[实用新型]一种采用CO2为制冷剂的吸收式制冷机

说明书

技术领域

本实用新型涉及制冷领域的制冷机，特别涉及一种采用CO₂为制冷剂的吸收式制冷机。

背景技术

吸收式制冷是利用制冷剂在不同温度时在吸收剂中溶解度的不同，实现制冷剂在高、低压之间的压缩、膨胀循环，从而获得制冷效果的一种制冷方式，它主要利用热源作为驱动力，仅需要很少量的机械压缩功，因此在电能缺乏的制冷场合具有广泛的应用前景。目前的吸收式制冷主要有溴化锂吸收式制冷机和氨吸收式制冷机，这两种制冷机都存在一些不足之处：溴化锂制冷机为负压系统，空气泄漏对性能影响很大，单位体积的比制冷量小，它以水为制冷工质，一般只能获得5℃以上的制冷温度；氨吸收式制冷机性能系数较低，需要有专门的精馏塔分离水蒸气和氨气，结构比较复杂，同时氨还有腐蚀性和毒性，所以二者的应用受到了较大限制。

在自然界，CO₂时最丰富的化学物质之一，为大气的一部分，也包含在某些天然气或油田伴生气中何以碳酸盐形成的矿石中。大气里含CO₂为0.03～0.04％(体积)，总量约2.75×10¹²吨，主要由含碳物质燃烧和动物的新陈代谢产生。因此，CO₂是一种自然工质，不会对环境造成影响，不会燃烧爆炸，并且及易获得。目前CO₂作为制冷剂的研究主要集中在蒸汽压缩式制冷机中，随着氟利昂等制冷剂逐步推出历史舞台，CO₂作为一种优良的制冷工质，又逐渐开始成为蒸汽压缩式制冷的研究热点。采用CO₂作为工质的吸收式制冷机必须还具有与CO₂配对的吸收剂，该吸收剂必须能够在低温低压时溶解或者吸收CO₂，在高温高压时有能够释放出CO₂，并且要求在高温时，吸收剂的蒸汽压越小越好。长久以来人们就是因为没有找到合适的CO₂吸收剂，所以一直几乎没有人开展这方面的研究。

自20世纪80-90年代以来，伴随着绿色化学概念的提出，室温离子液体的研究在全世界范围内掀起了热潮。所谓室温离子液体，又称室温熔融盐，简称离子液体，是在室温及相邻温度下完全由离子组成的有机液体物质。在这类化合物中仅存在阴离子、阳离子，没有中性分子，是一种非水非质子溶剂。与固态物质相比较，它是液态的，与传统液态物质相比较，它是离子的。因此，与其他固体和液体材料相比，离子液体通常会展现出独特的物理化学性质：几乎没有蒸气压，很高的热稳定性(在300℃甚至400℃不分解)，最重要的是CO₂在离子液体中有很高的溶解度，并且随温度变化呈现良好的变化趋势。图1所示即为CO2在离子液体[bmim][PF₆](1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐)中不同温度和压力时的溶解度曲线；从图1可以看到，在温度为25℃、压力为3MPa时，CO₂在[bmim][PF6]中的摩尔分数达到了40％之高，而在120℃时，即使压力达到10MPa，其摩尔分数也只有将近30％左右；而且，很明显，如果温度继续升高时，CO₂在[bmim][PF6]中的溶解度会进一步降低，因此[bmim][PF6]完全可以满足在低温低压时吸收CO₂，在高温高压时放出CO₂的要求。因为CO₂的沸点很低，而离子液体的蒸汽压又几乎为零，因此可以通过加热轻松实现离子液体和CO₂的分离，无需任何精馏塔，结构简单。另外，CO₂工作在较高的压力范围，因此单位体积内CO₂的量很多，可以实现较高的比制冷量，可以有效降低系统空间；因此，离子液体为实现CO₂吸收式制冷提供了可能，同时该制冷方式比较于溴化锂吸收式制冷和氨吸收式制冷具有明显的潜在优势。

另外，随着减少温室气体CO₂排放的研究的深入，各种吸收CO₂的方法也相继被提出，比方说苯菲尔法，活性MDEA(N-甲基二乙醇胺)法(这些用于减少温室气体CO₂排放的方法)实际上都是采用了碱性溶液如K₂CO₃，MDEA等作为吸收剂吸收CO₂，这些溶液在被加热时又可以释放出CO₂，因此也可以用来作为CO₂吸收式制冷机的吸收剂。