吸附式制冷也是由熱能驅(qū)動(dòng)的,即利用二元或多元工質(zhì)對(duì)實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán),這點(diǎn)與蒸氣吸收式制冷是相同的。然而,與吸收式制冷中采用液體吸收劑吸收和釋放制冷劑蒸氣不同,吸附式制冷是采用固體吸附劑對(duì)制冷劑氣體進(jìn)行吸附和解析。其工作原理是:利用吸附劑在不同吸附溫度下具有不同吸附能力這一特性,周期性地冷卻和加熱吸附劑,使之交替產(chǎn)生吸附和脫附過程。脫附時(shí),釋放出制冷劑氣體,并使之凝結(jié)為液體;吸附時(shí),制冷劑液體蒸發(fā),產(chǎn)生制冷作用。
1)間歇型吸附式制冷系統(tǒng)
如圖2.7所示。間歇型吸附式制冷時(shí)利用太陽能驅(qū)動(dòng)的制冷劑,主要由吸附床、冷凝器和蒸發(fā)器組成一個(gè)封閉系統(tǒng)。白天,處于環(huán)境溫度的吸附床被太陽能加熱,吸附劑溫度升高后開始解析,制冷劑從中脫附出來,系統(tǒng)內(nèi)的制冷劑蒸氣壓力逐漸升高,當(dāng)達(dá)到與環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)的飽和壓力時(shí),制冷劑蒸氣在冷凝器中凝結(jié),同時(shí)放出潛熱,冷凝下來的液體進(jìn)入蒸發(fā)器中貯存。晚上,吸附床被冷卻,吸附劑的吸附能力提高,于是開始吸附蒸發(fā)器中的制冷劑蒸氣,造成系統(tǒng)內(nèi)氣體壓力降低,此時(shí)蒸發(fā)器中的制冷劑便在低溫下不斷蒸發(fā)出來,吸收被冷卻物質(zhì)的熱量,達(dá)到制冷的目的。如果采用其他熱源,只要對(duì)吸附床間歇地進(jìn)行加熱和冷卻,使吸附劑周期性地產(chǎn)生脫附和吸附作用,同樣能達(dá)到制冷的目的。
由上述可知,吸附式制冷也屬于液體汽化制冷。與蒸氣壓縮式制冷機(jī)相類比,吸附床利用溫度的變化引起吸附量的較大變化,導(dǎo)致封閉系統(tǒng)中壓力的較大變化,從而起到壓縮機(jī)的作用。但上述吸附系統(tǒng)間歇性制冷,吸附器處于吸附過程中產(chǎn)生冷效應(yīng),吸附結(jié)束后必須有一個(gè)脫附過程使吸附劑狀態(tài)還原,這時(shí)將停止制冷。
2)連續(xù)型吸附式制冷系統(tǒng)
由兩個(gè)(或以上)吸附床組成的吸附式制冷機(jī)只需交替完成吸附和脫附過程,可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)制冷。
假定對(duì)吸附床A加熱,對(duì)吸附床B冷卻,當(dāng)A床充分脫附,B床吸附飽和后,再使吸附床A冷卻,吸附床B加熱,二者交替運(yùn)行組成了一個(gè)完整的連續(xù)制冷循環(huán)。同時(shí),在兩過程切換中,還可以利用脫附剛結(jié)束的熱床的排熱加熱另一個(gè)吸附剛結(jié)束的冷床,從而使熱能充分利用,提高制冷循環(huán)的效率,這樣就構(gòu)成連續(xù)回?zé)嵝脱h(huán)。
3)吸附制冷工質(zhì)對(duì)
吸附劑制冷劑工質(zhì)對(duì)的選擇是影響吸附式制冷機(jī)性能的重要因素之一。理想的工質(zhì)對(duì)是要求在工作范圍內(nèi)吸附性能強(qiáng)、吸附速度快、傳熱效果好的吸附劑和汽化潛熱大、沸點(diǎn)滿足要求的制冷劑。
目前,對(duì)吸附工質(zhì)對(duì)的研究正在不斷深入和發(fā)展。比較成熟的有沸石-水,硅膠-水,活性炭-甲醇,金屬氫化物-氧,氯化物鹽類-氨等。G?Cacciola和G?Restuccia得出的適合不同溫區(qū)的研究成熟的工質(zhì)對(duì)。由于水的汽化潛熱比較大,而且在0℃以下易結(jié)冰,所以沸石-水、硅膠-水比較適合蒸發(fā)溫度為0℃以上的空調(diào)系統(tǒng)?;钚蕴繉?duì)甲醇的吸附容量比較大,而且吸附容量對(duì)溫度變化比較敏感,甲醇的汽化潛熱大,冰點(diǎn)低,沸點(diǎn)比室溫高,對(duì)銅鋼等金屬材料不腐蝕,因此活性炭對(duì)甲醇適合太陽能或其他低溫?zé)嵩打?qū)動(dòng)的一般制冷系統(tǒng)。但由于甲醇在150℃左右易分解,其工作溫度應(yīng)低于150℃。
4)吸附式制冷的特點(diǎn)
與蒸氣壓縮式制冷相比,吸附式制冷具有以下優(yōu)點(diǎn):
①可以利用各種熱能驅(qū)動(dòng)。除利用鍋爐蒸汽、燃油燃?xì)猱a(chǎn)生的熱能外,還可以利用太陽能和各種廢熱、廢氣、廢水等低品位熱源。
②可以大量節(jié)約用電,削減空調(diào)季節(jié)電網(wǎng)的峰值負(fù)荷。
③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)行部件少,安全可靠。
④以水、氨、甲醇等為制冷劑,對(duì)環(huán)境和大氣臭氧層無害。
盡管吸附式制冷具有極大的應(yīng)用前景,但它的一些缺陷也大大降低了它的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,主要表現(xiàn)在:吸附和脫附過程比較緩慢,制冷循環(huán)周期較長(zhǎng);與蒸氣壓縮式和吸收式制冷機(jī)相比,制冷量相對(duì)較小;熱力系數(shù)一般為0.5~0.6。