在引射方式下气体水合物的形成与蓄冷特性

　　近年来,随着我国经济的高速发展和人民物质生活水平的不断提高,人们对电力的需求越来越大,特别是城市空调用电量的迅速增加,加剧了城市电力的峰谷差,使得许多用电设备不得不拉闸限电。为了缓解城市电力的峰谷差矛盾,空调蓄冷技术便应运而生。

　　在空调蓄冷技术中,人们己普遍使用水蓄冷和冰蓄冷,而气体水合物蓄冷技术在空调的实际蓄冷工程中尚无一例。目前国内外的学者正在展开对气体水合物蓄冷技术 的研究,为了在实验中增强混合,他们在蓄冷箱中装有搅拌器[1]。但是,使用搅拌器不但要耗电,而且增加了密封难度,本文利用引射器引射R12液体使其在 混合腔中气化并与水充分混合,以达到促进水合物生成速度的目的。

　　1 实验装置系统

　　本实验装置系统主要由五部分组成,如图1所示:制冷系统、蓄冷箱、放冷系统、循环动力系统和数据采集系统。其中最主要的是蓄冷箱和在循环动力系统中采用的 1个磁力驱动泵和1个引射器。在蓄冷箱的5个不同的层面布置了15对热电偶,每个层面布置了3对,在抽液管的出口有1对热电偶。同时在引射器的前后共设置 3对热电偶,其中两对分别测蓄冷用水和R12腋体在进入引射器前的温度,另一对测R12和水在引射器的混合室混合后的温度。

　　2 实验现象

　　在做蓄冷实验时,笔者分别对没有引射器和有引射器时水合物形成现象进行了观察。

　　没有引射器的时候,我们看到在降温期间只有Rl2气泡在箱内浮动,当温度降到图2中的C点(约12℃)时,气体水合物并未形成,C点的温度称为临界分解温 度Tc(Critrical Decomposition Temperature),温度继续下降到图2中的N点(4.8℃)时,水合物才开始在液-液界面和气-液界面出现,此时N点的温度大约持续十几分钟后, 温度开始回升。N点的温度,通常被称之为成核温度TN(Nucleation Temperature).临界分解温度TC与成核温度TN之差,被称之为成核过冷度ΔT0.随后温度回升到B点,并一直维持到水合物生成过程结束,此时 B点的温度为7.9℃,我们称B点为水合物的形成过冷度。在液-液界面处是致密层的水合物,而在气-液界面处是呈泡沫状的疏松层。

　　接下来观察装有引射器的实验,在降温初期没有水合物生成,但是从图2可看出其降温比无引射器快,当温度降到TNc(约7.6℃)时可看到从引射回液管往蓄 冷箱下落的液体中有2~l5 mm大小不等的棉絮状晶体,并且这些晶体沉淀在液-液界面处,此时气-液界面处没有泡沫状的疏松层,然后温度回升到TBc(约8.6℃)并一直维持到水合 物形成完毕。

　　3 引射器的作用

　　由图2和上面的实验现象可以发现,在使用了引射器后,其结果与没有用引射器时相比[2],降温段缩短了12分钟左右,水合物的成核过冷度和形成过冷度都降 低了2℃左右,并且形成稳定水合物的温度(相变温度)也高0.7e(8.7~7.9℃),其形成水合物所需要的时间(相变时间)也缩短15分钟,而在整个 蓄冷期大约减少30分钟。产生此现象的原因有4点: