一种化学吸收制冷循环用复配工质对和应用方法

摘要

本发明涉及低温余热回收利用领域，更具体地，公开了一种化学吸收制冷循环用复配工质对和应用方法，所述复配工质对由制冷剂水、吸附剂及苯甲酸钠组成，吸附剂为溴化锂和离子液体混合物。所述应用方法是利用制冷循环系统，包括蒸发器、吸收器、发生器、冷凝器及热交换器，制冷剂水依发生器→冷凝器→蒸发器→吸收器→发生器顺序循环，实现能量的回收转移和再利用。本发明本着“能源利用效率最大化”原则，通过合理设计，可有效提高实际过程能源利用效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学吸收制冷循环用复配工质对和应用方法，还特别涉及低温热能资源化利用方法，应用于循环吸收热能利用技术领域。

背景技术

化学吸收循环技术是低温热能再利用的主流技术之一，该过程构成主要包括制冷工质的蒸发（发生器）、冷凝（冷凝器）、汽化（蒸发器）、吸收（吸收器）和不同浓度工质对热交换等，过程的热力利用效率（COP）主要取决于工质对的物理化学特性和循环方式，而前者(理化特性包括相平衡、密度、黏度、热焓、比热容、表面张力、稳定性等等)直接决定化学吸收式循环过程运行可操作温度、压力、浓度范围及低温热能温度要求等等。

目前，化学吸收式循环装置中常使用的工质对主要有水/溴化锂和氨/水两种类型，对这两种工质对的研究已非常深入。但是，以水/溴化锂和氨/水为工质对的化学吸收式循环技术存在着一些固有的缺陷。如：前者以水作为制冷剂，不能制取0℃以下的冷源，且腐蚀性强、易结晶等；后者则以氨为制冷剂，热效率较低，有毒性与爆炸性，且需配备精馏分离设备。为克服上述传统化学吸收循环中的技术问题，新型绿色离子液体材料已被作为吸附介质用于该循环系统，如由包括吡啶、嘧啶、咪唑、吡唑等阳离子与卤素、硫氰根、各种有机酸根等阴离子构成的离子液体用于化学吸收循环，其中制冷剂包括水、甲醇、乙醇等（CN101360802A）。专利CN102443378A公开了“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”，其中使用了咪唑类阳离子与醋酸根、卤素离子或四氟硼酸根阴离子构成的离子液体吸收剂；专利CN103189466A公开的吸收式热泵工作介质中吸收剂为离子液体与一元脂肪醇混合物，制冷剂采用水、低碳烃醇或两者混合物；专利CN102212343A则公开了一种离子液体与溴化锂水溶液混合的吸收式循环工质，其中离子液体也采用了咪唑类阳离子，而阴离子为卤素、四氟硼酸根、醋酸根或硝酸根阴离子。当采用水/离子液体工质对时，其COP与水/溴化锂系统相当，但含离子液体的工质对具有更宽操作范围和可使用更低温度的热能驱动（制冷学报，2013，34(3)：24-30）。我们在研究中，发现有离子液体对溴化锂/水工质对的热力学性质有特殊的促进作用，并可克服传统化学吸收循环技术中工质对至少一种的缺陷。

发明内容

为了解决上述传统化学吸收循环中的技术问题，本发明的目的在于至少克服上述现有技术中的一种缺陷，提供一种化学吸收制冷循环用复配工质对和应用方法，实现低温位热能的高效利用。

为达到上述技术发明目的，本发明采用下述技术方案：

一种化学吸收制冷循环用复配工质对和应用方法，所述复配工质对为水、溴化锂、离子液体和苯甲酸钠混合物，更具体的，其中离子液体由1-丙烯基-3-甲基咪唑、1-丙烯基-2,3-二甲基咪唑及1-丙烯基-1-甲基吡咯阳离子与L-脯氨酸阴离子构成，工质对中可以同时采用一种或多种离子液体。

一种化学吸收制冷循环用复配工质对和应用方法，所述应用方法是借助化学吸收循环系统，包括蒸发器、吸收器、发生器、冷凝器及热交换器，实现低温位热能的高效利用。

一种化学吸收制冷循环用复配工质对和应用方法，所述应用方法具体为，复配工质对在发生器中吸收外界热源的热能，在一定条件下使部分制冷剂水蒸发为水蒸气；在相同的压力条件下，水蒸气进入冷凝器，并由外界冷却介质冷凝为饱和液态水；饱和液态水，通过节流阀减压，在蒸发器中吸收被冷却的介质能量并变为蒸汽，被冷却的介质被作为冷源应用；蒸发后的水蒸汽进入吸收器，被从发生器来的浓溶液吸收，并在吸收器中形成新的稀溶液；稀溶液由泵送至热交换器，与来自发生器的浓溶液换热后进入发生器，从而形成完整的化学吸收制冷循环。

上述复配工质对中吸附剂为溴化锂、离子液体和苯甲酸钠混合物，制冷剂为水。

上述复配工质对中，制冷剂水在工质对中的质量含量为20%~80%。

上述复配工质对中，离子液体为其中的一种或几种，离子液体在工质对中的总质量含量为5%~60%。

上述复配工质对中，苯甲酸钠在工质对中质量含量为0.01%~0.08%。

上述化学吸收循环系统的发生器所使用的外部热源温度为65~140℃。

上述化学吸收循环系统的蒸发器工作温度为5~10℃。

上述化学吸收循环系统的蒸发器向外界输送的冷源温度为8~20℃低温水。

本发明与现有技术相比较，显而易见的实质性特点和显著优点是，提供一种化学吸收制冷循环用复配工质对和应用方法，至少克服传统工质对一种及以上缺陷，拓展了溴化锂工质对的液程范围，更有利于能源资源利用效率的有效提升。

附图说明

图1是一种化学吸收制冷循环系统原理图。

具体实施方式

本发明的优选实施例详述如下：

实施例1：

本实施例中，参见图1，一种化学吸收制冷循环用复配工质对和应用方法，首先按照一定比例获得复配工质对，其中制冷剂水在工质对中的初始质量含量为70%（稀溶液），离子液体1-丙烯基-3-甲基咪唑L-脯氨酸盐在工质对中的质量含量为8%，苯甲酸钠在工质对中的质量含量为0.02%，其余为溴化锂。

一种化学吸收制冷循环用复配工质对和应用方法，其复配工质对的腐蚀性能借助减量法测定型号为304不锈钢浸泡在工质对溶液中72小时后的腐蚀情况。用于实验的304不锈钢的具体化学组成和大小（质量分数%）为：Cr为17.6%，Ni为 8.0%，Mn为1.4%、Si为0.4%、C为 0.05%、P为 0.02%、S为 0.005%，其余为 Fe。

样品尺寸： 10 mm×10 mm×2mm。

并依据下式公式计算溶液对金属的腐蚀速率：

式中v为腐蚀速率（mm/a）；m为样品质量，其下标“0”和“e”分别对应初始质量和最终质量；为不锈钢密度，取7.98g/cm3；S为样品表面积，具体为280mm2；t为时间，这里为72小时。

一种化学吸收制冷循环用复配工质对和应用方法，根据图1的循环系统，复配工质对首先在发生器中被外界热量加热，其中制冷剂水受热蒸发为水蒸气；后被引入具有相同压力的冷凝器，被外界冷却水冷凝为饱和水；饱和水经过节流阀进入蒸发器，由于压力降低，饱和水在蒸发器中吸收被冷却媒介的热量，自身蒸发为饱和蒸汽，被冷却的冷媒介质为外界提供冷量；蒸发后的饱和蒸汽再进入吸收器，被来自发生器中浓溶液工质对吸收，形成新的稀溶液工质对；再通过输送泵将稀溶液泵至溶液热交换器，稀溶液与浓溶液换热后进入发生器，从而形成循环。循环过程中，固定发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器的工作温度分别为100℃、45℃、10℃和30℃。化学吸收循环的热力性能效率COP为冷媒介质被吸收的热量与发生器接收外界热量的比值。

实施例1的测试结果列于表1。

实施例2-5：

实施例2-5中采用不同质量比例和不同离子液体的复配工质对，其它同实施例1。测试结果列于表1。

对比例1：

对比例1与实施例1基本相同，特别之处采用了水和溴化锂混合物为工质对。

对比例2：

对比例2与对比例1基本相同，特别之处采用了水、溴化锂和苯甲酸钠混合物为工质对。

表1： 实施例和对比例结果

注：表中含量为质量含量，对应单位为wt%；腐蚀速率单位mm/a。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明一种化学吸收制冷循环用复配工质对和应用方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。