吸收式热泵以及用于吸收式热泵的包括甲磺酸的吸附介质的制作方法
【专利说明】吸收式热泵以及用于吸收式热泵的包括甲磺酸的吸附介质
[0001] 本发明涉及吸收式热栗，以及用于吸收式热栗的吸附介质，该吸附介质包括甲磺 酸。
[0002] 典型的热栗基于通过蒸发器和冷凝器的制冷剂循环。蒸发器中，制冷剂被蒸发，其 中通过被制冷剂获取的蒸发热量而从第一介质得到热量。然后被蒸发的制冷剂借助于压缩 机被压缩至更高的压力并在冷凝器中在高于蒸发过程的温度下冷凝，其中蒸发热量再次被 释放，且热量在更高的温度水平被传递至第二介质。液化的制冷剂随后被再次降压至蒸发 器的压力。
[0003] 典型的热栗具有如下缺点，其耗费大量的机械能以压缩蒸汽态制冷剂。另一方面， 吸收式热栗对机械能需求较少。吸收式热栗除了具有典型热栗的制冷剂、蒸发器和冷凝器 之外，还具有吸附介质、吸收器和解吸器。蒸发的制冷剂在蒸发压力下在吸收器中被吸附介 质吸收，且随后在较高的冷凝压力下通过供应的热量在解吸器中再从吸附介质中解吸。与 典型的热栗中的制冷剂蒸汽的压缩过程相比，制冷剂和吸附介质组成的液体工作介质的压 缩需要较少的机械能，且机械能的消耗被制冷剂解吸过程中所用的热能所代替。吸收式热 栗的能效计算为用于制冷和加热的热流与吸收式热栗运行中供应至解吸器的热流的比值， 被称为"性能系数"，简称为C0P。
[0004] 大部分工业上应用的吸收式热栗使用的工作介质包括用作制冷剂的水和用作吸 附介质的溴化锂。然而该工作介质具有缺点，水在工作介质中的浓度必须不低于35-40重 量％，否则会导致溴化锂的结晶并且由此导致故障直至工作介质固化。
[0005] W02005/113702和W02006/134015中，提供使用包含具有有机阳离子的离子液体 作为吸附介质的工作介质，以避免由于吸附介质结晶导致的故障。这些工作介质具有缺点， 其在低含量的制冷剂时具有不需要的高粘性。
[0006] 包含作为吸附介质的硫酸的工作介质同样具有缺点，其在低含量的制冷剂时具有 不需要的高粘性。另外，它们也是非常具有腐蚀性的。
[0007] 因此存在吸收式热栗的吸附介质的持续需求，通过其吸收式热栗既能达到好的能 效，也不会因吸附介质结晶而产生问题，以及工作介质同时具有低粘性和可控的腐蚀性。
[0008] 现在已经发现通过使用甲磺酸，尤其是将甲磺酸与离子液体结合使用作为吸附介 质能达到这种组合性能。
[0009] 本发明相应地提供一种吸收式热栗，其包括吸收器、解吸器、冷凝器、蒸发器和工 作介质，其中工作介质包括挥发性的制冷剂和吸附介质，且吸附介质包括甲磺酸。
[0010] 此外本发明还提供一种用于吸收式热栗的吸附介质，该吸附介质包括甲磺酸和离 子液体。
[0011] 本发明进一步地提供甲磺酸用作吸收式热栗中的吸附介质的用途。
[0012] 为了本发明的上述目的，术语吸收式热栗包括热量从低温水平获取、并在高温水 平再次释放且由供给解吸器的热量来驱动的所有装置。因此本发明的吸收式热栗在狭义中 包括吸收式制冷机器和吸收式热栗，其中与解吸器和冷凝器相比，吸收器和蒸发器在较低 工作压力下运行，且在吸收式热转换器中，与解析器和冷凝器相比，吸收器和蒸发器在较高 工作压力下运行。在吸收式制冷机器中，从蒸发器的蒸发中获取的热量用于冷却介质。在 吸收式热栗中，狭义地说，冷凝器和/或吸收器中释放的热量用于加热介质。在吸收式热转 换器中，吸收器中释放的吸收热量用于加热介质，该吸收热量在高于供应至解吸器的热量 的温度水平获得。
[0013] 本发明的吸收式热栗包括吸收器、解吸器、冷凝器、蒸发器和工作介质，工作介质 包括挥发性的制冷剂和吸附介质。
[0014] 本发明的吸收式热栗的运行中，蒸汽态制冷剂在吸收器中被贫制冷剂的工作介质 吸收以形成富含制冷剂的工作介质，并释放吸收热量。解吸器中被供给热量，由此制冷剂从 如此获得的富含制冷剂的工作介质中以蒸汽态解吸，以形成贫制冷剂的工作介质，且该工 作介质再次循环至吸收器。解吸器中获得的蒸汽态制冷剂在冷凝器中被冷凝，并释放冷凝 热量，获得的液体制冷剂在蒸发器中蒸发且吸收蒸发热量，在此获得的蒸汽态制冷剂再次 循环至吸收器。
[0015] 在一个优选实施方案中，吸收式热栗为吸收式制冷机器，且在蒸发器中从待冷却 的介质中获得热量。
[0016] 本发明的吸收式热栗的工作介质包括挥发性制冷剂和包括甲磺酸的吸附介质。适 合的挥发性制冷剂为沸点在-90~120°C范围内且与甲磺酸不可逆反应的物质。本发明的 吸收式热栗的工作介质优选包含水作为制冷剂。
[0017] 在一个优选实施方案中，吸附介质中的水和甲磺酸的组合含量为大于90重量％。
[0018] 在另一个优选实施方案中，吸附介质包括甲磺酸和离子液体。甲磺酸和离子液体 的重量比优选在9 : 1到1 : 100的范围内。在甲磺酸和离子液体为高重量比时，优选在范 围9 : 1到1 : 4的范围，更优选地在9 : 1到1 : 1的范围，能达到吸收器中所需温度下 制冷剂的低蒸汽压力以及吸收器和解吸器所需的温度之间的高的蒸汽压力差。甚至在甲磺 酸与离子液体的低重量比时，优选在1 : 1到1 : 100的范围，更优选地在1 : 4到1 : 100 的范围，甚至更优选地在1 : 10到1 : 100的范围内，与仅使用离子液体作为吸收介质的 工作介质相比，本发明的工作介质可以达到明显更低的粘度和改进的热稳定性。此外，在甲 磺酸与离子液体的重量比在9 : 1到1 : 10的范围，优选地在1 : 1到1 : 10的范围，更 优选地在1 : 1到1 : 4的范围内时，包含水作为制冷剂的工作介质在解吸器所需的温度 下令人惊异地达到了非理想的具有升高的蒸汽压力的蒸汽压力性能。
[0019] 术语离子液体指的是由阴离子和阳离子组成的盐或盐混合物，其中盐或盐混合物 具有低于1〇〇°C的熔点。术语离子液体指的是不含非离子物质或添加物的盐或盐混合物。 离子液体优选由一种或多种具有有机阳离子和有机或无机阴离子的盐组成。离子液体优选 具有低于20°C的熔点，以避免在吸收式热栗中使用工作介质时吸附介质循环中的离子液体 固化。
[0020] 适合本发明的吸附介质的离子液体具有强酸的阴离子，优选为具有pKa小于0的 酸。适合的阴离子为硝酸根、高氯酸根、硫酸氢根、式R a0S03和RaS03的阴离子，其中1^为 具有1-30个碳原子的直链或支链的脂族烃基、具有5-40个碳原子的脂环族烃基、具有6-40 个碳原子的芳族烃基、具有7-40个碳原子的烷基芳基或具有1-30个碳原子的直链或支链 全氟烷基，以及式R a0S03和RaS03的其中Ra为聚醚基的阴离子。阴离子优选为硝酸根、硫 酸氢根、甲磺酸根、甲基硫酸根或乙基硫酸根，更优选地为甲磺酸根。
[0021] 离子液体的一种或多种有机阳离子可以带一个、两个或多个正电荷且优选为带一 个正电荷。离子液体的一种或多种有机阳离子优选具有不高于260g/mol的分子量，特别地 优选为不超过220g/mol，尤其是不超过195g/mol，最优选地是不超过170g/mol。对阳离子 的分子量的限制改进了吸收式热栗运行中的工作介质脱气范围。
[0022] 适合的有机阳离子特别是通式（I)到（V)的阳离子：
[0023] (I)