以H2O-[Dmim]DMP 為工質(zhì)的制冷循環(huán)分析

李國雨，李 靜，王克良，周盛義，王 瑛

（六盤水師范學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程系，貴州 六盤水 553004）

吸收式制冷循環(huán)以熱能為驅(qū)動力，可以有效地回收工業(yè)廢汽﹑廢熱[1]。因此，對新型吸收式制冷循環(huán)工質(zhì)對的研究越來越廣泛。目前已有大量學(xué)者將咪唑類離子液體作為吸收劑應(yīng)用于循環(huán)中[2]。Yokozeki 等人[3-6]研究了不同的離子液體分別與水﹑NH3﹑氟利昂配對組成新型吸收式制冷循環(huán)工質(zhì)對，設(shè)定發(fā)生器﹑冷凝器﹑吸收器和蒸發(fā)器的溫度分別為100℃﹑40℃﹑30℃和10℃時，計算得到了循環(huán)倍率f和性能系數(shù)COP。盡管工質(zhì)的COP 并沒有超過傳統(tǒng)的H2O+LiBr 工質(zhì)或者NH3+H2O 工質(zhì)，但是工質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)則相對較高。

王建召等人[7]則設(shè)定發(fā)生器﹑冷凝器﹑吸收器和蒸發(fā)器的溫度分別為80℃﹑40℃﹑30℃和10℃，計算了6 對工質(zhì)的循環(huán)倍率f 和性能系數(shù)COP。結(jié)果顯示 H2O+LiBr 和H2O+ [Dmim]Cl 這2 種工質(zhì)相對于另外4 個工質(zhì)對具有較高的COP。

本文在已有大量實(shí)驗數(shù)據(jù)的情況下，提出將有潛力的離子液體1,3-二甲基咪唑磷酸二甲酯鹽[Dmim]DMP 作為吸收劑，與制冷劑水配對，組成新型吸收式制冷循環(huán)工質(zhì)對，應(yīng)用于制冷循環(huán)中，對其制冷性能進(jìn)行了研究。

1 性能計算

吸收式制冷循環(huán)包括發(fā)生器﹑冷凝器﹑吸收器和蒸發(fā)器。蒸發(fā)器中蒸發(fā)的制冷劑蒸氣，被吸收器中高濃度的吸收溶液所吸收。吸收了制冷劑蒸氣的低濃度溶液由溶液泵送往發(fā)生器，對該溶液加熱而產(chǎn)生的制冷劑蒸氣則被送往冷凝器。在吸收式制冷循環(huán)中，吸收溶液也起著重要的作用。溶液在吸收器中吸收制冷劑蒸氣，再送往發(fā)生器中成為高濃度溶液，然后回到吸收器中，再吸收來自蒸發(fā)器中的制冷劑蒸氣。

在吸收式制冷循環(huán)性能計算中，設(shè)定蒸發(fā)器溫度為10℃，吸收器溫度為30℃，發(fā)生器溫度為80℃，冷凝器溫度Tc 在35～55℃范圍內(nèi)，對H2O-[Dmim]DMP 工質(zhì)的循環(huán)性能進(jìn)行了計算，性能系數(shù)COP 和循環(huán)倍率f 等結(jié)果列于表1。

表1 工質(zhì)對循環(huán)性能的計算結(jié)果

2 結(jié)果與討論

由表1 可以看出，在冷凝器溫度為35℃時，H2O-[Dmim]DMP 工質(zhì)的性能系數(shù)COP 可以高達(dá)0.9330，同時還具有較寬的放汽范圍，說明H2O-[Dmim]DMP 工質(zhì)具有成為新型吸收式制冷工質(zhì)對的潛力。

由圖1 可以看出，隨著冷凝器溫度的升高，性能系數(shù)COP 呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，循環(huán)倍率f 則逐漸升高。這是由于冷凝器溫度升高，對應(yīng)的蒸發(fā)器的制冷負(fù)荷逐漸降低，發(fā)生器所需的熱負(fù)荷逐漸升高。

圖1 H2O-[Dmim]DMP 工質(zhì)的性能系數(shù)和循環(huán)倍率隨冷凝溫度的變化

由圖2 可以看出，隨著冷凝器溫度的升高，蒸發(fā)器的制冷量QE逐漸降低，發(fā)生器所需的加熱量QG逐漸升高。因此，在盡可能的條件下選擇較低的冷凝溫度有利于制冷循環(huán)。

圖2 H2O-[Dmim]DMP 工質(zhì)的熱/冷負(fù)荷隨冷凝溫度的變化

由表1 可知，隨著冷凝器溫度的升高，放汽范圍逐漸降低。放汽范圍大，意味著溶液循環(huán)量小，熱效率高，有利于設(shè)備費(fèi)用的降低。

3 結(jié)論

本文對H2O-[Dmim]DMP 工質(zhì)應(yīng)用到吸收式制冷循環(huán)進(jìn)行了研究，對冷凝器溫度Tc 在35～55℃范圍內(nèi)進(jìn)行了模擬計算。

1) 計算了H2O-[Dmim]DMP 工質(zhì)應(yīng)用到單效吸收式制冷循環(huán)中的性能系數(shù)，在冷凝器溫度Tc 為35℃時，性能系數(shù)高達(dá)0.9330，說明該工質(zhì)具有成為新型吸收式制冷工質(zhì)對的潛力。

2) 分析了冷凝溫度的變化對工質(zhì)循環(huán)性能的影響。隨著冷凝器溫度的升高，性能系數(shù)COP 呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，循環(huán)倍率f 則逐漸升高；蒸發(fā)器的制冷量QE逐漸降低；發(fā)生器所需的加熱量QG逐漸升高；放汽范圍逐漸降低。

[1] 張鎖江，呂興梅.離子液體—從基礎(chǔ)研究到工業(yè)應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

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[7] 王建召.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[D].北京：北京化工大學(xué)，2009.