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由于节能和环保效益明显,吸附式制冷被认为是传统制冷系统替代技术之一。吸附式制冷机可由太阳能或者废热驱动,并且使用环保制冷剂取代氟氯烃,比如氨,甲醇和水,具有缓解臭氧层破坏和全球变暖的作用。近年来社会对太阳能空调越来越关注,但是太阳能的主要缺点就是太阳的辐射强度会随着时间、地点和季节的不同而变化,这增大了太阳能资源有效利用的难度,尤其是太阳能吸附制冷系统,而且较低的太阳辐射强度也增长了太阳能制冷系统的投资回报期。以上原因导致了太阳能制冷系统显得并不是很有吸引力,因此,目前需要一种能够根据太阳辐射变化而改变运行模式的制冷系统。本文提出了一种基于能量梯级利用的新型多模式制冷机让此问题得以解决。该多模式吸附制冷机组根据外界不同温度的余热热源可实现三种吸附式制冷循环,即根据不同的日照强度采用不同的循环模式,这三种循环分别是双重、双效和两级循环。双重吸附式制冷循环中,为了增加制冷量,采用了吸附制冷和再吸附制冷两种方式;双效吸附式制冷循环中,采用了一次内部回热循环增加热能利用率;两级吸附式制冷循环中,增加了一个辅助反应盐以降低驱动热源的温度。多模式制冷试验系统有两个吸附床,一个吸附床填装MnCl2和膨胀石墨的复合吸附盐,另一个吸附床填装NaBr和膨胀石墨的复合吸附盐,氨作为制冷剂。本文首先分析了多模式系统的性能,然后通过实验进行了验证。在不同的工况下对单独的吸附床也进行了评价,最后使用热力学第二定律分析了热工质对的性能和熵的产生。对于多模式吸附制冷机组,理论研究表明:双重、双效和二级三种循环模式COP的最大理论值分别是1.19,0.92和0.47,当金属和吸附剂质量比为5时,上述三种循环模式的COP分别是0.76, 0.60和0.31。若采用PTC集热器驱动多模式吸附制冷机组,在考虑太阳能集热效率的工况下,太阳能COP分别为0.41, 0.33和0.17;高温床和低温床之间的回热理论分析表明,回收高温床的吸附反应热来加热解吸低温床的设想是完全可行的。对于采用NaBr为反应盐的低温床,实验结果表明:该吸附材料在空调应用方面具有很好的发展前景,当驱动热源温度为59.3～70.2 oC、蒸发制冷温度为7～13oC时,COP在不同工况下的变化范围是0.28～0.54,冷却功率为1.32～3.36 kW,半循环时间一般在16～34分钟。对于采用MnCl2为反应盐的高温床,实验结果表明:其工作性能比预期要低,当高温床最高解吸温度为155oC、蒸发制冷温度为-15～15 oC时,COP在0.05～0.08之间。造成高温床性能低下的主要原因是反应器金属热容较大导致热损失过多,且传热性能也不佳。因为高温床在多模式循环中扮演着至关重要的角色,所以设计上的失误直接导致了多模式循环的性能低下。对于双重吸附制冷循环,在加热解吸温度为155oC、制冷温度为10～15 oC工况下,实验COP为0.07～0.15。除了高温床的设计缺陷,低温床金属热容较大也导致了解吸热制冷环节的冷量损失,而且吸附盐的不匹配也影响了解吸过程的制冷量。对于双效吸附制冷循环,在加热解吸温度为155oC、低温蒸发制冷温度为-18～-5oC、高温蒸发制冷温度为10.7 oC工况下,其制冷量在3629 kJ到4684 kJ之间,COP在0.16～0.2之间。二级吸附制冷循环的结果显示,在加热解吸温度为135oC、制冷温度为-25～-5oC工况下,制冷量在523 kJ到2713 kJ之间,COP在0.07～0.15。使用热力学第二定律分析了不同组件和循环过程中熵的产生。熵主要来源于高温床解吸时的热传递过程,而该高温吸附床的吸附过程中也同样如此。三种循环中双效循环最接近COP最高的逆卡诺循环。