附质通过2与稀溶液换热后冷凝;晚上1被环境冷却降低到吸附温度,打开4,在吸附势能的作用下吸附质在3中吸热蒸发,实现制冷。
1.2 溶液除湿原理原理:利用除湿浓溶液表面水蒸气分压力小于空气中水蒸气分压力,在水蒸气分压力差的作用下,达到空气除湿目的。
其特点是吸湿量大,可以把空气处理到很低的含湿量。
系统组成:除湿器9、溶液再生装置12、热管换热器2、浓溶液储存罐11、稀溶液储存罐13。
工作过程:浓溶液从9上部均匀喷下与空气湿交换,变成稀溶液后进入13,当制冷系统解析时,解析出的吸附质与稀溶液在2中换热,之后进入12溶液再生。
太阳能吸附式制冷综述 学号 姓名 摘要: 介绍了太阳能吸附式制冷的基本原理与特点,对吸附式制冷技术的研究现状做了简要的分析,包括吸附工质对的性能、吸附床强化、系统循环与结构。在此基础上,介绍了太阳能吸附式制冷的应用,主要应用的方面有低温储粮、制冷与供热联合、吸附式空调。 关键词: 吸附式制冷 研究现状 应用
1. 前言 随着能源与环境问题与社会经济发展矛盾的日益突出,新能源的发展越来越受到各国的关注,对风能、水能、潮汐能的开发与研究力度不断增加,而这些能源的利用与发展根本上说是离不开太阳的。在制冷空调领域,太阳能制冷不仅可以减少电力消耗,同时由于没有采用氟氯烃类物质,不会对大气臭氧层产生破坏,属于清洁能源,符合环保要求。另外,采用太阳能制冷其热量的供给和冷量的需求在季节和数量上高度匹配,在夏季太阳辐射强、气温高,制冷量就越大。因此,利用太阳能制冷技术对节约常规能源,保护自然环境都具有十分重要的意义。 太阳能固体吸附式制冷技术由于利用了太阳能而减少了对传统能源的使用,井通过使用天然友好的制冷剂从而避免了对环境的破坏。太阳能固体吸附式制冷具有结构简单、初投资少、运行费用低、无运动部件、噪音小、寿命长且能适用于振动或旋转等场所的优点。而且,太阳能在时间和地域上的分布特征与制冷空调的用能特征具有高度的匹配性,因此,利用太阳热能驱动的固体吸附式制冷技术的研究具有极大的潜力和优势[1]。
2. 太阳能固体吸附式制冷基本原理 固体吸附式制冷是利用固体吸附剂(如沸石、活性炭、氯化钙)对制冷剂(如水、甲醇、氨)的吸附和解吸作用实现制冷循环的,这种吸附与解吸的过程引起压力的变化,相当于制冷压缩机的作用,吸附剂的再生可以在65~200℃下进行,这很适合于太阳能的利用。吸附式制冷具有结构简单、运行费用低、无噪音、无环境污染、基本不含动力部件,能有效利用低品味热源等一系列有点[2]。 太阳辐射具有间歇性,因而太阳能吸附制冷系统都是以基本循环工作方式运行制冷的,Critoph把太阳能固体吸附式制冷循环描述成四个阶段,即定容加热过程、定压脱附过程、定容冷却过程、定压吸附过程[4]。如图所示,表示一个太阳能冰箱为原型的固体吸附式制冷装置,它的组成部分包括用太阳能供热的吸附/发生器、冷凝器、蒸发器、阀门、贮液器。其工作过程简述如下,该过程的热力循环如图所示:
太阳能吸附式制冷机工作简图
热力循环图 (1)循环从早上开始,关闭阀门,处于环境温度Ta2 的吸附床被太阳能集
热器加热,此时只有少量的工质脱附出来,吸附率x(表示单位质量的吸附剂对制冷剂的吸附质量)近似为常数,吸附床内的压力不断升高,从蒸发压力Pe 升高到冷凝压力Pc,此时吸附床温度达到Tg1。 (2)打开阀门,在恒压条件下吸附器中的吸附制冷剂继续受热直至温度达到最大解吸温度Tg2。与此同时,被吸附的制冷剂不断地脱附出来,并在冷凝器中冷凝,冷凝下来地液体进入蒸发器中。 (3)关闭阀门,此时已是傍晚,吸附床随太阳日照的消失逐渐冷却,相应的内部压力下降到相当于蒸发温度下工质的饱和压力,即从Pc 下降到Pe,该过程中吸附率也近似不变,最终温度为Ta1。 (4)打开阀门,蒸发器中的制冷剂液体因压力骤减而迅速汽化,实现蒸发制冷。蒸发出来的气体进入吸附床被吸附,该过程一直进行到第二天早晨。吸附过程放出大量的热,由冷却水或外界空气带走,吸附床最终温度为Ta2。 由以上分析可见,太阳能吸附式制冷系统的工作循环过程是间歇式的。系统运行时,白天为解析过程,晚上为吸附制冷过程。太阳能吸附式制冷主要存在以下难点[4]: (1)吸附式制冷基本循环不能实现连续制冷,吸附床传热传质性能差,吸附/解吸所需的时间长,循环周期长,系统调节滞后时间长,制冷功率低,制冷系数小,能量利用率低。 (2)晚上制冷不符合空调用能规律,大大限制了太阳能吸附式制冷的应用。 (3)太阳能是低品位能源,且供能不连续,另外,太阳能集热技术难以保证高温而稳定的驱动热源,因此,系统需要较低的驱动温度。这将是推广吸附式制冷技术实用化进程所面临的最大的问题。 (4)吸附式制冷系统难以根据工况的变化迅速及时地做出稳定的调节。
3. 吸附式制冷研究现状 固体吸附制冷技术的商品化应用开发始于20世纪30年代,但在接下来大约50年时间里,由于吸附式循环制冷机制冷效率低、一次性投资大,且当时正值蒸汽压缩式制冷机蓬勃发展,致使吸附式制冷机的发展受到一定限制。自70年代以来,由于全球性能源危机日益加剧,人们又重新审视这种以低品位热能为动力的吸附式制冷技术。为提高制冷效率,降低操作费用,国内外学者做了大量深入系统的研究,从吸附工质对性能、吸附床强化、系统循环及结构三个方面推动吸附制冷技术的发展[5]。 3.1 吸附工质对性能 吸附制冷工质对是吸附制冷系统的核心。吸附工质对的性能对系统性能系数、温升幅度、设备材料及系统一次性投资应用场合等影响很大,从根本上决定固体吸附制冷系统的性能和结构。在不间的应用环境下,选用合适的工质对不仅能大大提高制冷效率,还能节约成本,增强机制的安全性和可靠性[6]。因此,吸附制冷的关键就在于工质对的选择及性能强化。 根据吸附制冷循环的基本原理,崔群[7]等人对吸附剂提出如下要求: (1)吸附剂吸附容量要大; (2)吸附等温线平坦; (3)吸附容量对温度变化敏感; (4)吸附剂与吸附质相容。 对吸附质(制冷剂)要求: (1)单位体积蒸发潜热大; (2)合适的冰点,适当的饱和蒸汽压; (3)无毒,不可燃; (4)无腐蚀性,有良好的热稳定性。 吸附剂可分为物理吸附剂与化学吸附剂,常用物理吸附剂大致有活性炭、硅胶、沸石、活性氧化铝和活性碳纤维等一些多孔性物质,化学吸附剂有金属氧化物、金属氢化物,金属氧化物以氯化钙、氯化锶为最佳[8]。而吸附质常用的是氨、甲醇和水。目前常研究的吸附工质对主要有沸石一水、硅胶一水、活性炭一甲醇、氨一氯化钙、氯化锶一氨等。 沸石一水工质对的解吸温度范围较宽(70~250℃),使系统对环境的适应能力强。但该系统蒸发温度大于0℃ ,不能用于制冰,另外系统是真空系统,对真空密封性要求很高,而蒸发压力低也使得吸附过程较慢,需要在高驱动温度下才具有较高的解吸速度,应用于太阳能制冷不是很理想。 硅胶水一水的解吸温度较低(100℃ 以下),解吸性能好,但超过120℃硅胶将被烧毁,且其吸附量较小,制冷能力较低。 活性炭一甲醇是太阳能吸附制冷中应用最广的工质对,其吸附量较大,解吸温度不高(100℃ 左右),吸附热也较小,甲醇的熔点低(一98℃),使得系统可用于制冰,但是甲醇温度超过150℃ 将分解,另外,甲醇有毒,不利于其广泛应用。 华南理工大学的陈砺等[9]建立了化学吸附式制冷单元,对氯化锶~氨工质对的制冷性能进行研究,实验研究结果表明,在相同的制冷工况下,氯化锶一氨工质对的制冷量远远大于活性炭一甲醇工质对。在热源温度为100℃ 时,他们所用的工质对单位质量吸附剂的制冷量是活性炭一甲醇工质对的3.2倍。
物理吸附过程简单,吸附多为多孔介质,接触热阻大,导热性能差,吸附热利用率低。化学吸附过程复杂,设计质量热量传递及化学反应多个过程,影响因素多且难以确定,吸附能力强,制冷效率高。 3.2 吸附床强化 目前的吸附床大多采用平板式和圆管式结构。平板式结构单位容积内充装的吸附剂量较大,板式吸附床制作工艺相对简单,传热传质效果好,易于添加翅片等强化传热结构,但系统真空度较难保证,且整体比热容较大。圆管式吸附床可在床内设置多根开有槽或孔的内插管作为吸附质的传质通道,有效减小传质阻力,缩短吸附质进出床层的流程,减小压降,从而强化了传质,同时床内温度场分布更均匀。内插管可直接与冷凝器管路相通,也有利于吸附质蒸汽的合理流动。圆管式结构的传热效率高,承压能力好,因此各国研究人员多采用圆管式吸附床结构以强化传热。
从现有的理论基础和设备条件来看,增强吸附床内部的热传导无疑是提高吸附床整体效率最便捷有效的方法。下图为无翅片、翅片和肋片,13X—水工质对在三种床层结构下的脱附量随脱附时间的变化关系。可以看出:在相同脱附时间下,简单二维模型脱附量最小,翅片和肋片换热型脱附量相当,但肋片换热型脱附量更大,因此肋片换热型吸附床传热效果比较好,从结构安装上讲肋片也比较合理的[10]。 兰青等[11]从改善吸附床的传热和接收太阳能的性能上着手,在使用钢化玻璃代替表面钢板并增强吸收率的基础上,采用铜片将吸附床内部布置成蜂窝状,使吸附剂均匀填充于吸附床内,从而减少了传热热阻。为了防止钢化玻璃因负压而破碎,在吸附床里用七号槽钢做支架,同时也起到传热肋片的作用。在吸附床的底部用不锈钢丝网将制冷剂与吸附剂隔开,这样既不会使活性炭下漏,也没有堵住制冷剂通道。经试验测试,采用该吸附床的太阳能制冰机可每天制备4.7kg的冰和2.3kg的冰水混合物,COP约为0.157。
李秋英等[12]使用分子筛一水作为工质对提出并设计了一种新型吸附床,其结构如图所示。这种吸附床是在壳管式吸附床内放置多个吸附单元管,吸附单元管内放置固体吸附剂,管中央留有传质通道,管外走传热介质,对管内吸附剂进行加热和冷却,实现吸附床的制冷循环。吸附床的脱附速率如图所示,由图可知吸附床内压力和脱附速率在加热初始阶段上升速度较快 达到最大值后 又逐渐下降这与太阳辐射的减弱是相当吻合的 这种结构有良好的传热性能,设计的吸附床结构达到了以优化的目的。