[发明专利]一种化学吸收式制冷工质对

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学吸收式制冷工质对。

背景技术

热化学吸附式(或吸收式)制冷机是一项能够有效利用低品位热能的节能环保技术，它可以通过消耗低品位热能获得人们所需的制冷量，也可以作为热泵使用，通过消耗少量品位相对较高的热能获得数量较多但品位相对较低的热能。

现有的热化学吸附式制冷机，以金属氯化物(MCl_n)-氨为工作介质对的固态吸附式制冷机为最典型，其中最具代表性的是CaCl₂-NH₃系统。然而，这类固态化学吸附式制冷工质对的致命缺点主要有两点：

1)传热性能极差。MCl_n的导热系数很低(例如，氯化钙的导热系数仅为0.1～0.3Wm^-1K^-1)而且其颗粒堆积与吸附床壁面只是点接触，导致整个吸附床的传热能力很差。

2)易膨胀和结块。多次吸附和解吸后会出现膨胀和结块现象，使得气体传质恶化，吸附与解吸能力逐渐下降，甚至失效。

很多研究者从强化吸附床传热传质的角度做了大量工作。有的在CaCl₂吸附剂中加入了一定比例的CaSO₄，有的采用粘结剂将CaCl₂粘结成硬颗粒，还有的采用金属颗粒、活性炭或者硅胶与氯化钙组成复合吸附剂来控制氯化物的膨胀和结块，并提高传热性能。然而，上述各种方法并没有从根本上突破氯化物吸附床传热传质困难的瓶颈问题。

如果金属氯化物吸附剂在吸附/解吸过程中始终保持液态，情况将大不一样，传热传质问题和膨胀结块问题皆可迎刃而解。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液态化学吸收式热泵工质对，以解决氯化钙-氨等固态金属氯化物吸附式制冷机存在的吸附床传热传质困难、易结块膨胀等问题。

为实现上述目的，本发明提供的化学吸收式制冷工质对，以液氨作制冷剂，含MCl_n成份的咪唑型离子液体作化学吸收剂而组成。

其中，含金属氯化物成份的咪唑型离子液体为五氯化二锌-1-甲基-3-烷基咪唑，表达式为[C_nMIm]Zn₂Cl₅，n＝2-8。

与传统有机溶剂和电解质水溶液相比，本发明的突出优点是：

a.液态范围宽，从低于或接近室温到300℃以上，有高的热稳定性和化学稳定性；

b.蒸汽压非常小，不挥发，与挥发性溶质相溶易于实现分离和纯化；

c.不燃不爆，无腐蚀，低毒，是环境友好的绿色溶剂。

具体实施方式

本发明提供的化学吸收式制冷工质对，是由NH₃与含MCl_n成份的咪唑型离子液体组合而成的，具体的说是NH₃与[C_nMIm]Zn₂Cl₅(五氯化二锌-1-甲基-3-烷基咪唑)组成的化学吸收式热泵工质对。

[C_nMIm]Zn₂Cl₅是对水和空气均稳定的含金属氯化物的离子液体{魏颖，张庆国.锌基离子液体BMIZn₂Cl₅的性质研究.化学学报.2008，66(16)：1879-1883}。这里所述的离子液体是特指在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质。

ZnCl₂-NH₃也是一对常用的化学吸附式制冷工质对，因为1摩尔Zn²⁺最多可与6摩尔的NH₃发生络合反应。Zn²⁺在水溶液也能与NH₃发生络合反应，在离子液体中当然也如此。不同的是，如果采用水溶液做氨吸收剂，当溶液再生时，气相里既含有氨气，也含有水蒸汽，二者分离需要精馏装置，系统与NH₃-H₂O吸收式制冷系统没有太大的区别。而采用含Zn²⁺的离子液体做氨的化学吸收剂，气相几乎只含有氨气，吸收剂与制冷剂很容易通过输入热量实现分离。

本发明所述制冷工质对中的吸收剂在工作状态下为液态。离子液体的导热系数与水处于同一个数量级，是很好的导热介质。而且，吸收/解吸过程中主要的换热形式为液液对流换热，传热性能比传统的固态金属氯化物吸附床高几个数量级。