带聚光集热器的太阳能吸附制冷实验系统

本实验的总体目标是研究带有太阳能集热槽的太阳能吸附系统的制冷性能。该方法有助于回答太阳能吸附制冷领域中的关键问题，例如如何提高系统的性能系数以及单位功率的比制冷量。几年前，我们首次提出该方法的构想，当时我们正在思考如何利用太阳能来降低制冷过程对环境的影响。

这是位于北京工业大学校园内的太阳能吸附式制冷系统。该系统的主要组成部分是一个吸附床，位于槽式太阳能集热器的焦点处，并配有太阳跟踪装置。吸附床与冷凝器和蒸发器相连。

蒸发器安装在一个由系统冷却的水箱上。循环水回路可以冷却吸附床。这些部件之间的连接方式如本示意图所示。

吸附床通过管路与蒸发器和冷凝器相连。压力表用于监测吸附床管内的压力。阀门可用于隔离吸附床。

为了从吸附床中释放水蒸气，打开此阀门以及冷凝器处的阀门。当吸附床需要吸收水蒸气时，关闭冷凝器阀门并打开蒸发器阀门。泵在连接吸附床、蒸发器和冷凝器的管路中建立真空。

必要时，循环水回路可冷却吸附床。吸附床的详细信息见此示意图。最外层为玻璃管。

它与太阳能吸收管同轴。两者之间为真空层。太阳能吸收管内部设有同轴的铜管，用于水冷系统。

该横截面显示，在中心轴外存在一个传质通道。太阳能吸热管与内部管道之间的区域填充了以水为制冷剂的吸附材料。在系统的不同位置，吸附材料中均设有温度探头。

两个位于系统一端140毫米处，五个位于系统中部，另外两个位于系统另一端140毫米处。

为了启动制冷循环，首先将太阳能槽式集热器对准太阳以进行跟踪。手动调节集热器，使其对太阳的暴露达到最大，然后操作以隔离吸附床，并确保吸附床和管道内的压力低于800帕斯卡。可通过关闭与其相连的阀门来实现这一点。

确保所有阀门均处于关闭状态，且无冷却水循环，然后启动太阳能跟踪系统的控制器。随着时间推移，系统将追踪太阳，使密闭条件下的水饱和吸附床受热。当槽式聚光器移动时，通过压力表监测吸附床内的压力。

等待压力升高至超过环境冷凝温度对应的数值。在适当的压力下，开始解吸过程。打开连接床层与冷凝器的阀门。

当水蒸气流动时，持续对吸附床进行太阳能加热。当吸附床与冷凝器压力相同时，关闭吸附床与冷凝器之间的阀门。接着，取一张足以覆盖吸附床的铝箔片。

使用它遮挡试管免受太阳辐射，以启动吸附过程。打开循环水回路以冷却吸附剂材料。监测床层压力，以确定其何时低于蒸发器的饱和蒸气压。

此时，打开床层与蒸发器之间的阀门，使水蒸气迅速进入床层。继续吸附过程，并记录床层温度和床层压力的变化。

当床层与蒸发器压力相等时，关闭连接两者的阀门。然后，停止水循环的流动。最后，移除吸附管上方的铝箔块，以启动解吸过程。

这些数据来自吸附过程中SAPO-34分子筛上九个温度传感器的测量结果。图中显示的是靠近蒸发器、位于柱体中心以及远离蒸发器的传感器所记录的温度变化。将数据共同绘出后可以看出，不同区域的吸附几乎在同一时间开始。

这表明SAPO-34的传质能力良好。在吸附约400至600秒后，水冷系统防止了温度上升，仅在管子的最远端除外。不同的吸附材料具有不同的传热特性。

这些数据比较了SAPO-34分子筛（蓝色）与ZSM-5分子筛（红色）在解吸过程中的温度变化。两次实验的太阳辐射强度数据并未显示出加热条件存在显著差异。尽管如此，ZSM-5分子筛的温度升高了32摄氏度，而SAPO-34分子筛的温度仅升高了17摄氏度。

与SAPO-34相比，ZSM-5具有更优的传热特性。对蒸发器冷冻水箱温度的测量表明，不同吸附材料之间存在性能差异。使用SAPO-34分子筛时，温度迅速下降，随后下降速度减缓。

在整个过程中，使用ZSM-5分子筛时的温度变化相对平稳。该技术的优势在于，有害冷却剂通过太阳能吸附床中传热的增强而被冷却。因此，该方法为太阳能吸附技术提供了深入的理解。

它还可以为其他系统提供动力，例如空调系统。如果操作得当，您也可以掌握这项技术。观看本视频后，您应能充分理解如何仅利用太阳能实现制冷的过程。

请注意，在高温下操作吸附床可能带来极高的危险性，因此在进行该操作时，必须始终采取预防措施，例如与吸附床保持安全距离。