吸附式制冷工质对的研究进展

    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、吸附床传质和传热及系统循环及结构等方面推动吸附制冷技术的发展。

    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。因此,开发研究合适的制冷工质对的工作显得尤为重要。

    1 吸附式制冷工作原理

    图1所示为利用太阳能的沸石吸附制冷系统的原理图。白天,沸石在密封的容器内被太阳加热,含水沸石在吸取热量后开始脱附水蒸汽,分压力逐渐升高。当分压力达到与环境温度所对应的饱和压力时,水蒸气在冷凝器中放出潜热,凝结成水后进入储水箱(蒸发器)。夜间,沸石温度逐渐降低,吸附水的能力逐步提高,于是开始吸附蒸发器中的水蒸气,并造成系统中更低的真空状态。此时储水箱便变成蒸发器,水在低温下蒸发(如果系统压力低于016 kPa,水将在0℃以下蒸发),吸收被冷却空间的热量,从而达到制取冷量的目的。如果采用其它热源,只要对沸石间歇地进行加热和冷却,使沸石产生脱附和吸附作用,同样能达到制冷的目的。

    2 吸附式制冷工质对的研究进展

    与传统蒸汽压缩式及吸收式制冷相比,吸附式制冷还不成熟,主要问题在于:固体吸附剂为多微孔介质,比表面大,导热性能很低,因而吸附/解析周期长,单位质量吸附剂的制冷功率较小,使得吸附制冷机尺寸较大。因此,吸附制冷工质对性能的好坏,直接影响吸附制冷性能,为此,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[1]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。

    2.1 吸附制冷工质对的研究

    为选择合适的工质对,国内外学者进行了大量筛选研究工作,已开发出上百种吸附制冷工质对,但完全能满足上述要求的制冷体系尚未找到。目前,从吸附剂的实用性来看,还仅限于沸石、活性炭、硅胶、氯化钙体系等。