【正文】 ，且水合物晶體易融解和生成，傳熱效果好，因而氣體水合物蓄冷是比冰蓄冷更有效率的一種蓄冷技術(shù)。蓄冷工質(zhì)以生成水合物相變點處工質(zhì)的壓力為標(biāo)準(zhǔn)，可以將蓄冷工質(zhì)分為低壓（latm）和高壓（＞latm）兩類。沿圖1中線DA氣體水合物生存的方程為：R134a（氣）＋17H2O（液）==R134a氣體水合物在R134a與水的氣一液界面和液一液界面都會形成氣體水合物，因不同機理而生成，當(dāng)每個R134a氣泡達到上界面時，在氣泡的外表面立即有一薄層水合物生成，然后將整個氣泡凝為晶體。對加入3%正丁醇的情況，蓄冷量隨冷凍水流量的增加而明顯增加。當(dāng)沒有正丁醇加入蓄冷槽中時，槽中氣體水合物主要在上氣一液界面生成松散的結(jié)構(gòu)；當(dāng)加入適量的正丁醇時，蓄冷槽中氣體水合物主要在下液一液界面生成粉狀結(jié)構(gòu)。圖24 典型氣體水合物（R141b）溫壓相圖[10]圖中Q－Q2線為氣體水合物反應(yīng)相變線（三相共存線）。然后打開冷卻水流量控制閥，調(diào)節(jié)流量至350 L／h。然后再通過冷凝器表面與冷卻水換熱，以達到整個罐內(nèi)物質(zhì)冷卻的目的。而在溫度抵達B點時，壓力還繼續(xù)下降一段時間。這時溫度、壓力在一定范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，冷卻水進出口溫度差浮動很?。稀⑾陆缑嫠衔锍掷m(xù)穩(wěn)定生成，直至水合物結(jié)滿全桶（D點）．放冷時，加熱器表面溫度較高，因此，加熱器附近的水合物首先分解，產(chǎn)生大量的 R141b氣體，這些氣泡向上運動，與位于上方尚未分解的水合物接觸，溫度較水合物高，因而在水合物表面上冷凝．放出熱量．而水合物吸收氣泡放出的熱量后分解．由此，引發(fā)了水合物的分解過程。氣泡越多，兩相接觸面積越大，水合反應(yīng)越快，為水合物的產(chǎn)生提供了契機。加熱器位置和結(jié)構(gòu)不合理，會導(dǎo)致在放冷過程中，位置較低的層面溫度回升?？梢园l(fā)現(xiàn)氣液界面水合物所占空間較大，結(jié)構(gòu)膨松，單位體積蓄冷密度較低，對蓄冷技術(shù)的應(yīng)用于船舶存在著不足，最為理想的是形成如液液界面處的較為致密的水合物，但只要利用好機艙部位的雙層底空間，應(yīng)用于船舶蓄冷是完全可能的。針對不同工質(zhì)所要選擇的添加劑種類及添加量亦不同。很顯然，溫度的躍升是由于水合反應(yīng)熱的作用。二、 放冷過程分析從圖29可以看出，MP52放冷時的溫度變化與單工質(zhì)相似。[11]一、 添加表面活性劑的影響%的非離子型表面活性劑TWEEN80(聚氧乙烯失水山梨醇單油酸酯)后，實驗觀察發(fā)現(xiàn)，在加入表面活性劑之前，水層與氟利昂液層界限分明，水層是清澈透明的；加入表面活性劑后，制冷劑被乳化成不透明的乳狀液，同時蒸發(fā)過程大大加快。這表明傳熱系數(shù)提高的同時振蕩也更加劇烈，這與圖210(ｃ)的結(jié)果是吻合的。從總的效果來看，對于氟利昂類制冷劑的水合物，HLB值較大的親水型表面活性劑 TWEEN80是比較好的水合促進劑,而HLB值較小的SPAN20效果不明顯。(5)混合工質(zhì)水合物的分解過程與單工質(zhì)具有相同的特性,存在溫度平臺現(xiàn)象,傳熱系數(shù)大幅振蕩,與飽和池沸騰類似。首先絮狀結(jié)晶物很快在上部大約五排盤管的區(qū)域內(nèi)形成，漸漸呈片狀下落，沉積于中、下區(qū)域，最終在整個蓄冷罐容積內(nèi)充滿了比較均勻的氣體水合物，而不象沒加入添加劑時，多數(shù)結(jié)晶物是圍繞盤管管壁周圍。圖4所示的蓄冷過程所需時間為不加添加劑時的68%，而圖214所示蓄冷過程所需時間卻為不加添加劑時的92%。加入3/10000的苯磺酸鈉時。c軸帶式制冷壓縮機排氣量調(diào)節(jié)功能可滿足空調(diào)器不同運行方式負(fù)荷變化的要求。容積型壓縮機由于理論排出壓力與流量、轉(zhuǎn)速無關(guān)，流量調(diào)節(jié)方便易行，非常適合在原動機轉(zhuǎn)速變動大的場合使用，因而是軸帶壓縮機的理想選擇。由圖可知，在轉(zhuǎn)速提高后，制冷系統(tǒng)的工況點由B移到A，進氣量和壓力比隨著轉(zhuǎn)速的提高而增加，壓力比的增加幅度大于流量的增加幅度。往復(fù)式制冷壓縮機是問世最早、至今廣為應(yīng)用的型式，它依靠活塞在汽缸內(nèi)作往復(fù)運動來實現(xiàn)工作容積的周期性變化，～150ｋＷ，缸徑為20～180ｍｍ。③無需耗用特殊鋼材，加工比較容易，造價也較低廉。目前，國外高速多缸型壓縮機在結(jié)構(gòu)形式上沒有多大的變化，各制造廠家主要是致力于改進局部結(jié)構(gòu)，改進加工工藝，以便提高產(chǎn)品的工作性能，并延長其使用壽命?？傮w來說，選擇活塞式壓縮機作為軸帶壓縮機是較理想的方案。就目前的工藝而言，生產(chǎn)大型的滾動轉(zhuǎn)子式、渦旋式壓縮機的成本很高，無市場競爭能力。國外生產(chǎn)開啟式壓縮機冷量范圍(R22)1675～2512KJ/ｈ，主要產(chǎn)品有日本東芝公司的KRHDAL系列，日立公司的T、W、M型系列。但作為船舶軸帶制冷壓縮機，目前條件還不具備。時隔兩年，日本日立公司開發(fā)出22～37ｋＷ的全封閉渦旋式壓縮機，并用于單元式空調(diào)機上。因而，兼有高效、低噪兩大優(yōu)勢的渦旋壓縮機成為換代產(chǎn)品已是必然趨勢。此后，這種螺桿壓縮機的結(jié)構(gòu)不斷完善，噴油螺桿式壓縮機在大、中制冷量的場合，日益顯現(xiàn)出其優(yōu)越性。 目前國內(nèi)螺桿制冷機制造廠轉(zhuǎn)子齒形大都是采用單邊非對稱圓弧擺線，轉(zhuǎn)子刀具的計算方法大部分是采用接觸計算方法。日本前川制作所，現(xiàn)生產(chǎn)的活塞式制冷機最大缸徑為125mm，淘汰了大型活塞式制冷機。從冷凝器出來的氨液，一支經(jīng)節(jié)流后進人經(jīng)濟器的殼體內(nèi)；另一支高壓液體直接進人經(jīng)濟器的管內(nèi)。所以此后日本將大批的螺桿式制冷機安裝上船，特別是漁船上。在軸帶螺桿壓縮機中，氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)是很重要的一個系統(tǒng)，氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計合理與否關(guān)系到軸帶螺桿壓縮機運行的可靠性和經(jīng)濟性。3）減荷閥調(diào)節(jié)減荷閥關(guān)閉，停止進氣，螺桿壓縮機排氣量為0；減荷閥打開，螺桿壓縮機進氣，螺桿壓縮機投入工作，從而調(diào)節(jié)排氣量。一般活塞式與離心式冷水機組約C為0．65，它取決于工況的溫度條件和機組型號?？傊评淞?Q=24Cqc （）日間冷負(fù)荷Q0= C。其外形尺寸僅為電氣設(shè)備的1/8，重量為1/81/10。當(dāng)動力設(shè)備發(fā)生故障時，安全閥可應(yīng)急動作，起安全保護作用。液壓傳動耦合所采用的能量變換元件是容積式的液壓泵和液壓馬達。為了保持軸帶壓縮機的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，使軸帶發(fā)電機在主柴油機變速的情況下仍能保持恒定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，維持軸帶壓縮機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，保證制冷系統(tǒng)正常運行，安裝一個液壓調(diào)速器自動控制變量泵的流量調(diào)節(jié)機構(gòu)，通過控制變量泵流量控制液壓馬達的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速，保證壓縮機排量滿足制冷系統(tǒng)的工作要求。因此，要維持液壓馬達的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，可采用容積調(diào)速的方法保持變向變量泵輸出流量穩(wěn)定，從而使液壓馬達在輸出扭矩變化時仍能維持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。根據(jù)暖冰蓄冷槽和冷水機組在蓄冷系統(tǒng)中的相對位置關(guān)系，可有兩種布置方式；一是冷水機組上游布置方式，即把冷水機組放在蓄冷槽的上游，這種布置方式適合于全量蓄冷工作方式或者是蓄冷槽的出口溫度無需再降低的情況，且冷水機組的工作在較高的溫度，其效率較高。但相比直接耦合、齒輪箱耦合其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，初投資成本上升。如果變量泵和液壓馬達的容積效率是不變的，只要流量保持不變那么液壓馬達的速度和負(fù)載無關(guān)。在上圖中補油泵D，溢流閥E組成低壓恒壓油源。(8) 傳動平穩(wěn)，能吸收沖擊，允許頻繁換向，可以進行不停車變速。其調(diào)速比高達5000。液壓傳動方式耦合具有單位重量功率大、反應(yīng)快、易控制、輸出力大等諸多優(yōu)點，并且通過變向變量泵的無級調(diào)速的特性，滿足柴油機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定的情況下軸帶壓縮機的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定要求，通過增速裝置滿足離心式壓縮機轉(zhuǎn)速要求，保證設(shè)備的正常運行?？傊评淞? Q=Cqc N （）日間放冷量 Q0= C。在這種情況下，熱平衡計算公式應(yīng)為：總制冷量 Q =Cqc N ()日間放冷 Q0= C0qc N。其經(jīng)濟性高，結(jié)構(gòu)簡單，但排氣量受主機轉(zhuǎn)速影響很大，主機在低速時容積效率較低。隨著制冷技術(shù)的發(fā)展，活塞式制冷機在船舶上的統(tǒng)治地位即將被螺桿式制冷機所代替。螺桿式制冷機體積小重量輕、啟動力矩小、制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、適用于變工況、震動小、抗搖擺性強、排氣溫度低、與柴油機匹配性能好，易于隔噪消聲的特點非常適合船舶使用。對KA16C帶經(jīng)濟器螺桿制冷機進行了試驗研究，經(jīng)過上千小時的探索、比較、論證和試驗室測定，并經(jīng)過工業(yè)運轉(zhuǎn)考核，比同行業(yè)螺桿制冷機生產(chǎn)廠提高一年月，于1986年7月迎過國家技求鑒定，在低溫工況下，節(jié)能效果顯著。 七十年代末期、八十年代初期，螺桿式制冷機的產(chǎn)量直線上升，有的廠家由生產(chǎn)活寒式制冷機轉(zhuǎn)向生產(chǎn)螺桿式制冷機。近幾年來，世界各國均致力于研究螺桿制冷機的轉(zhuǎn)子齒形，每年國外專利文獻中都可以找到數(shù)十條有關(guān)的發(fā)明。但目前國產(chǎn)渦旋壓縮機的功率不能滿足船舶空調(diào)機的需要，進口渦旋壓縮機可滿足船舶中小型空調(diào)的要求，但成本較高，配件不易取得?？v觀渦旋式壓縮機的發(fā)展歷史，可以看出，渦旋壓縮機作為一種新型壓縮機，它具有效率高、可靠性強、噪聲低、重量輕和尺寸小等特點，倍受國內(nèi)外重視,被稱為全新一代壓縮機。在1973～1976年間，美國和瑞士先后開發(fā)了空氣、氮氣及氟利昂等渦旋式壓縮機。(2)由于在有相對運動的部位必須有油潤滑，而這種壓縮機仍有氣閥，因此，該機型既不易設(shè)計成無油型，也不易采用其它無氣閥回轉(zhuǎn)式壓縮機所采用的噴油系統(tǒng)。它的發(fā)展歷史僅有50～60年，美國Vilter公司在30年代首次推出該型式的壓縮機，以后瑞士Escher Wyess公司亦開始生產(chǎn)，作為制冷裝置的主機于50年代在全球風(fēng)行一時，但所采用的復(fù)雜結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)難以與當(dāng)時崛起的螺桿式壓縮機相競爭，與傳統(tǒng)的活塞式壓縮機也無法競爭?；剞D(zhuǎn)式壓縮機是借助于轉(zhuǎn)子在汽缸內(nèi)作回轉(zhuǎn)動運來實現(xiàn)工作容積的周期性變化，從而進行氣體的壓縮。除特殊用途者外，小型活塞式已幾乎找不到開啟式。大連冷凍機廠已發(fā)展成為我國制冷機制造行業(yè)中規(guī)模最大的專業(yè)廠，是我國制冷設(shè)備成套出口的最主要廠家，1959年開始自行開發(fā)活塞式制冷壓縮機，投人可觀的人力和財力，在性能和可靠性方面取得了顯著的成績，是我國制冷機制造業(yè)中產(chǎn)品品種最多、規(guī)格最全、成套能力最強、出口創(chuàng)匯最多的廠家，該廠制造的七個系列活塞制冷壓縮機產(chǎn)品均達到了世界九十年代初的先進水平。在各種類型的制冷壓縮機中，活塞式壓縮機是間世最早的一種機型。齒輪箱增速簡單易行，成本低廉，運轉(zhuǎn)可靠，并通過加強系統(tǒng)管理使功耗降低，經(jīng)濟效益明顯。為滿足主機變工況運行時軸帶離心式制冷壓縮機的轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，需改進機械調(diào)速方案。容積式壓縮機又有往復(fù)式、回轉(zhuǎn)式兩類。[4]3船舶軸帶制冷壓縮機與蓄冷器的匹配制冷壓縮機是制冷系統(tǒng)中最主要的設(shè)備，它在整個制冷系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，正向著節(jié)能、高效、機組化、模塊化的方向發(fā)展。次氯酸鈣和苯磺酸鈉均可使水合物生成過冷度減小，苯磺酸鈉的作用更顯著，3/℃℃。由于裝置設(shè)計中采用了同程并聯(lián)式換熱盤管，該換熱盤管有16路等阻力的支管，因而各支管中載冷劑的流量相等，且載冷劑的流量較大，加上促晶器的噴淋和攪拌，致使蓄冷介質(zhì)中各測點的溫度基本一致。在次氯酸鈣溶解度(20/10000)范圍內(nèi)適度增大添加比例。(3)加入微量的非離子型表面活性劑TWEEN80可顯著地改變MP52水合過程的性態(tài)。同時，R22本身是一種相當(dāng)活躍的水合工質(zhì)，配比的變化會使得水合物特性產(chǎn)生一些不同。放冷過程傳熱系數(shù)呈現(xiàn)周期性大幅振蕩，非常類似于池沸騰。放冷的初始階段,外界入的熱量幾乎全部轉(zhuǎn)化為水的顯熱。[11]MP39形成水合物的壓力比MP52要高很多, 更接近飽和壓力高的R22。[11]為了探討混合工質(zhì)的水合物生成特性，選擇由R2R152ａ和R124組成的三元近共沸混合物MP39和MP52作為討論的切入點。例如對Rll＋R12和R134a－R14lb這樣兩種低壓和高壓混合工質(zhì)而言，分壓使工質(zhì)的傳質(zhì)效果鈍化，溫壓降低變慢，結(jié)晶較難生成。這樣放冷時，便可避免由于水合物各個層面存在溫差而引發(fā)的溫度回升滯后現(xiàn)象．總結(jié)連續(xù)3個周期的蓄冷放冷實驗，可以發(fā)現(xiàn)第一循環(huán)水合物生成必須有較大的過冷度，水合物的形成點較低。若實驗前抽真空不完全，罐內(nèi)氣層殘留有不凝性氣體，情況會更加惡化。放冷的情況與第一循環(huán)基本一致．圖26中記錄了蓄冷過程中狀態(tài)點的變化情況，從各個狀態(tài)點的分布情況，可以看R141b氣體水合物生成時的溫度及壓力：T一 ℃，P－41986 kPa，與臨界分解溫度之間有70C的過冷度．圖6 蓄冷過程得以實現(xiàn)以及水合物的產(chǎn)生是依靠R141b冷凝液滴和氣泡在氣層及液層中的相向運動。該界面的水合物生成速度很慢，顏色較淺，半透明，結(jié)構(gòu)緊密，較難觀察。隨著液層溫度的下降，溫差減小，蒸發(fā)．冷凝也漸漸變得平緩，溫降趨勢變得緩慢。氣壓的變化誘發(fā)了液相R1 41b的氣化，在R141b液相與水的界面處產(chǎn)生許多很細(xì)小的氣泡。當(dāng)溫度低于TQ2時，水合物才有可能形成。對不同的工質(zhì)，因其分子大小及水合物結(jié)構(gòu)的差異，所要選擇的添加劑種類及最佳添加比例亦不同。初始冷凍水的溫度是影響水合物實際過冷度的主要因素，過冷度根據(jù)不同工況有所不同。如水及工質(zhì)的比例、冷凍水流量、冷凍水溫度及表面活性添加劑的比例等對蓄冷效果都有較大的影響。這個動態(tài)的過程持續(xù)進行，整個蓄冷槽內(nèi)的溫度和壓力持續(xù)下降，直到到達圖1中的臨界點Q。單質(zhì)暖冰是由單一制冷劑在一定條件下形成的氣體水合物，通常具有臨界點穩(wěn)定的特點。對于簡單氣體水合物而言有型和Ⅱ型兩種結(jié)構(gòu)。10H2O溶液能較好地用于空調(diào)蓄冷目的，改善成核性能；通常采用添加使溶液加稠或凝固化添加劑以使之加稠或凝固化，并將優(yōu)態(tài)鹽相變材料被封裝在球型或矩形的塑料(高密度的聚乙烯)容器內(nèi)，容器放在蓄冷槽內(nèi)，容器一定的空隙，讓水在這些容器之間流動，冷媒水與優(yōu)態(tài)鹽進行為間壁式熱量交換。在實際冷卻的情況下，溶液內(nèi)部不可能完全平衡。10H2O(硼砂)、Li2B4O7（4）由于存在著結(jié)晶過冷度，冷水機組蒸發(fā)溫度大大低于普通冷水機組，使制冷系統(tǒng)蒸發(fā)溫度進一步降低，COP系數(shù)下降，制冷系統(tǒng)運行經(jīng)濟性降低，并可能造成壓縮機的回油困難和增加液擊的可能。因而，將水蓄冷技術(shù)應(yīng)用到船舶蓄冷還有許多問題有待解決。 水蓄冷及船舶適用性分析水蓄冷是利用3－7oC的低溫水進行蓄冷，可直接與常規(guī)系統(tǒng)匹配，無需其它專門設(shè)備。d 氣體水合物換熱特性好，蓄冷、釋冷速度