[發明專利]一種適用于吸收式制冷及熱泵系統的親水性離子液體/水循環工質對

無效

• 申請號: 201110340661.5
• 申請日: 2011-11-02
• 公開（公告）號: CN102443378A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 郭開華;粟航;皇甫立霞;孫立
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C09K5/04
• 分類號: C09K5/04
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳衛

技術領域

本發明涉及一種傳熱、熱交換的材料，具體為一種適用于吸收式制冷及熱泵系統的循環工質對。

背景技術

吸收式制冷及熱泵系統是利用溶液能在一定條件下析出低沸點組分的蒸汽，在另一條件下又能吸收低沸點組分這一特性完成制冷循環及實現熱量從低溫熱源向高溫熱源泵送的循環。目前，常用及所提及的吸收式制冷及熱泵系統多用二元溶液，習慣上稱低沸點組分為制冷劑，高沸點組分為吸收劑。

自吸收式制冷機問世，發展至今日，目前最為常用的吸收式制冷系統為溴化鋰吸收式制冷系統和氨水吸收式制冷系統。但是，溴化鋰水溶液對一般金屬（碳鋼、紫銅等）有強腐蝕性，有空氣（氧氣）存在時腐蝕性更為嚴重，所以溴化鋰吸收式制冷系統需要嚴格保持系統內的真空度，并需要在溶液中加緩蝕劑減緩腐蝕。同時，溴化鋰溶液存在結晶線的限制，限制了溴化鋰吸收式制冷系統的放氣范圍，同時限制了溴化鋰吸收式制冷系統的COP值。氨水吸收式制冷系統，具有強毒性，并且系統設備多，體積大，鋼材消耗量大，制冷循環的COP值較低，使其應用并不廣泛。

提高熱源溫度可以改善吸收式制冷及熱泵的熱力系數，但是由于溶液結晶條件的限制，單效吸收式制冷及熱泵的熱源溫度存在極限。為了有效改善熱力系數，提高熱源溫度，只能采用多級發生的循環，目前普遍研究的為雙效和三效系統。雙效吸收式制冷系統設有高、低壓兩級發生器，高、低溫兩級溶液熱交換器。三效吸收式制冷系統與雙效系統相比，又增多了一個發生器及相應的溶液熱交換器。然而現有技術純熟的溴化鋰吸收式制冷系統和氨水系統由于其固有的缺陷，在采用多級發生的循環方式依舊無法避免，無法在熱力系數的提高上取到質的飛躍。

人們開始致力于循環工質的研究，以期望突破傳統循環工質的固有缺陷。人們對水-溴化鋰+其它金屬鹽等三元工質、氨-水-溴化鋰三元吸收制冷工質、氨-硝酸鋰工質對等多種新型吸收制冷工質進行了研究，期望用它們來優化或代替現有的水/溴化鋰和氨/水主流吸收工質對。然而常規的以金屬鹽為吸收劑的吸收式系統，由于溶液對金屬材料的強腐蝕性，特別是高溫條件下，其腐蝕性成為難以逾越的障礙，且金屬鹽溶液易結晶，也大大的限制了循環的放氣范圍，這使得高效、大適用范圍的熱泵和制冷系統難以實現。

離子液體，也稱室溫離子液體、室溫熔鹽、室溫有機鹽，是一類完全由離子組成的有機液體，一般由含氮、磷的有機陽離子和無機陰離子組成。這種可設計的功能流體的開發和應用是當前的一個極新的研究領域。1996年，?Gratzel等發表了有關含-CF3和其它氟代烴離子液體的合成與性能的研究。這類離子液體對水穩定，不發生水解反應，同時也具有低黏度、高電導率、高熱穩定性等優良性能。此后，由不同有機陽離子和無機陰離子構成的大量離子液體得以廣泛研究。隨著綠色化學的提出，在全世界范圍內形成了離子液體的研究熱潮。北大西洋公約組織（NATO）于2000年召開有關離子液體的會議；歐盟也制訂了離子液體的研究項目；在國內，離子液體也推動著綠色化學的進展。高穩定水溶性離子液體能與水完全互溶，具有不揮發（蒸汽壓幾乎為零），不易燃，無色，無臭，毒性小，有較好的化學穩定性及較寬的電化學穩定電位窗口等優良性能，且對水有良好的相溶性，不會結晶，也不會發生水解，因此有可能作為一種良好的、清潔環保的循環介質。

人們積極研究將離子液體應用于吸收式制冷及熱泵系統，2006年12月，Mark?Brandon?Shiflett和Akimichi?Yokozeki在專利US20070144186A1中使用離子液體/水作為循環工質對；2005年5月，Andreas?Boesmann、Thomas?J.S.?Schubert在專利US20080028779A1中使用離子液體/一種工質作為循環工質對，主要強調離子液體作為新工質應用于吸收式熱泵、吸收式制冷機及第二類吸收式熱泵；2006年5月，Carsten?Jork、Matthias?Seiler、Bernd?Weyerhausen在專利US20100095703A1中將離子液體作為吸收劑，制冷劑擴展到水、甲醇、氨和三氟乙醇；2010年4月，Drik?GERHARD、Laszlo?SZARVAS、Steffen?OEHLENSCHLAEGER、Aurelie?ALEMANY在專利US20100269528A1中使用離子液體1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽/甲醇作為循環工質對；2010年12月，Konstantinos?Kontomaris、Nandini?C.?Mouli、Mark?Brandon?Shiflett在專利US20110088418A1中使用離子液體/氟烯烴作為循環工質對。

發明內容