一种低温工质对及其应用

本发明属于能源循环利用，具体涉及一种低温工质对及其应用。

背景技术：

1、目前工业领域存在大量的低品位余热(60-80℃)无法获得高效的利用，而同时又需要工艺冷冻水。除此之外，低温质子交换膜燃料电池化学能转化为电能的效率约为50％，其余一半能量也以低品位余热(60-80℃)的形式耗散掉，而氢燃料电池公交车、物流车等商用车，以及氢能船舶、氢能有轨电车等通常需要在夏季制冷。利用大量低品位余热进行制冷，对于工业节能及燃料电池综合能效提升及其重要。

2、吸收式制冷是一种利用余热驱动实现制冷的节能技术。但是现在采用的工质对主要是溴化锂/h2o和h2o/nh3等。商用吸收式制冷采用溴化锂/h2o作为工质对，其对驱动热源温度要求高，典型工况下制取5℃冷量时需要的发生温度高于90℃，且存在易结晶、工作温宽窄，高温下对普通金属材料，甚至不锈钢都具有较强的腐蚀性，同时吸收剂溴化锂价格较高；吸收式制冷采用h2o/nh3作为工质对，同样需要在较高的驱动温度下工作，且存在腐蚀性、有毒和爆炸问题。一些新提出的多元无机盐/h2o工质对仍然存在低温易结晶、高温腐蚀性及黏度高等问题；烷烃及醇类为制冷剂的有机工质对面临吸收能力弱、易燃易爆等不足；新型的离子液体/h2o工质对也存在吸收能力差，需要在高浓度下工作，造成黏度大，成本高等问题。以上不同类型工质对存在的不同缺陷限制了吸收式制冷在低温余热领域的应用，造成了工业领域及低温质子交换膜燃料电池低品位余热无法合理利用，降低了能源系统的综合能效。

技术实现思路

1、为了克服现有技术存在的上述问题，本发明提供一种低温工质对及其应用，用于解决现有技术中存在的上述问题。

2、一种低温工质对,所述低温工质对包括吸收剂和和制冷剂,所述吸收剂用于在吸收式热泵吸收器中吸收制冷剂，并放热,所述制冷剂用于在吸收式热泵蒸发器中蒸发，并吸热,所述吸收剂包括有机吸收剂、离子液体吸收剂或者为复合吸收剂；所述制冷剂为hfo-1233zd(z)或包含该成分的复合制冷剂。

3、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述有机吸收剂为四乙二醇二甲醚或聚乙二醇单甲醚；所述离子液体吸收剂为咪唑类、季铵类、季鏻类、哌啶类或吡啶类中的一种或数种。

4、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述咪唑类离子液体吸收剂为1-丁基-2，3-二甲基咪唑溴盐、1-丁基-2,3-二甲基咪唑氯盐、1,3-二甲基咪唑磷酸二甲酯或1,3-二甲基咪唑磷酸二乙酯中一种或数种。

5、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述低温工质对中的吸收剂的摩尔分数范围为10％～90％，所述摩尔分数为吸收剂的摩尔数与吸收剂的摩尔数和制冷剂的摩尔数之和的比值。

6、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述复合吸收剂包括至少一种吸收剂，每种所述吸收剂的摩尔分数范围为0％～100％。

7、本发明还提供了一种所述的低温工质对的应用,所述低温工质对用于吸收式制冷或制热原理的低品位余热中。

8、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述低温工质对用于燃料电池余热利用系统，所述系统包括：燃料电池、发生装置、冷凝装置、蒸发装置和吸收装置；

9、其中，所述燃料电池与所述发生装置相连接，用于提供余热；

10、所述发生装置与所述冷凝装置和吸收装置相连接，将其中容置的低温工质对在制冷或制热工况下分别输出给所述冷凝装置或吸收装置；

11、所述蒸发装置用于在制冷工况下对所述冷凝装置输出的低温工质对的制冷剂进行蒸发，形成制冷剂的过热蒸汽；

12、所述吸收装置同时与所述发生装置和蒸发装置连接，用于接收过热蒸汽，并向所述发生装置输送低温工质对的吸收剂稀溶液。

13、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述系统还包括设置在发生装置与所述吸收装置之间的换热装置。

14、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述系统还包括设置在连接在所述蒸发装置与吸收装置之间的压缩装置，用于对输入至所述吸收装置的所述过热蒸汽进行冷凝。

15、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述制冷工况过程具体包括：

16、s11.关闭暖气片与燃料电池之间的阀门，打开发生装置与燃料电池之间的阀门，燃料电池冷却后产生的余热输出至发生装置，发生装置加热来自吸收装置的吸收剂稀溶液，蒸发出部分制冷剂过热蒸汽输出给冷凝装置；

17、s12.冷凝装置对制冷剂过热蒸汽进行冷凝后输出给蒸发装置；

18、s13.蒸发装置对冷凝后的制冷剂进行蒸发得到制冷剂的饱和蒸汽，蒸发过程中吸收燃料电池所在的设备的热量，实现制冷；

19、s14.所述饱和蒸汽流入吸收装置，同时发生装置中的吸收剂浓溶液与吸收装置中的吸收剂稀溶液在换热器中换热后进入吸收装置中，所述吸收剂浓溶液吸收所述饱和蒸汽，变为吸收剂稀溶液，且在吸收过程中放热，通过与环境换热实现冷却；

20、制热工况过程具体包括：

21、打开暖气片与燃料电池之间的阀门，关闭发生装置与燃料电池之间的阀门，燃料电池冷却后产生的余热输出至暖气片，用于给燃料电池所在的设备供热。

22、本发明的有益效果

23、与现有技术相比，本发明有如下有益效果：

24、本发明的低温工质对，吸收剂为有机试剂、离子液体或其多元混合体系作为吸收剂，制冷剂为hfo-1233zd(z)，能有效地回收并利用低品位余热，解决了现有吸收式制冷技术难以利用低品位余热的问题；同时该低温吸收式制冷工质对，以四乙二醇二甲醚为吸收剂，hfo-1233zd(z)为制冷剂为例，四乙二醇二甲醚/hfo-1233zd(z)工质对具有无腐蚀、粘度低、发生温度低、经济性好、工作范围宽(可在零度以下工作)，且降低了加工工艺要求等优点；

25、该低温工质对除了用于燃料电池低温余热利用以外，还用于其他基于吸收式制冷或制热原理的低品位余热(建材、冶金、食品加工，化工)利用技术，如利用吸收式技术回收工业低温余热进行制冷或制热、太阳能吸收式制热或制冷等，除应用于质子交换膜燃料电池冷藏车、公交车等商业汽车及有轨电车、船舶等交通领域，还可用于基于氢燃料电池的分布式能源系统冷、热、电联供，可有效提高燃料电池的综合能效，具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种低温工质对,其特征在于,所述低温工质对包括吸收剂和和制冷剂,所述吸收剂用于吸收制冷剂，并放热,所述制冷剂用于吸热蒸发,所述吸收剂包括有机吸收剂、离子液体吸收剂或者为复合吸收剂；所述制冷剂为hfo-1233zd(z)或包含该成分的复合制冷剂。

2.根据权利要求1所述的低温工质对,其特征在于,所述有机吸收剂为四乙二醇二甲醚或聚乙二醇单甲醚；所述离子液体吸收剂为咪唑类、季铵类、季鏻类、哌啶类或吡啶类中的一种或数种。

3.根据权利要求2所述的低温工质对,其特征在于,所述咪唑类离子液体吸收剂为1-丁基-2，3-二甲基咪唑溴盐、1-丁基-2,3-二甲基咪唑氯盐、1,3-二甲基咪唑磷酸二甲酯或1,3-二甲基咪唑磷酸二乙酯中一种或数种。

4.根据权利要求1所述的低温工质对,其特征在于,所述低温工质对中的吸收剂的摩尔分数范围为10％～90％，所述摩尔分数为吸收剂的摩尔数与吸收剂的摩尔数和制冷剂的摩尔数之和的比值。

5.根据权利要求1所述的低温工质对,其特征在于，所述复合吸收剂包括至少一种吸收剂，每种所述吸收剂的摩尔分数范围为0％～100％。

6.一种根据权利要求1-5任一项所述的低温工质对的应用,其特征在于，所述低温工质对用于吸收式制冷或制热原理的低品位余热中。

7.根据权利要求6所述的低温工质对的应用,其特征在于，所述低温工质对用于燃料电池余热利用系统，所述系统包括：燃料电池、发生装置、冷凝装置、蒸发装置和吸收装置；

8.根据权利要求7所述的低温工质对的应用，其特征在于，所述系统还包括设置在发生装置与所述吸收装置之间的换热装置。

9.根据权利要求7所述的低温工质对的应用，其特征在于，所述系统还包括设置在连接在所述蒸发装置与吸收装置之间的压缩装置，用于对输入至所述吸收装置的所述过热蒸汽进行冷凝。

10.根据权利要求7所述的低温工质对的应用，其特征在于，所述制冷工况过程具体包括：

技术总结本发明涉及一种低温工质对及其应用，所述低温工质对包括吸收剂和和制冷剂,所述吸收剂用于吸收所述制冷剂，并放热,所述制冷剂用于吸热并蒸发,所述吸收剂包括有机吸收剂、离子液体吸收剂或者为复合吸收剂；所述制冷剂为HFO‑1233zd(Z)或包含该成分的复合制冷剂。本发明采用低温工质对除用于对燃料电池低温余热利用以外，还用于其他基于吸收式制冷或制热原理的低品位余热(建材、冶金、食品加工，化工)利用技术，如利用吸收式技术回收工业低温余热进行制冷或制热、太阳能吸收式制热或制冷。技术研发人员：罗春欢,杨宇帆,周春廷,杨畅畅,何沐然受保护的技术使用者：北京科技大学顺德创新学院技术研发日：技术公布日：2024/5/27