吸附式制冷(
吸附 refrigeration),又称吸附式制冷系统或固体吸附制冷系统,是由
迈克尔·法拉第于1821年发明的一种制冷系统。吸附式制冷的基本结构包括发生器、冷凝器、储液器、蒸发器、吸附器和阀门等模块。吸附式制冷的工作原理是通过吸附剂对制冷剂蒸气的吸附和解吸来实现制冷。
吸附式制冷的原理是固体吸附剂(如
沸石、活性炭等)对某些制冷剂(如水、
甲醇等)蒸气具有吸附能力,吸附能力的大小与吸附工质对、吸附温度和吸附压力等紧密相关。加热吸附剂可使吸附剂中的制冷剂解吸,解吸出的蒸气在冷凝器中放出热量凝结成液体;冷却
吸附剂可使吸附剂重新恢复吸附能力,吸附作用使得蒸发器中的制冷剂液体蒸发,从而制冷。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,在能量回收及节能方面能发挥重要作用,同时采用非
氟利昂类物质作为制冷剂,适合当前环保要求。此外,吸附式制冷还具有结构简单、无运动部件、无噪音、抗震性好及几乎不受地点限制等一系列优点,具有广泛的应用前景和价值。
吸附式制冷系统的结构主要包括太阳能集热器、冷凝器、储液器、蒸发器和阀门等模块。在白天,集热器温度随气温升高而升高,制冷剂蒸发,集热器中压力升高,气体进入冷凝器并冷凝、制成液体。在晚上,温度降低,吸附剂会吸收制冷剂蒸汽,蒸发器中压力降低,导致更多液体气化,蒸发过程中吸收热量降温。
选择合适的工质对是吸附式制冷的关键环节。良好的工质对应该具备
吸附性能强、吸附速度快、传热效果好的吸附剂,以及
汽化潜热大、
沸点满足要求的制冷剂。具体选择应根据实际情况确定。
吸附式制冷技术在中国有着丰富的余热资源,尤其是内燃机冷却水、汽车及
渔船的
发动机余热等。这些余热的回收潜力巨大。吸附式制冷因其结构简单、无运动部件等特点,特别适合用于移动场景,如汽车空调。吸附式空调的性能系数(COP)能达到0.2-0.3,这意味着系统制冷功率可达燃烧总热功率的4%-6%,相当于对应发动机功率的13%-20%。对于
G4FG发动机余热驱动的
吸附空调,适用的工质对包括活性炭-氨和
分子筛水。其中,分子筛-水在解吸温度200°C、吸附温度100-200°C区间内工作表现优异,COP可达0.4以上。然而,系统对真空度的要求较高,相应的运行可靠性较差。相比之下,活性炭-氨系统虽然COP可能在0.2左右,但预计能实现较高的单位质量制冷功率(SCP),且运行可靠性较好。需要注意的是,在使用活性炭-氨系统时,应避免氨在空气中的直接蒸发,以免泄漏造成人员窒息,此时可考虑间接冷却方式。