以H2O-[Dmim]DMP 为工质的制冷循环分析

李国雨，李 静，王克良，周盛义，王 瑛

（六盘水师范学院化学与化学工程系，贵州 六盘水 553004）

吸收式制冷循环以热能为驱动力，可以有效地回收工业废汽﹑废热[1]。因此，对新型吸收式制冷循环工质对的研究越来越广泛。目前已有大量学者将咪唑类离子液体作为吸收剂应用于循环中[2]。Yokozeki 等人[3-6]研究了不同的离子液体分别与水﹑NH3﹑氟利昂配对组成新型吸收式制冷循环工质对，设定发生器﹑冷凝器﹑吸收器和蒸发器的温度分别为100℃﹑40℃﹑30℃和10℃时，计算得到了循环倍率f和性能系数COP。尽管工质的COP 并没有超过传统的H2O+LiBr 工质或者NH3+H2O 工质，但是工质的质量分数则相对较高。

王建召等人[7]则设定发生器﹑冷凝器﹑吸收器和蒸发器的温度分别为80℃﹑40℃﹑30℃和10℃，计算了6 对工质的循环倍率f 和性能系数COP。结果显示 H2O+LiBr 和H2O+ [Dmim]Cl 这2 种工质相对于另外4 个工质对具有较高的COP。

本文在已有大量实验数据的情况下，提出将有潜力的离子液体1,3-二甲基咪唑磷酸二甲酯盐[Dmim]DMP 作为吸收剂，与制冷剂水配对，组成新型吸收式制冷循环工质对，应用于制冷循环中，对其制冷性能进行了研究。

1 性能计算

吸收式制冷循环包括发生器﹑冷凝器﹑吸收器和蒸发器。蒸发器中蒸发的制冷剂蒸气，被吸收器中高浓度的吸收溶液所吸收。吸收了制冷剂蒸气的低浓度溶液由溶液泵送往发生器，对该溶液加热而产生的制冷剂蒸气则被送往冷凝器。在吸收式制冷循环中，吸收溶液也起着重要的作用。溶液在吸收器中吸收制冷剂蒸气，再送往发生器中成为高浓度溶液，然后回到吸收器中，再吸收来自蒸发器中的制冷剂蒸气。

在吸收式制冷循环性能计算中，设定蒸发器温度为10℃，吸收器温度为30℃，发生器温度为80℃，冷凝器温度Tc 在35～55℃范围内，对H2O-[Dmim]DMP 工质的循环性能进行了计算，性能系数COP 和循环倍率f 等结果列于表1。

表1 工质对循环性能的计算结果

2 结果与讨论

由表1 可以看出，在冷凝器温度为35℃时，H2O-[Dmim]DMP 工质的性能系数COP 可以高达0.9330，同时还具有较宽的放汽范围，说明H2O-[Dmim]DMP 工质具有成为新型吸收式制冷工质对的潜力。

由图1 可以看出，随着冷凝器温度的升高，性能系数COP 呈现逐渐下降的趋势，循环倍率f 则逐渐升高。这是由于冷凝器温度升高，对应的蒸发器的制冷负荷逐渐降低，发生器所需的热负荷逐渐升高。

图1 H2O-[Dmim]DMP 工质的性能系数和循环倍率随冷凝温度的变化

由图2 可以看出，随着冷凝器温度的升高，蒸发器的制冷量QE逐渐降低，发生器所需的加热量QG逐渐升高。因此，在尽可能的条件下选择较低的冷凝温度有利于制冷循环。

图2 H2O-[Dmim]DMP 工质的热/冷负荷随冷凝温度的变化

由表1 可知，随着冷凝器温度的升高，放汽范围逐渐降低。放汽范围大，意味着溶液循环量小，热效率高，有利于设备费用的降低。

3 结论

本文对H2O-[Dmim]DMP 工质应用到吸收式制冷循环进行了研究，对冷凝器温度Tc 在35～55℃范围内进行了模拟计算。

1) 计算了H2O-[Dmim]DMP 工质应用到单效吸收式制冷循环中的性能系数，在冷凝器温度Tc 为35℃时，性能系数高达0.9330，说明该工质具有成为新型吸收式制冷工质对的潜力。

2) 分析了冷凝温度的变化对工质循环性能的影响。随着冷凝器温度的升高，性能系数COP 呈现逐渐下降的趋势，循环倍率f 则逐渐升高；蒸发器的制冷量QE逐渐降低；发生器所需的加热量QG逐渐升高；放汽范围逐渐降低。

[1] 张锁江，吕兴梅.离子液体—从基础研究到工业应用[M].北京：科学出版社，2006.

[2] 刘振乾.吸收式制冷机[M].北京：机械工业出版社，1993.

[3] Shiflett M B, Yokozeki A. Absorption cycle using ionic liquids and water as working fluid: US 2007/0144186 A1[P].2007-06-28.

[4] Yokozeki A, Shiflett M B. Ammonia solubilities in roomtemperature ionic liquids[J]. Ind. Eng. Chem. Res., 2007(46):1605-1610.

[5] Shiflett M B, Yokozeki A. Absorption cycle using ionic liquids as working fluids: US 2006/0197053 A1[P]. 2006-09-07.

[6] Yokozeki A, Shiflett M B. Vapor-liquid equilibria of ammonia + ionic liquid mixtures[J]. Appl. Energ., 2007,84(4): 1258-1273.

[7] 王建召.吸收式循环构型及含咪唑类离子液体工质对的研究[D].北京：北京化工大学，2009.