以常见的沸石一水吸附对为例。沸石是一种铝硅酸盐矿物,它能够吸附水蒸气,且吸附能力的变化对温度特别敏感,因而它们是较理想的吸附制冷工质对之一。图1-5示出一个利用太阳能驱动的沸石一水吸附制冷系统原理,它包括吸附床1、冷凝器2和蒸发器3,用管道接成一个封闭的系统。吸附床是充装了吸附剂(沸石)的金属盒,制冷剂液体(水)储集在蒸发器中。白天,吸附床受日照加热,沸石温度升高,产生解吸作用,从沸石中脱附出水蒸气,系统内的水蒸气压力上升,达到与环境温度对应的饱和压力时,水蒸气在冷凝器中凝结,同时放出潜热,冷凝水储存在蒸发器中。夜间吸附床冷下来,沸石温度逐渐降低,吸附水蒸气的能力逐步提高,造成系统内气体压力降低,同时,蒸发器中的水不断蒸发出来,用以补充沸石对水蒸气的吸附,产生制冷效应。
如果采用其它热源,只要保证能够交替地加热和冷却吸附床,使沸石周期性地解吸和吸附,同样能达到制冷的目的。
由上可知,吸附制冷属于液体汽化制冷。与蒸气压缩式制冷机类比,吸附床起压缩机的作用。但上述吸附系统只能间歇制冷,吸附过程中产生冷效应,吸附结束后必须有一个解吸过程使吸附剂状态还原,这时将停止制冷。为了连续制冷,可以采用两个吸附器。美国学者乔纳斯(Jones)还提出用三个或四个吸附器进行系统循环,不仅实现连续制冷,还可以利用一个吸附床的排热去加热另一个吸附床,从而使热能充分利用。
为了使吸附制冷成为一种实用的制冷方式,人们在吸附工质对及其吸附机理、改善吸附床传热传质以及吸附制冷的系统结构方面进行着不懈的努力。
已研究的吸附工质对(吸附剂一制冷剂)主要有:沸石一水,硅胶一水,活性碳一甲醇.金属氢化物一氢,这些是物理吸附的工质对。还有化学吸附的工质对,如氛化钙一水。
吸附制冷的循环速率受吸附床传热传质特性的制约。颗粒状充填的吸附床,其传热过程缓慢,循环周期长,为了提高制冷循环速率,在改善吸附床传热传质方面采取的主要措施是:①将导热性好的铝粉和石墨加在吸附剂中;②将吸附剂成型加工,并烧结在金属壁面上,这样做一来可以提高吸附剂的充填量,增加单位体积的吸附能力,二来可以降低吸附剂与金属壁面之间以及吸附剂与吸附剂之问的接触热阻;③增大吸附床金属壁的热交换表面积。