固体吸附式制冷新技术

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1、固体吸附式制冷新技术・王卜竹（上海交通央垂~上;*5（）0030）摘要：固体吸附式制冷技术是充分利用低品位能源的一种有效手段■本文结台作者的实验室研究成果，对吸附武制務系统及其在能最综合利甲中的一些新技术进行了总结肚探讨。・关键词：吸附制冷，能鴻利用•太阳能•余热___—.I11一一一一I"■■—_一—•上海市优秀学科带头人计划资助项目4I、前言随着世界能源消费量的急剧增加和地球环境的日益恶化，人们对环境保护和能源的有效利用的认识有了进一步的提高，推进了一系列新技术的开发〉固体吸附式制冷作为一种有效

2、利用低品位能源且没有环境破坏性的制冷技术受到了国内外越来越多的关注；固体吸咐式制冷的原理是；一定的固体吸附剂（如沸石、活性炭等）对某种制冷剂（如水、甲醇等）气体的吸附能力随温度不同而不同，加热吸附剂时解析出制冷利气体•并使之凝为液体、而在冷却吸附时•制冷刑液体蒸发，产生制冷作用。吸附式制冷可以利用较低温度的工业废热、太阳能等作为驱动热源•在能址回收及节能方面能发挥重要作用•同时它采用非氟氯炷类物质作为制冷剂■适合当前环保要求c固体吸附式制桧还具有结构简单、无运动部件、无噪音、抗震性好及几乎不受地点限

3、制等一系列优点，具有广泛的应用前景和价值。近二十年来，国内外陆续开展了对固休吸附式制冷和热泵的研究工作，不断有来自美国、法国、日本、英国、德国、意大利和印度等国的报道•从吸附工质对性能、吸附床的传热传质和系统循环及结构等方面惟动了吸附制冷的发展。但与压缩式及吸收式制冷相比，吸附式制冷还很不成熟，主要问题左于：固体吸附剂为多微孔介质，比表面积大■导热性能很低•因而吸附/解析所需时间长，制冷址小,COP值不高，现在对吸附制冷的研究正不断深入和发展•在将吸附制冷技术推向市场应用的过程中.在结构简化、性能提

4、高和成本降低等方面还需进行大量的研究工作。本文将结合作者的研究成果•对吸附式制冷的一些新技术进行探讨。2.固体吸附式制冷系统的改进对吸附式制冷系统研究的基本内容包括吸附剂一制冷剂工质对的性能、系统内的传热传质和各种循环的热力性质等方面C2.1新型吸附工质对对于使用不同制冷工质对的固体吸附式制冷，其应用范田和工作特性是不同的a已研究的吸附工质对主要有：活性炭一甲醇/氨、沸石一水、硅胶一水、金属氢化物一氢（物理吸附）和氯化钙一氨（化学吸附）等，冃前应用较多的是前两者〉最近•我们提出了一种新的吸附剂一活性

5、炭纤维（ACF）.与活性炭相比•单位活性炭纤维的制冷址可达到活性炭的2-3倍，采用活性炭纤维做吸附剂可使吸附/解析时间缩短为活性炭系统的1/10•因而可使循环周期大大缩短.这对吸附式系统做得紧庚意义很大。我们设计的一台以活性炭纤维一甲8?为制冷工质对的紧凑型吸附冰箱，在90-100V热源驱动下，一个吸附器采用800克活性炭纤维，可口制冰5千克。2.2裁化吸附床传热吸附床中热传递的强化可提高吸附/熔析速率，缩短循环周期。这可以从改善吸附介质的传热性能和采用先进的吸附床结构这两个方面来考虑C(1)吸附介

6、质吸附剂为多扎介质•市场上的吸附剂(如沸石、活性炭尊)一般都是粉状或颗粒状的■由其填充成吸附床的接触热阻大，导热性能差C可将颗粒大小不同的两种吸附剂混合起来以减少吸附床的松散性，或在吸附床中加入导热性好的金属物质或石墨等，都可以提高吸附床的导热性能，但这些方法效果不显著。另一种途径是将吸附剂加工成圆片或圆柱等志状结构，既有利于减少吸附剂与换热壁面的接触热阻，也改善了吸附床的传热性能，并增加吸附剂的填充量。我们已研制出一种具有高强度、高吸性能和导热性能的以沸石为主的复合吸附剂块，试验表明，在相同的体积

7、下，以该沸石块组成的吸附床的最大吸附量、吸附/解析連度比13X沸石颗粒床的备提高了约50%•而吸附床的导热系数则约提高了一倍。我们对活性炭的制块工作表明•成型活性炭的热导率可比粉末状堆积活性炭高5倍，与金属铜复台的成型活性炭正在试制中，预计其热导率可比常规颗粒活性炭高1个数量级。研究表明以块状吸附床代替颗粒吸附床是一种行之有效的办法，但是如何在通过热导率时保持其传质率是一个值得注意的问题•压力系统制泠剂(如氨等)的传质性能远比輒空系统(如水、甲8?畀)好谒多：(2)吸附床结构一个有效的增加吸附床传热

8、的方法是减少吸附床厚度并增大和外界的换热面积。它是通过在吸附床中插入金属肋片或金属管来实现的•肋片很薄•不到】毫米厚•相互间的间隔也只有几毫米。还有一种设计是将片状吸附剂与金属片粘贴，从而大大减少接触热阻•但问题在于金属与粘接剂的热膨胀系数不同•如何保证在多次加热与冷却循环后粘贴的牢靠还有待进一步的研究。为增大吸附床的换面积•已设计岀了多种吸附床结构，用的较多的是翅片管式•此外还有板式、板翅式、喋旋板式等°往增大换热面的同时，也使系统的金属热容大为增加，因此需采用回热