專利名稱：具有包含鋰鹽和含有相同陰離子的有機(jī)鹽的吸附劑的吸收式熱泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有改進(jìn)的工作介質(zhì)脫氣范圍的吸收式熱泵。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的熱泵基于經(jīng)由蒸發(fā)器和冷凝器的制冷劑的回路。在蒸發(fā)器中，制冷劑被蒸發(fā)并且因制冷劑帶走蒸發(fā)熱而從第一介質(zhì)吸熱。然后用壓縮機(jī)使蒸發(fā)的制冷劑達(dá)到較高的壓力并在比蒸發(fā)時(shí)更高的溫度下在冷凝器中冷凝，導(dǎo)致蒸發(fā)熱又被釋放并且熱量在較高溫度水平被傳遞至第二介質(zhì)。液化的制冷劑而后再被降壓至蒸發(fā)器的壓力。傳統(tǒng)的熱泵的缺點(diǎn)是，它們消耗大量機(jī)械能來壓縮氣態(tài)制冷劑。另一方面，吸收式熱泵減少了機(jī)械能需求。除了傳統(tǒng)的熱泵的制冷劑、蒸發(fā)器和冷凝器之外，吸收式熱泵還具 有吸收介質(zhì)、吸收器和解吸器。在吸收器中，蒸發(fā)的制冷劑在蒸發(fā)壓力下被吸附在吸收介質(zhì)中，而后制冷劑通過在更高的冷凝壓力下輸入熱量在解吸器中再?gòu)奈战橘|(zhì)解吸。與在傳統(tǒng)熱泵中壓縮制冷劑蒸氣相比，壓縮由制冷劑和吸收介質(zhì)組成的液態(tài)工作介質(zhì)需要較少的機(jī)械能；機(jī)械能的消耗被用于解吸制冷劑的熱能所代替。操作吸收式熱泵所需的吸收介質(zhì)經(jīng)由吸收器和解吸器的回路的尺寸基本上由吸收式熱泵的工作介質(zhì)的脫氣范圍確定；為了該目的，工作介質(zhì)是經(jīng)由吸收式熱泵的吸收器和解吸器的回路中的制冷劑和吸收介質(zhì)的混合物，并且術(shù)語“脫氣范圍”指的是在制冷劑耗盡的工作介質(zhì)和制冷劑富集的工作介質(zhì)之間的制冷劑含量之間的差異。因此，為了使得能夠構(gòu)造緊湊且便宜的吸收式熱泵，需要具有大的脫氣范圍的吸收式熱泵。用于工業(yè)中的大部分吸收式熱泵使用包括水作為制冷劑以及溴化鋰作為吸收介質(zhì)的工作介質(zhì)。但是，該工作介質(zhì)在許多應(yīng)用中具有不令人滿意的脫氣范圍，因?yàn)樵诠ぷ鹘橘|(zhì)由水和溴化鋰組成的情形中，工作介質(zhì)中的水濃度不能低于35-40重量％，因?yàn)榉駝t溴化鋰會(huì)結(jié)晶，從而會(huì)發(fā)生工作介質(zhì)的固化。WO 2005/113702描述了一種吸收式熱泵，其使用具有離子液體作為吸收介質(zhì)的工作介質(zhì)，該離子液體優(yōu)選地具有與制冷劑無限制的混溶性。盡管在使用離子液體作為吸收介質(zhì)時(shí)可以避免吸收介質(zhì)的結(jié)晶的問題，但是，實(shí)現(xiàn)的脫氣范圍一般不會(huì)優(yōu)于由水和溴化鋰組成的工作介質(zhì)的情形，尤其不會(huì)優(yōu)于包含水作為制冷劑的工作介質(zhì)的情形。WO 2006/134015在實(shí)施例VII a)中描述了利用離子液體1_乙基_3_甲基咪唑鎗甲基磺酸鹽、I-乙基-3-甲基咪唑鎗乙酸鹽和I-乙基-3-甲基咪唑鎗氫氧化物作為由溴化鋰和水組成的工作介質(zhì)的添加劑，以為了降低吸收介質(zhì)的結(jié)晶溫度。但是，其并沒有公開在工作介質(zhì)中水、溴化鋰和離子液體應(yīng)當(dāng)存在的比例，并且沒有公開添加劑對(duì)工作介質(zhì)的脫氣范圍的影響。在Korean J. Chem. Eng.，23 (2006) 113-116，K. -S. Kim et al.中，提出由水、溴化鋰和離子液體I-丁基-3-甲基咪唑鎗溴化物組成的工作介質(zhì)，該工作介質(zhì)包含重量比為4:1和7:1的溴化鋰和離子液體。在這些工作介質(zhì)中，離子液體作為反結(jié)晶添加劑，增大了溴化鋰的溶解度并降低了結(jié)晶溫度。但是，并不能從公開的溶解性、粘度和表面張力推出所公開的工作介質(zhì)的脫氣范圍。US 6，155，057描述為了防止吸收介質(zhì)結(jié)晶將包括烷基銨離子或雜環(huán)陽離子的有機(jī)鹽加入包含作為吸附介質(zhì)的鹵化鋰的工作介質(zhì)中。

發(fā)明內(nèi)容
已意外地發(fā)現(xiàn)，使用包含鋰鹽和至少一種摩爾質(zhì)量不大于200g/mol的有機(jī)陽離子Q+的有機(jī)鹽(其中鋰鹽和有機(jī)鹽具有相同的其摩爾質(zhì)量不大于200g/mol的陰離子)作為吸收介質(zhì)的工作介質(zhì)可達(dá)到與在單獨(dú)使用鋰鹽或有機(jī)鹽時(shí)相比更高的工作介質(zhì)脫氣范圍。因此，本發(fā)明提供吸收式熱泵，其包括吸收器、解吸器、冷凝器、蒸發(fā)器、揮發(fā)性制冷劑及包含鋰鹽和至少一種含有有機(jī)陽離子Q+的有機(jī)鹽的吸收介質(zhì)，其中鋰鹽和有機(jī)鹽具有相同的陰離子，所述陰離子的摩爾質(zhì)量不大于200g/mol并且不是鹵離子，并且所述有機(jī)陽離子Q+的摩爾質(zhì)量不大于200g/mol。 本發(fā)明的吸收式熱泵包括吸收器、解吸器、冷凝器、蒸發(fā)器、揮發(fā)性制冷劑和吸收介質(zhì)。吸收式熱泵的工作介質(zhì)是吸收介質(zhì)和制冷劑的混合物。在本發(fā)明的吸收式熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，氣態(tài)制冷劑在吸收器中被吸收在缺少制冷劑的工作介質(zhì)中產(chǎn)生富含制冷劑的工作介質(zhì)并且釋放吸收熱。在解吸器中，通過供熱，氣態(tài)制冷劑從所得的富含制冷劑的工作介質(zhì)解吸產(chǎn)生缺少制冷劑的工作介質(zhì)，其被再循環(huán)至吸收器。在解吸器中所得的氣態(tài)制冷劑在冷凝器中被冷凝釋放凝結(jié)熱，所得的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)，帶走蒸發(fā)熱，并將在該過程中所得的氣態(tài)制冷劑再循環(huán)至吸收器。術(shù)語“吸收式熱泵”，在本發(fā)明中使用時(shí)，涵蓋通過其在低溫水平吸收熱并再在較高溫度水平下放熱且通過向解吸器供熱而被驅(qū)動(dòng)的所有裝置。因此，本發(fā)明的吸收式熱泵包括吸收式制冷裝置和更窄意義上的吸收式熱泵，其中吸收器和蒸發(fā)器在比解吸器和冷凝器更低的工作壓力下操作，還包括吸收式熱轉(zhuǎn)換器，其中吸收器和蒸發(fā)器在比解吸器和冷凝器更高的工作壓力下操作。在吸收式制冷裝置中，蒸發(fā)器中的蒸發(fā)熱的攝取被用于冷卻介質(zhì)。在更窄意義上的吸收式熱泵中，在冷凝器和/或吸收器中釋放的熱量被用于加熱介質(zhì)。在吸收式熱轉(zhuǎn)換器中，在吸收器中釋放的吸收熱被用于加熱介質(zhì)，吸收熱在比將熱提供給解吸器的更高的溫度水平下獲得。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，吸收式熱泵作為吸收式制冷裝置進(jìn)行操作，并且熱量從在蒸發(fā)器中待冷卻的介質(zhì)獲取。本發(fā)明的吸收式熱泵包括含有鋰鹽和至少一種含有有機(jī)陽離子Q+的有機(jī)鹽的吸收介質(zhì)。鋰鹽和有機(jī)鹽具有相同的陰離子。鋰鹽和有機(jī)鹽在所述吸收介質(zhì)中的比例優(yōu)選大于50重量％，特別優(yōu)選大于80重量％。所述吸收介質(zhì)，除了所述鋰鹽之外，還可包含具有與所述有機(jī)鹽的陰離子不同的陰離子的其它鋰鹽。含有不同陰離子的鋰鹽在鋰鹽總量中的比例優(yōu)選小于20重量％，特別優(yōu)選小于10重量％。所述吸收介質(zhì)所含的鋰鹽和有機(jī)鹽的摩爾比優(yōu)選地使鋰鹽和有機(jī)鹽的混合物的熔點(diǎn)低于鋰鹽和有機(jī)鹽各自的熔點(diǎn)。所述吸收介質(zhì)所含的鋰鹽和有機(jī)鹽的摩爾比特別優(yōu)選地與鋰鹽和有機(jī)鹽的低共熔混合物的摩爾比偏差不大于25%。在鋰鹽和有機(jī)鹽的優(yōu)選摩爾比下，實(shí)現(xiàn)特別寬的工作介質(zhì)脫氣范圍，并且工作介質(zhì)可在特別寬的溫度范圍內(nèi)在吸收式熱泵中使用。
在有機(jī)鹽中，有機(jī)陽離子Q+的摩爾質(zhì)量不大于200g/mol,優(yōu)選不大于165g/mol。根據(jù)本發(fā)明，為了實(shí)現(xiàn)寬的工作介質(zhì)脫氣范圍，重要是使用一種或多種含有低摩爾質(zhì)量的有機(jī)陽離子Q+的有機(jī)鹽。適合的有機(jī)陽離子具體是通式(I)-(V)的陽離子R1R2R3R4N+(I)R1R2R3R4P+(II)R1R2R3S+(III)
R1R2N+=C (NR3R4) (NR5R6) (IV)R1R2N+=C (NR3R4) (XR5) (V)其中R1、R2、R3、R4、R5、R6相同或不同，并且各為氫、直鏈或枝化的脂肪族或烯族的烴基、脂環(huán)族或環(huán)烯族的烴基、芳香族烴基、烷基芳基、被OH、OR’、NH2、N (H) R’或N (R’)2末端官能化的直鏈或枝化的脂肪族或烯族的烴基，或者式-(R7-O)n-R8的聚醚，其中在式(V)的陽離子的情況中R5不是氫，R’是脂肪族或烯族的烴基，R7是含有2或3個(gè)碳原子的直鏈或枝化的亞烷基，η 是 1-3，R8是氫，或是直鏈或枝化的脂肪族或烯族的烴基，X是氧原子或硫原子，和其中基團(tuán)H R3、R4、R5和R6中至少一個(gè)并且優(yōu)選每個(gè)不是氫。適合的還有式(I)-(V)的陽離子，其中基團(tuán)R1和R3 —起形成4至10元，優(yōu)選5至6元環(huán)。其它適合的陽離子是在環(huán)中含有至少一個(gè)季氮原子的雜芳族陽離子，所述原子帶有如上定義的基團(tuán)R1，優(yōu)選地在所述氮原子上的取代基是吡咯、吡唑、咪唑、噁唑、異噁唑、噻唑、異噻唑、吡啶、嘧啶、吡嗪、吲哚、喹啉、異喹啉、噌啉、喹喔啉或酞嗪的衍生物。有機(jī)陽離子Q+優(yōu)選包含季氮原子。所述有機(jī)陽離子Q+優(yōu)選為1，3-二烷基咪唑鎗離子、1，3- 二烷基咪唑啉鎗離子、N-烷基吡啶鎗離子、N, N- 二烷基吡咯烷鎗離子或者具有R1R2R3R4N+結(jié)構(gòu)的銨離子，其中R1、! 2和R3彼此獨(dú)立地各為氫、烷基或羥乙基，并且R4是烷基。有機(jī)陽離子Q+特別優(yōu)選為1，3- 二烷基咪唑鎗離子，其中烷基獨(dú)立地選自甲基、乙基、正丙基和正丁基。有機(jī)陽離子Q+特別優(yōu)選為1，3-二甲基咪唑鎗、I-乙基-3-甲基咪唑鎗、I-(正丁基)-3-甲基咪唑鎗或I-(正丁基)-3-乙基咪唑鎗。在另一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述有機(jī)鹽是膽堿鹽。有機(jī)鹽優(yōu)選地在高達(dá)150°C的溫度下熱穩(wěn)定。優(yōu)選使用與水可無限混合并且水解穩(wěn)定的有機(jī)鹽。水解穩(wěn)定的有機(jī)鹽當(dāng)在80°C下儲(chǔ)存8000小時(shí)時(shí)在含有50重量％水的混合物中水解表現(xiàn)出小于5%分解率。鋰鹽和有機(jī)鹽包含相同的摩爾質(zhì)量不大于200g/mol的陰離子并且不是鹵離子。所述陰離子可帶有一價(jià)、二價(jià)或者多價(jià)負(fù)電荷，并且優(yōu)選是一價(jià)負(fù)電荷，特別優(yōu)選一元酸的陰離子。所述陰離子的摩爾質(zhì)量限制在小于200g/mol改進(jìn)了工作介質(zhì)的脫氣范圍。適合作為所述鋰鹽和有機(jī)鹽共有的陰離子是，一元無機(jī)酸的陰離子優(yōu)選硝酸根、亞硝酸根和氰酸根，以及一元有機(jī)酸的陰離子，優(yōu)選羧酸，例如，甲酸根、乙酸根、丙酸根和苯甲酸根。同樣適合的可以是，二元無機(jī)酸的一價(jià)陰離子和二價(jià)陰離子，優(yōu)選硫酸根、硫酸氫根、碳酸根和碳酸氫根，以及二元有機(jī)酸的一價(jià)陰離子和二價(jià)陰離子，優(yōu)選草酸根、琥珀酸根和丙二酸根。其它適合的陰離子是三元無機(jī)酸的一價(jià)陰離子、二價(jià)陰離子和三價(jià)陰離子，優(yōu)選磷酸根、磷酸氫根和磷酸二氫根。此外，適合的是二元和三元無機(jī)酸的偏酯，優(yōu)選甲基硫酸根、甲基磷酸根和二甲基磷酸根。特別優(yōu)選硝酸根、甲酸根、乙酸根、氰酸根、硫酸根、甲基硫酸根、碳酸根、草酸根、琥珀酸根、甲基磷酸根、二甲基磷酸根、磷酸氫根和磷酸二氫根，特別是乙酸根。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，鋰鹽和有機(jī)鹽共有的陰離子的pKb大于5，優(yōu)選大于7。選擇具有如此PKb的陰離子的鹽可改進(jìn)在吸收操作過程中有機(jī)鹽對(duì)分解的穩(wěn)定性。本發(fā)明的吸收式熱泵，作為制冷劑，優(yōu)選包含水、甲醇、乙醇、2-丙醇、三氟乙醇、二氧化硫、二氧化碳或氨，特別優(yōu)選水、乙醇、2-丙醇或三氟乙醇，最優(yōu)選水。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，選擇有機(jī)鹽和制冷劑以使鋰鹽在制冷劑中的溶液(其 在35°C下飽和)的蒸氣壓高于具有相同的制冷劑重量比例的有機(jī)鹽和制冷劑的混合物的蒸氣壓。優(yōu)選使用水、甲醇、乙醇、2-丙醇或三氟乙醇，特別優(yōu)選水，作為制冷劑。這樣的實(shí)施方案的實(shí)例是I-乙基-3-甲基咪唑鎗硝酸鹽作為有機(jī)鹽、硝酸鋰作為鋰鹽并且水作為制冷齊U，以及1_(正丁基)-3_甲基咪唑鎗乙酸鹽作為有機(jī)鹽、乙酸鋰作為鋰鹽并且水作為制冷齊U。通過相應(yīng)地選擇有機(jī)鹽和制冷劑實(shí)現(xiàn)工作介質(zhì)脫氣范圍的進(jìn)一步改進(jìn)。本發(fā)明的吸收式熱泵，在工作介質(zhì)中，除了吸收介質(zhì)和制冷劑之外，還可包含其它添加劑，優(yōu)選腐蝕抑制劑和/或促潤(rùn)濕的添加劑。腐蝕抑制劑占所述吸收介質(zhì)質(zhì)量的比例優(yōu)選為10-50 OOOppm，特別優(yōu)選100-10 OOOppm0促潤(rùn)濕的添加劑占所述吸收介質(zhì)質(zhì)量的比例優(yōu)選為10-50 OOOppm，特別優(yōu)選100-10 OOOppm0現(xiàn)有技術(shù)已知的適合于吸收式熱泵中所用材料的所有非揮發(fā)性腐蝕抑制劑可用作腐蝕抑制劑。優(yōu)選選自非離子型表面活性劑、兩性離子型表面活性劑和陽離子型表面活性劑中的一種或多種表面活性劑用作促潤(rùn)濕的添加劑。適合的非離子型表面活性劑是烷基胺烷氧基化物、酰胺基胺、烷醇酰胺、烷基膦氧化物、烷基-N-葡萄糖酰胺、烷基葡萄糖苷、膽汁酸、烷基烷氧基化物、山梨聚糖酯、山梨聚糖酯乙氧基化物、脂肪醇、脂肪酸乙氧基化物、酯乙氧基化物和聚醚硅氧烷。適合的兩性離子型表面活性劑是甜菜堿、烷基甘氨酸、sultains、兩性基丙酸鹽、兩性基乙酸鹽、叔胺氧化物和娃基甜菜堿(silicobetaine)。適合的陽離子型表面活性劑是含有I或2個(gè)含有8-20個(gè)碳原子的取代基的季銨鹽，特別是相應(yīng)的四烷基銨鹽、烷基吡啶鎗鹽、酯季銨鹽(ester quats)、二酰胺基胺季銨鹽(diamidoamine quats)、咪唑啉鐵季銨鹽、燒氧基燒基季銨鹽、節(jié)基季銨鹽和聚娃氧燒季銨鹽。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述促潤(rùn)濕的添加劑包含一種或多種通式R(OCH2CHIT )m0H的非離子型表面活性劑，其中m是4_40，并且R是含有8_20個(gè)碳原子的烷基、含有8-20個(gè)碳原子的烷基芳基，或者含有3-40個(gè)環(huán)氧丙烷單元的聚環(huán)氧丙烷基團(tuán)，并且R’是甲基，或者優(yōu)選氫。
在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述促潤(rùn)濕的添加劑包含聚醚-聚硅氧烷共聚物，其含有大于10重量％的[Si (CH3)2O]單元和大于10重量％的[CH2CHR-O]單元，其中R是氫或甲基。特別優(yōu)選通式(VI)-(VIII)的聚醚-聚硅氧烷共聚物(CH3) 3Si-0- [SiR1 (CH3) -O]n_Si (CH3) 3(VI)R2O-Ap-[B-AJm-Aq-R2(VII)R2O-[A-Z]p-[B-Si (CH3)2-Z_0-A-Z]m-B-Si (CH3) 2[Z-O-A],O1^qR2 (VIII)其中A 是式-[CH2CHR3-O] r-的二價(jià)基團(tuán)，B 是式- [Si (CH3)2-OJs-的二價(jià)基團(tuán)， Z是含有2-20個(gè)碳原子的二價(jià)直鏈或枝化的亞烷基，優(yōu)選-(CH2) 3_，η 是 1-30，m 是 2-100， 4各為0或1，r 是 2-100，s 是 2-100，基團(tuán)R1中的1-5個(gè)是通式-Z-O-A-R2的基團(tuán)并且剩余的基團(tuán)R1各是甲基，R2是氫，或是脂肪族或烯族的烷基或含有1-20個(gè)碳原子的酰基，和R3是氫或甲基。所述促潤(rùn)濕的添加劑是本領(lǐng)域技術(shù)人員從現(xiàn)有技術(shù)已知的用于水溶液的添加劑，并且可通過現(xiàn)有技術(shù)已知的方法制備。在本發(fā)明的吸收式熱泵的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，含制冷劑的蒸氣相與含吸收介質(zhì)的液相被吸收器和/或解吸器中的半滲透膜彼此分隔，其中所述半滲透膜可滲透所述制冷劑而不可滲透所述吸收介質(zhì)。所述半滲透膜優(yōu)選為溶解擴(kuò)散膜。溶解擴(kuò)散膜幾乎沒有孔隙。對(duì)于溶解擴(kuò)散膜，膜對(duì)制冷劑的選擇滲透性是因?yàn)橹评鋭┤苡谀さ牟牧现胁⑶彝ㄟ^膜擴(kuò)散，而吸收介質(zhì)不溶于膜的材料。因此，對(duì)于本發(fā)明的吸收式熱泵，溶解擴(kuò)散膜的適合性可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過對(duì)制冷劑和吸收介質(zhì)在膜的材料中的溶解性的簡(jiǎn)單試驗(yàn)來確定。對(duì)于用水作為制冷劑的實(shí)施方案，可使用本領(lǐng)域技術(shù)人員從滲析、反滲透和全蒸發(fā)技術(shù)領(lǐng)域得知的適合于從鹽水溶液除去鹽的任何無孔的膜作為溶解擴(kuò)散膜。用于溶解擴(kuò)散膜的材料優(yōu)選為親水性或親水官能化的聚合物，其包含聚乙烯醇、聚酰亞胺、聚苯并咪唑、聚苯并咪唑酮、聚酰胺酰肼、纖維素酯、乙酸纖維素酯、二乙酸纖維素酯、三乙酸纖維素酯、丁酸纖維素酯、硝酸纖維素酯、聚脲、聚呋喃、聚乙二醇、聚(辛基甲基硅氧烷)、聚硅氧烷、聚烷基硅氧烷、聚二烷基硅氧烷、聚酯-聚醚嵌段共聚物、聚砜、磺酸化的聚砜、聚酰胺，特別是芳香族聚酰胺、聚醚、聚醚醚酮、聚酯、聚醚-脲復(fù)合材料、聚酰胺-脲復(fù)合材料、聚醚砜、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸或聚丙烯腈。也可使用這些聚合物中的兩種或更多種的混合物或共聚物。特別優(yōu)選由乙酸纖維素酯、交聯(lián)聚乙二醇、交聯(lián)聚二甲基硅氧烷或聚酯-聚醚嵌段共聚物組成的溶解擴(kuò)散膜。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述半滲透膜是微孔膜。出于本發(fā)明的目的，微孔膜是具有穿過膜的孔的膜，孔的最小直徑為0.3ηπι-100μπι。所述膜的孔優(yōu)選為O.3nm_0. I μ m。優(yōu)選使用不被由吸收介質(zhì)和制冷劑組成的工作介質(zhì)潤(rùn)濕的微孔膜。在此，術(shù)語“潤(rùn)濕”是指工作介質(zhì)與微孔膜之間的接觸角小于90度，致使工作介質(zhì)因毛細(xì)管力而滲透入膜的孔中。工作介質(zhì)與微孔膜之間的接觸角優(yōu)選大于120度，特別優(yōu)選大于140度。非潤(rùn)濕性微孔膜的使用在液態(tài)工作介質(zhì)側(cè)的壓力高于蒸氣側(cè)的情況中還可防止液態(tài)工作介質(zhì)經(jīng)過膜的孔流至膜的蒸氣側(cè)。因此，對(duì)于本發(fā)明的吸收式熱泵，微孔膜的適合性可由本領(lǐng)域技術(shù)人員通過測(cè)定工作介質(zhì)與膜之間的接觸角來確定。對(duì)于使用水作為制冷劑的實(shí)施方案，優(yōu)選使用疏水性微孔膜作為半滲透膜。適合的疏水性微孔膜是作為防水但水蒸汽可透過的膜的功能布料技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員已知的。優(yōu)選使用由聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯或氟烷基改性的聚合物組成的疏水性微孔膜。也可使用這些聚合物中的兩種或更多種的混合物或共聚物。其它適合的膜是包含無機(jī)疏水性微孔材料的無機(jī)疏水性微孔膜或復(fù)合膜，例如由硅巖(Silicalite) 或疏水化的二氧化硅形成其孔的膜。所述半滲透膜優(yōu)選被安置于多孔支撐層上。安置在多孔支撐層上可獲得即使在使用薄的半滲透膜時(shí)也機(jī)械上穩(wěn)定的膜元件。這允許通過所述膜更快速地傳質(zhì)，故此吸收器的構(gòu)造更小且更緊湊。所述支撐層優(yōu)選被安置在毗鄰蒸氣相的半滲透膜側(cè)上。支撐層的所述安置與在面向液態(tài)工作介質(zhì)的膜側(cè)上安置支撐層相比產(chǎn)生更低的傳質(zhì)阻力。多孔支撐層可包含無機(jī)或有機(jī)材料。所述膜優(yōu)選被安置于由疏水性聚合物特別是聚烯烴、聚酯或聚偏二氟乙烯組成的多孔支撐層上。所述支撐層還可包含增強(qiáng)材料，例如利用織物層。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述半滲透膜以中空纖維的形式安置。中空纖維形式的膜的實(shí)施方案賦予吸收器和/或解吸器特別緊湊的構(gòu)造，并且允許在蒸氣相與液相之間壓差較高的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)。本發(fā)明的吸收式熱泵優(yōu)選具有兩級(jí)或多級(jí)特別優(yōu)選兩級(jí)的構(gòu)造，正如在例如 F. Ziegler, R. Kahn, F. Summerer, G. Alefeld " Multi-Effect absorptionchillers"，Rev. Int. Froid 16 (1993) 301-311 中對(duì)于吸收式制冷機(jī)的描述。本發(fā)明的吸收式熱泵優(yōu)選具有額外的熱交換器，利用其在從解吸器供至吸收器的缺少制冷劑的工作介質(zhì)與從吸收器供至解吸器的富含制冷劑的工作介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換。逆流熱交換器特別優(yōu)選用于此目的。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，系統(tǒng)部件吸收器、解吸器、冷凝器和蒸發(fā)器中至少其一具有由聚合物材料制得的壁表面，通過其與環(huán)境進(jìn)行熱交換。所述聚合物材料在此情況中優(yōu)選為聚酰胺、聚酰亞胺或聚醚醚酮。作為聚酰胺，優(yōu)選使用聚酰胺12。作為聚酰亞胺，優(yōu)選使用二苯甲酮四羧酸二酐的聚酰亞胺以及甲苯二異氰酸酯和二苯基甲烷二異氰酸酯(methylene di (phenyl diisocyanate))的混合物，其可從 Evonik Fibres 以商品名 P84 獲得。可通過使用聚合物材料避免熱交換表面的腐蝕。同時(shí)，可通過使用聚酰胺、聚酰亞胺或聚醚醚酮達(dá)到高傳熱系數(shù)，賦予吸收式熱泵緊湊的構(gòu)造。以下實(shí)施例說明本發(fā)明而不限制本發(fā)明的主題。實(shí)施例實(shí)施例1-8水用作制冷劑的脫氣范圍在蒸發(fā)器和吸收器中IOmbar的壓力、吸收器中35°C的溫度，解吸器和冷凝器中70mbar的壓力，以及解吸器中80°C的最大溫度下，運(yùn)轉(zhuǎn)吸收式制冷機(jī)，測(cè)定可達(dá)到的最大脫氣范圍。為此，將吸收介質(zhì)與不同量的水混合，在每種情況中測(cè)定蒸氣壓，以此方式測(cè)定水含量，在該含水量下，含有吸收介質(zhì)的混合物分別在35°C下的蒸氣壓為IOmbar或者在80°C下的蒸氣壓為70mbar。在35°C下蒸氣壓為IOmbar的混合物對(duì)應(yīng)于可用于吸收式制冷機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的最富含制冷劑的工作介質(zhì)?？捎糜谖帐街评錂C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的最缺少制冷劑的工作介質(zhì)是在80°C下蒸氣壓為70mbar的混合物。以最富含制冷劑的工作介質(zhì)與最缺少制冷劑的工作介質(zhì)在制冷劑水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異計(jì)算脫氣范圍。結(jié)果示于表I中。表I中的數(shù)據(jù)表明，根據(jù)本發(fā)明，若陰離子不是鹵離子，用具有相同陰離子的有機(jī)鹽和鋰鹽的吸收介質(zhì)達(dá)到較高的脫氣范圍。與工業(yè)用的吸收介質(zhì)溴化鋰相比，也實(shí)現(xiàn)脫氣范圍的改進(jìn)。表I :用水作為制冷劑的吸收介質(zhì)的脫氣范圍
權(quán)利要求
1.吸收式熱泵，其包括吸收器、解吸器、冷凝器、蒸發(fā)器、揮發(fā)性制冷劑和吸收介質(zhì)，其特征在于所述吸收介質(zhì)包含鋰鹽和至少一種含有有機(jī)陽離子Q+的有機(jī)鹽，其中鋰鹽和有機(jī)鹽含有相同的陰離子，所述陰離子的摩爾質(zhì)量不大于200g/mol并且不是鹵離子，并且所述有機(jī)陽離子Q+的摩爾質(zhì)量不大于200g/mol。
2.權(quán)利要求I的吸收式熱泵，其特征在于所述吸收介質(zhì)所含的所述鋰鹽和所述有機(jī)鹽的摩爾比使鋰鹽和有機(jī)鹽的混合物的熔點(diǎn)低于所述鋰鹽和所述有機(jī)鹽各自的熔點(diǎn)。
3.權(quán)利要求2的吸收式熱泵，其特征在于所述吸收介質(zhì)所含的所述鋰鹽和所述有機(jī)鹽的摩爾比與鋰鹽和有機(jī)鹽的低共熔混合物的摩爾比的偏差不大于25%。
4.權(quán)利要求1-3中的任一項(xiàng)的吸收式熱泵，其特征在于鋰鹽和有機(jī)鹽在所述吸收介質(zhì)中的比例大于50重量％。
5.權(quán)利要求1-4中的任一項(xiàng)的吸收式熱泵，其特征在于所述制冷劑選自水、甲醇、乙醇、2-丙醇、三氟乙醇、二氧化硫、二氧化碳和氨。
6.權(quán)利要求5的吸收式熱泵，其特征在于所述制冷劑是水。
7.權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)的吸收式熱泵，其特征在于在35°C下飽和的所述鋰鹽在所述制冷劑中的溶液的蒸氣壓高于具有相同重量比例的制冷劑的所述有機(jī)鹽和所述制冷劑的混合物的蒸氣壓。
8.權(quán)利要求1-7中的任一項(xiàng)的吸收式熱泵，其特征在于所述有機(jī)陽離子Q+選自1，3-二烷基咪唑鎗離子、1，3- 二烷基咪唑啉鎗離子、N-烷基吡啶鎗離子、N, N- 二烷基吡咯烷鎗離子和具有R1R2R3R4N+結(jié)構(gòu)的銨離子，其中R1、! 2和R3彼此獨(dú)立地為氫、烷基或羥乙基，并且R4是燒基。
9.權(quán)利要求1-8中的任一項(xiàng)的吸收式熱泵，其特征在于所述陰離子選自硝酸根、甲酸根、乙酸根、氰酸根、硫酸根、甲基硫酸根、碳酸根、草酸根、琥珀酸根、甲基磷酸根、二甲基磷酸根、磷酸氫根和磷酸二氫根。
10.權(quán)利要求1-9中的任一項(xiàng)的吸收式熱泵，其特征在于所述陰離子的PKb大于5。
11.權(quán)利要求ι- ο中的任一項(xiàng)的吸收式熱泵，其特征在于所述陰離子具有一價(jià)負(fù)電荷。
12.權(quán)利要求11的吸收式熱泵，其特征在于所述陰離子是一元酸的陰離子。
13.權(quán)利要求1-12中的任一項(xiàng)的吸收式熱泵，其特征在于其作為吸收式制冷機(jī)操作，并且在蒸發(fā)器中從待冷卻的介質(zhì)吸收熱量。
14.權(quán)利要求1-13中的任一項(xiàng)的吸收式熱泵，其特征在于其具有兩級(jí)構(gòu)造。
15.權(quán)利要求1-14中的任一項(xiàng)的吸收式熱泵，其特征在于含制冷劑的蒸氣相和含吸收介質(zhì)的液相被所述吸收器和/或解吸器中的半滲透膜彼此分隔，并且所述半滲透膜可滲透所述制冷劑而不可滲透所述吸收介質(zhì)。
16.權(quán)利要求1-15中的任一項(xiàng)的吸收式熱泵，其特征在于吸收器、解吸器、冷凝器和蒸發(fā)器各部件中至少其一具有由選自聚酰胺、聚酰亞胺和聚醚醚酮的聚合物材料制得的壁表面，通過其與環(huán)境進(jìn)行熱交換。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種吸收式熱泵，其包括吸收介質(zhì)，所述吸收介質(zhì)包含鋰鹽和至少一種含有有機(jī)陽離子Q+的有機(jī)鹽，其中鋰鹽和有機(jī)鹽含有相同的陰離子，所述陰離子的摩爾質(zhì)量不大于200g/mol并且不是鹵離子，并且所述有機(jī)陽離子Q+的摩爾質(zhì)量不大于200g/mol。所述吸收式熱泵表現(xiàn)出由制冷劑和吸收介質(zhì)組成的工作介質(zhì)的改善的脫氣范圍。
文檔編號(hào)C09K5/04GK102822310SQ201180015770
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月20日
發(fā)明者M·塞勒, R·施奈德, O·策那科爾, M-C·施奈德 申請(qǐng)人:贏創(chuàng)德固賽有限公司