[发明专利]一种适用于吸收式制冷及热泵系统的亲水性离子液体/水循环工质对

说明书

技术领域

本发明涉及一种传热、热交换的材料，具体为一种适用于吸收式制冷及热泵系统的循环工质对。

背景技术

吸收式制冷及热泵系统是利用溶液能在一定条件下析出低沸点组分的蒸汽，在另一条件下又能吸收低沸点组分这一特性完成制冷循环及实现热量从低温热源向高温热源泵送的循环。目前，常用及所提及的吸收式制冷及热泵系统多用二元溶液，习惯上称低沸点组分为制冷剂，高沸点组分为吸收剂。

自吸收式制冷机问世，发展至今日，目前最为常用的吸收式制冷系统为溴化锂吸收式制冷系统和氨水吸收式制冷系统。但是，溴化锂水溶液对一般金属（碳钢、紫铜等）有强腐蚀性，有空气（氧气）存在时腐蚀性更为严重，所以溴化锂吸收式制冷系统需要严格保持系统内的真空度，并需要在溶液中加缓蚀剂减缓腐蚀。同时，溴化锂溶液存在结晶线的限制，限制了溴化锂吸收式制冷系统的放气范围，同时限制了溴化锂吸收式制冷系统的COP值。氨水吸收式制冷系统，具有强毒性，并且系统设备多，体积大，钢材消耗量大，制冷循环的COP值较低，使其应用并不广泛。

提高热源温度可以改善吸收式制冷及热泵的热力系数，但是由于溶液结晶条件的限制，单效吸收式制冷及热泵的热源温度存在极限。为了有效改善热力系数，提高热源温度，只能采用多级发生的循环，目前普遍研究的为双效和三效系统。双效吸收式制冷系统设有高、低压两级发生器，高、低温两级溶液热交换器。三效吸收式制冷系统与双效系统相比，又增多了一个发生器及相应的溶液热交换器。然而现有技术纯熟的溴化锂吸收式制冷系统和氨水系统由于其固有的缺陷，在采用多级发生的循环方式依旧无法避免，无法在热力系数的提高上取到质的飞跃。

人们开始致力于循环工质的研究，以期望突破传统循环工质的固有缺陷。人们对水-溴化锂+其它金属盐等三元工质、氨-水-溴化锂三元吸收制冷工质、氨-硝酸锂工质对等多种新型吸收制冷工质进行了研究，期望用它们来优化或代替现有的水/溴化锂和氨/水主流吸收工质对。然而常规的以金属盐为吸收剂的吸收式系统，由于溶液对金属材料的强腐蚀性，特别是高温条件下，其腐蚀性成为难以逾越的障碍，且金属盐溶液易结晶，也大大的限制了循环的放气范围，这使得高效、大适用范围的热泵和制冷系统难以实现。

离子液体，也称室温离子液体、室温熔盐、室温有机盐，是一类完全由离子组成的有机液体，一般由含氮、磷的有机阳离子和无机阴离子组成。这种可设计的功能流体的开发和应用是当前的一个极新的研究领域。1996年， Gratzel等发表了有关含-CF3和其它氟代烃离子液体的合成与性能的研究。这类离子液体对水稳定，不发生水解反应，同时也具有低黏度、高电导率、高热稳定性等优良性能。此后，由不同有机阳离子和无机阴离子构成的大量离子液体得以广泛研究。随着绿色化学的提出，在全世界范围内形成了离子液体的研究热潮。北大西洋公约组织（NATO）于2000年召开有关离子液体的会议；欧盟也制订了离子液体的研究项目；在国内，离子液体也推动着绿色化学的进展。高稳定水溶性离子液体能与水完全互溶，具有不挥发（蒸汽压几乎为零），不易燃，无色，无臭，毒性小，有较好的化学稳定性及较宽的电化学稳定电位窗口等优良性能，且对水有良好的相溶性，不会结晶，也不会发生水解，因此有可能作为一种良好的、清洁环保的循环介质。

人们积极研究将离子液体应用于吸收式制冷及热泵系统，2006年12月，Mark Brandon Shiflett和Akimichi Yokozeki在专利US20070144186A1中使用离子液体/水作为循环工质对；2005年5月，Andreas Boesmann、Thomas J.S. Schubert在专利US20080028779A1中使用离子液体/一种工质作为循环工质对，主要强调离子液体作为新工质应用于吸收式热泵、吸收式制冷机及第二类吸收式热泵；2006年5月，Carsten Jork、Matthias Seiler、Bernd Weyerhausen在专利US20100095703A1中将离子液体作为吸收剂，制冷剂扩展到水、甲醇、氨和三氟乙醇；2010年4月，Drik GERHARD、Laszlo SZARVAS、Steffen OEHLENSCHLAEGER、Aurelie ALEMANY在专利US20100269528A1中使用离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐/甲醇作为循环工质对；2010年12月，Konstantinos Kontomaris、Nandini C. Mouli、Mark Brandon Shiflett在专利US20110088418A1中使用离子液体/氟烯烃作为循环工质对。

发明内容