三元近共沸混合工质MP52和MP39的水合物蓄冷研究

    1 问题的提出

    气体水合物蓄冷是近二十年来涌现出来的新技术,该技术综合了水蓄冷(相变温度高)和冰蓄冷(相变潜热大)的优点,蓄冷密度和蓄冷效率都很高。从1982年 Tomlinson提出水合物蓄冷的设想以来,美、日等发达国家都投入了大量人力、物力进行了气体水合物蓄冷技术的实用化研究,取得了很大的进展 [1~5]。在国内,郭开华等研究了R152a/R141b和R134a/R141b两种配方的混合工质水合物,发现二者都能够在常压下生成的水合物,其 水合物具有近共融的特性,共融点温度在8e左右,非常适合工程应用[6、7]。但他们的装置是内融式的,传热系数较低。

    本课题组在间接接触方式的水合物蓄冷的小型中试设备中引入了热管的工作机理,采用制冷剂的冷凝)蒸发循环作为工作动力,换热效率大大提高,蓄冷密度达到了 190MJ/m3[8],大大高于日本的装置,和美国Calmac的冰蓄冷装置已经不相上下。但由于需要制冷剂的冷凝作为循环动力,而往往混合工质的冷凝 较之单一工质困难,传热系数也很低[9],用该装置对于R12/R11混合工质的实验并不成功[10]。因此,在间接接触式水合物蓄冷装置中采用混合工质 能否实现水合反应,传热传质的效率如何,仍是悬而未决的问题。

    为了探讨混合工质的水合物生成特性,我们选择由R22、R152a和R124组成的三元近共沸混合物MP39和MP52作为研究的切入点。在ASHRAE 的制冷剂注册表中,MP39和MP52的编号分别为R401A和R401C,作为R12的过渡替代物,二者在汽车空调和商业冷冻产品中应用较广。目前,作 为二者组分的R22和R152a都已知可以与水形成Ò型水合物,而R124能否形成水合物则迄今未有文献报道。已知沸点相差悬殊的R12/R11在本装置 中很难形成水合物,那么,近共沸的MP52和MP39能否形成水合物,其水合物的特性如何,则是本文所要探讨的问题。此外,过去的研究多使用醇类作为添加 剂,需要的浓度较大而对水合物的相平衡状态有影响,因此本文的研究将考察表面活性剂的影响。

    MP39和MP52各组分的四相点及与R12的对比见表1。

    2 实验装置

    整个实验台配置见图1。本文的蓄冷罐在原理上借鉴了Y.H.Utaka等的间接接触式水合物蓄冷装置,所不同的是取消了冷凝液回流管。蓄冷罐为一不锈钢制 的圆柱筒体,承压能力为1.6MPa。罐内有两组换热器:位于罐上部的冷凝器和位于罐的中、下部的蒸发器。罐内工质分为界面明显的三层:下部为氟利昂液 层,中部为水层,上部为氟利昂气层。罐的侧面开有四个观察窗,罐体及底、盖均用软质聚氨酯泡沫塑料板包裹进行保温处理。

    数据采集系统硬件采用台湾研华生产的ADAM4018远程数据采集和控制模块,软件为用Visual Basic6.0编制的应用程序,用Pentium586微机在WIN98下运行。所有数据用EXCEL5格式存贮进行后续处理。