吸附式制冷循环及设备性能与大小的影响

吸附式制冷是一种利用多孔固体表面吸附现象的制冷系统。它可以利用工业余热、地热以及太阳能作为热源。显而易见，这些热源的温度都不高，但是即使在冷凝温度较高的条件下，循环仍然可以获得比吸收式制冷循环更高的性能系数，因而引起国内外科技人员的注意，正在家用冰箱、空气调节等方面开展研究工作。

图12-12是吸附式制冷系统的原理图。它采用固体微孔物质作吸附剂，液体作为吸附质（即制冷剂）。整个系统是由吸附剂容器、冷凝器、蒸发器（储液器）和两个单向阀组成的完全封闭的系统。吸附剂容器充装吸附剂，当吸附剂被加热时，吸附其上的吸附质获得能量，当吸附质分子的能量增加到足以克服吸附剂的吸引力时，它们将脱离吸附剂表面（脱附），并使它在系统中的分压力上升。当吸附质的分压力上升至它所对应的饱和温度为环境温度时，单向阀C1被打开，吸附质开始液化，液化放出的热量在冷凝器中由冷却介质带走，冷凝液进入储液器。在停止对吸附剂加热后，随着吸附剂温度的下降，它的吸附能力开始上升，使系统内吸附质的分压力下降，C1阀被关闭，C2阀被打开，造成液体制冷剂在低温下不断地汽化，低温汽化吸收热量，起到了制冷的效果。吸附了大量制冷剂的吸附剂为下一次加热脱附提供了条件。这样脱附-吸附循环进行，就是吸附式制冷的间歇式制冷过程。

图12-12 吸附式制冷系统的原理图

1-吸附剂容器；2-冷凝器；3-蒸发器；C1，C2-单向阀

间歇式脱附-吸附制冷循环过程可用图12-13表示。图中纵坐标为吸附质（液体制冷剂）温度T1，横坐标为固体吸附剂温度T2，图中还标明了若干条等吸附量线。(www.xing528.com)

吸附结束时，如果吸附剂的温度为TA，压力为pcv（蒸发器中的蒸发压力），其状态表示为图中的A点。随着对吸附剂的加热，使吸附剂升温，单向阀C2关闭。当吸附剂温度上升到冷凝器压力所对应的饱和温度TB时，单向阀C1被打开，吸附质（制冷剂）开始冷凝（相应图中的B点）。冷凝过程一直持续到停止对吸附剂加热、吸附剂的温度开始下降为止（相应图中的C点），此时单向阀C1即行关闭。随着对吸附剂的冷却降温，降到吸附剂开始吸附的临界温度TD时（相应图中的D点），单向阀C2被打开，吸附剂开始吸附，制冷剂汽化，产生制冷效果，直至吸附剂吸附结束，相应图中的A点。因此，间歇性的脱附-吸附循环过程可用图中的ABC-DA来表示。

在吸附式制冷中，由吸附剂和吸附质（制冷剂）构成的吸附工质对的性能直接影响制冷循环的性能系数与装置大小。目前使用的吸附工质对有沸石-水和氯化钙-水。沸石是一种硅铝酸盐矿物，具有硅氧四面体和铝氧四面体无限扩展的“网格”结构，内部又含有大量的孔穴和通向这些孔穴的通道，因而具有非常大的外表面积和内表面积，有极强的吸附能力。有一种利用太阳能的沸石-水吸附式制冷系统，把沸石密封在平板式太阳能集热器中，利用太阳照射加热沸石，而在夜间，沸石被冷却到接近环境温度，这样完成吸附-脱附间歇式制冷循环。

图12-13 间歇式脱附-吸附制冷循环

吸附式制冷系统设备称为吸附式制冷器。它具有不耗电、无运动部件、系统简单、没有噪声、无污染、不需维修、寿命长、安全可靠、投资回收期短等一系列优点。同时，还可以利用吸附剂吸附制冷剂时放出的吸附热，提供家庭用热水和冬季供暖。但吸附式制冷循环属于间歇性的，它的热力状态不断地发生变化，难以实现自动运行。对于利用太阳能的系统，它对周围环境条件特别敏感，如云、风、温度等都会影响循环的特性。总之，吸附式制冷是制冷领域内一个崭新的分支，对它的认识和研究刚刚开始，如何提高循环经济性，增大吸附剂的吸附量，增强吸附剂的传热、传质特性和整个系统的优化问题，等等，都有待人们进一步研究和开发。