第六章固体吸附式制冷要点
如图: 吸附床1解析终了冷 却之前-准备吸附;吸附 床2吸附终了加热之前准备解析;先将它们连 通,由于压差作用,吸 附床1中部分气体快速转 移到吸附床2,以至两床 压力平衡,完成了回质 过程,增加了循环解析 量。
吸附器1
吸附器2
冷却水
蒸发器
冷凝器
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谢谢大家 !
工质对 硅胶-水 活性炭氨气 活性炭甲醇 活性炭乙醇 T0 Tk (OK) (OK) 278 268 268 268 308 303 303 303 Ta (OK) 303 303 303 303 Tj x0 (OK) (kg/kg) 373 363 383 373 0.07 0.15 0.171 0.145 ε 0.87 0.86 0.84 0.85 真空 度要 求 高 高 高 适中 抗压 性要 求 低 高 适中 适中 有无 毒性 无 有 有 无
吸附器1
吸附器2
冷却水
运行组成了一个完整的连续
制冷循环。
蒸发器
冷凝器
ห้องสมุดไป่ตู้
为了提高热能的利用率,在两个吸附器切换过程中,可通过循环 冷却水将正在吸附的吸附器冷却时释放的显热和吸附热传递给正在解 析的吸附器,以实现回热,从而减少了系统的能量输入,提高了循环 的效率。
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(2)热波循环
多床循环的吸附床与吸附床之间存 在传热温差使系统的回热利用率不高,
比较成熟的有活性炭-甲醇、活性炭-氨、氯化钙-氨、沸石-水、金
属氢化物-氢。R.E.Critoph和Voge曾经比较了沸石、活性炭分别 与R11、R12、R22、R114做工质对的情况,发现活性炭是一种
较为理想的吸附剂。
目前用于太阳能等低温热源驱动的固体吸附式制冷工质对的 工作特性如下表所示。
固体吸附制冷工质对的工作特性
具有吸附作用的物质称为吸附剂;被吸附的物质称为吸附质 (用作制冷剂),吸附剂与吸附质组成了吸附式制冷的工质对。 工质对的性能直接影响到制冷循环的效率以及装置的大小。 理想的工质对应能满足平衡吸附量、吸附与解吸温度、吸附与解 吸速率等一系列要求。要求吸附剂的吸附量大,吸附等温线平坦 ,吸附容量对温度变化敏感,吸附剂与吸附质相容。一般说来, 吸附剂的表面积越大,它的吸附能力就越强。对吸附质的要求是 单位体积蒸发潜热大,冰点较低,饱和蒸气压适当,无毒,不可 燃,无腐蚀性,具有良好的热稳定性。 目前已开发出的工质对主要有如活性炭-甲醇/氨、沸石-水、 硅胶-水等物理吸附工质对以及氯化钙-氨、氯化锶-氨、氯化钙甲醇等化学吸附工质对等百余种。
如图所示,吸附床内强迫对流,以改善吸附床传热传质性能 的循环方式。
气体循环泵
加热器
吸收器
冷却器 冷 凝 器
气体循环泵
蒸 发 器
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(4)复叠式循环
复叠式循环是 利用两个工作在不同温度范围内的吸附循环提高吸附 热的利用率的一种双效循环 ,例如以沸石-水为工质对的高温循环来驱 动以活性炭-甲醇为工质对的低温循环。 比较理想的复叠式循环: 高温级采用分子筛-水为工质对,在100~200℃高温区工作; 低温级采用硅胶(分子筛)-水为工质对,在30~100℃低温区 工作。 其中 100℃为中间温度,通过选择合适的加热温度和中间温度 以及两级冷凝压力,可使系统COP值达到1.2。
比较成熟的工质对及其适用范围
冷冻 制冷 空调 (T=273~ 采暖 工业热泵
(T<253K) (T=273K)
(T≈333K) (T>373K)
288K)
沸石-氨 氯化钙-氨 活性炭-甲醇 活性炭-氨 活性炭-甲醇 活性炭-氨 沸石-水 沸石-水
沸石-水
硅胶-水
1.吸附式制冷工质对的研究
长期以来,人们对吸附式制冷工质对的研究一直方兴未艾。
吸附式制冷的原理
固体吸附式制冷系统由吸附器、冷凝器、 蒸发器以及控制阀等辅助设备组成。
吸附器里填满了固体吸附剂,当它被加热
时,已被吸附的吸附质,从吸附剂表面脱附出 来,进入冷凝器,与冷却介质进行热量交换, 由气体冷凝为液体,并进入蒸发器。停止对吸 附剂加热时,吸附剂开始冷却,吸附能力逐渐 升高,并开始吸附蒸发器里的制冷剂蒸气达到 制冷的目的。吸附了大量制冷剂蒸气的吸附剂 为下一次加热脱附创造了条件。脱附-吸附循 环如此周而复始,间歇地进行着制冷过程。 固体吸附式制冷 原理图
较低。为了连续制冷,可以采用两个或多个吸附器交替工作。除此
而外,在固体吸附式制冷循环的研究过程中,人们还提出了连续回 热型、热波型、对流热波型和双效复叠型等多种更高效的吸附制冷
循环。
(1)连续回热循环
系统中有两个吸附, 假定对吸附器1加热,对吸 附器2冷却,当吸附器1充 分解析,吸附器2吸附饱和 后,使吸附器1冷却,吸附 器2加热,吸附器1、2交替
且投资费用随床数的增加而成倍增加。 热波循环中吸附床被设计成一系列能
独立进行热交换的小吸附床组成。沿
冷却(加热)流体流程存在很大的温 度梯度,以便最大限度地利用吸附过 程放出的热量,更充分地回热。
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(3)对流热波循环
对流热波循环是一种吸附床内强迫对流以改善吸附床传热传质性能 的循环方式,即利用制冷剂气体和吸附剂之间的强制对流,利用循环 泵将高压制冷剂直接加热、冷却吸附剂而获得较高的热流密度。由于 吸附床内传热条件良好,在较短的时间内就可将吸附床加热或冷却到 预定温度。
T0为蒸发温度;Tk为冷凝温度; Ta为吸附温度; Tj为解吸温度;x0表示吸附率; ε 为理论性能系数,ε =λ /H (λ 为TO下的蒸发潜热,J/kg;H为平均等量吸附热 J/kg)
吸附式制冷循环的研究
基本型吸附式制冷循环设置有一个吸附器,吸附-脱附过程交
替进行,没有采用回热措施,不但损失了吸附床冷却放热及吸附放 热的显热量,而且因为间歇式制冷产生切换损失,因此循环效率比
固体吸附式制冷
固体吸附式制冷是通过微孔固体吸附剂在较低温度下吸附制 冷剂,在较高温度下解吸制冷剂的吸附-解吸循环来实现的。相 对于同样利用热能驱动的吸收式制冷而言,在热源温度比较低或 冷凝温度比较高的条件下,采用合适的制冷工质对,吸附式制冷 具有更高的效率,因此,吸附式制冷在低品位热源的利用方面极 具优越性。
且投资费用随床数的增加而成倍增加。
热波循环中吸附床被设计成一系列能 独立进行热交换的小吸附床组成。沿
冷却(加热)流体流程存在很大的温
度梯度,以便最大限度地利用吸附过 程放出的热量,更充分地回热。
冷凝器
蒸发器
(2)热波循环
多床循环的吸附床与吸附床之间存
加热器 吸 附 器 1 冷却水 吸 附 器 2
在传热温差使系统的回热利用率不高,