吸附式制冷理论与应用

第1章 绪论 1

1-1 吸附现象 2

1-2 吸附式制冷基本原理 3

1-3 吸附式制冷的历史发展 4

1-4 固体吸附式制冷的研究现状 7

1-4-1 吸附工质对 7

1-4-2 吸附床传热的强化技术 8

1-4-3 余热利用 9

1-4-4 太阳能利用 10

1 4-5 高效吸附式制冷循环 11

1-4-6 吸附式制冷产品 13

1-4-7 吸附理论研究 15

参考文献 16

第2章 吸附式制冷工质对 25

2-1 吸附剂 26

2-1-1 物理吸附剂 26

2-1-2 化学吸附剂 29

2-1-3 混合与复合吸附剂 30

2-2 制冷剂 31

2-2-1 常用制冷剂 31

2-2-2 其他制冷剂 33

2-3 吸附式制冷工质对 33

2-3-1 物理吸附工质对 33

2-3-2 化学吸附工质对 36

2-3-3 吸附剂的传热强化技术及复合／混合吸附工质对 38

2-4 吸附式制冷工质对的吸附相平衡方程 39

2-4-1 物理吸附的相平衡方程 40

2-4-2 化学吸附的相平衡方程 41

2-5 吸附式制冷工质对的吸附性能测试方法 42

2-6 吸附式制冷工质对的性能对比 45

参考文献 46

第3章 物理吸附的机理及其热动力学特性 49

3-1 吸附率方程 50

3-1-1 Polanyi吸附势理论及吸附率方程 50

3-1-2 改进的吸附率方程 53

3-1-3 简化的D-A吸附率方程及其应用 58

3-1-4 描述气-固相平衡的p-T-x图 60

3-2 吸附热与脱附热 63

3-2-1 吸附热关系式的热力学导出 63

3-2-2 吸附热和脱附热的简化计算表达式 64

3-3 平衡吸附及吸附速率 66

3-3-1 平衡吸附与非平衡吸附 66

3-3-2 吸附剂内的扩散过程 67

3-3-3 吸附速率及吸附剂内的传质系数 69

3-3-4 吸附速率及其典型模型 69

参考文献 70

第4章 化学吸附的机理及其热动力学特性 72

4-1 金属氯化物-氨的络合机理 72

4-2 金属氯化物-氨的Claperon方程 73

4-2-1 常用的Claperon方程计算公式 73

4-2-2 金属氯化物-氨吸附式制冷原理及Claperon图 75

4-3 金属氯化物-氨的化学吸附前驱态 78

4-3-1 不同膨胀空间的化学吸附剂 79

4-3-2 吸附剂的衰减性能及其化学吸附前驱态 81

4-3-3 等压吸附过程中的化学吸附前驱态 83

4-4 金属氯化物-氨的反应动力学模型 85

4-4-1 Tykodi所提出的唯象模型 85

4-4-2 Mazet所提出的整体反应模型 86

4-4-3 Goetz所提出的基于晶粒小球理论的唯象模型 87

4-4-4 其他简化的化学吸附模型 90

4-5 金属氢化物-氢的制冷原理及其Van't Hoff图 91

4-5-1 金属氢化物-氢吸附式制冷特性与Van't Hoff图 91

4-5-2 新型金属氢化物-氢吸附式制冷理论 93

参考文献 95

第5章 复合／混合吸附剂的吸附机理及其热动力学特性 97

5-1 多孔介质的特性 97

5-1-1 活性炭纤维的特性 97

5-1-2 石墨的特性 98

5-1-3 石墨纤维 100

5-2 复合／混合吸附剂的配制及其性能 100

5-2-1 石墨基质的混合吸附剂 101

5-2-2 活性炭基质的复合吸附剂 105

5-2-3 活性炭纤维为基质的复合吸附剂 107

5-2-4 硅胶为基质的复合吸附剂 109

5-3 复合／混合吸附剂的吸附动力学特性 111

5-3-1 硅胶为基质的复合吸附剂的动力学特性 112

5-3-2 活性炭纤维为基质的复合吸附剂的动力学特性 113

5-3-3 活性炭为基质的复合吸附剂的动力学特性 114

参考文献 115

第6章 吸附式制冷循环 118

6-1 基本型吸附式制冷循环 118

6-1-1 间歇式基本型吸附式制冷循环系统及其Claperon图 118

6-1-2 连续式基本型吸附式制冷循环系统 121

6-1-3 基本型循环热力计算与分析 124

6-2 热量回收器概念在吸附式制冷循环中的引入 126

6-3 吸附床温度受限的热量回收过程 127

6-3-1 双床回热循环 127

6-3-2 双床回热型吸附式制冷循环的热力计算示例 129

6-3-3 复叠循环 131

6-3-4 复叠循环的系统设计、工作过程分析与三效循环的COP推导实例 134

6-4 热波循环 136

6-4-1 基本热波循环原理 137

6-4-2 热波循环数值计算 138

6-4-3 对流热波循环 146

6-4-4 对流热波循环数学模型 147

6-4-5 多床间的热波回热循环 153

6-4-6 多床热波回热循环的性能特点 153

6-5 质驱动的优化循环 156

6-5-1 回质循环 156

6-5-2 多级循环 160

6-5-3 再吸附循环 164

6-6 分步再生循环 169

6 6-1 吸附式干燥冷却制冷介绍 171

6-6 2 用于吸附式干燥冷却过程的理想固体吸附剂 172

6 6-3 固体干燥冷却系统发展概述 174

6-6-4 干燥冷却制冷循环的蒸发冷却过程 176

6-6-5 干燥冷却制冷循环的干燥除湿过程 178

参考文献 183

第7章 吸附床技术与吸附式制冷系统 187

7-1 吸附床技术 187

7-1-1 扩展换热面积的吸附床技术 188

7-1-2 强化换热系数的吸附床技术 190

7-1-3 热管技术 190

7-1-4 其他特殊设计型式的吸附床 191

7-2 吸附床的金属热容和热媒流体热容对系统性能的影响 192

7-2-1 吸附床的金属热容比与系统运行性能 192

7-2-2 驻留在吸附床中的传热介质（热媒流体）量与系统运行性能 193

7-2-3 吸附式制冷系统金属热容和流体热容比对系统COP和SCP的影响 194

7-3 吸附系统的其他部件 197

7 3-1 低压系统的蒸发器、冷凝器与冷却器的设计 198

7-3-2 氨用热交换器 201

7-3-3 流量控制元件 207

7-4 吸附式制冷系统运行控制 210

7-4-1 吸附式制冷系统简介及其能量调节系统 210

7-4-2 安全保护系统 212

7-4-3 程序控制系统 213

7-4-4 微机控制系统 214

参考文献 218

第8章 吸附式制冷系统的设计及其运行特性 221

8-1 低温热源驱动的吸附式冷水机组 221

8-1-1 吸附剂的选择 222

8-1-2 系统设计与制冷循环的理论创新 222

8-1-3 系统部件的设计 225

8-1-4 系统的模拟仿真 229

8-1-5 吸附床传质能力分析 235

8-1-6 系统的性能分析 237

8-2 固化活性炭-甲醇船用吸附式制冰系统 248

8-2-1 吸附床的强化换热技术 248

8-2-2 活性炭-甲醇吸附式制冰系统的设计 250

8-2-3 活性炭-甲醇吸附式制冰系统的模型建立 251

8-2-4 活性炭-甲醇吸附式制冰系统的稳态与动态运行特性 254

8-3 相变换热的复合吸附船用吸附式制冷机组 263

8-3-1 吸附式制冷试验样件的系统设计 264

8-3-2 吸附床的设计 267

8-3-3 模拟仿真计算模型 268

8-3-4 吸附式制冷试验样件的系统建立 274

8-3-5 吸附式制冷试验样件的稳态与动态运行特性研究 275

8-3-6 试验结果与理论模型的对比分析 286

8-4 吸附循环蓄能及其制冷系统设计 286

8-4-1 吸附循环蓄能的热力分析 287

8-4-2 采用吸附循环蓄能功能的吸附式空调试验系统 291

8-4-3 吸附循环蓄冷的实验研究 295

8-4-4 吸附循环蓄能技术的应用探讨 301

参考文献 302

第9章 太阳能及余热驱动的吸附式制冷 305

9-1 太阳能吸附式制冷系统的特点及其分类 305

9-2 集成型太阳能驱动的吸附式制冷系统设计实例 306

9-2-1 集成型太阳能驱动的吸附式制冷系统的性能指标 306

9-2-2 采用平板式太阳能集热器的活性炭-甲醇吸附式制冰机设计实例 308

9-2-3 采用真空管吸附集热器的活性炭-甲醇吸附式制冰机设计实例 320

9-3 典型的集成型太阳能驱动的吸附式制冷系统介绍 327

9-3-1 平板式太阳能吸附式制冰机 327

9-3-2 选用透明蜂窝材料作面盖的太阳能吸附式制冷系统 328

9-3-3 带反射板的活性炭-甲醇太阳能吸附式制冰机 330

9-3-4 活性炭-氨太阳能吸附式制冷系统 330

9-3-5 氯化锶-氨吸附式制冷系统 333

9-3-6 硅胶-水太阳能吸附式制冰机 334

9-4 分离型太阳能驱动的吸附式制冷系统设计与应用实例 335

9-4-1 生态建筑系统的设计与应用实例 335

9-4-2 太阳能低温保粮系统的设计与应用实例 342

9-5 典型的分离型太阳能驱动的吸附式制冷系统介绍 345

9-5-1 硅胶-水吸附式制冷系统 345

9-5-2 沸石分子筛-水太阳能吸附式空调冷藏库 346

9-6 其他形式的太阳能吸附式制冷系统 347

9-6-1 太阳能冷管 347

9-6-2 太阳能蓄能转换空调 348

9-7 吸附式制冷与余热利用 350

9-7-1 发动机的余热利用 350

9-7-2 余热回收方式 352

9-7-3 用于余热回收的吸附工质对 352

9-7-4 固体吸附式制冷在余热回收中的优势 353

9-8 余热驱动的吸附式制冷系统设计与应用实例 353

9-8-1 沸石分子筛-水吸附式系统在机车空调中的应用 353

9-8-2 硅胶-水吸附式制冷系统在冷热电联供系统中的应用 366

9-8-3 吸附式制冷余热利用实例 385

参考文献 393

第10章 低温吸附式制冷机 397

10-1 低温吸附式制冷工质对的物性 397

10-2 吸附式低温制冷机的相平衡及吸附率方程 398

10-3 低温吸附式制冷机的吸附式制冷循环及其热力计算 401

10-3-1 吸附剂质量的确定 403

10-3-2 吸附器容器质量的确定 404

10-3-3 加热功率设计 404

10-3-4 温度循环设计 406

10-3-5 循环时间 407

10-3-6 制冷系数 407

10-4 吸附床与吸附式制冷系统设计 408

10-4-1 吸附床的设计及其换热 408

10-4-2 吸附式制冷系统 412

10-5 典型的吸附式制冷机 414

10-5-1 活性炭-甲烷物理吸附式制冷机（110～150K） 414

10-5-2 镨铈氧化物（Pr1-nCenOx,PCO）化学吸附式制冷机 416

10-5-3 金属吸氢材料吸氢的化学吸附式制冷机（14～30K） 419

10-5-4 SH2金属吸氢材料吸氢化学吸附式低温制冷机（7～10K） 421

10-5-5 LH2金属吸氢材料吸氢＋氦机械压缩式系统的复合制冷机（4～5K） 422

10-5-6 带液氦预冷的活性炭-氦3（C-He3）物理吸附 424

参考文献 426