吸附式制冷系统中吸附工质对的探索和实验研究

　　1 引言

　　随着现代科学技术的进步，人民生活水平的提高，节能减排已成为当今学术研究的热门话题。利用低品位能源来满足制冷需求的吸附式制冷具有明显的节 能优势。但由于吸附式制冷系统的本身工作特性，与其它制冷系统相比，其COP值偏低，从1848年首次提出至今，吸附式制冷系统研究技术进展十分缓慢，吸 附式制冷设备商业化的发展受到制冷效率偏低的瓶颈困扰[1]。由于广泛使用氯氟烃类制冷剂的制冷机对臭氧层破坏严重，直接威胁人类的身体健康，吸附式制冷 方式重新获得业界重视，吸附式制冷系统研究工作取得了一些进展，分析已有的国内外研究文献，发现主要吸附式制冷系统研究内容归纳为四大类:(一)以优化性 能为目的改造、开发和设计各种吸附床结构;(二) 通过对吸附床建模，模拟分析床内不同参数下温度场分布;(三) 对吸附系统循环方式探索;(四) 新型吸附剂研究。课题组认为，解决吸附制冷系统制冷效率低下的关键点是缓解吸附剂传热传质矛盾，即在提高吸附剂导热性能的同时，尽可能减小对吸附剂吸附性 能的影响。因此，开发研究最优吸附工质对，探索吸附工质对发展方向对推广使用具有节能优势的吸附式制冷系统有很大的应用意义。

　　2 系统工作原理

　　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发生变化。在制冷循环工况中，周期性的冷却和加热吸附剂，使之交替 吸附和解吸。当多孔固体吸附剂解吸时，释放出制冷剂气体，并在冷凝器内凝为液体;而当多孔固体吸附剂吸附时，蒸发器中的制冷剂液体蒸发，进行制冷[2]。 对于单个吸附式制冷系统，吸附与解吸过程间歇运行，影响吸附性能和制冷效率。因此，研究中采用两床吸附式制冷系统，以确保吸附床吸附与解吸连续进行。天津 商业大学已开展此类的前期研究工作，通过搭建吸附制冷系统实验台，进行实验探索[3]。图1为搭建的连续回热型两床吸附制冷系统示意图[1]。通过在管道 上安装10个阀门，控制吸附床的加热、冷却与两床之间的回热功能。

　　3 吸附工质对研究进展

　　3.1 吸附工质对

　　常用物理吸附剂大致有活性炭、硅胶、沸石、活性氧化铝和活性炭纤维等一些多孔性物质; 化学吸附剂有金属氯化物、金属氢化物与金属氧化物，以氯化钙、氯化锶为最佳[4]。在吸附式制冷系统中用得最多，性能相对较好的是氨、甲醇、水。研究报道 显示，物理吸附工质对主要包括: 活性炭-甲醇、活性炭-氨、硅胶-水和沸石分子筛-水等。化学吸附工质对主要包括: 金属氯化物 - 氨、金属氢化物 - 氢和金属氧化物-氧等[5]。周根明[6]等给出了活性炭/甲醇吸附工质对的基础吸附平衡数据，并介绍了等温吸附曲线和等吸附量曲线。李本强[7]等采用 静态重量法对活性炭/甲醇系统的吸附速度进行测定，对吸附速度方程Sakoda—Suzuki方程加以修正改善，提出新的吸附速度常数表达形式。 O.C.Iloeje[8]等采用在氯化钙中掺加凝胶剂或CaSO4的方法来控制吸附剂的膨胀和裂解等问题。