制冷剂水合物蓄冷技术研究现状及应用前景

通过几种空调蓄冷方式的比较,制冷剂水合物蓄冷被认为是比较理想的蓄冷方式。文章介绍了制冷剂水合物蓄冷技术的工质选择、促晶技术、装置设计等几个方面的研究情况及其在空调产业中的应用前景,并对制冷剂水合物蓄冷技术今后的研究方向提出了看法。     

R134a气体水合物蓄冷实验

空调蓄冷是实现电网"移峰填谷"的重要手段.为缩短蓄放冷时间,以R134a为工质,在气体水合物蓄冷循环中加入引射器,研究结果表明:引射器增强了水和R134a气体的混合,在引射器内生成了部分水合物晶核.与无引射循环相比,水合物的成核过冷度降低约2～4 ℃,水合物的生成时间缩短13%～25%,获得了较好的蓄冷效果.并提出"热势"理论对实验现象进行解释,采用引射器后,水合物形成需要的"热势"降低,从而使水合物的成核过冷度和形成时间有明显降低.     

HCFC141b气体水合物水平换热管外生长特性研究

通过自建的可视化气体水合物反应实验台,对质量分数为0.2%的SDS(十二烷基硫酸钠,分子式为C12H25SO3Na)水溶液和HCFC141b在单根水平换热管外生成气体水合物的过程进行了可视化观测,通过照片和采集的温度值对水合反应的过程特性进行了描述,发现气体水合物和冰的生长形态完全不同,它不是围绕着换热管生长,而是沿着固体表面(换热管表面)渗透到制冷剂相中生长.采用表面自由能理论进行机理分析表明,其原因在于水溶液在表面张力的作用下可以沿着换热管表面自发渗透到制冷剂相中.据此可以认为,在间接接触换热式气体水合物蓄冷系统中,如果在换热器外增加垂直金属翅片,将有利于改进气体水合物的生长过程.     

添加剂对水合物蓄冷过程影响探讨

水合物蓄冷技术应用的关键是水合物的快速成核与生长。探讨了多孔介质、醇、电解质、表面活性剂、纳米颗粒等影响水合物结晶成核诱导时间、生长速度和蓄冷密度等关键因素。通过合适的添加剂制成乳液和纳米乳液,降低了水合物成核诱导时间,减少了水合物形成过冷度。纳米乳液中水合物可在静态系统中蓄冷。     

在引射方式下气体水合物的形成与蓄冷特性

提出了一种新型的气体水合物蓄冷技术,介绍了用水作为动力引射Ｒ１２液体,在混合室中由于降压Ｒ１２汽化并与水充分混合而形成絮状的Ｒ１２水合物晶体的过程。由于气体水合物的蓄冷密度与冰相当,蓄冷温度在８～１２℃的范围与目前广泛使用的水冷机组相匹配,所以是一种极有前任的蓄冷介质,还给出了引射式Ｒ１２气体水合物的蓄冷物 曲线并得了佳引射比为０．４３的结论。     

气体水合物蓄冷技术的实验研究

本文研究了间接接触蓄，放冷模式下，蓄冷罐内状态点在相图上的变化情况，得出了蓄，放冷过程中蓄冷罐内各层之间的传热特性数据，以及表面活性剂的加入对蓄，放冷过程中的过冷度，气体水合物疏松度的影响，模拟了实用气体水合物蓄冷系统的蓄，放冷过程。     

SDS促进剂对甲烷水合物蓄冷量的影响

甲烷水合物蓄冷量的确定是甲烷水合物蓄冷降温技术实现工业化的关键。为探究SDS对甲烷水合物蓄冷量的影响,根据Clausius-Clapeyron方程及三参数对应态原理,建立甲烷水合物蓄冷量的计算模型。利用可视化水合物蓄冷实验系统,结合定温压力搜索法测定四组不同SDS浓度体系下甲烷水合物的相平衡条件。依据实验数据和该模型计算得到不同体系、不同相平衡参数下甲烷水合物的蓄冷量。结果表明:甲烷水合物具有较高的蓄冷密度,蓄冷量达40~60 kJ/mol;甲烷水合物的蓄冷量不但与相平衡条件有关,还与SDS的添加浓度有关。相平衡温度越高、SDS添加浓度越高,甲烷气体生成水合物时蓄冷量越低。该研究为甲烷水合物蓄冷降温系统的研制提供了参考。     

四氢呋喃水合物换热管外结晶分解动力学研究

为了考察四氢呋喃水合物作为蓄冷介质应用于间接接触换热式蓄冷系统的可行性，对四氢呋喃水合物在单根换热管外的结晶分解过程进行了研究，并与冰的结晶分解动力学特性进行了对比．研究表明：质量分数为19％的四氢呋喃溶液在垂直放置的反应器中被流向为由上向下的冷媒冷却时，其过冷度与诱导时间与水／冰相变过程近似，所需要的冷媒温度可以高于O℃，有利于提高蓄冷过程的制冷效率；质量分数高于或低于19％的四氢呋喃溶液，其结晶分解动力学特性不利于蓄冷过程．     

添加剂对气体水合物蓄冷过程影响的实验研究

对R141b水合物在添加不同比例的次氯酸钙或苯磺酸钠的结晶生成过程进行了实验研究．实验表明，适当比例的添加剂使水合物生成过冷度明显减小，3／10000的苯磺酸钠可以使过冷度减小0．78℃；水合物生成速度显著提高，8／10000的次氯酸钙可以使水合物平均生成速度增加0．2g／s．蓄冷装置实现了稳定高效的蓄冷密度和蓄冷效率，加入3／10000的苯磺酸钠时，蓄冷量为4．74MJ，蓄冷密度为206．07MJ／m^3，满足了实际蓄冷空调工程应用的要求．     

制冷剂气体水合物分解热的确定

利用可视化高压流体测试装置，测定了HFC134a、HCFC141b和HFC152a水合物的分解条件。根据测定的制冷剂气体水合物形成条件和压缩因子，计算了制冷剂气体水合物在0℃以上的分解热，并进行了分析比较。结果表明：水合物分解热与形成水合物的结构有关；在一定温度范围内，两者的水合物分解热随温度的变化不大；HFC134a和HCFC141b水合物填充晶格的分子直径大小相当，两者的水合物分解热相近；计算和实验结果符合良好。该方法可用于蓄冷系统的工程设计计算。