离子液体-水工质对吸收式制冷循环 性能分析 粟航.docVIP

中国工程热物理学会 工程热力学与能源利用 学术会议论文 编号：111053 离子液体-水工质对吸收式制冷循环 性能分析 粟航，皇甫立霞，郭开华，孙立 （中山大学工学院BP中心 广州 510006） （Tel：020 Email：su.sail@163.com） 摘 要 本文选择了以三种离子液体[EMIm]Ac、[HMIm]Cl、[BMIm]BF4为吸收剂，水为制冷剂的新型吸收式循环工质，研究分析了在相同条件下单效吸收式制冷循环中分别改变发生温度和蒸发温度对热力系数的影响，并与传统溴化锂为吸收剂的循环进行了比较，同时研究了离子液体双效吸收式制冷循环的热力性能。结果表明，离子液体没有结晶和高温腐蚀的局限，其高温吸收式循环应用中具有明显的优势，替代常规溴化锂-水作为高温吸收式制冷工质会有非常好的前景。 关键词 [EMIm]Ac，[HMIm]Cl，[BMIm]BF4，离子液体，吸收式制冷循环 0 前言 近年来，建筑物节能和分布式冷热电联供技术兴起，成为国内外发展的重点。吸收式制冷和热泵技术，由于具有可直接利用低品位热源驱动、不使用对臭氧层有破坏作用的CFCs为工质等独特的优点，在城市能源的优化利用方面具有良好的发展前景，其中吸收工质对的选择和完善更是实现高效吸收式制冷循环的关键，倍受业内人士的重视[1-2]。 目前常规使用的吸收式制冷系统有两类，即水/溴化锂吸收式制冷系统和氨/水吸收式制冷系统。为克服其固有的缺陷，人们对水-溴化锂+其它金属盐等三元工质[3]、氨-水-溴化锂三元吸收制冷工质[4]、氨-硝酸锂工质对[5] 等多种新型吸收制冷工质进行了研究，期望用它们来优化或代替现有的水/溴化锂和氨/水主流吸收工质对。然而常规的以金属盐为吸收剂的吸收式系统，由于溶液对金属材料的强腐蚀性，特别是高温条件下，其腐蚀性成为难以逾越的障碍，且金属盐溶液易结晶，也大大的限制了循环的放气范围，这使得高效、大适用范围的热泵和制冷系统难以实现。 离子液体能与水完全互溶，具有不挥发（蒸汽压几乎为零），不易燃，无色，无臭，毒性小，有较好的化学稳定性等优良性能，且对水有良好的相溶性，不会结晶，因此有可能作为一种良好的、清洁环保的循环介质。王建召等[6]进行了以TFE-[BMIm][Br]为工质对的吸收式制冷循环性能分析。国内外学者在寻求热稳定和吸收性能优越的水溶性离子液体作为吸收循环工质的过程中，做了很多基础数据的积累。近年来中山大学研究团队对多种离子液体-水工质对的热力学性质进行了细致的测定[7-10]。在这些基础热物理数据的基础上，可进行以离子液体/水作为吸收工质对的吸收式制冷循环性能分析，以期望寻求优于传统两种工质对的新型环境友好型吸收工质对。 国家自然科学基金资助项目（） （9251027501000001） [EMIm]Ac、[HMIm]Cl、[BMIm]BF4三种离子液体作为研究对象，分析吸收式制冷循环的热力学特性和效率,探索这些新型工质替代常规吸收工质的可行性。 1 三种离子液体体系的热力学特性 基于文献[7-10]的基础实验数据和数据拟合模型，进行热力学分析和计算。相关热力学参数的计算公式如下： 蒸汽压： （1） 比热： （2） 比焓： （3） ai、bi、cij 为系数，见表1和表2[7-10]；xIL 为离子液体所占的摩尔份额；p 为压力kPa；Cp 为比热kJ/(kg·K)；T 为温度，K；h 为比焓，kJ/kg。混合热 中T0 取273.15K。实验观测发现，溶液混合时，并没有明显的放热现象，利用体积数据和比热数据模型推算混合热的数值均很小，小于发表的其他离子液体混合热实测值的1%[11]，因此取其为零。 表1 各工质对蒸汽压计算式（1）的系数cij值[7、9] i=1 i=2 i=3 i=4 i=5 [EMIm]Ac j=1 0.893184E+04 -0.120223E+03 0.610555E+00 -0.138805E-02 0.11933E-05 j=2 -0.112716E+06 0.142910E+04 -0.680648E+01 0.144467E-01 -0.115432E-04 j=3 0.479920E+06 -0.598911E+04 0.279841