吸附制冷技术的研究进展综述

摘 要：与传统的蒸气压缩制冷系统相比，吸附制冷技术由于具有一些独特的优点，近年来受到了制冷界人士的广泛关注，国内外在吸附制冷技术的发展上进行了大量的研究工作。本文简要叙述了吸附制冷的工作原理，对吸附制冷技术的研究进展进行了综述。近年投入实用的吸附制冷系统主要集中在制冰和冷藏两个方面，而用于空调领域的实践很少，这是由于现有的吸附制冷技术上尚不能很好的满足空调的用冷要求，本文在分析吸附制冷独有特点基础上分析了其在空调领域的应用前景。 关键词：吸附制冷；研究概况；空调应用 1 概述

吸附制冷系统以太阳能、工业余热等低品位能源作为驱动力，采用非氟氯烃类物质作为制冷剂，系统中很少使用运动部件，具有节能、环保、结构简单、无噪音、运行稳定可靠等突出优点，因此受到了国内外制冷界人士越来越多的关注。

吸附制冷的基本原理是：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不同。周期性的冷却和加热吸附剂，使之交替吸附和解吸。解吸时，释放出制冷剂气体，并在冷凝器内凝为液体；吸附时，蒸发器中的制冷剂液体蒸发，产生冷量。 2 吸附制冷技术研究进展

吸附制冷工作原理最早是由Faraday提出的，而后在20世纪20年代才真正开始了吸附制冷系统的相关研究，由于当时提出的吸附制冷系统系统在商业上根本无法与效率高得多、功率大得多的系统竞争，因而并未受到足够的重视。20世纪70年代的能源危机为吸附式制冷技术的发展提供了契机，因为吸附制冷系统可用低品位热源驱动，在余热利用和太阳能利用方面具有独到的优点。进入20世纪90年代，随着全球环境保护的呼声越来越高，不使用氟氯烃作为制冷剂的吸附制冷技术引起了制冷界人士的广泛兴趣，从而使得吸附制冷技术的研究得以蓬勃的发展起来。 2.1 吸附工质对性能研究

吸附制冷技术能否得到工业应用很大程度上取决于所选用的工质对，工质对的热力性质对系统性能系数、初投资等影响很大，要根据实际热源的温度选择合适的工质对。从20世纪80年代初到90年代中期，研究人员为吸附工质对的筛选做了大量的工作，逐渐优化出了几大体系的工质对。按吸附剂分类的吸附工质对可分为：硅胶体系、沸石分子筛体系、活性炭体系（物理吸附）和金属氯化物体系（化学体系）。由于化学吸附在经过多次循环后吸附剂会发生变性，因而对几种物理吸附类吸附体系的研究较多。 2.2 吸附床的传热传质性能研究

吸附床的传热传质特性对吸附式制冷系统有较大的影响。

一方面，吸附床的传热效率和传质特性直接影响制冷系统对热源的利用； 另一方面，传热传质越快，循环周期越短，则单位时间制冷量越大。 因此，提高吸附床的传热传质性能是吸附式制冷效率提高的关键。

传热和传质的加强经常是关联在一起的，二者有时是对立的有时是统一的，例如床层孔隙率的增加会减小传质阻力，但却导致导热热阻的增加；而一个结构设计良好的吸附器往往会同时对传热和传质起到促进作用，例如Melkon所采用的将沸石粉末以极薄的厚度粘附在换热

管表面上的做法。因此，在具体实施传热传质强化措施时必须综合全面的考虑，选取最佳的方案。

2.3 系统循环与结构的研究

从工作原理来看，吸附制冷循环可分为间歇型和连续型，间歇型表示制冷是间歇进行的，往往采用一台吸附器；连续型则采用二台或二台以上的吸附器交替运行，可保障连续吸附制冷。如果吸附制冷单纯由加热解吸和冷却吸附过程构成，则对应的制冷循环方式为基本型吸附制冷循环。如果对吸附床进行回热，则根据回热方式不同，可有双床回热、多床回热、热波与对流热波等循环方式。

3 吸附制冷技术在空调领域的应用前景

目前投入实用的吸附制冷系统主要集中在制冰和冷藏两个方面，用于空调领域的实践很少，只有少量在车辆和船舶上应用的报道。这主要是因为吸附制冷系统暂时尚无法很好的克服COP值偏低、制冷量相对较小、体积较大等固有的缺点，此外其冷量冷输出的连续性、稳定性和可控性较差也使其目前不能满足空调用冷的要求。赵加宁提出在现有的技术水平下，可以结合冰蓄冷或作为常规冷源补充两种方式将吸附制冷用于建筑空调。本文认为吸附制冷技术在空调领域的应用应立足于本身特殊的优势，扬长避短，在特殊应用场合占据自己的位置。 吸附制冷与常规制冷方式相比，其最大的优势在于利用太阳能和废热驱动，极少耗电，而与同样使用热量作为驱动力的吸收式制冷相比，吸附式制冷系统的良好抗震性又是吸收系统无法相比的。在太阳能或余热充足的场合和电力比较贫乏的偏远地区，吸附制冷具有良好的应用前景。

3.1 可用于吸附制冷的热力资源

我国太阳能资源很丰富，年平均日照量为5.9GJ/(m2·a)。利用太阳能制冷是非常合理的，因为太阳能辐射最强的地区，通常是最需要能量制冷的地区，并且太阳辐射最强的时候也是最需要制冷的时候。

我国工业余热资源的量很大，分布面很广，温度范围也很宽，1990年的工业余热统计数据表明：我国工业余热资源的回收率仅为33.5%，即2/3的余热资源尚未被利用。

吸附制冷的良好抗震性使其在汽车和船舶等振动场合的应用成为可能。虽然吸收式制冷系统的工艺比较成熟，也可直接利用排气废热，COP值相对于吸附式制冷来说也较高，但在车船这样的运动平台上，吸收式系统的溶液容易从发生器进入冷凝器以及从吸收器进入蒸发器，从而污染制冷剂以致不能正常运行。而吸附制冷系统结构简单、可靠性高、运行维护费用低，能满足车船的特殊要求。 3.2 吸附制冷系统自身的改进

吸附制冷系统能否最终在空调领域取得自己稳固的地位，最主要还要依靠吸附制冷系统自身性能的提高。在COP、单位质量吸附剂制冷量、单位时间制冷量的提高等研究方向上，许多研究者已取得了很多的成就并仍在辛勤的努力着。

此外，空调负荷对冷量的要求与制冰和冷藏系统不同，在实际中无论是建筑物还是车船的空调负荷都是动态变化的，这就要求冷源能够及时响应空调系统的冷量要求，并且能够保证连续的在一定时间内平稳供应冷量。吸附式制冷由于本身固有的特点，使其在试图进行连续供冷时制冷量以波的形式出现。冷量供应的连续性、稳定性和可控性可以统称为冷量品质，目前这方面的研究尚未引起足够的重视，如何有效地改善冷量品质是吸附制冷系统走向空调领域亟待解决的重要课题。 4 结论

本文简要介绍了吸附式制冷的基本原理，并从吸附工质对性能、吸附床传热传质性能和系统循环几个方面介绍了吸附制冷技术的研究概况。吸附制冷技术目前在空调领域的应用较少，本文认为吸附制冷凭借自身以太阳能和废热为驱动力、节能环保、运行可靠等优势，将来很有希望在特殊场合的空调应用中找到自己稳固的立足点。