吸附式制冷的吸附机理、循环构建及热设计理论

2014年国家自然科学奖二等奖。 2100433B

主要完成人：王如竹(上海交通大学)，王丽伟(上海交通大学)，吴静怡(上海交通大学)，代彦军(上海交通大学)，夏再忠(上海交通大学)

中国余热资源丰富，回收的潜力很大。如内燃机冷却水、汽车及渔船的发动机余热等在能源问题监环境问题日益严峻的夸无，利用发动机余热以及利用自然工质的空调的研究也日益受到人们的重视，固体吸附式制冷因为具有结构简单，无运动件，可以用于运动、颠簸、偏转等场台，另外此系统具有相对较大的COP，可以用职、氨气等作为工质，因此是一种较为理想的汽车空调。

目前汽车所用的发动机，用于动力输出的功一般占燃油燃烧总能量的30%～35%，以废热的形式排向车外的能量占燃油燃烧总能量的65%～70%，其中包括循环冷却水带走的热量和以废气余热带走的热量。排气采热的特点是温度高，一般占燃烧总热量的%～45%(柴油机)或30%～40%(汽油机)，排气温度一般高于400℃考虑到废气中酸性氧化物的露点腐蚀问题。最终排出汽车体外的废气温度一般不低于180℃，可以利用的废热量为燃烧邑热量的20%。

吸附式空调COP达到02—03比较有把握，这样系统空谪制冷功率可达燃烧总热功率的4%～6%，也即为对应发动机功率(按燃烧效率为30%计算)的13 %由于发动机一般不在浦负荷下运行，往往运行在印%负荷工况下，因此实际制玲功率为发动机功率的9%～12%。

适用于汽车发动机余热驱动的吸附空调工质对有活性炭一氨和分子筛一水分子筛一水在解吸温度200t、吸附温度印～∞℃区间内工作优势明显，COP可达0。4以上。但系统对真空度要求较高。相应运行可靠性较差；活性炭一氨是压力系统，实际装置可靠性好在应用于密闭窗室空调时。应避免氨在空罚室内的直接蒸发，免目泄漏造成人员窒息，此时可考虑间接冷却方式。活性炭一氨系统估计能实现较高的单位质量制冷功率(SCP)，运行可靠性好，但COP可能在02左右。2100433B

吸附式制冷系统的运作机制为：

• 在白天，集热器温度随着气温的升高而升高，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，于是会有更多液体气化，蒸发中吸收热量降温。

《吸附式制冷理论及应用》的内容涵盖了物理、化学和复合吸附方面的基础、理论及应用研究。在基础方面，《吸附式制冷理论及应用》给出了不同工况条件下吸附制冷工质对的及附解吸特性与传热传质特性；在理论方面，《吸附式制冷理论及应用》对不同吸附工质对的动力学特性、不同先进循环的优缺点及其理论、先进的吸附床设计理论进行了分析与总结。《吸附式制冷理论及应用》还从作者十余年来的研究经验出发，结合物理、化学和复合吸附工质对的不同应用工况及先进循环理念，对项目组在样机设计方面的成功经验进行了阐述；并针对太阳能与余热利用工况，总结了吸附制冷系统在太阳能生态建筑、冷热电三联供、机车空调、渔船制冰机及低温保粮等系统中的工程应用设计与运行特性。同时《吸附式制冷理论及应用》还对低温工况吸附制冷工质对及其系统设计进行了概述。　《吸附式制冷理论及应用》适用于制冷与低温工程、暖通空调专业、从事吸附方面研究的化学工程专业的师生及研究人员，以及余热利用系统及太阳能利用系统的相关研究人员。2100433B