吸收式循環(huán)構(gòu)型及含咪唑類離子液體工質(zhì)對的研究.pdf

1、吸收式循環(huán)系統(tǒng)由于可利用低品位熱驅(qū)動，且使用天然物質(zhì)作為循環(huán)工質(zhì)，在提高一次能源利用率、減少環(huán)境污染、減少臭氧層破壞物質(zhì)和溫室氣體排放、降低電網(wǎng)峰值壓力，以及太陽能等可再生能源的利用等方面，都具有重要的現(xiàn)實意義。
　　 本文依托國家自然科學(xué)基金(No.50890184)和國家基礎(chǔ)研究計劃(No.2010CB227304)，著眼于低品位熱在吸收式制冷中的有效利用，以及新型吸收式替代工質(zhì)對的開發(fā)，旨在基于循環(huán)的構(gòu)型分析，試圖找到吸收

2、式循環(huán)構(gòu)建的一般規(guī)律，提出適宜有效利用低品位熱的吸收式循環(huán)構(gòu)型，并同時開拓若干種適用于吸收式循環(huán)的新型替代工質(zhì)對。本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　 首先，基于熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)構(gòu)型的研究，抓住熱轉(zhuǎn)換性能改善和升溫能力增強(qiáng)這兩個關(guān)鍵問題，提出了吸收式循環(huán)構(gòu)型改進(jìn)的兩條啟示性準(zhǔn)則，包括：1)改進(jìn)性能系數(shù)的啟示性準(zhǔn)則；2)提高溫升幅度的啟示性準(zhǔn)則。針對吸收/壓縮式制冷循環(huán)多種能量輸入，而造成的評價標(biāo)準(zhǔn)不夠明確的問題，本文提出以熱驅(qū)動性能系數(shù)和熱

3、驅(qū)動制冷率兩個指標(biāo)，來對吸收/壓縮制冷循環(huán)進(jìn)行評價。
　　 其次，基于上述兩個準(zhǔn)則，分別提出兩個適宜于低品位熱有效利用的吸收式制冷循環(huán)構(gòu)型。
　　 基于改進(jìn)性能系數(shù)的啟示性準(zhǔn)則，提出單效循環(huán)構(gòu)型和半效循環(huán)構(gòu)型疊加，形成的1.5效H2O/LiBr吸收式制冷循環(huán)構(gòu)型，可以填補(bǔ)單效吸收式制冷循環(huán)和雙效吸收式制冷循環(huán)之間的驅(qū)動溫度空白區(qū)。對1.5效循環(huán)的研究做了歸納與分析，并提出了兩種新的1.5效循環(huán)。建立了1.5效H2O/Li

4、Br吸收式制冷循環(huán)模擬系統(tǒng)。在上述驅(qū)動溫度空白區(qū)，相對于單效循環(huán)和雙效循環(huán)，1.5效H2O/LiBr吸收式制冷循環(huán)具有最優(yōu)的性能系數(shù)。在tE=5℃，tC=42℃，tA=37℃的條件下，1.5效循環(huán)的最佳發(fā)生溫度tG的范圍為110℃到140℃，性能系數(shù)在1.0左右，比同等條件下的單效循環(huán)性能系數(shù)提高30％以上?？疾旆治隽巳芤簾峤粨Q器效率、發(fā)生溫度、吸收溫度以及蒸發(fā)溫度的變化，對1.5效H2O/LiBr吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)性能的影響。結(jié)果顯示

5、，由一個高溫的單效子循環(huán)和一個低溫的半效子循環(huán)疊加而成的構(gòu)型，具有更高的性能系數(shù)和更好的操作彈性。在四個考察參數(shù)中，吸收溫度變化對系統(tǒng)性能影響最為顯著，發(fā)生溫度影響次之。
　　 著眼于低溫太陽能在制冷領(lǐng)域的應(yīng)用，低溫太陽能集熱效率高，但溫度偏低，難制取0℃以下的冷量。基于提高溫升幅度的啟示性準(zhǔn)則，提出采用太陽能/動力復(fù)合驅(qū)動吸收式循環(huán)構(gòu)型，可以較好實現(xiàn)利用低溫太陽能來進(jìn)行冷凍操作，并可以有效應(yīng)對太陽能不穩(wěn)定的缺點。本文以Aspe

6、n Plus模擬軟件為手段，考察了壓縮機(jī)出口壓力的變化，對熱驅(qū)動性能系數(shù)ω和熱驅(qū)動制冷率α的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在一定的發(fā)生溫度和冷凝溫度條件下，存在—最佳壓縮機(jī)出口壓力。而蒸發(fā)溫度的變化對壓縮機(jī)最佳出口壓力影響較小。當(dāng)蒸發(fā)溫度為-15℃，冷卻溫度為40℃，發(fā)生溫度為85℃時，壓縮機(jī)最佳出口壓力為600 kPa，ω為0.307，α為0.443。在一定范圍內(nèi)，通過調(diào)節(jié)壓縮機(jī)出口壓力，可以應(yīng)對太陽能集熱器負(fù)荷的變化，實現(xiàn)循環(huán)的穩(wěn)定供冷。

7、　　 再次，針對離子液體這種新興的綠色溶劑作為吸收劑，開拓吸收式循環(huán)替代工質(zhì)對。采用氣液相反應(yīng)法合成了離子液體[DMIm]Cl，采用核磁共振氫譜對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，采用差示掃描量熱法測定其純度。自行搭建了“沸點法”蒸氣壓測定裝置，測定了H2O/[DMIm]Cl和TFE/[EMIm]BF4體系的蒸氣壓。對于H2O/[DMIm]Cl體系，測定的[DMIm]Cl質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.4到0.85，蒸氣壓測定范圍從1 kPa到100 kPa。對于TF

8、E/[EMIm]BF4體系，測定的[EMIm]BF4質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.35到0.9，蒸氣壓的測定范圍從3 kPa到100 kPa。采用Antoine形式的方程，對實驗結(jié)果進(jìn)行了回歸和關(guān)聯(lián)。這兩個體系相對于Raoult定律都表現(xiàn)出了較強(qiáng)負(fù)偏差，顯示出作為吸收式循環(huán)工質(zhì)對的潛力。
　　 最后，對H2O/[DMIm]Cl、TFE/[EMIm]BF4、TFE/[BMIm]BF4以及TFE/[BMIm]Br四種含離子液體工質(zhì)對的單效吸收式制冷