1．1基本循环

图1中过程a—b—C—d—a为基本循环中吸附器的基本热力过程，左侧a—b—rn—n—a为制冷剂热力过程。吸附器分别在a—b—c过程被加热解吸和在C—d～a过程降温吸附，中间需要切换加热和冷却，是一个间歇过程，适合于太阳能等不连续热源场合。它的循环周期长，性能系统较低。在此基础上人们设计了双吸附器的连续循环，可以进行连续制冷，但性能与基本循环没有区别，只相当于两个并联工作的基本循环。

1．2连续回热循环

如图1所示，如果有两个吸附器反相工作，两个吸附器准备切换时，一个处于高温高压状态C，另一个处于低温低压状态a，回热就是利用此时两吸附器的温差来对低温吸附器进行初步加热并对高温吸附器初步冷却，在理想状态下可以回热到两吸附器温度相等的状态，即e和e’。外部输入的加热过程的热量可以节约非常多，因此可以使COP得到较大的改善。COP可以提高30％以上。

1．3回质循环

当两个吸附器反相工作，两个吸附器准备切换时，一个处于高温高压状态C，另一个处于低温低压状态a，回质就是利用此时两吸附器的压力差来对低压吸附器进行升压，并使高压吸附器降压，从而缩短a—b和C—d过程所需要的时间，并增加工质的流量，可以使制冷量和COP得到较大的改善。文献的结果表明，COP可以提高达到50％以上。

1．4其他

附上述循环外，还有其他多种形式的循环，如复叠循环，多效循环，热波循环等，它们的系统过于复杂，实现的难度较大。连续回热循环的研究近年来取得了不少进展，但在热源温度较高时难以获得合适的回热流体，另外回热要求的时间比较长。

2系统原理及吸附器设计

吸附式制冷系统的设计需要对热源部分的特点进行分析，然后才能确定需要使用的循环形式，吸附器形式等参数。下面将对发动机的能量分布进行分析。

2．1能量分析

我们知道，发动机工作时，用于动力输出的功一般只占燃油燃烧总热量的30％～40％，以废热形式排除车外的能量占燃烧总能量的58％～70％，主要包括循环冷却水带走的热量和尾气带走的热量；排气余热的特点是温度高，排气阀门处的温度大约为400～500oC；尾气带走的热量占燃烧总热量的25％～45％。对于发动机输出功率为170kW(228马力)的大型客车来说，其能量分布为：全部燃烧热600kW；轴功输出170kW；辐射、冷却换热230kW；废气余热200kw。

在余热回收中可以考虑两种方式。一种是使用散热器冷却水中回收的热量，另一种是使用发动机排气回收的热量。如果使用从发动机冷却水中回收的热量，则因为水与吸附器的换热情况要好于气体与吸附器的换热情况，所以回收热量过程中的传热情况相对较好，有利于热量回收。但是热源温度相对较低(低于100℃)，而且一般在冷却时用于冷却吸附器和冷凝器的空气温度较高，这样循环的温差比较小；小的温差对吸附式系统来说会使循环的吸附解吸量较低，对工作是不利的。如果使用从发动机排气中回收的热量，则气体的传热情况较差造成回收热量困难；但从另外的角度来看，发动机排气的温度较高(汽油机500—600℃远高于冷却水的温度)，有可能改善热回收情况；而且此温度与冷却空气的温度相差较大，可以使系统循环温差较大，从而造成较大的吸附解吸量。考虑到研究项目针对将来的实用化目标，在发动机余热回收中使用排气余热的实用范围更广泛，因此在本项目中我们选择用排气来加热吸附式系统，初步采用两吸附器连续循环。

2．2系统设计简述及循环原理

针对以上的思路，我们设计并建造了小型的原理实验样机，用燃烧器模拟发动机排气来加热吸附器，用空气冷却，通过两个四通换向阀来控制加热或者冷却。由于要求系统简单可靠，因此制冷系统采用基本循环。其设计操作条件为：冷凝温度4O℃，蒸发温度5℃，加热烟气的温度约220℃，冷却空气的温度3O℃。

3仿真计算

采用以上模型，我们对设计的系统进行了仿真计算。活性炭物性及吸附特性的参数取自文献。在循环时间短的时候，例如12分钟，循环的COP(性能系数)和SCP(单位质量吸附剂的制冷量)都非常小，这是因为活性炭的导热性能比较差，短时间内不能加热到较高温度，冷却也一样受限制，所以吸附／解吸量非常小，性能很差。随着循环时间的延长，加热和冷却的时间得到保障，吸附器的温度变化范围增加，使吸附／解吸量增加，性能得到迅速改善。当循环时间达到一定长度后温差和吸附量的变化逐渐减小，所以性能的改善变慢甚至由于已经不够抵消由于加热时间增加所消耗的热量而使SCP下降。从图中我们可以看出，SCP在30分钟以后已经变化不大，40分钟左右开始下降。考虑到COP仍有上升余地以及实际操作中加热和冷却的不稳定因素，我们的选择是40分钟。

4实验研究

随着循环周期的增长，系统COP不断增加，在循环周期为40分钟左右达到最佳。SCP在循环周期为40分钟左右时也达到最佳。而后进一步增加循环周期会使系统性能有所下降。可以这样解释，因为传热介质的限制，吸附器内的温度需要比较长的时间才能达到和加热烟气温度的平衡，所以增加循环的时间有利于提高解吸和吸附率，从而提高性能。但吸附率的增加有一定限度，过长的循环周期带来的解吸和吸附率增加会越来越小，会使COP的增加变缓慢而且逐渐趋向减小。所以，在循环周期比较短时，增加循环周期可以有效地增加性能。而循环周期比较长时，吸附／解吸量已经比较高，其增加潜力有限，进一步增加循环周期，就有可能造成性能下降。

对于样机的仿真和循环时间的选择是有效的。今后将对此样机进行进一步的分析研究，并不断改进性能。

5结论

(1)发动机排气有大量的余热可以利用，采用活性炭／氨做工质对的吸附式制冷系统可以用于发动机余热的回收。

(2)设计建造的吸附式制冷系统在循环时间达到40分钟左右时性能最佳。

(3)余热驱动的吸附式汽车空调样机实验结果COP可以达到0．11，SCP为47W／kgAC可以取得预期的制冷效果和较好的节能效果。