2.5　常見的吸附性能測試裝置

目前，與傳統電能驅動的蒸汽壓縮式制冷相比，低品位能源（太陽能或工業廢熱）驅動的吸附式制冷技術不具競爭力，主要原因是其制冷性能低。吸附劑—吸附質工質對是吸附式制冷系統的核心，在很大程度上決定了吸附制冷系統的性能。因此在新開發的吸附劑—吸附質工質對可用于吸附式制冷系統或吸附制冷冷水機組之前，需了解其吸附性能及其應用潛力，所以準確獲取一種新型吸附工質對的吸附性能十分重要。

國內外研究者已設計了多種吸附工質對吸附量測試實驗臺，其中許多學者利用恒溫水箱來模擬太陽能吸附式制冷。所采用的方法大多是重量法、容量法和液位法，這些測試實驗臺都有其各自的優缺點。

2.5.1　基于重量法的吸附劑性能測試裝置

ZaiZ.Xia［44］和R.G.Oliveira ［45］等人通過采用重量法測定了吸附劑的平衡吸附量，通過測量吸附床吸附前后的質量差來獲得吸附劑的吸附量，基于吸附床吸附前后重量變化的重量法示意圖見圖2-7。但是由于實驗過程中必須一再將吸附床連接到系統后再拆掉，因此這種方法并不方便。此外，該方法利用操作時間來判斷吸附平衡，因此不夠精確。

C.Y.Tso［46］將吸附劑樣本放在一個真空腔室內，并利用數字溫度控制器來保持真空室的溫度恒定。平衡吸附量通過放置在真空室中的電子天平測量，基于電子天平的重量法示意圖見圖2-8。該方法的優點是電子天平可以準確地測定任意時間吸附劑的吸附量。但是，由于電子天平的工作溫度一般不超過40℃，而解吸過程的溫度通常高于40℃，因此只能測定平衡吸附量而無法測定平衡解吸量。

Qun Cui［47］建立了一個平衡吸附量測量裝置，見圖2-9。將吸附劑樣品放在掛在石英彈簧上的樣品籃子里，在真空環境下加熱樣品使其再生。然后開始吸附過程，吸附劑樣品的重量將增加，因此石英彈簧被拉長。伸長率可以通過高度指示器獲得。根據石英彈簧的伸長率可以計算出平衡吸附量。這種方法非常簡單，但不能獲知吸附劑的溫度和壓力，且吸附溫度的控制也是一個問題。

2.5.2　基于體積法的吸附劑性能測試裝置

Belal Dawoud［48］設計了一個通過測量已知體積容器的壓力變化來測量水蒸氣吸附量的試驗裝置，見圖2-10。利用恒溫槽來控制蒸汽產生裝置內的飽和流體溫度，產生的蒸汽流向蒸汽存儲器內儲存起來，并利用一個水管來控制其溫度。吸附劑的吸附和解吸溫度由另一個恒溫槽控制。吸附量通過吸附解吸過程中的壓力值P1和P2來計算。

該實驗臺具有許多優點，如利用恒溫槽可以控制吸附床和蒸發器的溫度，以及可測量吸附和解吸過程中的壓力變化等。但也有其自身的局限性，為了得到精確的結果，蒸汽室及吸附床內蒸汽的體積都必須小，吸附劑質量也必須小。

X.B.Bu［49］利用壓力傳感器測量的壓力變化量來確定吸附劑樣品上氨的吸附量，基于壓力變化的氨吸附量體積測定法示意圖見圖2-11。 氨的吸附量的計算公式為

式中：w為氨吸附量；T1和T2為氨水緩沖液容器和吸附床的溫度；V1和V2為氨水緩沖液容器和吸附床的體積；Vad為吸附床中吸附劑占據的體積；P0為氨緩沖容器的初始壓力；Peq為吸附后的平衡壓力；R為氣體常數。

2.5.3　基于液位法的吸附劑性能測試裝置

T.Dellero ［50］和L.W.Wang［51］利用磁致伸縮液位傳感器來測定吸附劑和吸附質反應過程中氨的吸附量及解吸量，其測量方法示意見圖2-12。利用一個油浴來保持吸附床的溫度恒定，并利用另一個低溫恒溫槽來維持冷凝器/蒸發器溫度恒定。該系統的優點是通過磁致伸縮液位傳感器顯示的液位差可以準確地測定任何時間的吸附量和脫附量，因此進行數據分析相當方便。

Ismail Solmus［52］搭建的實驗臺利用一個30mm寬的縫形玻璃槽來測量冷凝器/蒸發器內水的液位。通過測量水的液位變化來計算冷凝器/蒸發器內水的質量變化，從而可以知道沸石對水的吸附量，基于縫形玻璃槽的液位測量法見圖2-13。將一個DT800數據記錄儀連接到電腦上用于測量和記錄所有熱電偶和壓力表的測量值以保證測量精度。但是，由于液位的變化是由肉眼讀出，肯定存在誤差，因此測量精度不高，需要改進。

El-Sharkawy和Hassan［53］利用連通器原理，在蒸發器外面加工一個玻璃管，并用數字望遠鏡來讀取每次實驗前后蒸發器內制冷劑液位的變化，基于連通器原理的液位測量法示意圖見圖2-14。被吸附制冷劑質量為蒸發的制冷劑質量與管道及各設備空隙容積內蒸汽質量之差。