[實用新型]一種采用CO2為制冷劑的吸收式制冷機

有效

• 申請號: 200820122736.6
• 申請日: 2008-10-09
• 公開（公告）號: CN201289254Y
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發明（設計）人: 羅二倉;胡劍英;戴巍;吳張華;余國瑤
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: F25B15/02
• 分類號: F25B15/02
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司
• 代理人: 王鳳華

技術領域

本實用新型涉及制冷領域的制冷機，特別涉及一種采用CO₂為制冷劑的吸收式制冷機。

背景技術

吸收式制冷是利用制冷劑在不同溫度時在吸收劑中溶解度的不同，實現制冷劑在高、低壓之間的壓縮、膨脹循環，從而獲得制冷效果的一種制冷方式，它主要利用熱源作為驅動力，僅需要很少量的機械壓縮功，因此在電能缺乏的制冷場合具有廣泛的應用前景。目前的吸收式制冷主要有溴化鋰吸收式制冷機和氨吸收式制冷機，這兩種制冷機都存在一些不足之處：溴化鋰制冷機為負壓系統，空氣泄漏對性能影響很大，單位體積的比制冷量小，它以水為制冷工質，一般只能獲得5℃以上的制冷溫度；氨吸收式制冷機性能系數較低，需要有專門的精餾塔分離水蒸氣和氨氣，結構比較復雜，同時氨還有腐蝕性和毒性，所以二者的應用受到了較大限制。

在自然界，CO₂時最豐富的化學物質之一，為大氣的一部分，也包含在某些天然氣或油田伴生氣中何以碳酸鹽形成的礦石中。大氣里含CO₂為0.03～0.04％(體積)，總量約2.75×10¹²噸，主要由含碳物質燃燒和動物的新陳代謝產生。因此，CO₂是一種自然工質，不會對環境造成影響，不會燃燒爆炸，并且及易獲得。目前CO₂作為制冷劑的研究主要集中在蒸汽壓縮式制冷機中，隨著氟利昂等制冷劑逐步推出歷史舞臺，CO₂作為一種優良的制冷工質，又逐漸開始成為蒸汽壓縮式制冷的研究熱點。采用CO₂作為工質的吸收式制冷機必須還具有與CO₂配對的吸收劑，該吸收劑必須能夠在低溫低壓時溶解或者吸收CO₂，在高溫高壓時有能夠釋放出CO₂，并且要求在高溫時，吸收劑的蒸汽壓越小越好。長久以來人們就是因為沒有找到合適的CO₂吸收劑，所以一直幾乎沒有人開展這方面的研究。

自20世紀80-90年代以來，伴隨著綠色化學概念的提出，室溫離子液體的研究在全世界范圍內掀起了熱潮。所謂室溫離子液體，又稱室溫熔融鹽，簡稱離子液體，是在室溫及相鄰溫度下完全由離子組成的有機液體物質。在這類化合物中僅存在陰離子、陽離子，沒有中性分子，是一種非水非質子溶劑。與固態物質相比較，它是液態的，與傳統液態物質相比較，它是離子的。因此，與其他固體和液體材料相比，離子液體通常會展現出獨特的物理化學性質：幾乎沒有蒸氣壓，很高的熱穩定性(在300℃甚至400℃不分解)，最重要的是CO₂在離子液體中有很高的溶解度，并且隨溫度變化呈現良好的變化趨勢。圖1所示即為CO2在離子液體[bmim][PF₆](1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽)中不同溫度和壓力時的溶解度曲線；從圖1可以看到，在溫度為25℃、壓力為3MPa時，CO₂在[bmim][PF6]中的摩爾分數達到了40％之高，而在120℃時，即使壓力達到10MPa，其摩爾分數也只有將近30％左右；而且，很明顯，如果溫度繼續升高時，CO₂在[bmim][PF6]中的溶解度會進一步降低，因此[bmim][PF6]完全可以滿足在低溫低壓時吸收CO₂，在高溫高壓時放出CO₂的要求。因為CO₂的沸點很低，而離子液體的蒸汽壓又幾乎為零，因此可以通過加熱輕松實現離子液體和CO₂的分離，無需任何精餾塔，結構簡單。另外，CO₂工作在較高的壓力范圍，因此單位體積內CO₂的量很多，可以實現較高的比制冷量，可以有效降低系統空間；因此，離子液體為實現CO₂吸收式制冷提供了可能，同時該制冷方式比較于溴化鋰吸收式制冷和氨吸收式制冷具有明顯的潛在優勢。

另外，隨著減少溫室氣體CO₂排放的研究的深入，各種吸收CO₂的方法也相繼被提出，比方說苯菲爾法，活性MDEA(N-甲基二乙醇胺)法(這些用于減少溫室氣體CO₂排放的方法)實際上都是采用了堿性溶液如K₂CO₃，MDEA等作為吸收劑吸收CO₂，這些溶液在被加熱時又可以釋放出CO₂，因此也可以用來作為CO₂吸收式制冷機的吸收劑。