低品位热驱动的跨临界CO2-[emim][Tf2N]吸收式制冷循环研究

吸收制冷具有热转换效率高、机械能消耗少等优点，本项目结合热转换系统原理和绿色环保物质CO2-[emim][Tf2N]的优势，提出了一种低品位热驱动的CO2-[emim][Tf2N]吸收制冷循环，该循环实现冷量品位间的高效转换，降低能耗。本项目不但从理论和实验两方面对所提出的循环进行详细研究，而且对该循环所涉及的关键科学问题进行深入研究，即高压条件下离子流体[emim][Tf2N]吸收二氧化碳的机理以及利用表面活性剂强化高压条件下离子溶液吸收[emim][Tf2N]中二氧化碳的吸收问题。通过理论和实验研究，以期在单效吸收制冷循环中获得最低的制冷温度及较高制冷效率，从而拓展CO2回收再利用的空间；同时也为CO2在离子液体中的吸收机理和传热传质机理的解决提供研究基础，为丰富和完善吸收制冷循环的科学理论做出贡献。

能源和环境问题是全人类共同关注焦点，太阳能热等低品位热源的利用以及氢氯氟烃（HCFCs）和氯氟烃（CFCs）等制冷剂替代物的研发是缓解能源紧张的重要战略任务之一，所以新工质的开发和低品位热利用的研究越来越受到国内外学者的重视。. 首先，本项目提出以自然工质CO2为制冷剂、离子液体[emim][Tf2N]为吸收剂作为吸收制冷系统的制冷工质对。利用改造高精度测试溶解度实验台测量x-p-T数据，并应用PR状态方程及WS混合规则和NRTL活度系数模型对二元工质对的实验数据进行关联，计算得到CO2-[emim][Tf2N]二元混合体系的超额自由能、超额焓和混合焓，为双低品位热驱动CO2-[emim][Tf2N]吸收制冷循环热力学性能的理论计算和系统部件的优化设计奠定了理论基础。. 其次，针对低品位热驱动传统吸收制冷系统的性能系数较低，甚至可能导致吸收制冷系统不能连续工作等现象，本项目依据热力学原理以及能量梯级利用原理，提出一种新型双低品位热驱动CO2-[emim][Tf2N]吸收制冷循环，以期解决低品位热驱动制冷效率低等问题。对低品位热驱动吸收制冷系统新流程特性进行了理论研究。在阐述新型吸收制冷系统工作原理的基础上，建立了组成新型吸收制冷系统各部件数学模型，并对新流程在最佳工况点进行热力学参数优化设计。利用数值计算方法编写程序进行了数值计算，分析计算了热源温度、冷却水入口温度、载冷剂入口温度以及高低温制冷剂配比等操作参数对循环热力学循环的影响。. 为了测试操作参数对双低品位热驱动CO2-[emim][Tf2N]吸收制冷系统性能的影响，本项目根据优化设计结果，自行搭建了新型吸收制冷系统性能实验台。在定流量（即冷却水流量、载冷剂水流量、溶液循环量和高低温制冷剂配比相同）的实验条件下，对不同高低温发生热量比、高压箱体压力以及冷却水入口温度对新型吸收制冷循环特性的影响规律进行了初步实验研究。实验结果表明，与传统低品位热驱动吸收制冷系统相比，双低品位热驱动CO2-[emim][Tf2N]吸收制冷系统可以利用低品位热源制取高品位冷量和较低制冷温度，从而扩宽了吸收制冷系统制冷温度范围。. 最后，在总结双低品位热驱动CO2-[emim][Tf2N]吸收制冷系统工作原理和实验研究结果的基础上，对今后进一步研究工作提出了一些意见与建议。