楊 磊，李華山，陸振能，陳高凱，雷 炯，馬偉斌，龔宇烈?

（1.中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所，廣州 510640；2.中國(guó)科學(xué)院可再生能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640；3.廣東省新能源和可再生能源研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640；4.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；5.河南萬(wàn)江新能源集團(tuán)有限公司，鄭州 471700）

0 引 言

目前，全球變暖、能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題日益突出，迫切需要推行節(jié)能與環(huán)保技術(shù)。利用熱驅(qū)動(dòng)制冷技術(shù)，替代需要耗費(fèi)大量電力和制冷劑的傳統(tǒng)電驅(qū)動(dòng)壓縮式技術(shù)，能夠有效降低能源消耗和減少臭氧層破壞，具有節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的雙重作用。熱驅(qū)動(dòng)制冷技術(shù)包括吸收式制冷、噴射式制冷、吸附式制冷和熱電制冷等，其中吸收式制冷是目前應(yīng)用最為廣泛的熱驅(qū)動(dòng)制冷技術(shù)。吸收式制冷技術(shù)可以利用低品位熱能（太陽(yáng)能、地?zé)崮芎陀酂幔娔芟妮^小，經(jīng)濟(jì)性能良好，與其他熱驅(qū)動(dòng)制冷技術(shù)相比效率更高。

H2O/LiBr作為吸收式制冷中使用最為廣泛的工質(zhì)對(duì)[1]，利用蒸發(fā)熱較高的水做制冷劑，具有良好的系統(tǒng)性能和環(huán)境友好性，但系統(tǒng)運(yùn)行存在腐蝕、結(jié)晶等問(wèn)題。同時(shí)，溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)的性能也需要進(jìn)一步提升。文章從H2O/LiBr工質(zhì)對(duì)性能提升、關(guān)鍵部件（吸收器、發(fā)生器）研究及系統(tǒng)循環(huán)優(yōu)化三個(gè)方面，對(duì)溴化鋰吸收式制冷技術(shù)最新研究成果進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)溴化鋰吸收式制冷技術(shù)的研究方向進(jìn)行了展望。

1 工質(zhì)改性研究

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者為提升 H2O/LiBr工質(zhì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行性能，進(jìn)行了大量的理論與實(shí)驗(yàn)研究，研究情況如表1所示。通過(guò)向H2O/LiBr溶液中加入醇類(lèi)[2-3]、鹽混合物[4]、離子液體[5-8]和納米顆粒[9-13]等添加劑，引起溶液和水蒸氣的氣液界面表面張力梯度分布，增加表面對(duì)流，因而增強(qiáng)傳熱傳質(zhì)。同時(shí)，添加劑的存在也有利于提升H2O/LiBr溶液防結(jié)晶和防腐蝕的性能。

表1 H2O/LiBr溶液中添加劑理論及實(shí)驗(yàn)研究Table 1 Theoretical and experimental researches on additives of LiBr aqueous solution

1.1 醇類(lèi)添加劑

添加少量醇類(lèi)物質(zhì)能夠降低H2O/LiBr溶液液面表面張力，增強(qiáng)吸收過(guò)程中的傳熱傳質(zhì)。SUN等[2]研究了添加劑（2-乙基-1-己醇）對(duì)H2O/LiBr垂直管降膜吸收器的影響作用。研究表明，添加劑可通過(guò)提高傳質(zhì)系數(shù)來(lái)強(qiáng)化吸收作用。冷卻水入口溫度為25℃時(shí)，觀察到含有添加劑溶液的傳質(zhì)系數(shù)達(dá)到了5 000 g/(m2·s)；溶液入口溫度相同時(shí)，含添加劑溶液的傳質(zhì)系數(shù)大約是不含添加劑溶液的兩倍；溶液傳質(zhì)系數(shù)隨冷卻水入口溫度的升高顯著降低。ZHANG等[3]對(duì)比了兩種添加劑（2-乙基-1-己醇和 1-辛醇）對(duì)于H2O/LiBr降膜吸收過(guò)程的影響作用，在添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同的情況下，含 2-乙基-1-己醇的H2O/LiBr溶液具有較大的表面張力梯度與較好的傳熱傳質(zhì)效果。研究表明，醇類(lèi)添加劑主要影響溴化鋰水溶液的傳質(zhì)作用。

1.2 鹽混合物

在H2O/LiBr中加入其他鹽混合物可以顯著提高LiBr的溶解度。然而，鹽混合物選擇標(biāo)準(zhǔn)不僅包括增加溶解度范圍，還應(yīng)包括提高設(shè)備運(yùn)行參數(shù)等其他方面，例如蒸氣壓、黏度、腐蝕性和熱化學(xué)穩(wěn)定性。ASFAND等[4]利用數(shù)值模擬的方法，模擬了H2O/(LiBr+LiI+LiNO3+LiCl) 混合工質(zhì)對(duì)在吸收器中的傳熱傳質(zhì)過(guò)程。在空冷吸收式制冷系統(tǒng)模擬運(yùn)行中，混合工質(zhì)對(duì)較H2O/LiBr總吸收率提升25%。在混合工質(zhì)對(duì)中，LiCl的存在降低了溶液蒸氣壓，LiI和LiNO3提高了溶解度，此外LiNO3還減小了系統(tǒng)腐蝕。結(jié)合以上特征，在空冷吸收式制冷系統(tǒng)中H2O/(LiBr+LiI+LiNO3+LiCl)是 H2O/LiBr的理想替代品。

1.3 離子液體

離子液體作為一種綠色溶劑，具有良好的物理、化學(xué)特性，可以改善H2O/LiBr的熱力學(xué)性質(zhì)，緩解結(jié)晶和腐蝕現(xiàn)象。FROUZESH等[5]將離子液體1-乙基-3-甲基咪唑氯化銨（[Emim][Cl]）和1-丁基-3-甲基咪唑氯化銨（[Bmim][Cl]）作為添加劑，分別測(cè)量了[Emim][Cl]/LiBr/H2O和[Bmim][Cl]/LiBr/H2O三元體系的蒸氣壓、滲透壓和活度系數(shù)。評(píng)估了H2O/LiBr中[Bmim][Cl]的熱力學(xué)和傳輸特性[6]，及[Emim][Cl]的表觀摩爾體積[7]。此外，他們還研究了離子液體 [C6H11N2][HSO4]在 H2O/LiBr中的氣液平衡特性和體積性質(zhì)[8]。

1.4 納米顆粒

納米顆?？梢栽鰪?qiáng)基礎(chǔ)流體的有效導(dǎo)熱性，直接影響傳熱和傳質(zhì)過(guò)程。學(xué)者們研究了添加不同類(lèi)型納米顆粒的H2O/LiBr納米流體的傳熱傳質(zhì)特性，并將其應(yīng)用于設(shè)備運(yùn)行中。KANG等[9]發(fā)現(xiàn)納米顆粒碳納米管（CNT）和Fe對(duì)H2O/LiBr溶液吸收水蒸氣均起到了促進(jìn)作用，納米顆粒的添加對(duì)溶液傳質(zhì)過(guò)程具有更顯著的影響。他們還評(píng)估了納米顆粒SiO2在H2O/LiBr溶液中的分布穩(wěn)定性[10]，確定了納米流體降膜流動(dòng)的吸收率和傳熱速率，發(fā)現(xiàn)在沒(méi)有添加表面活性劑的情況下，納米流體可以獲得最優(yōu)的增強(qiáng)效果。

解國(guó)珍等[11]發(fā)現(xiàn)在 H2O/LiBr溶液中添加納米顆粒可有效降低吸收式制冷發(fā)生器驅(qū)動(dòng)熱源溫度。他們建立了納米H2O/LiBr二維降膜傳熱傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型，通過(guò)數(shù)值運(yùn)算發(fā)現(xiàn)添加納米顆粒的H2O/LiBr對(duì)水蒸氣的吸收速率顯著增加，但吸收器傳質(zhì)系數(shù)的增幅隨納米粒子含量的增加逐漸減弱[12]。

HAM等[13]分析了H2O/LiBr多種納米流體V型板式換熱器的性能，考慮了各種納米流體中濃度對(duì)于分布穩(wěn)定性的限制作用。在相同體積百分濃度下，添加 Al2O3和 TiO2的 H2O/LiBr納米流體較添加Fe2O3、CuO、ZnO、SiO2和CNT的H2O/LiBr納米流體，更能有效提高V型板式換熱器的性能。

綜上可知，醇類(lèi)物質(zhì)、鹽混合物和離子液體的加入能夠改善H2O/LiBr工質(zhì)對(duì)存在結(jié)晶和腐蝕性的缺點(diǎn)，提升系統(tǒng)性能。作為一種新興的表面活性劑，離子液體在吸收式制冷方面的實(shí)驗(yàn)工作較少。研究人員對(duì)于納米流體強(qiáng)化吸收換熱機(jī)理還沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，需要開(kāi)展更多相關(guān)理論及實(shí)驗(yàn)研究。

2 關(guān)鍵部件研究

吸收式制冷系統(tǒng)中制冷劑被溶液吸收和分離過(guò)程是區(qū)別于傳統(tǒng)電驅(qū)動(dòng)蒸汽壓縮式制冷的主要特征。吸收器和發(fā)生器的傳熱傳質(zhì)性能對(duì)系統(tǒng)的性能系數(shù)（coefficient of performance, COP）具有決定性影響。以下介紹國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于吸收器和發(fā)生器在部件設(shè)計(jì)優(yōu)化和性能改善方面的研究進(jìn)展和成果。

2.1 吸收器

溴化鋰吸收式制冷性能很大程度上取決于吸收器效率，在吸收器中濃溶液吸收蒸發(fā)器產(chǎn)生的水蒸氣釋放的熱量由冷卻水吸收。此外，吸收器吸收效率的提升將會(huì)減小吸收器尺寸，使結(jié)構(gòu)更加緊湊，也可以降低驅(qū)動(dòng)熱源溫度。

2.1.1 降膜吸收器

降膜吸收器主要有橫管和豎管兩種構(gòu)造形式，H2O/LiBr以不同的流動(dòng)方式通過(guò)吸收器。兩種構(gòu)造形式中，橫管降膜吸收器的研究和使用較為廣泛。在降膜吸收器中，溶液傳熱傳質(zhì)過(guò)程通常發(fā)生在外管表面，因此采用凹槽管、微翅片管、波紋板和翅片板等先進(jìn)的表面處理或機(jī)械加工，可以強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)。MORTAZAVI等[14]設(shè)計(jì)并測(cè)試了 H2O/LiBr降膜板框式吸收器，如圖1所示，吸收器采用噴砂偏移帶狀翅片。作者通過(guò)數(shù)值模擬及可視化實(shí)驗(yàn)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，獲得了連續(xù)的薄液膜。研究結(jié)果表明，該吸收器的吸收率是常規(guī)降膜吸收器吸收率的兩倍。他們還研究了吸收壓力、溶液流速和溫度等運(yùn)行參數(shù)對(duì)吸收率的影響，以此提出開(kāi)發(fā)緊湊吸收式制冷系統(tǒng)的方案。

圖1 偏移帶狀翅片[14]Fig.1 Fin geometry

WU等[15]將篩孔直徑為0.2 mm的不銹鋼網(wǎng)篩折疊插入交替橫管之間的縱向槽，研究了包含不銹鋼網(wǎng)填料結(jié)構(gòu)降膜吸收器的傳熱傳質(zhì)速率。其研究結(jié)果表明，使用網(wǎng)狀填料嵌入物的吸收器的平均溶液質(zhì)量傳遞速率較未使用網(wǎng)狀填料嵌入物的吸收器增大了 17.2%，且前者吸收熱量傳遞系數(shù)增加高達(dá)29.4%。但是，網(wǎng)狀填料嵌入物的使用僅在較高溶液流量的條件下增強(qiáng)了溶液熱量傳遞。網(wǎng)狀填料嵌入物的優(yōu)點(diǎn)是擴(kuò)大管束吸收面積，并延長(zhǎng)溶液在吸收區(qū)的滯留時(shí)間。

2.1.2 噴霧吸收器

噴霧吸收器是將發(fā)生器中的濃溶液以噴射的方式引入到吸收器腔室中，吸收水蒸氣形成稀溶液。溴化鋰濃溶液以液滴的形態(tài)分散在吸收器腔室中，有助于降低傳質(zhì)的溶液阻力，提高水蒸氣吸收率。PALACIOS等[16]分析了絕熱噴霧吸收器的蒸氣吸收率。實(shí)驗(yàn)表明，錐形液膜分解速率對(duì)吸收有顯著影響，在噴射后0.004 s，液膜分解達(dá)到總量的60%。錐形液膜的平均質(zhì)量輸運(yùn)系數(shù)最高可達(dá)0.0020 m/s。液膜破裂后蒸氣吸收率逐漸減小，但是液膜破裂時(shí)產(chǎn)生的液滴在吸收過(guò)程中起促進(jìn)作用。

GUTIERREZ-URUETA等[17]設(shè)計(jì)了一種新型的單效H2O/LiBr吸收試驗(yàn)臺(tái)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試了以自由下落液滴和扇狀液膜兩種方式配置的絕熱噴霧吸收器性能。液滴直徑和扇狀液膜的長(zhǎng)度都取決于溶液速度，一般情況下，自由下落液滴的直徑為4 mm，扇狀液膜長(zhǎng)度為8 cm，如圖2所示，液膜破碎后產(chǎn)生的液滴直徑為1 mm。結(jié)果表明，扇狀液膜絕熱吸收器的體積?熱負(fù)荷之比大約是自由下落液滴絕熱吸收器的一半，意味著使用扇狀液膜絕熱吸收器的尺寸比自由下落液滴絕熱吸收器小50%。

圖2 扇狀液膜[17]Fig.2 Fan liquid film

2.1.3 膜吸收器

膜介質(zhì)具有相對(duì)簡(jiǎn)單、可靠、分離系數(shù)高、界面面積大、能耗低以及傳熱傳質(zhì)效果好的特點(diǎn)，因此有學(xué)者提出將疏水性多孔膜應(yīng)用于吸收式制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以減小吸收器的尺寸、重量和成本。膜吸收器的重要組成部分是位于溶液和蒸氣之間的疏水微孔膜介質(zhì)，疏水微孔膜僅允許蒸氣滲透到溶液中，而溶液則不會(huì)滲透到蒸氣側(cè)，膜兩側(cè)的蒸氣壓差是蒸氣傳質(zhì)的驅(qū)動(dòng)力，冷卻水在另一側(cè)流動(dòng)。

圖3 膜吸收器橫截面示意圖[18]Fig.3 Schematic representation of the membrane-based absorber cross section

ISFAHANI等[18]利用標(biāo)稱(chēng)孔徑為1 μm、孔隙率為80%的疏水性納米纖維膜，將H2O/LiBr溶液流動(dòng)限制在可滲透薄膜和固體表面之間。研究所用膜吸收器如圖3所示。通過(guò)這種方式，可以獨(dú)立控制H2O/LiBr膜厚度和流速，以研究不同的溶液膜厚度和流速對(duì)水蒸氣吸收率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用100 μm厚的液膜和5 mm/s的溶液流速，吸收率約為0.006 kg/(m2·s)。當(dāng)溶液膜厚度從160 μm降低到100 μm時(shí)，蒸氣吸收率平均增加35%。作者認(rèn)為，降低溶液膜厚度將會(huì)降低溶液?蒸氣界面濃度邊界層厚度，減小通過(guò)溶液膜的傳質(zhì)阻力，從而提高了蒸氣吸收率。此外，增加溶液流速也可以提高蒸汽吸收率。

VENEGAS等[19-20]開(kāi)發(fā)分析膜吸收器性能的模型，研究吸收率、傳熱系數(shù)、傳質(zhì)系數(shù)以及幾何特性對(duì)膜吸收器性能的影響，并利用 ISFAHANI[18]的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。作者給出了膜吸收器冷卻水和溶液通道的縱橫比，以及冷卻負(fù)荷和吸收器體積之比的影響因素。作者還對(duì)膜吸收器設(shè)計(jì)和運(yùn)行條件進(jìn)行了模擬，提出在設(shè)計(jì)階段，最為重要的參數(shù)是膜的孔隙率、孔徑和溶液通道深度。而在吸收器運(yùn)行階段，應(yīng)當(dāng)選擇合適的蒸氣壓、溶液入口溫度和濃度、冷卻水入口溫度和溶液質(zhì)量流速。該模型可用于小型膜吸收器的設(shè)計(jì)和運(yùn)行。另外，他們還對(duì)膜吸收器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)評(píng)估[21]，結(jié)果表明，溶液的傳質(zhì)阻力在吸收過(guò)程中占主導(dǎo)地位，占總阻力的85.6% ～ 96%?？傮w上，膜吸收器設(shè)計(jì)可以在更緊湊的配置中改善吸收比。

2.2 發(fā)生器

發(fā)生器是溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)中的主要部件之一，吸收高溫驅(qū)動(dòng)熱源釋放的熱量，將制冷劑水蒸氣與 H2O/LiBr溶液分離。沉浸發(fā)生器和水平/垂直板或管降膜發(fā)生器是最常見(jiàn)的發(fā)生器配置，與沉浸發(fā)生器相比，降膜發(fā)生器具有溶液側(cè)傳熱系數(shù)高、溶液充注量少、溶液與壁之間的溫差小等優(yōu)點(diǎn)[22]。膜發(fā)生器類(lèi)似于膜吸收器，利用聚合物纖維/膜片代替了金屬管或板，因此膜發(fā)生器的尺寸和重量比常規(guī)發(fā)生器小。

2.2.1 降膜發(fā)生器

在降膜發(fā)生器中，溶液膜中發(fā)生傳熱和傳質(zhì)過(guò)程并形成濃度梯度，將水以蒸汽的形式直接從溶液膜中擴(kuò)散出來(lái)。隨著熱通量和壁面過(guò)熱溫度的增加，溶液膜可能發(fā)生沸騰現(xiàn)象。下降的H2O/LiBr溶液在壁面流動(dòng)形成一層液膜，增大了氣液接觸面積、降低了通過(guò)液膜的熱力學(xué)阻力和蒸汽流經(jīng)液膜表面的流動(dòng)阻力。此外，影響降膜發(fā)生器傳熱傳質(zhì)性能的因素包括溶液的質(zhì)量流量、溫度、噴淋密度、幾何參數(shù)等。

MORTAZAVI等[23]提出了一種新型高效緊湊型板框降膜發(fā)生器，利用新的表面結(jié)構(gòu)增加發(fā)生過(guò)程的發(fā)生速率。與傳統(tǒng)降膜發(fā)生器相比，具有新的表面結(jié)構(gòu)的降膜發(fā)生器能夠在低壁過(guò)熱溫度下獲得較高的發(fā)生速率，并且在較低H2O/LiBr溶液質(zhì)量流量情況下，實(shí)現(xiàn)較高的發(fā)生速率。他們所提出的降膜發(fā)生器設(shè)計(jì)可以顯著降低發(fā)生器的尺寸和成本。

HU等[24]設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)了一種新型的板式降膜發(fā)生器，發(fā)生器由直接連接的降膜溢流液分布器組成。與傳統(tǒng)的降膜發(fā)生器相比，這種新結(jié)構(gòu)能夠確保溶液分布的均勻性和穩(wěn)定的降膜流動(dòng)，其結(jié)構(gòu)更加緊湊。他們還提出了一種以H2O/LiBr為工質(zhì)的可分離板式降膜換熱器耦合裝置[25]，如圖4所示，該裝置既可以用作發(fā)生器和冷凝器的耦合，也可以用作吸收器和蒸發(fā)器耦合。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析評(píng)估，發(fā)生器的傳熱系數(shù)約為 0.345 ～ 0.660 kW/(m2·K)，傳質(zhì)系數(shù)約為 2.7 × 10?5～ 7.8 × 10?5m/s。

圖4 可分離板式降膜換熱器耦合裝置[25]Fig.4 Detachable plate falling film heat and mass exchanger coupling

為了高效利用太陽(yáng)能等低品位熱能，閆曉娜等[26]提出在吸收式制冷機(jī)中采用滴淋式降膜發(fā)生形式，并搭建吸收制冷實(shí)驗(yàn)裝置，裝置使用套片蛇形換熱管以提高換熱性能。結(jié)果表明，該發(fā)生器作為吸收壓縮混合系統(tǒng)的子系統(tǒng)能夠獲得較好的效果，發(fā)生器管外側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)在150 ～ 480 W/(m2·℃)之間。

LEE等[27]將不同表面配置的加熱管束安裝于降膜發(fā)生器中，實(shí)驗(yàn)研究了不同管型的傳熱特性。結(jié)果表明，通過(guò)增加驅(qū)動(dòng)熱源溫度和雷諾數(shù)、增大入口H2O/LiBr溶液膜層雷諾數(shù)、降低發(fā)生壓力和入口H2O/LiBr溶液的濃度，可以改善降膜發(fā)生器的傳熱特性。與傳統(tǒng)裸管管束相比，經(jīng)表面改進(jìn)處理的加熱管束增強(qiáng)了降膜發(fā)生器的殼側(cè)傳熱。

2.2.2 膜發(fā)生器

膜發(fā)生器發(fā)生過(guò)程中，可以在低于H2O/LiBr溶液沸騰溫度下分離出蒸汽，膜兩邊的溫度差產(chǎn)生的壓力差作為蒸氣傳質(zhì)的驅(qū)動(dòng)力。在膜孔的液?氣界面處，制冷劑水分子在熱界面處蒸發(fā)，以氣相穿過(guò)膜孔在冷側(cè)冷凝。由于所需的發(fā)生溫度可以低于溶液沸騰溫度，膜發(fā)生器用于可再生能源（太陽(yáng)能、地?zé)崮芑驈U熱）吸收式制冷系統(tǒng)中，可以減少吸收系統(tǒng)的能耗。

BIGHAM等[28]通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究了微通道膜發(fā)生器的發(fā)生過(guò)程，利用疏水性排氣管膜對(duì)微通道內(nèi)的溶液流進(jìn)行機(jī)械限制，在流道表面上實(shí)現(xiàn)微尺度特征，以在溶液膜內(nèi)引起渦旋，從而提高發(fā)生速率。通過(guò)觀察，溶液膜中的層流線(xiàn)由于渦旋而被拉伸和折疊，因此可以限制濃度邊界層的增長(zhǎng)，進(jìn)而對(duì)發(fā)生過(guò)程產(chǎn)生積極的影響。溶液的平均發(fā)生速率約為0.006 8 kg/(m2·s)，是直接擴(kuò)散發(fā)生速率的1.7倍，相同表面溫度下沸騰發(fā)生速率的1.3倍。

IBARRA-BAHENA 等[29-30]通過(guò)理論模擬和實(shí)驗(yàn)研究，測(cè)試了基于氣隙膜蒸餾工藝的新型發(fā)生器/冷凝器的性能。與傳統(tǒng)H2O/LiBr吸收式發(fā)生器相比，發(fā)生器/冷凝器配置可允許發(fā)生過(guò)程在大氣壓下進(jìn)行，不需要真空泵。他們分析了H2O/LiBr溶液溫度、濃度及質(zhì)量流量對(duì)制冷劑發(fā)生速率的影響，在實(shí)驗(yàn)條件下，制冷劑的發(fā)生速率為 0.30 ～ 9.69 kg/(m2·h)，制冷劑理論發(fā)生速率與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一致。在以太陽(yáng)能為動(dòng)力的間歇吸收式制冷系統(tǒng)中，模擬并試驗(yàn)了不同發(fā)生溫度、溶液濃度和蒸發(fā)溫度對(duì)新型發(fā)生器/冷凝器配置性能的影響。

VENEGAS等[31]模擬分析了微通道膜發(fā)生器直接擴(kuò)散和沸騰兩種不同發(fā)生模式。通過(guò)模擬參數(shù)研究，分析了設(shè)計(jì)和運(yùn)行條件對(duì)小型膜發(fā)生器性能的影響。在設(shè)計(jì)階段，最大化制冷量和發(fā)生器體積之比的最重要參數(shù)是微通道膜發(fā)生器的溶液通道高度和壁厚；在兩種發(fā)生模式中，入口溶液濃度是影響發(fā)生器尺寸最大的變量，應(yīng)選擇技術(shù)可行性最高的驅(qū)動(dòng)熱源熱水入口溫度；在直接擴(kuò)散發(fā)生模式下，蒸氣壓應(yīng)盡可能低。

表2總結(jié)了研究人員針對(duì)不同形式吸收器、發(fā)生器在模擬和實(shí)驗(yàn)中所選用的運(yùn)行參數(shù)。

表2 溴化鋰吸收式制冷關(guān)鍵部件研究Table 2 Research on main components of lithium bromide absorption refrigeration

降膜、噴霧和膜吸收器的研究表明，溶液吸收水蒸氣的傳熱傳質(zhì)阻力主要在溶液側(cè)。通過(guò)開(kāi)發(fā)多種吸收器形式，能夠有效增強(qiáng)吸收器的傳熱傳質(zhì)。未來(lái)噴霧、膜吸收器的研究與發(fā)展將減小吸收器尺寸，利于溴化鋰吸收式制冷小型化的應(yīng)用。

研究人員從結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)兩個(gè)方面優(yōu)化了降膜發(fā)生器和膜發(fā)生器的傳熱傳質(zhì)性能，選擇了最優(yōu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬和實(shí)驗(yàn)，分析了運(yùn)行參數(shù)的變化規(guī)律、工作范圍及最佳值。

3 系統(tǒng)研究

基于熱力學(xué)循環(huán)運(yùn)行分類(lèi)，常見(jiàn)的溴化鋰吸收式系統(tǒng)分為單效[34-36]、半效[37-38]、雙效[39]和三效循環(huán)[40-41]。單效循環(huán)是最簡(jiǎn)單的類(lèi)型，并且在商業(yè)設(shè)備中使用最多。半效循環(huán)也稱(chēng)為兩級(jí)或雙提升循環(huán)，可以由溫度較低的熱源驅(qū)動(dòng)，其循環(huán)COP大約是單效周期的一半，因此通常稱(chēng)為半效。單效吸收式系統(tǒng)主要包括四個(gè)換熱單元（發(fā)生器、吸收器、冷凝器和蒸發(fā)器）、溶液泵和節(jié)流元件等部件，如圖5所示。稀溶液經(jīng)過(guò)溶液泵加壓后，通過(guò)溶液熱交換器，進(jìn)入發(fā)生器中被加熱升溫、等壓發(fā)生成為濃溶液，然后經(jīng)過(guò)溶液熱交換器，節(jié)流降壓進(jìn)入吸收器；發(fā)生器發(fā)生的冷劑蒸氣被排入冷凝器中冷凝放熱，冷劑溶液經(jīng)過(guò)節(jié)流降壓后，進(jìn)入蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸熱；蒸發(fā)后的冷劑蒸氣被吸收器中濃溶液吸收，吸收熱排出系統(tǒng)，保證吸收過(guò)程可持續(xù)進(jìn)行。

圖5 單效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)Fig.5 Single-effect lithium bromide absorption refrigeration

GEBRESLASSIE等[37]采用H2O/LiBr溶液工質(zhì)對(duì)，比較分析不同吸收式循環(huán)系統(tǒng)的?效率和?損失。模擬計(jì)算結(jié)果顯示，三效吸收式系統(tǒng)的COP最高（可達(dá)2.321）是單效吸收式系統(tǒng)的近3倍，但是三效吸收式系統(tǒng)需要的驅(qū)動(dòng)熱源溫度要高得多。半效系統(tǒng)的最大?效率最低，其次是單效系統(tǒng)，雙效和三效系統(tǒng)最高。他們還發(fā)現(xiàn)在系統(tǒng)主要部件中，冷凝器和溶液熱交換器的 ?損失與熱源溫度無(wú)關(guān)，吸收器和發(fā)生器的?損失隨熱源溫度的升高而增加。在實(shí)際熱交換器中，溫差導(dǎo)致的?損失占據(jù)主導(dǎo)地位。

為了有效利用溫度變化的太陽(yáng)能，XU等[42-43]提出了新型的變效H2O/LiBr吸收式制冷循環(huán)，并對(duì)制冷循環(huán)進(jìn)行了模擬研究。當(dāng)發(fā)生溫度由90℃升高到140℃時(shí)，性能系數(shù)從0.75上升到1.08。他們對(duì)50 kW變效H2O/LiBr吸收式制冷系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)評(píng)估，結(jié)果表明，在較高的冷凍水溫度、較低的冷卻水溫度、高壓吸收閥和泵在各自?xún)?yōu)化的頻率下工作時(shí)，冷水機(jī)組的性能得到了提高。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還表明，發(fā)生溫度從95℃升至120℃時(shí)，性能系數(shù)從0.68增大到1.08?；?50組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，XU和WANG[44]利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）建立了變效 H2O/LiBr吸收式制冷系統(tǒng)的復(fù)雜模型，通過(guò)模擬對(duì)比分析，該系統(tǒng)具有太陽(yáng)能集熱器面積小、工作時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，是高效利用太陽(yáng)能制冷的較佳選擇。

SHE等[38]提出了一種低品位熱源驅(qū)動(dòng)的新型兩級(jí)吸收式制冷系統(tǒng)，制冷系統(tǒng)中H2O/LiCl工質(zhì)對(duì)用于高壓級(jí)，H2O/LiBr工質(zhì)對(duì)用于低壓級(jí)。他們考慮了不同熱源利用模式，并分析了熱源溫度、中間壓力和部件溫度對(duì)系統(tǒng)性能的影響。研究結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的H2O/LiBr兩級(jí)吸收式制冷機(jī)相比，該系統(tǒng)具有更高的性能系數(shù)。

LUBIS等[45-46]測(cè)試了一種單?雙效H2O/LiBr吸收式制冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合了單效和雙效系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，如圖6所示。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)雙效吸收式制冷系統(tǒng)原理相同，由相同的部件組成，但還增加了兩個(gè)部件（太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的發(fā)生器、冷凝器）。當(dāng)太陽(yáng)能提供的熱能可以滿(mǎn)足系統(tǒng)制冷負(fù)荷時(shí)，系統(tǒng)以單效模式運(yùn)行；當(dāng)太陽(yáng)能提供的熱能不能滿(mǎn)足制冷負(fù)荷時(shí)，系統(tǒng)以單?雙效模式運(yùn)行，同時(shí)使用太陽(yáng)能和燃?xì)鉅t作為驅(qū)動(dòng)熱源。研究結(jié)果表明，單?雙效系統(tǒng)能夠有效地解決因太陽(yáng)能不足或冷卻負(fù)荷過(guò)大導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行的問(wèn)題，并且可以實(shí)現(xiàn)全年運(yùn)行。與傳統(tǒng)的吸收式和蒸汽壓縮式制冷機(jī)相比，其運(yùn)行成本大幅度降低。作者還提出，無(wú)需額外的投資成本，僅通過(guò)控制吸收器出口溶液質(zhì)量流量、分配比，就能將實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行性能提高17%。

圖6 單?雙效H2O/LiBr吸收式制冷系統(tǒng)[45-46]Fig.6 The single-double-effect absorption chiller system

WANG 等[47]運(yùn)行測(cè)試了利用太陽(yáng)能/燃?xì)怛?qū)動(dòng)的單?雙效H2O/LiBr吸收式制冷機(jī)，該系統(tǒng)用于酒店的空調(diào)系統(tǒng)，夏季制冷，冬季供暖。經(jīng)過(guò)全年運(yùn)行，與燃?xì)怛?qū)動(dòng)雙效H2O/LiBr吸收式制冷機(jī)相比，太陽(yáng)能/燃?xì)怛?qū)動(dòng)的單?雙效H2O/LiBr吸收式制冷機(jī)減少了 50.3%的燃?xì)庀?，并且系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性良好。

CHAHARTAGHI等[39]提出了新型串聯(lián)、并聯(lián)雙效H2O/LiBr吸收式制冷循環(huán)，與傳統(tǒng)的吸收式制冷循環(huán)相比，該循環(huán)具有額外的熱回收換熱器。作者研究了熱源溫度和流量等重要參數(shù)對(duì)COP的影響，并利用遺傳算法優(yōu)化串聯(lián)、并聯(lián)吸收式制冷循環(huán)在不發(fā)生LiBr結(jié)晶時(shí)的COP。結(jié)果表明，并聯(lián)循環(huán)的結(jié)晶范圍較小，比串聯(lián)循環(huán)的運(yùn)行范圍更廣。

AZHAR和SIDDIQUI[41]為了獲得單效、雙效和三效H2O/LiBr吸收式制冷系統(tǒng)運(yùn)行的最大COP和最小?損，對(duì)吸收式制冷系統(tǒng)運(yùn)行條件進(jìn)行了優(yōu)化，并確定了系統(tǒng)中各部件的最佳運(yùn)行參數(shù)。作者發(fā)現(xiàn)，當(dāng)熱源溫度和發(fā)生器溫度差6 ～ 37℃之間時(shí)，雙效循環(huán)的?效率較高，溫差超過(guò)37℃時(shí)，三效循環(huán)的?效率較高。

現(xiàn)階段學(xué)者們主要針對(duì)不同的使用場(chǎng)景，采用不同溫度的太陽(yáng)能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉春凸I(yè)余熱，研究半效、單效、雙效和三效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

回顧了近十年來(lái)溴化鋰吸收式制冷技術(shù)的研究現(xiàn)狀與主要研究成果，通過(guò)梳理和凝練，得出以下結(jié)論供后續(xù)研究參考。

（1）在H2O/LiBr溶液中加入添加劑，能夠提升吸收式制冷系統(tǒng)性能。但是，對(duì)于不同添加劑的增強(qiáng)機(jī)制尚未得出統(tǒng)一解釋?zhuān)孕柽M(jìn)行更多的理論與實(shí)驗(yàn)研究；

（2）針對(duì)不同形式吸收器理論和實(shí)驗(yàn)相關(guān)研究，現(xiàn)階段主要集中在分析溶液溫度、流量、濃度和壓力等運(yùn)行條件對(duì)吸收性能的影響，較少研究吸收器管間距、管數(shù)和直徑等幾何尺寸變化對(duì)其影響；

（3）吸收式制冷中發(fā)生器板式結(jié)構(gòu)比殼管結(jié)構(gòu)和板翅式結(jié)構(gòu)更加緊湊，是工業(yè)應(yīng)用的最佳選擇，同時(shí)應(yīng)綜合考慮設(shè)計(jì)及運(yùn)行參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響；

（4）通過(guò)多效混合溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)，可以減少傳統(tǒng)單一形式系統(tǒng)溫度、負(fù)荷等運(yùn)行條件限制，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)長(zhǎng)效平穩(wěn)運(yùn)行；

（5）縱觀溴化鋰吸收式制冷技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，小尺寸、低成本、高性能和長(zhǎng)效運(yùn)行是其未來(lái)的發(fā)展方向之一。