擴(kuò)散吸收式制冷技術(shù)進(jìn)展*

曹園樹，李華山，龍 臻，卜憲標(biāo)?，馬偉斌

（1. 中國科學(xué)院廣州能源研究所，中國科學(xué)院可再生能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640；2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

擴(kuò)散吸收式制冷技術(shù)進(jìn)展*

曹園樹1,2，李華山1,2，龍 臻1，卜憲標(biāo)1?，馬偉斌1

（1. 中國科學(xué)院廣州能源研究所，中國科學(xué)院可再生能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640；2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

擴(kuò)散吸收式制冷（Diffusion Absorption Refrigeration，DAR）能夠利用低品位能源如太陽能和余熱等，是一種有利于環(huán)保和能源高效利用的技術(shù)，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。結(jié)合國內(nèi)外的最新研究動(dòng)態(tài)，本文從工質(zhì)選擇、循環(huán)熱力學(xué)分析、系統(tǒng)改進(jìn)與優(yōu)化研究三個(gè)斱面介紹擴(kuò)散吸收式制冷技術(shù)的主要研究成果，幵對(duì)擴(kuò)散吸收式制冷技術(shù)的發(fā)展趨勢以及未來研究斱向進(jìn)行展望。同時(shí)，對(duì)本課題組關(guān)于擴(kuò)散吸收式制冷所做的工作也進(jìn)行了總結(jié)。

擴(kuò)散吸收式制冷；工質(zhì)選擇；熱力學(xué)分析；系統(tǒng)優(yōu)化

0 引 言

擴(kuò)散吸收式制冷作為一種基于三元工質(zhì)的熱能驅(qū)動(dòng)型制冷技術(shù)，其利用氣泡泵代替機(jī)械泵提供循環(huán)動(dòng)力，整個(gè)系統(tǒng)處于相同的壓力下工作，無任何運(yùn)轉(zhuǎn)部件和閥門，具有無振動(dòng)、無噪音、運(yùn)行穩(wěn)定可靠以及使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)[1]。DAR系統(tǒng)可以使用多種能源，尤其是利用太陽能和余熱等低品位熱能，對(duì)節(jié)能環(huán)保有著重要的意義[2]。因此，DAR技術(shù)得到相關(guān)研究人員的廣泛關(guān)注，涉及的內(nèi)容主要包括工質(zhì)選擇、循環(huán)熱力學(xué)分析和系統(tǒng)改進(jìn)與優(yōu)化。本文將從以上三個(gè)斱面概括和總結(jié)擴(kuò)散吸收式制冷的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。

1 工作原理介紹

DAR系統(tǒng)由發(fā)生器、氣泡泵、冷凝器、精餾器（由工質(zhì)對(duì)決定是否需要）、蒸發(fā)器、氣體熱交換器、吸收器和溶液熱交換器組成[3]。以工質(zhì)為氨-水-氫的DAR系統(tǒng)為例，其工作原理如圖1所示。當(dāng)發(fā)生器被加熱，發(fā)生器中的濃氨水溶液（1a）吸收熱量，溶液開始蒸發(fā)，產(chǎn)生氣泡，氣泡推動(dòng)溶液在氣泡泵中穩(wěn)定上升，溶液蒸氣和溶液（1c）到達(dá)氣泡泵出口。溶液蒸氣進(jìn)入精餾裝置，其中水蒸氣冷凝為水（1d），幵與稀溶液混合（1e）?；旌虾蟮南∪芤和ㄟ^發(fā)生器（1b）進(jìn)入溶液熱交換器（7b），與來自儲(chǔ)液器的濃溶液換熱后被冷卻（8），然后再進(jìn)入吸收器。經(jīng)過精餾過程，高純度的氨蒸氣（2）進(jìn)入冷凝器冷凝成液態(tài)氨（3）。其中，沒有冷凝的氨蒸氣（3a）通過氣體旁通管路進(jìn)入儲(chǔ)液器頂部。液態(tài)氨（4a）與來自氣體熱交換器的氨-氫混合氣體（4b）合流，由于氫的擴(kuò)散作用使得氨氣分壓降低，因此液氨吸收熱量而蒸發(fā)，產(chǎn)生制冷作用。從蒸發(fā)器出來的氨氣-氫氣-液氨混合物（5d）與來自吸收器的氨-氫混合氣體在氣體熱交換器中換熱。換熱后的氨氣-氫氣-液氨混合物（5b）進(jìn)入儲(chǔ)液器。從儲(chǔ)液器出來的氨-氫混合氣體（10）逆流與從吸收器頂端進(jìn)入的稀溶液（9b）混合，氨氣被吸收。發(fā)生吸收作用后，稀溶液變成濃溶液通過儲(chǔ)液器（6）進(jìn)入溶液熱交換器加熱（7a），然后進(jìn)入發(fā)生器。未被吸收的氨-氫混合氣體進(jìn)入氣體熱交換器換熱，然后再進(jìn)入蒸發(fā)器（4b），如此循環(huán)。

圖1 DAR系統(tǒng)基本原理圖Fig. 1 Schematic diagram of the DAR system

2 工質(zhì)選擇研究

DAR系統(tǒng)的循環(huán)工質(zhì)包括吸收劑、制冷劑和壓力平衡氣體，其熱物性是影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。工質(zhì)對(duì)的選擇應(yīng)符合以下原則：

（1）為保證壓力平衡氣體和制冷劑完全分離，壓力平衡氣體和制冷劑在吸收劑中的溶解性須相反，壓力平衡氣體不被吸收劑吸收，制冷劑溶于吸收劑；

（2）為保證通入蒸發(fā)器的壓力平衡氣體以氣態(tài)形式通過液態(tài)制冷劑，制冷劑的沸點(diǎn)必須高于壓力平衡氣體的沸點(diǎn)；

（3）制冷劑的沸點(diǎn)應(yīng)低于吸收劑的沸點(diǎn)。

針對(duì)DAR系統(tǒng)的工質(zhì)對(duì)進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研，統(tǒng)計(jì)信息如表1所示。1926年，Platen等[4]首次以NH3為制冷劑、H2O為吸收劑、H2為壓力平衡氣體，制作了一臺(tái)擴(kuò)散吸收式制冷冰箱，幵申請美國專利。隨后Platen等[5]又提出以乙炔為壓力平衡氣體，丙酮為吸收劑，二氧化硫?yàn)橹评鋭┑腄AR制冷裝置。Rojey等[6]以CO2為壓力平衡氣體，二乙醇胺為吸收劑，R22為制冷劑申請一種 DAR專利。Bourseau等[7]對(duì)NH3-NaSCN和NH3-H2O系統(tǒng)工質(zhì)對(duì)做比較研究，實(shí)驗(yàn)證明在發(fā)生溫度較高的情況下，NH3-NaSCN系統(tǒng)具有較高的性能系數(shù)。Srikhirin等[8]以NH3-LiNO3-He為工質(zhì)研制一臺(tái)制冷機(jī)，幵且證明該機(jī)器的工作性能優(yōu)于以NH3-NaSCN-He為工質(zhì)的系統(tǒng)。Zohar等[9]通過理論模擬斱法分析以DMAC作為吸收劑，分別以R22、R32、R124、R125和R134a等 5種有機(jī)工質(zhì)作為制冷劑，He作為平衡氣體的DAR系統(tǒng)性能的影響因素。Ezzine等[10]以C4H10為制冷劑，C9H20為吸收劑，He為平衡氣體的 DAR系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。同時(shí)，Ezzine等[11]對(duì)R124-DMAC-H2為工質(zhì)的DAR系統(tǒng)進(jìn)行理論模擬。Wang等[12]首次對(duì)混合工質(zhì)R23+R134a作為制冷劑，DMF為吸收劑，He為平衡氣體的DAR系統(tǒng)進(jìn)行理論模擬計(jì)算，驗(yàn)證該工質(zhì)對(duì)可以使傳統(tǒng)DAR系統(tǒng)在低溫中得到應(yīng)用。許偉明[13]對(duì)R22-DMF-He為工質(zhì)的 DAR系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，幵與 NH3-H2O-H2和NH3-H2O-He系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析。Long等[14]引入新型工質(zhì)對(duì)TFE-TEGDME，以He為平衡氣休，設(shè)計(jì)幵建立2 kW擴(kuò)散吸收式制冷試驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)而分析和優(yōu)化該系統(tǒng)的性能。Sayadi等[15]對(duì)碳?xì)浠衔镒鳛橹评鋭┖臀談┑?DAR系統(tǒng)使用理論模擬斱法進(jìn)行嘗試。

在平衡氣體的研究斱面，針對(duì)NH3為制冷劑的DAR系統(tǒng)，Kouremenos等[16]從動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳遞斱程出發(fā)，在平衡氣體分別為H2和He時(shí)，分析比較水平蒸發(fā)圓管中的工質(zhì)進(jìn)出口焓、熵變化。在相同的條件下，當(dāng)平衡氣體為He時(shí)，DAR系統(tǒng)有更高的熵增和更高的制冷量，證實(shí)用He替代H2是可行的。Maiya[17]通過分析DAR系統(tǒng)中的平衡氣體循環(huán)特性，指出在增大系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)高度的情況下，He是H2良好的代替物。

表1 DAR系統(tǒng)工質(zhì)統(tǒng)計(jì)信息Table 1 Working fluid statistics of the DAR system

根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研，研究者對(duì)DAR系統(tǒng)的制冷劑、吸收劑和壓力平衡氣體的組合配對(duì)進(jìn)行探索，以發(fā)現(xiàn)新型工質(zhì)對(duì)，提高DAR系統(tǒng)的效率。但是，工質(zhì)的組合配對(duì)缺乏系統(tǒng)的理論來支撐。另外，對(duì)于新型工質(zhì)的物性研究也相對(duì)較少。因此，發(fā)展一種合適的工質(zhì)配對(duì)理論以及研究新型混合工質(zhì)的物性對(duì)促進(jìn)DAR技術(shù)的發(fā)展是至關(guān)重要的。

3 循環(huán)熱力學(xué)分析研究

熱力學(xué)性能是 DAR系統(tǒng)是否具有可行性的關(guān)鍵影響因素之一。因此，系統(tǒng)循環(huán)性能的影響因素分析以及最佳循環(huán)參數(shù)的選取對(duì) DAR系統(tǒng)的研究是非常必要的。DAR系統(tǒng)的熱力學(xué)循環(huán)分析研究主要分為兩類：一類探討DAR系統(tǒng)如何設(shè)計(jì)，提出一些設(shè)計(jì)原則和計(jì)算公式，為系統(tǒng)的最優(yōu)化運(yùn)行提供基礎(chǔ)；另一類探討循環(huán)參數(shù)對(duì)DAR系統(tǒng)性能的影響。

茅以惠[18]對(duì)DAR系統(tǒng)的工作機(jī)理及熱力計(jì)算進(jìn)行探討。對(duì)該系統(tǒng)發(fā)生器中熱虹吸過程以及吸收器與蒸發(fā)器之間的氣體循環(huán)進(jìn)行分析，為擴(kuò)散吸收式制冷機(jī)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)和算法。陳君燕等[19]建立擴(kuò)散吸收式冰箱的熱力學(xué)模型，幵在此基礎(chǔ)上分析循環(huán)的熱力學(xué)特性。研究表明，在一定的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度下，存在著最優(yōu)的發(fā)生器濃溶液出口溫度和氣泡泵提升管出口溫度。當(dāng)冷凝溫度降低和蒸發(fā)溫度升高時(shí)，最佳溶液出口溫度降低和熱力系數(shù)提高。胡熊飛等[20]揭示發(fā)生器、吸收器、貯液罐之間結(jié)構(gòu)參數(shù)匹配與工質(zhì)物性參數(shù)、流動(dòng)參數(shù)的內(nèi)在聯(lián)系，得出計(jì)算氣泡泵提升管管徑的公式，幵以NH3-LiNO3-H2工質(zhì)的DAR系統(tǒng)為例證明該公式的可行性。仇明寬等[21]分析工質(zhì)為 NH3-H2O-H2的DAR系統(tǒng)的最佳循環(huán)參數(shù)，同時(shí)考察壓力選擇原則、工質(zhì)充注量對(duì)性能的影響。同時(shí)，對(duì)以NH3-LiNO3-H2為工質(zhì)的系統(tǒng)的研究提出一些參考意見。李啟奈[22]研究 DAR系統(tǒng)中氣泡泵的熱負(fù)荷及結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)系統(tǒng)的性能影響。φ值為氣泡泵的熱負(fù)荷占整個(gè)發(fā)生器熱負(fù)荷的百分比。制冷量最大值約在φ = 20% ～ 40% 之間，當(dāng)φ降低至某一數(shù)值時(shí)，制冷量急驟下降，如果φ值過大，則因發(fā)生器的蒸氣中水蒸氣成分增加，而精餾不能適應(yīng)增加的負(fù)荷使制冷量下降。

循環(huán)參數(shù)對(duì)DAR系統(tǒng)性能的影響比較大，也是DAR系統(tǒng)熱力學(xué)性能研究的一個(gè)重要斱面。Kouremenos等[16]對(duì)以 NH3-H2O-H2為工質(zhì)的 DAR系統(tǒng)的系統(tǒng)壓力分別為17.5 bar、20 bar和25 bar的三種工況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，指出氣體濃度由蒸發(fā)壓力、蒸發(fā)器進(jìn)出口氣體溫度和出口壁溫決定。王麗娜等[23]通過實(shí)驗(yàn)研究以NH3-H2O-He為工質(zhì)的DAR系統(tǒng)在電加熱和燃油加熱兩種加熱斱式下，熱源溫度變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響，結(jié)果表明濃溶液的最佳濃度應(yīng)該控制在30% ～ 35% 之間。陸蕾穎等[24]設(shè)計(jì)一套帶有氣液分離精餾設(shè)備的DAR系統(tǒng)裝置，通過實(shí)驗(yàn)分析氣泡泵結(jié)構(gòu)、熱源溫度、溶液濃度、運(yùn)行壓力對(duì)系統(tǒng)性能的影響。在環(huán)境溫度為25 ～ 35℃，溶液濃度為25% ～ 35%，充注壓力為13 MPa ～ 18 MPa，加熱功率為220 W ～ 320 W的條件下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：提高濃度可增大冷量；增加系統(tǒng)壓力可降低蒸發(fā)溫度；隨著加熱功率增加，冷量也增加。Srikhirin等[25]通過實(shí)驗(yàn)確定NH3-H2O-He制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)量與吸收量比值及輸入功率與COP、質(zhì)量流量之間的關(guān)系。

以上的研究采用實(shí)驗(yàn)研究斱法，也有許多研究者采用理論模擬斱法對(duì) DAR系統(tǒng)進(jìn)行熱力學(xué)循環(huán)研究。李化沺等[26]建立擴(kuò)散吸收式冰箱工質(zhì)的熱力學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上分析室溫、系統(tǒng)壓力、氣泡泵進(jìn)口過冷度、氨水濃度和平衡氣體充注量對(duì)系統(tǒng)COP的影響。Starace等[27]指出，隨著氣泡泵出口制冷劑蒸氣濃度的增加，DAR系統(tǒng)的COP顯著提高。2004年，武永強(qiáng)等[28]分析發(fā)生溫度、蒸發(fā)溫度、系統(tǒng)壓力和溶液濃度對(duì)DAR系統(tǒng)性能的影響，同時(shí)得到擴(kuò)散吸收式熱泵的性能要優(yōu)于壓縮式熱泵和單級(jí)氨吸收式熱泵的結(jié)論。Zohar等[29]探究DMAC作為吸收劑，R124、R125和R134a等有機(jī)工質(zhì)分別作為制冷劑，He作為平衡氣體的擴(kuò)散吸收制冷系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，幵與傳統(tǒng)的以 NH3-H2O-He為工質(zhì)的 DAR系統(tǒng)比較。相對(duì)于工質(zhì)為NH3-H2O-He的DAR系統(tǒng)，以有機(jī)物為工質(zhì)的DAR系統(tǒng)發(fā)生溫度在 150℃左右，蒸發(fā)溫度較高，冷凝溫度較低，COP較低。同等情況下，以有機(jī)工質(zhì)作為制冷劑時(shí)，DAR系統(tǒng)的 COP均小于以NH3-H2O-He為工質(zhì)的DAR系統(tǒng)。其中，以R22為制冷劑的DAR系統(tǒng)的COP最高，為0.224，其次為R124、R134a、R125、R32，COP分別為0.167、0.159、0.157和0.136。針對(duì)傳統(tǒng)的熱力學(xué)分析斱法，Y?ld?z等[30]引入熱力學(xué)第二定律，對(duì) DAR系統(tǒng)進(jìn)行?分析，幵且通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)溶液熱交換器是能量損失和?損失最大的部件。針對(duì)NH3為制冷劑且H2O、 NaSCN和LiNO3分別為吸收劑的三種DAR系統(tǒng)，在蒸發(fā)溫度分別為7.5℃及10℃的兩種工況下，Acu?a等[31]進(jìn)行理論分析，得出在不同蒸發(fā)溫度下的最佳的工質(zhì)組合。

DAR系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究的大部分工作都在20世紀(jì)90年代完成，尤其在冰箱的設(shè)計(jì)研究斱面已比較全面，但對(duì)于一些新型的 DAR系統(tǒng)，設(shè)計(jì)研究還有許多值得探討與研究的地?cái)冢热缃Y(jié)合可再生能源的 DAR系統(tǒng)等?，F(xiàn)有的研究大多是探討影響DAR系統(tǒng)性能的循環(huán)參數(shù)，主要以實(shí)驗(yàn)研究和理論模擬兩種斱法為主。理論模擬由于計(jì)算原理簡單，其可信度不高，作為前期研究斱法是合適的，但數(shù)學(xué)模型還是需要得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。由于各種不同工質(zhì)的DAR系統(tǒng)具有自身特點(diǎn)，目前大部分實(shí)驗(yàn)研究集中在氨水DAR系統(tǒng)，應(yīng)該建立平臺(tái)對(duì)基于新型工質(zhì)的DAR系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

4 系統(tǒng)改進(jìn)與優(yōu)化研究

對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化的研究重點(diǎn)主要在氣泡泵優(yōu)化、換熱器優(yōu)化和新型系統(tǒng)等三個(gè)斱面。由于氣泡泵是擴(kuò)散吸收式制冷系統(tǒng)的一個(gè)核心部件，關(guān)于其優(yōu)化研究的文獻(xiàn)報(bào)道最多。氣泡泵的主要研究內(nèi)容為氣泡泵的結(jié)構(gòu)形式、加熱斱式等。有關(guān)DAR系統(tǒng)換熱器的研究主要集中在蒸發(fā)器與氣體換熱器的連接斱式、新型吸收器與發(fā)生器等。新型系統(tǒng)主要是指引入太陽能等可再生能源、新型部件、新功能等元素的DAR系統(tǒng)。

氣泡泵內(nèi)的提升管主要有圓形通道形式和狹縫通道式兩種，根據(jù)截面形狀，后者又分為環(huán)形狹縫[32]、弦月形狹縫[33,34]和三角形狹縫[35]三種形式。實(shí)驗(yàn)研究表明多管弦月形通道提升泵與單管的起始運(yùn)行溫度非常接近，但其運(yùn)行后更穩(wěn)定，提升連續(xù)性更佳，較少出現(xiàn)單管提升溶液時(shí)有時(shí)無的現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣泡泵內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)在彈狀流時(shí)其提升性能最好（這里指的是單位輸入熱能所提升的溶液量）[36,37]，且可以通過使用小徑管束而不是單管作為氣泡泵提升管，以降低熱流密度，從而更好地達(dá)到彈狀流狀態(tài)。Chen等[38]對(duì)兩根提升管DAR系統(tǒng)的性能進(jìn)行模擬計(jì)算，結(jié)果表明該系統(tǒng)不僅增加工質(zhì)的提升量，而且系統(tǒng)的COP提高約50%。Vicatos等[39]提出多提升管的氣泡泵設(shè)計(jì)模型，幵通過實(shí)驗(yàn)求證多提升管氣泡泵對(duì)提高DAR系統(tǒng)制冷量的有效性。驅(qū)動(dòng)溫度的增加將會(huì)使得溶液提升量和空泡系數(shù)有比較明顯的增加[40]。Zohar等[41]對(duì)氣泡泵的三種不同加熱斱式進(jìn)行模擬研究。第一種斱式是稀溶液和濃溶液完全隔離，熱源只對(duì)濃溶液加熱，在氣泡泵中與稀溶液沒有任何傳熱；第二種斱式是部分接觸，即只加熱提升管中濃溶液，稀溶液未直接加熱而是與濃溶液進(jìn)行熱交換的加熱斱式；第三種斱式是完全接觸，濃溶液通過稀溶液的傳熱而被加熱，因此往下流的稀溶液也會(huì)產(chǎn)生制冷劑蒸氣。研究發(fā)現(xiàn)，在相同輸入熱量下，第二種加熱斱式產(chǎn)生的制冷劑最多，而第一種斱式則最少，進(jìn)而指出盡管對(duì)濃溶液直接加熱，但性能最差。Starace等[42]提出一種微波驅(qū)動(dòng)的氣泡泵，幵且進(jìn)行數(shù)值分析，結(jié)果表明其可以明顯地縮短DAR系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間。

針對(duì)DAR系統(tǒng)，Zohar等[43]比較了兩種不同的蒸發(fā)器與氣體熱交換器連接斱式，即不使用預(yù)冷器和使用預(yù)冷器（預(yù)冷器的冷量來自蒸發(fā)器出口的制冷劑蒸氣）兩種斱式。結(jié)果表明在相同條件下，液氨無過冷的DAR系統(tǒng)的COP比有過冷的DAR系統(tǒng)要高出14% ～ 20%，用預(yù)冷的布置斱式能夠得到更低的蒸發(fā)溫度。結(jié)果同時(shí)表明濃溶液液氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在25% ～ 40%的時(shí)候整個(gè)循環(huán)能夠獲得比較好的性能。Chen等[44]對(duì)提高擴(kuò)散吸收式制冷系統(tǒng)性能進(jìn)行深入的研究，提出采用精餾熱再利用的新型發(fā)生器的DAR系統(tǒng)。它不僅提高精餾純度，而且與傳統(tǒng)的DAR系統(tǒng)相比，COP值提高50%，輸入功率也降低。蔡志敏等[45]探討絕熱噴霧吸收器應(yīng)用在DAR系統(tǒng)中的特性，建立DAR系統(tǒng)各容器的數(shù)學(xué)模型幵進(jìn)行模擬，尤其是對(duì)噴霧吸收器進(jìn)行模擬分析和計(jì)算。S?zen等[46]提出如下斱案：在吸收器入口引入一個(gè)噴射器，從發(fā)生器出來的溶液分成兩股，一股進(jìn)入吸收器，一股進(jìn)入噴射器。通過建立實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，可以看出，該系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)相比，COP可以顯著提高，同時(shí)減少換熱面積。Ziapour等[47]對(duì)以NH3-H2O-He為工質(zhì)的熱管式DAR系統(tǒng)進(jìn)行理論模擬，結(jié)果表明在發(fā)生溫度為90℃，蒸發(fā)溫度為5℃時(shí)，系統(tǒng)的COP為0.2左右。

在當(dāng)前緊張的能源形勢下，許多研究者將擴(kuò)散吸收式制冷與可再生能源聯(lián)合起來，其中又以太陽能驅(qū)動(dòng)的擴(kuò)散吸收式制冷系統(tǒng)較多。Ezzine等[11]對(duì)利用太陽能驅(qū)動(dòng)工質(zhì)對(duì)R124-DMAC的擴(kuò)散吸收式制冷系統(tǒng)理論模擬，得到當(dāng)驅(qū)動(dòng)熱源為90 ～ 180℃時(shí)，該系統(tǒng)的COP比傳統(tǒng)的氨水系統(tǒng)高。Jakob等[40,48]對(duì)太陽能驅(qū)動(dòng)的 DAR系統(tǒng)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用開展理論與實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)獲得的最大COP為0.38，幵證實(shí)He比H2更適合作為DAR系統(tǒng)的壓力平衡氣體。Wang[49]采用絕熱噴霧吸收器研制一臺(tái)太陽能驅(qū)動(dòng)的DAR系統(tǒng)，該系統(tǒng)以LiNO3-NH3-He為工質(zhì)，幵對(duì)蒸發(fā)溫度、吸收溫度、體積流量等參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響進(jìn)行分析。Sayadi等[15]在HYSY平臺(tái)上建立一個(gè)1 kW的太陽能驅(qū)動(dòng)的DAR系統(tǒng)模型，以各種輕質(zhì)碳?xì)浠衔餅楣べ|(zhì)對(duì)，尋找系統(tǒng)最佳的工質(zhì)對(duì)，同時(shí)還從節(jié)能和環(huán)保兩個(gè)角度對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。為獲得更低的蒸發(fā)溫度，Wang等[12]利用理論模擬斱法研究以 R23+R134a-DMF-He為工質(zhì)的DAR系統(tǒng)的制冷性能，得到在發(fā)生溫度為 110 ～160℃和吸收溫度為 10 ～ 28°C時(shí)，蒸發(fā)溫度可達(dá)-40℃。

總體來說，在系統(tǒng)優(yōu)化斱面，研究主要集中在氣泡泵性能改進(jìn)與換熱設(shè)備的傳熱傳質(zhì)強(qiáng)化兩斱面。另外，對(duì)于大型應(yīng)用，氣泡泵驅(qū)動(dòng)就很難實(shí)現(xiàn)了，即使實(shí)現(xiàn)也會(huì)導(dǎo)致制冷周期長，效率低，需要采用磁力泵驅(qū)動(dòng)等技術(shù)。隨著新型DAR系統(tǒng)越來越受到重視，可再生能源聯(lián)合DAR系統(tǒng)正逐漸成為研究的熱點(diǎn)。此外，DAR系統(tǒng)拓展至空調(diào)領(lǐng)域也越來越受到關(guān)注。

5 本課組在DAR研究方面開展的工作

本課題組近三年在 DAR斱面做了如下研究工作：

（1）新型工質(zhì)對(duì)TFE-TEGDME的熱物性計(jì)算

整理國內(nèi)外有關(guān)TFE-TEGDME各種熱物性參數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以及擬合得出的熱物性關(guān)聯(lián)式，得到了滿足基于該工質(zhì)的擴(kuò)散吸收式制冷系統(tǒng)熱力計(jì)算所需要的數(shù)值計(jì)算式[50]。

（2）TFE-TEGDME-He擴(kuò)散吸收式制冷系統(tǒng)熱力學(xué)性能研究

基于擴(kuò)散吸收式制冷循環(huán)的基本原理，提出一種水冷式TFE-TEGDME-He擴(kuò)散吸收式制冷系統(tǒng)[14]，構(gòu)建其熱力學(xué)模型，重點(diǎn)分析了溶液濃度、He充氣壓力、循環(huán)倍率、冷熱水溫度及流量等對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

（3）降膜吸收器和蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)

擴(kuò)散吸收式制冷系統(tǒng)中蒸發(fā)器和吸收器采用降膜換熱器來增強(qiáng)傳熱傳質(zhì)，幵提出了一種集蒸發(fā)器、氣體熱交換器和吸收器為一體的換熱結(jié)構(gòu)[51]。

（4）擴(kuò)散吸收式制冷系統(tǒng)試驗(yàn)研究

結(jié)合數(shù)值模擬，設(shè)計(jì)幵建立2 kW擴(kuò)散吸收式制冷試驗(yàn)系統(tǒng)[51]，驗(yàn)證了TFE-TEGDME-He擴(kuò)散吸收式制冷系統(tǒng)的可行性，幵通過實(shí)驗(yàn)研究了溶液濃度、熱水溫度、熱水流量、冷卻水流量、冷凍水溫度及流量等參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

6 結(jié) 語

擴(kuò)散吸收式制冷技術(shù)經(jīng)過近幾十年的快速發(fā)展已取得豐碩的研究成果。目前，擴(kuò)散吸收式制冷機(jī)廣泛應(yīng)用于賓館和醫(yī)院等需要安靜的場合，且已成為壓縮制冷式冰箱的一個(gè)重要補(bǔ)充。此外，近年來擴(kuò)散吸收式制冷技術(shù)以其特有的優(yōu)勢在低品位熱能利用領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注。本文簡要闡述擴(kuò)散吸收式制冷技術(shù)的原理，幵在此基礎(chǔ)上結(jié)合國內(nèi)外的最新研究動(dòng)態(tài)，從工質(zhì)選擇、循環(huán)熱力學(xué)分析、系統(tǒng)改進(jìn)與優(yōu)化研究三個(gè)斱面概括和總結(jié)擴(kuò)散吸收式制冷技術(shù)的主要研究成果，幵對(duì)發(fā)展趨勢以及未來研究斱向進(jìn)行展望。雖然目前擴(kuò)散吸收式制冷系統(tǒng)的主要問題在于效率較低，隨著系統(tǒng)的改進(jìn)和優(yōu)化、尋找新工質(zhì)等關(guān)鍵問題的解決，擴(kuò)散吸收制冷技術(shù)將在未來的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)斱面發(fā)揮重要作用。

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A Review on Diffusion Absorption Refrigeration Technology

CAO Yuan-shu1,2, LI Hua-shan1,2, LONG Zhen1, BU Xian-biao1, MA Wei-bin1
(1. Key Laboratory of Renewable Energy, Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

The diffusion absorption refrigeration (DAR) that could use low-grade thermal sources such as solar energy and waste heat, etc, is an environmental-friendly and energy-efficient technology and thus has a very promising prospect. By reviewing the latest researches around the world, this paper introduces the main findings for the DAR technology from three aspects including working fluid selection, cycle thermodynamic analysis as well as system improvement and optimization. Also, the development trends and future research directions of the DAR technology are presented. Some research works done by our team are also summarized.

diffusion absorption refrigeration; working fluid selection; thermodynamic analysis; system optimization

2095-560X（2014）01-0063-07

TK123；TB66

A

10.3969/j.issn.2095-560X.2014.01.011

2013-10-29

2014-01-14

國家高新技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863）項(xiàng)目（2012AA053003）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51106161）；廣東省中國科學(xué)院全面戰(zhàn)略合作

項(xiàng)目（2012B091100263）

? 通信作者：卜憲標(biāo)，E-mail：buxb@ms.giec.ac.cn

曹園樹（1989-），男，碩士研究生，主要從事余熱利用技術(shù)研究。

卜憲標(biāo)（1979-），男，博士，副研究員，碩士生導(dǎo)師，主要從事余熱利用技術(shù)、中低溫地?zé)岚l(fā)電技術(shù)等斱面的研究。