劉春喜樂 曾凱忻 中國礦業(yè)大學(xué)電力工程學(xué)院, 徐州

Liu Chunxile Zeng Kaixin College of Electrical Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou, China

太陽能吸附制冷技術(shù)進展綜述

劉春喜樂 曾凱忻 中國礦業(yè)大學(xué)電力工程學(xué)院, 徐州

Liu Chunxile Zeng Kaixin College of Electrical Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou, China

新能源與節(jié)能技術(shù)的廣泛運用已經(jīng)成為了主流的研究方向,本文介紹了太陽能吸附式制冷技術(shù)，并對太陽能吸附式制冷技術(shù)的研究進展和技術(shù)特點進行了總結(jié)。

太陽能;吸附式制冷;制冷原理;

solar energy;adsorption refrigeration;refrigeration principle;development

引言

自從上個世紀七十年代的能源危機以來，世界各國逐步將目光由常規(guī)能源轉(zhuǎn)向新能源和可再生能源的領(lǐng)域，意識到常規(guī)能源利用過程中對地球生態(tài)的破壞，加之隨著可持續(xù)發(fā)展觀念的深入人心，因此作為一種用之不竭，取之不盡的可再生能源—太陽能，利用與開發(fā)重要意義不容置疑。

我國的太陽能資源豐富，我國三分之二以上的國土處于太陽能資源豐富區(qū)，因此太陽能的開發(fā)利用的前景十分的廣闊[1]。

在利用太陽能方面，有很多已經(jīng)普遍推廣的技術(shù)，像現(xiàn)在熟知的太陽能熱水器技術(shù)、光伏電池技術(shù)等等。在制冷領(lǐng)域太陽能的利用也備受關(guān)注，其中研究的一個重點及方向就是太陽能吸附式制冷。目前，實現(xiàn)太陽能制冷一般通過太陽能光熱轉(zhuǎn)換“以熱制冷”的方式，主要有吸收式制冷、蒸汽噴射式和吸附式制冷等，太陽能除借助以集熱器取得能源外，還利用太陽能電池所產(chǎn)生的電能進行制冷。本文在分析吸附制冷基本原理的基礎(chǔ)上分析該技術(shù)的發(fā)展前景與技術(shù)特點。

1 太陽能吸附式制冷原理

太陽能吸附式制冷實際上是通過物質(zhì)的物態(tài)變化來達到制冷的目的，以太陽能作為驅(qū)動能源實現(xiàn)制冷。具有許多微孔結(jié)構(gòu)的固體物質(zhì)能以太陽能為驅(qū)動能源在較低溫度時吸附氣體，在較高溫度時解吸氣體，太陽能吸附式制冷就是利用這種吸附原理。 基本的太陽能吸附式制冷系統(tǒng)主要由吸附床(集熱器)、冷凝器、蒸發(fā)器和閥門等結(jié)構(gòu)組成，如下簡圖所示。括受熱解析和吸附制冷兩個過程。受熱解析過程：吸附床內(nèi)充滿吸附劑，太陽能集熱器對吸附床加熱，當(dāng)吸附介質(zhì)蒸汽的壓力達到冷凝壓力時，制冷劑獲得能量克服吸附劑的吸引力從吸附劑表面脫附，制冷劑開始液化冷凝，最終制冷劑凝結(jié)在蒸發(fā)器中，受熱解析過程結(jié)束。反之，當(dāng)冷卻系統(tǒng)對吸附床進行冷卻，吸附制冷過程開始。

太陽能吸附式制冷技術(shù)的原理主要包

2 太陽能吸附式制冷技術(shù)的特點

太陽能吸附式制冷技術(shù)作為太陽能制冷技術(shù)的一個重要分支研究方向，與常規(guī)制冷技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：（1）采用的工質(zhì)不含氟利昂, 硅膠、活性炭、甲醇、溴化鋰等均無毒無害, 吸附式制冷不需氯氟氫類物質(zhì)(CFCS), 極大地減少了對大氣層的破壞，減輕了日益嚴峻的環(huán)境壓力；（2）制冷設(shè)備的能源是由太陽能提供的，不消耗電能等常規(guī)能源, 采用的是綠色無污染的、取之不竭的太陽能，因此能源成本幾乎可以不計, 非常節(jié)能；（3）相比于普通制冷設(shè)備，太陽能制冷設(shè)備無運動部件,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的運行控制機構(gòu)簡單，系統(tǒng)運行十分安靜，不會產(chǎn)生噪音。（4）系統(tǒng)在接近真空的狀態(tài)下運行, 無高壓爆炸等危險, 安全可靠。（5）可以根據(jù)不同的工作環(huán)境，采用相應(yīng)的吸附劑制冷劑組合。例如：當(dāng)采用活性炭－甲醇工質(zhì)時，可利用低溫工業(yè)廢熱。（6）相比于吸收式和壓縮式制冷系統(tǒng)，吸附式制冷系統(tǒng)功率相對較小。（7）采用太陽能吸附式制冷技術(shù)的冷藏室和空調(diào)系統(tǒng)，費用相對低廉，不存在普通制冷系統(tǒng)中出現(xiàn)的制冷劑污染、腐蝕問題。

3 太陽能吸附式制冷技術(shù)的研究發(fā)展

吸附制冷工作原理最早是由Faraday提出的,而后在20世紀20年代才真正開始了吸附制冷的相關(guān)研究, 但是由于效率相對較低，功率較小，初期投入資本較大，并沒有得到相應(yīng)的重視。進入20世紀90年代, 不使用氟氯烴作為制冷劑的環(huán)保型制冷技術(shù)引起了科學(xué)界人士的廣泛興趣,從而使得吸附制冷技術(shù)的研究得以快速地發(fā)展起來。而我國的太陽能吸附制冷技術(shù)開始于七十年代末、八十年代初其主攻的目標(biāo)制冷工質(zhì)采用氯化鈣—液氨，1990年1月21日，國內(nèi)首臺利用鍋爐蒸汽為能源的吸附式蒸汽箱問世，并通過機電部的鑒定,從此中國開創(chuàng)了利用不污染環(huán)境的制冷工質(zhì)替代氟利昂的綠色技術(shù)，并開始從實驗室逐漸走向工業(yè)化階段。[2]

目前,太陽能吸附式制冷的研究在理論上已取得了許多滿意的成就,如:循環(huán)工況對循環(huán)特性的影響 ,吸附床的一些結(jié)構(gòu)參數(shù)對循環(huán)特性的影響 ,吸附式制冷循環(huán)的優(yōu)化設(shè)計和優(yōu)化運行等等。

4 太陽能吸附式制冷技術(shù)的未來研究方向

目前太陽能吸附式制冷技術(shù)的存在一些缺陷，例如：吸附式的基本循環(huán)不能連續(xù)制冷，受熱解析和吸附制冷過程時間長，吸附集熱器傳熱不良等等。

首先，太陽吸附式制冷系統(tǒng)是將太陽集熱器與吸附器合二為一，精簡了結(jié)構(gòu)，作為整個結(jié)構(gòu)的能量來源以及技術(shù)核心的—吸附集熱器，其傳熱傳質(zhì)的性能直接影響到吸附式制冷結(jié)構(gòu)的整體性能，目前，對于吸附集熱器的改進主要集中于吸附劑改良和床體結(jié)構(gòu)完善。但是太陽能屬于一種輻射能，具有即時性，且太陽輻射的能流密度相對低，因此就需要有對太陽能進行采集相應(yīng)裝置。目前常用的集熱器主要有平板集熱器、真空管集熱器和聚光集熱器。其中平板集熱器是簡單且應(yīng)用廣泛的集熱器，成本較低，它吸收的太陽能輻射的面積與采集太陽輻射的面積相似，典型的平板集熱器由集熱板、透明蓋板、隔熱層和外殼組成。[3]

對于吸附式制冷的工質(zhì)的選擇要根據(jù)實際的工作的要求，選擇在工作溫度范圍內(nèi)吸附性能良好，傳熱傳質(zhì)效果明顯，價格廉價，對環(huán)境不會造成二次污染，汽化潛熱大，沸點滿足要求。目前常用的工質(zhì)主要有，活性炭—甲醇、活性炭—氨等等，活性炭—甲醇適用于太陽能制冷工況，而活性炭—氨等常常用于正壓條件下的制冰系統(tǒng)。[4]

太陽的輻射具有周期性、季節(jié)性、非連續(xù)性、易受氣候環(huán)境影響，因此通常需要配備相應(yīng)的輔助熱源保證整個制冷系統(tǒng)的循環(huán)的不間歇性。為了改進吸附式制冷基本循環(huán)的間歇性，目前主要循環(huán)采用的有熱波型，對流熱波型，和連續(xù)回?zé)峄刭|(zhì)型。[5]

5 結(jié)語與展望

筆者簡要介紹了太陽能吸附式制冷技術(shù)的基本原理,針對吸附式制冷與傳統(tǒng)的制冷技術(shù)相比較的特點延展了如今的太陽能技術(shù)的發(fā)展以及研究方向。雖然太陽能吸附式制冷技術(shù)仍不斷地發(fā)展，取得了相當(dāng)大的成就，但依然存在一些瑕疵。首先，作為熱交換的主要部件—吸附床的傳熱傳質(zhì)性能不佳，同時能源的供應(yīng)不能保證連續(xù)，因此需要一定的集熱蓄熱技術(shù)的保證；其次，目前的制冷技術(shù)效率不盡如人意，成本高，制冷性能參數(shù)COP不理想,大型的試驗樣機向?qū)嵱玫纳虡I(yè)小型機轉(zhuǎn)化，還有一些問題亟待解決,缺乏一定的市場競爭力。

[1]高岱,邱大維.增強新能源利用的中國能源戰(zhàn)略研究.新能源,1998

[2]賀進朝.吸附熱能制冷技術(shù).中國科技信息，1997

[3]李傳統(tǒng).新能源與可再生能源技術(shù).東南大學(xué)出版社，2005

[4]何梓年.太陽能熱利用.中國科學(xué)科技大學(xué)出版社，2009

[5]周遠,王如竹.制冷與低溫工程. 北京：中國電力出版社，2003

Overview of Recent Development of Solar-Powered Adsorption Refrigeration Technology

In the article, solar adsorption refrigeration technology is introduced, and its direction are deeply researched in the future,and some shortcomings are pointed out which are based on the principle.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.01.050