太陽(yáng)能與煙氣余熱利用的吸附式制冷

繆寶龍，孫文哲，韓笑生，段 龍，遲翠華

(上海海事大學(xué)，上海201306)

引言

吸附式制冷技術(shù)已經(jīng)有了100多年的歷史，人們對(duì)其在船舶制冷、汽車空調(diào)、宇航制冷等各方面的應(yīng)用進(jìn)行了深入的研究。由于它采用無(wú)氟里昂的制冷劑，對(duì)環(huán)境沒(méi)有破壞性，能有效利用太陽(yáng)能和工業(yè)廢熱等低品位能源，而且系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、無(wú)噪聲、抗振性好、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此成了制冷技術(shù)中的亮點(diǎn)。

1 吸附式制冷原理

吸附式制冷是通過(guò)吸附劑在較低的溫度下吸附制冷劑，而在較高的溫度下脫附出制冷劑的“吸附—脫附”循環(huán)實(shí)現(xiàn)的。在吸附式制冷技術(shù)中，吸附劑對(duì)制冷劑的吸附作用相當(dāng)于壓縮式制冷系統(tǒng)中壓縮機(jī)的作用。

多孔固體吸附劑對(duì)某種制冷劑氣體具有吸附作用，吸附能力隨吸附劑溫度的不同而不同。周期性的冷卻和加熱吸附劑，使之交替吸附和脫附。脫附時(shí)，釋放出制冷劑氣體，并在冷凝器內(nèi)冷凝為液體;吸附時(shí)，蒸發(fā)器中的制冷劑液體蒸發(fā)，產(chǎn)生冷量。吸附式制冷是一種間歇式制冷方式，若要達(dá)到連續(xù)制冷的目的，則應(yīng)采用兩臺(tái)以上吸附床，讓其交錯(cuò)運(yùn)行。圖1是吸附制冷的基本循環(huán)系統(tǒng)示意圖。

圖1 吸附制冷的理想基本循環(huán)系統(tǒng)示意圖

1.1 制冷循環(huán)

單床間歇循環(huán)系統(tǒng)是吸附式制冷中最基礎(chǔ)的系統(tǒng)。它是由一個(gè)吸附床及蒸發(fā)器、冷凝器、節(jié)流閥等組成。循環(huán)過(guò)程包括加熱解吸、冷卻吸附。這種制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但循環(huán)周期長(zhǎng)，制冷功率低且存在很大的熱損失。

為克服吸附式制冷基本循環(huán)間歇性制冷和能量利用率低的缺點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出各種先進(jìn)的吸附式制冷循環(huán)，目前主要有連續(xù)回?zé)峄刭|(zhì)型、多級(jí)復(fù)疊型、熱波型和對(duì)流熱波型。

①連續(xù)回?zé)峄刭|(zhì)型循環(huán)

最簡(jiǎn)單的連續(xù)型循環(huán)采用雙吸附床結(jié)構(gòu)，兩床交替進(jìn)行解吸和吸附，實(shí)現(xiàn)連續(xù)制冷。連續(xù)回?zé)峄刭|(zhì)型循環(huán)是兩床交替運(yùn)行時(shí)，將正在進(jìn)行吸附的吸附床的部分吸附質(zhì)回流到另一臺(tái)正在進(jìn)行解吸的吸附床，既利用了部分吸附質(zhì)的顯熱和吸附熱，節(jié)省了能量輸入，又加速了解吸和吸附的進(jìn)行，縮短了循環(huán)周期，提高了循環(huán)性能系數(shù)的同時(shí)又增大了制冷量。

②熱波循環(huán)

多床循環(huán)的吸附床之間存在傳熱溫差導(dǎo)致回?zé)崧什桓?。在熱波循環(huán)中，吸附床被設(shè)計(jì)成沿流體流程存在很大的溫度梯度，兩個(gè)吸附床反向運(yùn)行，各自只有一小部分進(jìn)行熱交換，另一部分保持其溫度，用單一流體回路將兩床連接起來(lái)，利用流體溫度梯度 (熱波)在回路中的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高效回?zé)帷岵ㄑh(huán)理論上很先進(jìn)，但系統(tǒng)性能的提高和能量密度的大幅度降低是一個(gè)難以協(xié)調(diào)的矛盾，在實(shí)際系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)很困難。

③對(duì)流熱波循環(huán)

對(duì)流熱波循環(huán)則是一種采用吸附床內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流以改善吸附床傳熱傳質(zhì)性能的循環(huán)方式，利用制冷劑氣體和吸附劑間的強(qiáng)制對(duì)流，以獲得較高的熱流密度，在較短的時(shí)間內(nèi)就可將吸附床加熱或冷卻到預(yù)定溫度。

④多級(jí)復(fù)疊型循環(huán)

多床循環(huán)中各級(jí)循環(huán)都是用同樣的工質(zhì)對(duì)，吸附熱利用率不高。Douss和Meunier提出了雙效復(fù)疊循環(huán)，利用工作在不同溫度范圍內(nèi)的循環(huán)來(lái)提高吸附熱的利用率。

⑤混和循環(huán)

除吸附制冷循環(huán)自身優(yōu)化外，通過(guò)和其他制冷循環(huán)相結(jié)合，如太陽(yáng)能固體吸附－噴射制冷聯(lián)合循環(huán)，太陽(yáng)能吸附制冷與供熱聯(lián)合循環(huán)，同樣可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)制冷和提高能量利用率。吸附式制冷最初應(yīng)用的是太陽(yáng)能制冰，因循環(huán)周期較長(zhǎng)，通常情況下不考慮吸附時(shí)制冷的循環(huán)周期問(wèn)題，但只能進(jìn)行不連續(xù)的制冷。當(dāng)前正在研究一些高級(jí)的制冷循環(huán)，如連續(xù)回?zé)嵝脱h(huán)、熱波循環(huán)、對(duì)流熱波循環(huán)以及雙級(jí)復(fù)疊式循環(huán)等，都涉及到如何來(lái)選擇系統(tǒng)的循環(huán)周期，使系統(tǒng)在一定工況下的單位時(shí)間制冷量最大。通常循環(huán)周期越短，系統(tǒng)的單位時(shí)間制冷量越大，但是如果周期太短，吸附劑來(lái)不及解吸與吸附，會(huì)使系統(tǒng)單一周期內(nèi)的制冷量減小，也會(huì)影響系統(tǒng)單位時(shí)間的制冷量，即有一個(gè)最佳循環(huán)周期可使單位時(shí)間制冷量最大。

循環(huán)周期包括兩個(gè)部分，冷卻吸附時(shí)間與加熱發(fā)生時(shí)間，可分析吸附率 (解吸率)、單位時(shí)間制冷量及循環(huán)周期之間的相互關(guān)系。在工況確定的情況下，由實(shí)驗(yàn)所得的實(shí)際冷卻吸附時(shí)間和實(shí)際加熱解吸時(shí)間，可知在空調(diào)工況下由于蒸發(fā)壓力較高，吸附的時(shí)間要比解吸時(shí)間短，而在制冰情況下，則剛好相反，因此也存在一個(gè)吸附蒸發(fā)壓力使得吸附時(shí)間等于解吸時(shí)間，從而得到了固體吸附式制冷的最佳循環(huán)周期。

1.2 吸附式制冷系統(tǒng)工質(zhì)對(duì)的選擇及比較

一般來(lái)說(shuō)，吸附工質(zhì)對(duì)的選擇主要考慮以下一些因素:

對(duì)于吸附質(zhì)來(lái)說(shuō)，包括:

①潛熱大小。潛熱高也就是單位解吸量的制冷量大，同樣制冷量所需解吸量較小，這樣可以降低對(duì)解吸熱量的輸入要求。

②在一定溫度范圍內(nèi)物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性較好。

③整個(gè)系統(tǒng)的工作壓力要適中。

④價(jià)格低、毒性小和不易燃爆。

⑤對(duì)環(huán)境無(wú)污染。

對(duì)于吸附劑來(lái)說(shuō)，要考慮以下幾點(diǎn):

①在相應(yīng)的工作條件下，對(duì)所采用的吸附質(zhì)的吸附、解吸循環(huán)量大。這樣可以提高單位質(zhì)量吸附劑的制冷功率。

②傳熱傳質(zhì)性能好，這樣可以縮短循環(huán)周期。

③與所選吸附質(zhì)要相容。

④適應(yīng)工作溫度范圍。

⑤價(jià)格低和來(lái)源廣泛。

實(shí)際上，目前并沒(méi)有哪一種工質(zhì)對(duì)能同時(shí)滿足上述要求。我們所能做的，是從實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合出發(fā)，尋找最合適的吸附工質(zhì)對(duì)。

1.2.1 分子篩—水工質(zhì)對(duì)

分子篩—水是使用比較廣泛的吸附工質(zhì)對(duì)，大量應(yīng)用于開式除濕冷卻系統(tǒng)和閉式吸附系統(tǒng)，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力很強(qiáng)，且安全無(wú)毒。分子篩—水工質(zhì)對(duì)的分子間作用力較強(qiáng)，所需的解吸溫度較高，吸附熱也較高。分子篩—水的性質(zhì)很穩(wěn)定，高溫下也不會(huì)反應(yīng)，適合于解吸溫度較高的場(chǎng)合，目前在余熱回收中常用于200℃左右或者更高的熱源能量回收。此外，由于分子篩—水系統(tǒng)是負(fù)壓系統(tǒng)，傳質(zhì)速度慢，再加上所需解吸熱及解吸溫度較高，造成系統(tǒng)循環(huán)時(shí)間比較長(zhǎng)。

1.2.2 活性炭—甲醇工質(zhì)對(duì)

活性炭—甲醇是目前使用最為廣泛的吸附工質(zhì)對(duì)，主要原因是活性炭—甲醇的吸附解吸量較大，所需的解吸溫度不高 (100℃左右);吸附熱不太高;甲醇的蒸發(fā)潛熱較高。同時(shí)，活性炭—甲醇系統(tǒng)也有缺點(diǎn):首先是不適合高溫，在溫度高于150℃時(shí)甲醇發(fā)生分解，生成二甲醚，這對(duì)于系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是不利的;其次是甲醇有劇毒，使人們對(duì)它的廣泛應(yīng)用產(chǎn)生懷疑;另外，系統(tǒng)是真空系統(tǒng)，工作可靠性比壓力系統(tǒng)差。

1.2.3 活性炭—氨工質(zhì)對(duì)

采用這一工質(zhì)對(duì)的系統(tǒng)，壓力較高，氨有毒及刺激性氣味，與銅材料不相容。但是，在近年來(lái)對(duì)新工質(zhì)的探索中，人們重新審視了這對(duì)吸附工質(zhì)。首先，壓力系統(tǒng)中的輕微泄漏不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)失靈，相對(duì)不怕振動(dòng);其次，壓力有助于傳熱傳質(zhì)，可以有效縮短循環(huán)周期，而這是其他吸附系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)之一;第三，氨的蒸發(fā)制冷量大;第四，可以適應(yīng)較高的熱源溫度。

1.2.4 硅膠—水工質(zhì)對(duì)

硅膠—水工質(zhì)對(duì)在I20℃以下的溫度工作，高于120℃時(shí)硅膠會(huì)燒毀，失去吸附能力，所以，硅膠—水工質(zhì)對(duì)很適合于較低溫度的熱源驅(qū)動(dòng)。硅膠由于受可用溫度限制，只能在較低溫度范圍使用，要求的冷凝和冷卻溫度比較低，而且硅膠的比表面積比活性炭和分子篩小，體積較大，所以在閉式吸附制冷中應(yīng)用較少。目前較多使用在開式除濕冷卻系統(tǒng)中。

1.2.5 金屬氫化物—?dú)涔べ|(zhì)對(duì)

金屬氫化物和氫可以形成氫鍵，因此對(duì)于氫具有一定的吸附能力，屬于化學(xué)吸附，這一工質(zhì)對(duì)具有很好的循環(huán)性能，能夠適用于－100～500℃以上的溫度范圍。反應(yīng)速度快，容積反應(yīng)熱大，可以有效地減小吸附器體積。但是，由于氫本身易燃、易爆，而且金屬氫化物吸附劑包含很多稀有金屬，價(jià)格較高，因此在吸附式制冷系統(tǒng)中的使用并不廣泛。

2 太陽(yáng)能吸附式制冷原理和應(yīng)用難點(diǎn)

2.1 太陽(yáng)能吸附式制冷的原理

以某種具有多孔性的固體作為吸附劑，某種氣體作為制冷劑，形成吸附制冷工質(zhì)對(duì)，其中固體吸附劑是不流動(dòng)的，而吸附介質(zhì)是流動(dòng)的。在固體吸附劑對(duì)氣體吸附物吸附的同時(shí)，流體吸附物不斷地蒸發(fā)成可供吸附的氣體，蒸發(fā)過(guò)程對(duì)外界吸熱實(shí)現(xiàn)制冷;吸附飽和后利用太陽(yáng)能加熱使其解吸。按照被吸附物與吸附劑之間吸附力的不同，吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附是分子間范德華力所引起的，而化學(xué)吸附是吸附劑與被吸附物之間通過(guò)化學(xué)鍵起作用的結(jié)果，吸附與脫附過(guò)程都伴隨有化學(xué)反應(yīng)。一個(gè)基本的太陽(yáng)能吸附式制冷系統(tǒng)主要包括吸附床 (集熱器)、冷凝器、蒸發(fā)器和閥門。其基本工作過(guò)程由吸熱解吸和吸附制冷組成。圖2為太陽(yáng)能吸附式制冷系統(tǒng)示意圖。

圖2 太陽(yáng)能吸附式制冷系統(tǒng)示意圖

白天吸附床被太陽(yáng)能加熱，吸附質(zhì)開始從吸附劑中解吸脫附，當(dāng)吸附質(zhì)蒸汽壓力達(dá)到冷凝壓力時(shí)，進(jìn)入冷凝器冷凝，冷凝液經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)入蒸發(fā)器儲(chǔ)存起來(lái)。晚上吸附床被環(huán)境空氣冷卻，吸附劑開始吸附制冷劑蒸汽，當(dāng)系統(tǒng)壓力下降到蒸發(fā)溫度下的飽和壓力時(shí)，蒸發(fā)器中的液體開始蒸發(fā)制冷，產(chǎn)生的蒸汽繼續(xù)被吸附劑吸附，直到吸附結(jié)束，完成一個(gè)吸附制冷循環(huán)。

2.2 太陽(yáng)能吸附式制冷的應(yīng)用難點(diǎn)

固體吸附式制冷經(jīng)歷了兩次機(jī)遇，20世紀(jì)70年代的能源危機(jī)和80年代高漲的環(huán)保呼聲，特別是1992年在巴黎召開國(guó)際制冷大會(huì)和1998年國(guó)際第六屆吸附基礎(chǔ)大會(huì)，使得固體吸附式制冷技術(shù)得到快速發(fā)展，原先制約固體吸附式制冷技術(shù)實(shí)用化的關(guān)鍵技術(shù)相繼得到突破，開始具備與蒸汽壓縮式制冷機(jī)競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)力。而研究表明，太陽(yáng)能吸附式制冷主要存在四個(gè)難點(diǎn):

第一，吸附式制冷基本循環(huán)不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)制冷，吸附床傳熱傳質(zhì)性能差，吸附/解吸所需的時(shí)問(wèn)長(zhǎng)，循環(huán)周期長(zhǎng)，系統(tǒng)調(diào)節(jié)滯后時(shí)間長(zhǎng)，制冷功率低，制冷系數(shù)小，能量利用率低。

第二，晚上制冷不符合空調(diào)用能規(guī)律，大大限制了太陽(yáng)能吸附式制冷的應(yīng)用。

第三，太陽(yáng)能是低品位能源，且供能不連續(xù)，另外，太陽(yáng)能集熱技術(shù)難以保證高溫而穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)熱源，因此，系統(tǒng)需要較低的驅(qū)動(dòng)溫度。

第四，吸附式制冷系統(tǒng)難以根據(jù)工況的變化迅速及時(shí)地做出穩(wěn)定調(diào)節(jié)，這將是推廣吸附式制冷技術(shù)實(shí)用化進(jìn)程所面臨的最大難題。

3 煙氣余熱利用的吸附式制冷機(jī)

固體吸附式制冷技術(shù)對(duì)于強(qiáng)烈顛簸的運(yùn)載工具采用余熱制冷具有很大優(yōu)勢(shì)，因此成為國(guó)內(nèi)外競(jìng)相研究開發(fā)的熱點(diǎn)。

船舶余熱十分豐富，在船舶上余熱一般分為兩種形式:柴油機(jī)排煙余熱和缸套冷卻水余熱。目前船舶主機(jī)一般為幾千甚至上萬(wàn)馬力的大型二沖程低速柴油機(jī)，其排煙溫度為250～350℃，冷卻劑溫度為80～95℃，而發(fā)電機(jī)功率為200～400kW的四沖程中速機(jī)，其排煙溫度多為300～400℃，冷卻水溫度為65～80℃，這些余熱均可作為固體吸附式制冷的熱源。

船舶廢氣鍋爐產(chǎn)生的蒸汽除加熱外完全能滿足吸附式制冷所需的熱量。船舶空調(diào)的固體吸附式制冷最合適的工質(zhì)對(duì)是氯化鈣—氨，研究表明氯化鈣—氨為工質(zhì)對(duì)時(shí)，最合適的解吸溫度在300℃。

吸附式制冷機(jī)基本結(jié)構(gòu)由吸附床、冷凝器、儲(chǔ)液器、蒸發(fā)器和相關(guān)閥門等主要部件組成。本機(jī)選用氯化鈣—氨 (CaCl2－NH3)作為工質(zhì)對(duì)，氯化鈣為吸附劑、氨為制冷劑，吸附床個(gè)數(shù)為2個(gè) (如圖3所示)。

圖3 煙氣余熱利用的吸附式制冷機(jī)

兩床連續(xù)型吸附式制冷系統(tǒng)主要由兩部分組成。第一部分包括兩個(gè)吸附床 (解吸床和吸附床)，兩床的功能相當(dāng)于蒸氣壓縮式制冷中的壓縮機(jī)。解吸態(tài)床吸收煙氣熱量向冷凝器排放高溫高壓的制冷劑蒸氣，吸附態(tài)床則吸附蒸發(fā)器中低溫低壓的蒸氣并向冷卻水放出熱量，由于吸附劑在吸附一定量制冷劑后會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)而失去吸附能力，因此兩個(gè)床在傳感器和電磁閥的作用下交替進(jìn)行解吸和吸附過(guò)程，使循環(huán)連續(xù)運(yùn)行。第二部分包括冷凝器，蒸發(fā)器及節(jié)流閥，冷卻水系統(tǒng)和冷凍水系統(tǒng)，與普通的制冷系統(tǒng)相類似。從解吸態(tài)床解吸出來(lái)的高溫高壓的制冷劑蒸氣在冷凝器中被冷凝為液體后，經(jīng)過(guò)節(jié)流閥，變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊后w，進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)制冷，蒸發(fā)的制冷劑蒸氣重新被吸附態(tài)床吸附。

4 吸附式制冷系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1 用于低溫儲(chǔ)糧的太陽(yáng)能吸附式制冷系統(tǒng)

低溫儲(chǔ)糧可有效抑制糧食呼吸及倉(cāng)儲(chǔ)害蟲、微生物的生長(zhǎng)，減少或避免化學(xué)藥物殺蟲滅菌處理。利用傳統(tǒng)的谷物冷卻機(jī)進(jìn)行低溫儲(chǔ)糧，功耗大、運(yùn)行費(fèi)用高，并且停機(jī)后糧溫回升快，難以滿足綠色儲(chǔ)糧的要求。另一方面，在能源危機(jī)和環(huán)境污染的雙重影響下，太陽(yáng)能的開發(fā)利用日益引起人們的廣泛關(guān)注。太陽(yáng)能是一種清潔的可再生資源，并且它在時(shí)域和地域上的分布規(guī)律與制冷用能在時(shí)域和地域上的分布規(guī)律高度匹配。在夏秋季節(jié)，太陽(yáng)能輻射相對(duì)較強(qiáng)，太陽(yáng)能制冷系統(tǒng)能有效運(yùn)行。通過(guò)在倉(cāng)頂安裝太陽(yáng)能集熱器，太陽(yáng)能制冷系統(tǒng)用于低溫儲(chǔ)糧還可減少糧倉(cāng)冷負(fù)荷。

太陽(yáng)能吸附式制冷系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能熱水子系統(tǒng)、吸附式制冷機(jī)、冷卻塔及風(fēng)機(jī)盤管單元等主要部件構(gòu)成，如圖4所示。太陽(yáng)能集熱器收集的太陽(yáng)能儲(chǔ)存于分層蓄熱水箱中，用于驅(qū)動(dòng)吸附式制冷機(jī)。冷卻塔用于提供冷卻水以帶走吸附制冷機(jī)的冷凝熱、吸附熱及吸附器顯熱。制冷機(jī)的制冷量通過(guò)風(fēng)機(jī)盤管輸送至糧倉(cāng)，用于冷卻糧倉(cāng)上部的空氣層以抑制高溫季節(jié)糧溫回升。

試驗(yàn)運(yùn)行測(cè)試結(jié)果表明:在太陽(yáng)能資源豐富的地區(qū)，太陽(yáng)能吸附制冷系統(tǒng)可望提供一種可供選擇的低溫儲(chǔ)糧制冷方式。系統(tǒng)的電制冷系數(shù)可達(dá)2.0～2.8，與傳統(tǒng)的壓縮式谷物冷卻機(jī)相比，系統(tǒng)具有較大的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。

圖4 太陽(yáng)能吸附式制冷系統(tǒng)示意圖

4.2 太陽(yáng)能冷熱聯(lián)供

傳統(tǒng)的太陽(yáng)能固體吸附式制冰機(jī)不僅功能單一，而且系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)能的利用率較低。因?yàn)榧療崞髟诎滋焓占降募訜嵛酱驳臒崃吭谝归g都要盡可能地釋放給外部空間，讓吸附床冷卻到蒸發(fā)壓力以下，從而使吸附劑吸附制冷劑產(chǎn)生蒸發(fā)制冷效果，這實(shí)質(zhì)上造成了吸附床白天所收集太陽(yáng)能量的浪費(fèi)。因此，十分必要尋求新的、合理的聯(lián)合循環(huán)方式。從大量的實(shí)驗(yàn)研究及理論分析中發(fā)現(xiàn)，合理地對(duì)吸附床進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有效利用吸附床的顯熱及吸附熱對(duì)改進(jìn)系統(tǒng)性能非常重要。主要有兩種太陽(yáng)能冷熱聯(lián)供的聯(lián)合循環(huán)方式，即冷凝熱回收型及水浴式。

①冷凝熱回收型

美國(guó)Zero－Power公司在研制太陽(yáng)能固體吸附式空調(diào)時(shí)采用的就是這種冷凝熱回收型聯(lián)合循環(huán)方式。該公司將冷凝器與蒸發(fā)器合并為一個(gè)部件(簡(jiǎn)稱冷凝－蒸發(fā)器)，用外部回路冷卻。白天，解吸出來(lái)的制冷劑在冷凝－蒸發(fā)器中冷凝，冷凝熱傳到外部水回路中，可供家用熱水及冬天房間采暖。夜間，在冷凝－蒸發(fā)器中的制冷劑蒸發(fā)，產(chǎn)生的冷水 (可貯存)供空調(diào)使用。在伊朗、以色列、科威特等地的某些建筑物上已安裝了這種系統(tǒng)。

②水浴式

上海交通大學(xué)制冷與低溫研究所研制的太陽(yáng)熱水器－冰箱復(fù)合機(jī)系統(tǒng)采用的就是該種聯(lián)合循環(huán)方式。該復(fù)合機(jī)在傳統(tǒng)的太陽(yáng)熱水器系統(tǒng)中引入了吸附式制冷回路，并將吸附床置于熱水器的熱水中。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖5所示。白天，真空管集熱器將收集到的太陽(yáng)輻射能通過(guò)循環(huán)水管貯存于熱水箱中，使水溫及吸附床的溫度升高，當(dāng)達(dá)到解吸溫度時(shí)打開真空閥門，讓制冷劑解吸出來(lái)，并通過(guò)冷凝器冷凝后進(jìn)入蒸發(fā)器中。傍晚，太陽(yáng)輻射消失，將熱水箱中的熱水注入另一附加水箱中，并通過(guò)系統(tǒng)的循環(huán)水路將冷水注入熱水箱內(nèi)冷卻吸附，吸附床冷卻到蒸發(fā)壓力后打開閥門，吸附床吸附蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑，便開始產(chǎn)生蒸發(fā)制冷效果。由于吸附床在吸附過(guò)程中直接受冷水冷卻，故這種方式下的吸附制冷效果特別好。實(shí)際應(yīng)用中常采用無(wú)閥結(jié)構(gòu)。

圖5 太陽(yáng)熱水器－冰箱復(fù)合機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

5 吸附式制冷技術(shù)的應(yīng)用前景及展望

目前投入實(shí)用的吸附制冷系統(tǒng)主要集中在制冰和冷藏兩個(gè)方面，用于空調(diào)領(lǐng)域的實(shí)踐很少，只有少量在車輛和船舶上應(yīng)用的報(bào)道。這主要是因?yàn)槲街评湎到y(tǒng)暫時(shí)尚無(wú)法很好的克服COP值偏低、制冷量相對(duì)較小、體積較大等固有的缺點(diǎn)，此外其冷量冷輸出的連續(xù)性、穩(wěn)定性和可控性較差也使其目前不能滿足空調(diào)用冷的要求。作者認(rèn)為吸附制冷技術(shù)在空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用應(yīng)立足于本身特殊的優(yōu)勢(shì)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，在特殊應(yīng)用場(chǎng)合占據(jù)自己的位置。

吸附制冷與常規(guī)制冷方式相比，其最大的優(yōu)勢(shì)在于利用太陽(yáng)能和廢熱驅(qū)動(dòng)，極少耗電，而與同樣使用熱量作為驅(qū)動(dòng)力的吸收式制冷相比，吸附式制冷系統(tǒng)的良好抗震性又是吸收系統(tǒng)無(wú)法相比的。在太陽(yáng)能或余熱充足的場(chǎng)合和電力比較貧乏的偏遠(yuǎn)地區(qū)，吸附制冷具有良好的應(yīng)用前景。

［1]彭愛(ài)華.淺析太陽(yáng)能固體吸附式制冷技術(shù)的研究與應(yīng)用 ［J］.江西能源:2005，(2):11－13

［2]羅龍會(huì)，王如竹.低溫儲(chǔ)糧太陽(yáng)能吸附式制冷系統(tǒng)研究 ［J］.制冷學(xué)報(bào)，2006，27(2):10－12

［3]李敏華，巫江虹.太陽(yáng)能吸附式制冷關(guān)鍵技術(shù)的研究 ［J］.能源研究與利用，2004，(2):36－38

［4]曲天非，王如竹.吸附式制冷系統(tǒng)的常用工質(zhì)對(duì)及其應(yīng)用特點(diǎn) ［J］.新能源，2000，22:16－20

［5]李明，王如竹.太陽(yáng)能固體吸附式制冷系統(tǒng)部件的實(shí)物設(shè)計(jì) ［J］.節(jié)能，2000，(5):16－20

［6]Wen Wang，Ruzhu Wang.Investigation of non － equilibrium adsorption character in solid adsorption refrigeration cycle［J］.Heat Mass Transfer;2005，41:680 –684

［7]F.M.Bobonich，V.N.Solomakha，L.A.Chubirka.The relation between the efficiency ofan adsorbent in a refrigeration systemand its hydration isotherm［J］.Theoretical and Experimental Chemistry;2001，37(2):116 －119

［8]Bronislaw Buczek.，Eliza Klimowska.Preparation of Active Carbons for Adsorption Cooling System［J］．Adsorption，2005，(11):769，773

［9]L.L.Vasiliev，D.A.Mishkinis.Solar－ Gas Solid Sorption Refrigerator［J］.Adsorption，2001，(7):149，161

［10]S.G.Wang，R.Z.Wang.Experimental Results and Analysis for Adsorption Ice－Making Systemwith Consolidated Adsorbent［J］.Adsorption，2003，(9):349 － 358