專利名稱：一種化學(xué)吸收式制冷工質(zhì)對的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)吸收式制冷工質(zhì)對。
背景技術(shù)：
熱化學(xué)吸附式(或吸收式)制冷機(jī)是一項能夠有效利用低品位熱能的節(jié)能環(huán)保技術(shù)，它可以通過消耗低品位熱能獲得人們所需的制冷量，也可以作為熱泵使用，通過消耗少量品位相對較高的熱能獲得數(shù)量較多但品位相對較低的熱能?，F(xiàn)有的熱化學(xué)吸附式制冷機(jī)，以金屬氯化物(MCln)-氨為工作介質(zhì)對的固態(tài)吸附式制冷機(jī)為最典型，其中最具代表性的是CaCl2-NH3系統(tǒng)。然而，這類固態(tài)化學(xué)吸附式制冷工質(zhì)對的致命缺點主要有兩點I)傳熱性能極差。導(dǎo)熱系數(shù)很低(例如，氯化鈣的導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.1 0. Sffm-1K-1)而且其顆粒堆積與吸附床壁面只是點接觸，導(dǎo)致整個吸附床的傳熱能力很差。2)易膨脹和結(jié)塊。多次吸附和解吸后會出現(xiàn)膨脹和結(jié)塊現(xiàn)象，使得氣體傳質(zhì)惡化，吸附與解吸能力逐漸下降，甚至失效。很多研究者從強(qiáng)化吸附床傳熱傳質(zhì)的角度做了大量工作。有的在CaCl2吸附劑中加入了一定比例的CaSO4，有的采用粘結(jié)劑將CaCl2粘結(jié)成硬顆粒，還有的采用金屬顆粒、活性炭或者硅膠與氯化鈣組成復(fù)合吸附劑來控制氯化物的膨脹和結(jié)塊，并提高傳熱性能。然而，上述各種方法并沒有從根本上突破氯化物吸附床傳熱傳質(zhì)困難的瓶頸問題。如果金屬氯化物吸附劑在吸附/解吸過程中始終保持液態(tài)，情況將大不一樣，傳熱傳質(zhì)問題和膨脹結(jié)塊問題皆可迎刃而解。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種液態(tài)化學(xué)吸收式熱泵工質(zhì)對，以解決氯化鈣-氨等固態(tài)金屬氯化物吸附式制冷機(jī)存在的吸附床傳熱傳質(zhì)困難、易結(jié)塊膨脹等問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的化學(xué)吸收式制冷工質(zhì)對，以液氨作制冷劑，含MCln成份的咪唑型離子液體作化學(xué)吸收劑而組成。其中，含金屬氯化物成份的咪唑型離子液體為五氯化二鋅-I-甲基-3-烷基咪唑，表達(dá)式為[CnMIm] Zn2Cl5, n = 2-8。與傳統(tǒng)有機(jī)溶劑和電解質(zhì)水溶液相比，本發(fā)明的突出優(yōu)點是a.液態(tài)范圍寬，從低于或接近室溫到300°C以上，有高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性；b.蒸汽壓非常小，不揮發(fā)，與揮發(fā)性溶質(zhì)相溶易于實現(xiàn)分離和純化；c.不燃不爆，無腐蝕，低毒，是環(huán)境友好的綠色溶劑。
具體實施例方式本發(fā)明提供的化學(xué)吸收式制冷工質(zhì)對，是由NH3與含MCln成份的咪唑型離子液體組合而成的，具體的說是NH3與[CnMIm] Zn2Cl5 (五氯化二鋅-I-甲基_3_烷基咪唑)組成的化學(xué)吸收式熱泵工質(zhì)對。[CnMInJZn2Cl5是對水和空氣均穩(wěn)定的含金屬氯化物的離子液體{魏穎，張慶國.鋅基離子液體BMIZn2Cl5的性質(zhì)研究.化學(xué)學(xué)報.2008,66(16) :1879-1883}。這里所述的離子液體是特指在室溫或室溫附近溫度下呈液態(tài)的由離子構(gòu)成的物質(zhì)。ZnCl2-NH3也是一對常用的化學(xué)吸附式制冷工質(zhì)對，因為I摩爾Zn2+最多可與6摩爾的NH3發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)。Zn2+在水溶液也能與NH3發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，在離子液體中當(dāng)然也如此。不同的是，如果采用水溶液做氨吸收劑，當(dāng)溶液再生時，氣相里既含有氨氣，也含有水蒸汽，二者分離需要精餾裝置，系統(tǒng)與NH3-H2O吸收式制冷系統(tǒng)沒有太大的區(qū)別。而采用含Zn2+的離子液體做氨的化學(xué)吸收劑，氣相幾乎只含有氨氣，吸收劑與制冷劑很容易通過輸入熱量實現(xiàn)分離。
本發(fā)明所述制冷工質(zhì)對中的吸收劑在工作狀態(tài)下為液態(tài)。離子液體的導(dǎo)熱系數(shù)與水處于同一個數(shù)量級，是很好的導(dǎo)熱介質(zhì)。而且，吸收/解吸過程中主要的換熱形式為液液對流換熱，傳熱性能比傳統(tǒng)的固態(tài)金屬氯化物吸附床高幾個數(shù)量級。另外，離子液體在工作溫度下的飽和蒸氣壓可以忽略不計，因而可以方便地實現(xiàn)制冷劑與吸收劑的分離。所述吸收劑對制冷劑的吸收作用既包括物理作用(溶解)也包括化學(xué)吸收作用，后者是主要的，因為吸收劑中的Zn2+離子可以與氨反應(yīng)生成[Zn(NH3)6]2+,因此，本發(fā)明所述吸收式制冷工質(zhì)對與通常所說的溴化鋰溶液-水這類工質(zhì)對有所不同。下面通過具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但是本發(fā)明的范圍并不只限于實施例所覆蓋的范圍。本發(fā)明的化學(xué)吸收式制冷工質(zhì)對，可以參照溴化鋰溶液-水吸收式制冷工質(zhì)對的形式在實際應(yīng)用中構(gòu)成單效吸收式制冷循環(huán)或雙效吸收式制冷循環(huán)。以單效吸收式制冷循環(huán)為例，其機(jī)械系統(tǒng)包括蒸發(fā)器、吸收器、發(fā)生器和冷凝器等4個主要組件，制冷工質(zhì)對的工作流程如下一、制冷劑蒸發(fā)，在蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)行，過程需要在高于蒸發(fā)溫度的條件下發(fā)生，從環(huán)境吸收熱量，從而產(chǎn)生制冷效果。具體到本發(fā)明所述工質(zhì)對，設(shè)蒸發(fā)溫度為(TC，對應(yīng)液氨的飽和蒸氣壓為430kPa，可向環(huán)境輸出約5°C的冷水。二、制冷劑蒸氣吸收，在吸收器內(nèi)進(jìn)行。因為吸收器與蒸發(fā)器的氣相是連通的，所以該過程與制冷劑蒸發(fā)同步發(fā)生。過程中，需要向環(huán)境放熱以維持吸收劑溶液溫度不高于吸收溫度，在吸收劑對于制冷劑的化學(xué)吸收反應(yīng)未達(dá)到吸收溫度下的化學(xué)平衡點之前，過程可持續(xù)發(fā)生，此時吸收器內(nèi)的氣相蒸氣壓低于蒸發(fā)器內(nèi)的氣相蒸氣壓。具體到本發(fā)明所述工質(zhì)對，吸收溫度可高達(dá)110°C，對應(yīng)化學(xué)吸收反應(yīng)平衡壓力約為400kPa，反應(yīng)平衡時，每摩爾Zn2+可吸收4摩爾NH3([Zn(NH3)2]2+— [Zn(NH3)6]2+)。同時，吸收過程可向環(huán)境輸出70 100°C的熱水或0. IMPa的蒸汽。三、吸收劑再生，在發(fā)生器內(nèi)進(jìn)行。將吸收器內(nèi)已接近飽和吸收狀態(tài)的吸收劑通過泵輸送到再生器，從環(huán)境輸入高于再生溫度的熱量，破壞吸收劑與制冷劑之間的化學(xué)反應(yīng)平衡，將制冷劑蒸發(fā)出來，使吸收劑回復(fù)到原來的狀態(tài)，然后將其送回到吸收器。具體到本發(fā)明所述工質(zhì)對，發(fā)生溫度需高于140°C，對應(yīng)的氨蒸氣壓為1300kPa，意味著從環(huán)境輸入的熱源溫度大約在150°C以上，此時吸收劑發(fā)生的化學(xué)變化為[Zn (NH3) 6]2+— [Zn(NH3)2]2+,輸入更高品位的熱源，反應(yīng)可繼續(xù)進(jìn)行直至絡(luò)合氨全部脫除。四、高壓制冷劑蒸氣冷凝，在冷凝器內(nèi)進(jìn)行。從發(fā)生器內(nèi)蒸發(fā)出的制冷劑蒸氣，通過管道流入冷凝器，在冷凝溫度下冷凝為液態(tài)，然后通過節(jié)流裝置回到蒸發(fā)器，從而構(gòu)成制冷循環(huán)。冷凝溫度一般為環(huán)境溫度，冷凝過程需要向環(huán)境散熱。具體到本發(fā)明所述工質(zhì)對，冷凝溫度設(shè)為30°C，對應(yīng)的氨飽和蒸氣壓為1166kPa，低于發(fā)生器內(nèi)氨氣壓力，因而可以發(fā)生冷凝。
上述過程是單效吸收式制冷循環(huán)，利用本發(fā)明所述制冷工質(zhì)對，還可以構(gòu)成雙效吸收式制冷循環(huán)、多效吸收式制冷循環(huán)和吸收式熱泵循環(huán)，也可以與其他吸收式制冷工質(zhì)對構(gòu)成復(fù)合制冷循環(huán)。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)吸收式制冷工質(zhì)對，是以液氨為制冷劑，含金屬氯化物成份的咪唑型離子液體為化學(xué)吸收劑組成，其中離子液體的陽離子由含有烷基取代基的甲基咪唑陽離子構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的化學(xué)吸收式制冷工質(zhì)對，其中，烷基取代基為一種或兩種以上不同的烷基取代基。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述化學(xué)吸收式制冷工質(zhì)對，其中，含金屬氯化物成份的咪唑型離子液體為五氯化二鋅-I-甲基-3-烷基咪唑，表達(dá)式為[CnMIm] Zn2Cl5, n = 2_8。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述化學(xué)吸收式制冷工質(zhì)對，其中，陽離子二烷基咪唑離子I位置的取代基是直鏈或帶有支鏈的取代基。
全文摘要
一種化學(xué)吸收式制冷工質(zhì)對，采用液氨作制冷劑，含氯化鋅的離子液體五氯化二鋅-1-甲基-3-烷基咪唑([CnMIm]Zn2Cl5)作吸收劑組成。本發(fā)明的液態(tài)化學(xué)吸收式制冷工質(zhì)對，因為吸收劑在工作狀態(tài)下始終保持液態(tài)，而且受熱不會揮發(fā)，所以保留了傳統(tǒng)金屬氯化物-氨制冷工質(zhì)對的優(yōu)點，解決了以往氯化鈣-氨等固態(tài)金屬氯化物吸附式制冷機(jī)存在的吸附床傳熱傳質(zhì)困難、易結(jié)塊膨脹等問題。本發(fā)明可用于制冷機(jī)械或熱泵的工業(yè)生產(chǎn)中。
文檔編號C09K5/04GK102719224SQ201110079648
公開日2012年10月10日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者成克用, 桂小紅, 梁世強(qiáng), 陳偉 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所