【正文】 快，蓄冷、釋冷過程中熱流量穩(wěn)定。對于交通運(yùn)輸鏈中的倉儲(chǔ)、運(yùn)輸環(huán)節(jié)中，蔬菜、水果等物品也需要控溫儲(chǔ)存和運(yùn)輸，蓄冷技術(shù)也有廣泛的發(fā)展前景。國家電力公司國電財(cái)[2003]114號(hào)文件明確要加快加大峰谷電價(jià)推行力度，特別指出有利于節(jié)能和環(huán)保技術(shù)應(yīng)用的用電，可制定相應(yīng)的低谷電優(yōu)惠電價(jià)及實(shí)行峰谷電價(jià)，適當(dāng)減免電力容量貼費(fèi)，鼓勵(lì)低谷蓄能用電。加大電力投資規(guī)模，雖可解決遠(yuǎn)期的用電緊張狀況，但對于峰谷電差額的不斷增大卻無能為力，還將造成發(fā)電資源很大閑置，表現(xiàn)在電網(wǎng)低谷時(shí)要停掉很多機(jī)組，機(jī)組的頻繁啟停不僅增加能耗，而且影響機(jī)組壽命，是很不經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式。4)中科院廣州能源研究所研究的以R134a/R141b和R151a/R141b二元混合氣體為水合介質(zhì)的內(nèi)置式換熱/外置促晶蓄冷方式[8]，換熱器置于蓄冷罐液體層中，兼作蓄冷換熱器和釋冷換熱器，從水層和水合介質(zhì)液層中按比例抽取水和水合介質(zhì)液，經(jīng)外置促晶器形成微小水合物晶核，并循環(huán)回到蓄冷罐。1986年日本也開始該項(xiàng)研究，接著，臺(tái)灣、法國、泰國等陸續(xù)進(jìn)行研究、開發(fā)和生產(chǎn)。冰相變潛熱大、無污染，且可結(jié)合低溫送風(fēng)，但制冰要求載冷劑溫度低于5℃，比常規(guī)空調(diào)冷水機(jī)組出水7℃低很多，導(dǎo)致制冷量降低約30~40%，電耗約增加20%。我國自90年代初開始引進(jìn)和自制蓄冷空調(diào)設(shè)備，到2001年已有冰蓄冷空調(diào)工程100多個(gè)，轉(zhuǎn)移電荷約10萬KW，但還僅相當(dāng)于美國的1/50或日本的1/30，離國家提出的今后5 年內(nèi)采用蓄冷空調(diào)移峰填谷300500萬KW的要求相距甚遠(yuǎn)。因此，有顯著移峰填谷、節(jié)能、環(huán)保功能的蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的研究成為一個(gè)主要研究方向。船舶電力網(wǎng)作為向全船供電的獨(dú)立系統(tǒng),其負(fù)荷也存在著明顯的峰谷差，且其空調(diào)負(fù)荷所占比例很高，一些大、中型客船的空調(diào)負(fù)荷占到供電總負(fù)荷的50%以上，但船舶中央空調(diào)對船舶電力網(wǎng)的影響及優(yōu)化電力資源配制的研究目前還未引起重視，也無相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道。可以說，我國蓄冷空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用尚剛剛起步。此外，制冰蓄冷速度和融冰釋冷速度受冰層厚度影響很大，為解決這一問題，一些新的冰蓄冷方式正在開發(fā)。1993年起，華南理工大學(xué)、中科院廣州能源研究所等也相繼開展這項(xiàng)研究。但一個(gè)蓄冷期內(nèi)循環(huán)流過促晶器的流體量很大，粗略估計(jì)約為蓄冷罐容量的100倍左右，此外，當(dāng)暖冰達(dá)到一定濃度時(shí)，導(dǎo)熱性差的暖冰將降低內(nèi)置換熱器的換熱速率，進(jìn)而影響蓄冷速率和釋冷速率。作為移峰填谷的主要技術(shù)——蓄冷技術(shù)，即可提高電網(wǎng)的工作效率，達(dá)到節(jié)能、環(huán)保、又可延長發(fā)電機(jī)組壽命，減少維修費(fèi)用，提高運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)性。在此背景下，各省市紛紛制定出峰、谷、平段供電價(jià)格，使低谷電價(jià)為高峰電價(jià)的1/2~1/6。2船舶蓄冷工質(zhì)的要求和選擇混合氣體水合物蓄冷材料要求對大氣臭氧無破壞作用、無毒、安全、化學(xué)及使用性能穩(wěn)定，而且水合反應(yīng)熱較大，相變溫度適中、壓力和反應(yīng)速度等性能相互補(bǔ)償，達(dá)到綜合性能的優(yōu)勢。e 氣體水合物形成過冷度要小。其優(yōu)點(diǎn)是：投資省，維修費(fèi)用少，管理比較簡單，既可蓄熱和又可蓄冷。冰蓄冷空調(diào)除一般蓄冷系統(tǒng)具有的優(yōu)點(diǎn)外，還具有中央空調(diào)冷水機(jī)組容量較小，一次性投資較??；總用電設(shè)施少，可減少電力增容費(fèi)和基本電費(fèi)開支；可作為應(yīng)急冷源，提高空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性；供冷供熱的轉(zhuǎn)換方便；中央空調(diào)冷水機(jī)組始終處于滿負(fù)荷最佳效率運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)。(5)造價(jià)高于傳統(tǒng)系統(tǒng)；由此可見,冰蓄冷用于船舶經(jīng)濟(jì)性不高且保溫要求較高,不是蓄冷介質(zhì)的理想選擇。10H2O或(NH4)2B4O7如果沒有結(jié)晶核心，那么溫度降低到低于轉(zhuǎn)熔溫度后仍未結(jié)晶，℃(這是Na2SO4蓄冷槽中容器不會(huì)浮起。絕大多數(shù)單元?dú)怏w水合物屬于這兩種簡單類型。蓄冷工質(zhì)、放冷過程溫度—壓力相變關(guān)系，如圖1所示圖21 R134a氣體水合物溫壓相變圖[9]圖21中AD線近似為氟里昂R134a的溫一壓飽和線。點(diǎn)。圖22所示實(shí)驗(yàn)裝置中，進(jìn)行在相同工況（水高H－400mm，工質(zhì)高H。在實(shí)際運(yùn)行中可以控制蒸發(fā)器的溫度在l～20C，水合物在4～50C結(jié)晶，在放冷過程中通過120C左右的熱水，從而可使房間用送風(fēng)溫度為100C左右，達(dá)到低溫送風(fēng)、節(jié)省設(shè)備投資及舒適空氣調(diào)節(jié)的目的。R141b為典型的低壓蓄冷工質(zhì)，其氣體分子的范德華直徑的大小（），它一般形成結(jié)構(gòu)??型氣體水合結(jié)晶。由于制冷劑一般微溶于水，Q2點(diǎn)實(shí)際為氣體水合相變線與制冷劑氣液相變線的交點(diǎn)。這些氣泡向上運(yùn)動(dòng)，通過水層后達(dá)到氣層把R141b液層的熱量帶走。液層的顏色也逐漸由透明變得渾濁。R141b氣體與水作用形成水合物時(shí)釋放出形成熱，這些熱量部分用于液態(tài)R141b氣化，為形成水合物提供足夠的氣態(tài)R141b。氣泡在液層中的劇烈運(yùn)動(dòng)不僅僅起到向上傳遞攪拌的作用。要改善這種狀況，可以通過盡量增加液層的高度，而使氣層體積減小來實(shí)現(xiàn)。但從第二循環(huán)開始水合物形成過程相當(dāng)平穩(wěn)，穩(wěn)定生成溫度達(dá)到40C。水及工質(zhì)的添加量、冷凍水流量、冷凍水溫及表面活性添加劑的比例等實(shí)驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)對蓄冷效果都有較大的形響。目前,作為MP3MP52組分的R22和R152ａ都已知可以與水形成Ⅱ型水合物，而R124能否形成水合物則迄今未有文獻(xiàn)報(bào)道。MP39的水合反應(yīng)熱比MP52低20%，形成水合物時(shí)沒有溫度躍升現(xiàn)象,其溫度曲線呈階梯狀(圖28)，與ＭＰ52的駝峰狀不同，同時(shí)其兩種組分也是不共晶的。溫度一直升到28℃左右，溫度平臺(tái)仍未出現(xiàn)。在放冷的初始階段，水合物分解釋放出來的氣體包圍在水合物周圍形成氣膜，傳熱系數(shù)是下降的，圖210(ｃ)的平臺(tái)階段對應(yīng)著傳熱系數(shù)最低的階段；此后產(chǎn)生的氣泡不斷增多，上升的頻率逐漸加快，增加了水層的擾動(dòng)，對流換熱系數(shù)的增大又使得傳熱系數(shù)逐步回升，達(dá)到一個(gè)最大值。為了更全面地了解表面活性劑對混合工質(zhì)水合物形成與分解過程的影響，對于MP39,實(shí)驗(yàn)采用另一種常用的非離子型表面活性劑——SPAN20(化學(xué)名:失水山梨醇單月桂酸酯),這是一種親油性的活性劑，%。在表面活性劑的作用下,MP52的水合過程結(jié)晶過冷度降低了約4℃，傳熱系數(shù)提高50%～70%，同時(shí)溫度變化更加平坦，接近一個(gè)恒溫—恒壓過程；而另一種非離子型表面活性劑SPAN20則對蓄冷過程無明顯效果?？墒蛊渥饔酶用黠@.圖213 加入次氯酸鈣（1/10000）氣體水合物蓄冷實(shí)驗(yàn)溫度隨時(shí)間變化曲線圖212 促晶器流量300L/h時(shí)的氣體水合物蓄冷實(shí)驗(yàn)溫度隨時(shí)間變化曲線三、添加劑苯磺酸鈉的影響圖214 加入苯磺酸鈉（3/10000）氣體水合物蓄冷實(shí)驗(yàn)溫度隨時(shí)間變化曲線苯磺酸鈉屬于一種非離子型表面活性劑，加入R141ｂ和水中后，一方面，可以降低水的表面張力，從而使水層中的R141ｂ氣泡直徑更小，上升頻率更高，減小氣體分子的傳質(zhì)阻力；另一方面，它的存在使得R141ｂ液體被乳化成極小的液滴，這樣大大增加了兩相間的有效界面面積，也提供了大量水合結(jié)晶的晶核。從所測工況下的溫度曲線可知其水合反應(yīng)溫度，℃，℃，℃。次氯酸鈣和苯磺酸鈉均可使水合物生成速度提高，次氯酸鈣的作用更顯著，8/[4]R141ｂ氣體水合物總生成量所具有的相變潛熱總量稱為蓄冷量。目前常用的有離心式制冷壓縮機(jī)、活塞式壓縮機(jī)、螺桿式壓縮機(jī)等，近來渦旋式制冷壓縮機(jī)以其優(yōu)良的性能正在逐步得到應(yīng)用。離心式制冷壓縮機(jī)通常用于較高蒸發(fā)溫度和制冷能量較大的場合。圖31是BCL507離心壓縮機(jī)不同轉(zhuǎn)速下的實(shí)測性能曲線，由圖可知，喘振線（虛線）右側(cè)是穩(wěn)定工作區(qū)，進(jìn)氣量和壓力比隨著轉(zhuǎn)速的提高而增加，在相同的轉(zhuǎn)速下，壓力比隨著流量的增加而減少，制冷系統(tǒng)冷凝壓力的變化對排氣量的變化有很大的影響，即可通過控制冷凝壓力的方法來調(diào)節(jié)排氣量。調(diào)速改造時(shí)，首先應(yīng)確定合理的調(diào)速幅度，調(diào)速幅度既要滿足制冷系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)壓力、流量的要求，又要使調(diào)速后的轉(zhuǎn)速避開壓縮機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速，防止出現(xiàn)喘振工況，并保證較佳的綜合節(jié)能效果。它具有各類制冷壓縮機(jī)難以取代的一些突出優(yōu)點(diǎn)：①壓力范圍廣，不隨排氣量而變，能適應(yīng)比較寬的冷量要求。其中50和60系列串封閉制冷壓縮機(jī)和美國考布蘭公司水平相當(dāng)，是機(jī)電部推廣的節(jié)能產(chǎn)品之一；長行程100系列和170系列活塞式制冷壓縮機(jī)，已趕上了代表世界活塞式制冷壓縮機(jī)最先進(jìn)水平的丹麥SABROE公司產(chǎn)品水平；氣缸直徑為 250mm的高速多缸制冷壓縮機(jī)是大連冷凍機(jī)廠首創(chuàng)，它的ke值達(dá)3200kcl/kwh已達(dá)到世界先進(jìn)水平，而且是世界最大的高速多缸制冷壓縮機(jī)，整機(jī)無故障運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間已達(dá)到900余小時(shí)。在蘇聯(lián)1968年更新系列時(shí)，也規(guī)定了產(chǎn)冷量從 1萬～7萬 kcal／ h的活塞式壓縮機(jī)使用半封閉。這種壓縮機(jī)在小型熱泵中用得較多的是滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式和渦旋式。70年代后，由于節(jié)能和舒適性要求越來越高，滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)在小型空調(diào)、熱泵、家用冰箱中的使用越來越廣泛，在小容量范圍(～5ｋＷ)有替代往復(fù)式壓縮機(jī)的趨勢。(3)用于熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)制熱量小。1987年,美國開始著手生產(chǎn)壓縮機(jī)并成為美國第一家渦旋式壓縮機(jī)制造公司，它的渦旋式壓縮機(jī)無論在質(zhì)量和數(shù)量上都作為美國高技術(shù)而享有很高的聲譽(yù)。它與相同容量的往復(fù)式壓縮機(jī)相比，體積小40%，重量輕15%，零件數(shù)少85%，效率高10%，噪聲低5dB(Ａ)。目前還不能作為船舶軸帶壓縮機(jī)最佳選擇方案。例如，瑞典SRM公司在原有的LYSHOLM、NILSSON齒形的基礎(chǔ)上，使螺桿制冷機(jī)的齒形由A級(jí)，經(jīng)過B級(jí)、C級(jí)，現(xiàn)已研制到D級(jí)。近年來，瑞典、德國、英國、美國、日本等國家都竟相制造，在型式上、產(chǎn)量上均有很大的提高，在結(jié)構(gòu)上、性能上更加完善。填補(bǔ)了我國帶經(jīng)濟(jì)器螺桿制冷機(jī)的空白。上述的幾個(gè)方面特點(diǎn)都明顯地優(yōu)于活塞式制冷機(jī)。如歐美的空調(diào)制冷工程師們已重新認(rèn)識(shí)到．基于螺桿式壓縮機(jī)使用對環(huán)境安全的制冷劑R22的機(jī)組的優(yōu)越性，越來越多的螺桿機(jī)得到廣泛的應(yīng)用。排氣量較小，制冷系統(tǒng)的制冷能力不能充分發(fā)揮，可使用大速比增速，滿足排氣量的要求。 ()夜間蓄冷 Q1= C qc N ()當(dāng)Q0= Q1時(shí)計(jì)算所得的qc值即為制冷機(jī)組的單位制冷量kw式中：qc為以空調(diào)釋冷時(shí)標(biāo)定工況的每小時(shí)熱流量即制冷機(jī)組標(biāo)定空調(diào)工況下單位制冷量kj/h；Q0、Q1分別為日間放冷量、夜間蓄冷量kj，即蓄冰槽容量kj；N0為白天制冷主機(jī)在空調(diào)工況下的運(yùn)行小時(shí)數(shù)；C。qc1 N。采用液壓傳動(dòng)方式耦合有以下的優(yōu)點(diǎn)：(1)液壓元件可以在很大壓力下工作，目前工程上已達(dá)32MPa以上 。采用變向變量泵和定量油馬達(dá)的閉式系統(tǒng)可平穩(wěn)實(shí)現(xiàn)從零到最大轉(zhuǎn)速之間的調(diào)速仍保持高效率。(9)液壓元件易實(shí)行通用化，標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。單向閥（3），（4）與低壓恒壓油源組成系統(tǒng)的低壓補(bǔ)油路，雙向補(bǔ)油。可是，實(shí)際上無論是變量泵或是液壓馬達(dá)，其容積效率均隨著負(fù)載壓力的提高而下降，這就使得執(zhí)行元件的速度也隨著負(fù)載增加而下降，如圖34所示：液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩 （）式中：Mth、 qM分別為液壓馬達(dá)的理論轉(zhuǎn)矩、機(jī)械效率、每轉(zhuǎn)排量p——變量泵的進(jìn)出口壓力差，由安全閥調(diào)定由于取壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)作為調(diào)速控制信號(hào)，可以使壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速始終保持穩(wěn)定。4船舶軸帶制冷壓縮機(jī)暖冰蓄冷系統(tǒng)方案研究暖冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行方式可分為全量蓄冷和分量蓄冷。分量蓄冷是指夜間冷水機(jī)組工作提供次日高峰期所需部分冷量,而高峰期冷水機(jī)組照常工作,并補(bǔ)足所需冷量。分析液壓耦合裝置的特性可知：圖35 改變泵流量時(shí)油馬達(dá)的輸出特性nM—油馬達(dá)轉(zhuǎn)速 M—輸出扭矩 N—輸出功率液壓馬達(dá)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，主要取決于供入液壓馬達(dá)的流量、液壓馬達(dá)的工作容積（即每轉(zhuǎn)排量）和容積效率。上述系統(tǒng)通過變向變量泵和定量液壓馬達(dá)的容積調(diào)速回路，可以在一定調(diào)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。液壓傳動(dòng)耦合的工作原理簡述如下：圖33 液壓傳動(dòng)容積調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖所示，軸帶壓縮機(jī)的輸入軸通過增速機(jī)構(gòu)與油馬達(dá)的輸出軸相連。(5) 液壓傳動(dòng)易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。體積小、重量輕。這種方案假設(shè)空調(diào)器的制冷系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，利用制冷系統(tǒng)在夜間工作時(shí)帶空調(diào)負(fù)荷后的富裕功率進(jìn)行蓄冷，補(bǔ)充白天制冷系統(tǒng)制冷量的不足為為條件配置的冷水機(jī)組的制冷能力與蓄冰槽容量。由于制冷機(jī)組在蓄冰工況的蒸發(fā)溫度比空調(diào)工況時(shí)低,其制冷能力比空調(diào)工況差?？勺鳛樾罾湄?fù)荷變化時(shí)的輔助調(diào)節(jié)。由此可以看出，螺桿式壓縮機(jī)是軸帶壓縮機(jī)的理想選擇。根據(jù)資料報(bào)導(dǎo)，瑞典斯塔公司建造的船舶制冷裝置中，在 1964～1973年中供應(yīng) 439套螺桿式制冷機(jī)，分別安裝在113艘船上，過去船上還經(jīng)常采用螺桿式制冷機(jī)加活塞式制冷機(jī)的方案．但在1968年以后，一般就完全采用螺桿式制冷機(jī)了，該公司從1968年后，裝備活塞式制冷機(jī)的僅10艘船32套，而90％的船都是安裝的螺桿式制冷機(jī)1969年日本首次將前川制作所生產(chǎn)的N200L型螺桿式制冷機(jī)安裝在船上，據(jù)報(bào)導(dǎo)一直運(yùn)轉(zhuǎn)良好，到目前未曾拆修過。 帶經(jīng)濟(jì)器螺桿制冷機(jī)的主要功能是冷熱工質(zhì)間的換熱。它已在相當(dāng)大的范圍內(nèi)代替活塞式制冷機(jī)，大有超過活塞式制冷機(jī)之勢。如購買瑞典SMR公司D級(jí)齒形專利技術(shù)后，使英國 HOWDEN公司螺桿制冷機(jī)向新的水平發(fā)展。五十年代末期，由于噴油螺桿壓縮機(jī)的出現(xiàn)，推動(dòng)了螺桿壓縮機(jī)的發(fā)展。在歐洲和日本，低噪聲、低振動(dòng)的需要也很突出。日本于1981年推出了用于汽車空調(diào)的渦旋式壓縮機(jī)?？梢灶A(yù)見，隨著滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)的研究不斷深入和加工精度的提高，今后在小型家用空調(diào)中的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。一般情況下,和具有相同制冷量的往復(fù)式壓縮機(jī)相比，滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)零件少1/3，體積、重量均僅為往復(fù)式的1/2左右，耗電量少10%，而效率提高10%以上。這種壓縮機(jī)的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)子表面大多是復(fù)雜的曲面，給加工和檢測帶來一定的困難，此外，這種壓縮機(jī)的各部件常以保持一定的運(yùn)動(dòng)間隙來達(dá)到密封，氣體通過間隙勢必會(huì)引起泄漏，從而導(dǎo)致回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)難以達(dá)到較大的壓比，因此大多數(shù)壓縮機(jī)多在空調(diào)工況下使用。而目前隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，作為關(guān)鍵的問題的氣閥設(shè)計(jì)的完善，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速在提高。國外活塞式制冷壓縮機(jī)無論在設(shè)計(jì)制造方面，還是在運(yùn)轉(zhuǎn)管理方面，都已積累了相當(dāng)多的經(jīng)驗(yàn)，世界各主要工業(yè)國家也均早已形成系列，批量生產(chǎn)。