太陽能吸附制冷技術進展綜述

劉春喜樂 曾凱忻 中國礦業大學電力工程學院, 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進展綜述

劉春喜樂 曾凱忻 中國礦業大學電力工程學院, 徐州

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

新能源與節能技術的廣泛運用已經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，并對太陽能吸附式制冷技術的研究進展和技術特點進行了總結。

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能源轉向新能源和可再生能源的領域，意識到常規能源利用過程中對地球生態的破壞，加之隨著可持續發展觀念的深入人心，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，因此太陽能的開發利用的前景十分的廣闊[1]。

在利用太陽能方面，有很多已經普遍推廣的技術，像現在熟知的太陽能熱水器技術、光伏電池技術等等。在制冷領域太陽能的利用也備受關注，其中研究的一個重點及方向就是太陽能吸附式制冷。目前，實現太陽能制冷一般通過太陽能光熱轉換“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生的電能進行制冷。本文在分析吸附制冷基本原理的基礎上分析該技術的發展前景與技術特點。

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的物態變化來達到制冷的目的，以太陽能作為驅動能源實現制冷。具有許多微孔結構的固體物質能以太陽能為驅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主要由吸附床(集熱器)、冷凝器、蒸發器和閥門等結構組成，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：吸附床內充滿吸附劑，太陽能集熱器對吸附床加熱，當吸附介質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，最終制冷劑凝結在蒸發器中，受熱解析過程結束。反之，當冷卻系統對吸附床進行冷卻，吸附制冷過程開始。

太陽能吸附式制冷技術的原理主要包

2 太陽能吸附式制冷技術的特點

太陽能吸附式制冷技術作為太陽能制冷技術的一個重要分支研究方向，與常規制冷技術相比，具有以下優點：（1）采用的工質不含氟利昂, 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(CFCS), 極大地減少了對大氣層的破壞，減輕了日益嚴峻的環境壓力；（2）制冷設備的能源是由太陽能提供的，不消耗電能等常規能源, 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, 非常節能；（3）相比于普通制冷設備，太陽能制冷設備無運動部件,系統結構及相應的運行控制機構簡單，系統運行十分安靜，不會產生噪音。（4）系統在接近真空的狀態下運行, 無高壓爆炸等危險, 安全可靠。（5）可以根據不同的工作環境，采用相應的吸附劑制冷劑組合。例如：當采用活性炭－甲醇工質時，可利用低溫工業廢熱。（6）相比于吸收式和壓縮式制冷系統，吸附式制冷系統功率相對較小。（7）采用太陽能吸附式制冷技術的冷藏室和空調系統，費用相對低廉，不存在普通制冷系統中出現的制冷劑污染、腐蝕問題。

3 太陽能吸附式制冷技術的研究發展

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，并沒有得到相應的重視。進入20世紀90年代, 不使用氟氯烴作為制冷劑的環保型制冷技術引起了科學界人士的廣泛興趣,從而使得吸附制冷技術的研究得以快速地發展起來。而我國的太陽能吸附制冷技術開始于七十年代末、八十年代初其主攻的目標制冷工質采用氯化鈣—液氨，1990年1月21日，國內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,從此中國開創了利用不污染環境的制冷工質替代氟利昂的綠色技術，并開始從實驗室逐漸走向工業化階段。[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:循環工況對循環特性的影響 ,吸附床的一些結構參數對循環特性的影響 ,吸附式制冷循環的優化設計和優化運行等等。

4 太陽能吸附式制冷技術的未來研究方向

目前太陽能吸附式制冷技術的存在一些缺陷，例如：吸附式的基本循環不能連續制冷，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是將太陽集熱器與吸附器合二為一，精簡了結構，作為整個結構的能量來源以及技術核心的—吸附集熱器，其傳熱傳質的性能直接影響到吸附式制冷結構的整體性能，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構完善。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的選擇要根據實際的工作的要求，選擇在工作溫度范圍內吸附性能良好，傳熱傳質效果明顯，價格廉價，對環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。[4]

太陽的輻射具有周期性、季節性、非連續性、易受氣候環境影響，因此通常需要配備相應的輔助熱源保證整個制冷系統的循環的不間歇性。為了改進吸附式制冷基本循環的間歇性，目前主要循環采用的有熱波型，對流熱波型，和連續回熱回質型。[5]

5 結語與展望

筆者簡要介紹了太陽能吸附式制冷技術的基本原理,針對吸附式制冷與傳統的制冷技術相比較的特點延展了如今的太陽能技術的發展以及研究方向。雖然太陽能吸附式制冷技術仍不斷地發展，取得了相當大的成就，但依然存在一些瑕疵。首先，作為熱交換的主要部件—吸附床的傳熱傳質性能不佳，同時能源的供應不能保證連續，因此需要一定的集熱蓄熱技術的保證；其次，目前的制冷技術效率不盡如人意，成本高，制冷性能參數COP不理想,大型的試驗樣機向實用的商業小型機轉化，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略研究.新能源,1998

[2]賀進朝.吸附熱能制冷技術.中國科技信息，1997

[3]李傳統.新能源與可再生能源技術.東南大學出版社，2005

[4]何梓年.太陽能熱利用.中國科學科技大學出版社，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