【文章內(nèi)容簡介】 小來實現(xiàn)。因此，冷凝器的整體高度應盡可能地小，位置也應盡可能地貼緊上端蓋。理想的冷凝器應當是單層多圈的盤管。加熱器位置和結構不合理，會導致在放冷過程中，位置較低的層面溫度回升。水合物分解有明顯的滯后現(xiàn)象。若差距太大，就會帶來無謂的制冷量損失。理想的加熱器高度應當與液層相當，最下一層盤管緊貼著下端蓋，各層盤管均勻地分布在液層中。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。但從第二循環(huán)開始水合物形成過程相當平穩(wěn)，穩(wěn)定生成溫度達到40C。過冷度也從70C 減為40C。另外，罐內(nèi)絕對壓力在整個過程中保持在27－67 kPa之間，對罐的制作材料及抗壓強度要求不高，可使投資費用較低。可以發(fā)現(xiàn)氣液界面水合物所占空間較大，結構膨松，單位體積蓄冷密度較低，對蓄冷技術的應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，應用于船舶蓄冷是完全可能的。針對蓄冷槽承壓或保持真空度情況，對混合工質(zhì)進行研究就顯得越來越重要。目的是用混合工質(zhì)達到調(diào)節(jié)壓力及強化傳熱傳質(zhì)和結晶。至今為止對Rll ＋R12，R12＋R141a和R134a＋R134b為混合工質(zhì)的情況所做實驗結果已作詳細報道，復合材料與單工質(zhì)不同，額外能源的加入（機械攪拌或加強自然對流）就顯得非常重要。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，結晶較難生成。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驗運行參數(shù)對蓄冷效果都有較大的形響。放冷過程中除需考慮時間因素外，可通過低溫送風達到減少設備容量，舒適送風的目的。表面活性添加劑對氣體水合物的生成有積極的作用。針對不同工質(zhì)所要選擇的添加劑種類及添加量亦不同。[11]在國內(nèi),郭開華等采用內(nèi)融式裝置對R152ａ/R141ｂ和R134ａ/R141ｂ兩種配方的混合工質(zhì)水合物，發(fā)現(xiàn)二者都能夠在常壓下生成的水合物，其水合物具有近共融的特性，共融點溫度在8℃左右，其蓄冷性能優(yōu)于單質(zhì)冷劑，非常適合工程應用。肖立全、王世平等引入了熱管的工作機理設計了間接接觸方式實驗裝置，對由R2R152ａ和R124組成的三元近共沸混合物MP39（R401A）和MP52（R401C）水合物蓄冷進行研究，該裝置利用了制冷劑的冷凝—蒸發(fā)循環(huán)作為工作動力，換熱效率比內(nèi)融式裝置有了較大提高，蓄冷密度達到了190MJ/ｍ3，大大高于日本的裝置蓄冷密度，和美國Calmac的冰蓄冷裝置已經(jīng)不相上下。沸點相差懸殊的R12/R11很難形成水合物也由肖立全等實驗證明。[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。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報道。MP39和MP52各組分的四相點及與R12的對比見表1。表1 MP39和MP52各組分的四相點及與R12的對比組分Q2點溫度0CQ2點絕對壓力MPaR22R152aR124R12未知未知一、蓄冷過程分析圖28 M39水合物蓄冷的溫度變化圖27 M52水合物蓄冷的溫度變化圖27為蓄冷過程溫度變化情況，圖中可以清楚地看出，MP52在形成水合物時，溫度有兩個明顯的躍升，其溫度——時間曲線呈駝峰狀，顯示有兩種不同的水合物(即R22和R152ａ的水合物)生成,這一特點與R12迥異。很顯然，溫度的躍升是由于水合反應熱的作用。蓄冷過程中壓力呈指數(shù)下降，與R12很接近，比R22的壓力低得多。也就是說，MP52在形成水合物時,其特性既不同于R12，也不同于其組元氣體，而是趨向于一個共晶點。由于多輪次的實驗均觀察不到第三個峰，我們有理由判定R124是不能形成水合物的。[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。MP39的水合反應熱比MP52低20%，形成水合物時沒有溫度躍升現(xiàn)象,其溫度曲線呈階梯狀(圖28)，與ＭＰ52的駝峰狀不同，同時其兩種組分也是不共晶的。而從圖28可見，二者的水合過程總傳熱系數(shù)相差并不大。這說明在氣層，二者的傳熱性能幾乎相同。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。放冷的初始階段溫度上升很快,然后在16℃附近形成一個平臺,這對應著MP52水合物的融解點,溫度大致維持不變。越過平臺后，水合物已大部分解，溫度繼續(xù)呈線性緩慢上升，其變化規(guī)律與單工質(zhì)R142ｂ的水合物分解規(guī)律非常相似。[10]圖29 M52水合物放冷過程實驗還發(fā)現(xiàn)，在同樣的熱水溫度下，MP39水物的分解要困難得多。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。溫度一直升到28℃左右，溫度平臺仍未出現(xiàn)。這表明MP39的分解溫度大大高于MP52，如此高的分解溫度對于空調(diào)工程應用是沒有什么意義的。因此對于水合物蓄冷而言，MP39并不是一種理想的工質(zhì)。[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。從圖10(ａ)、(ｂ)可以看到，結晶過冷度減小了4℃，同時溫度——時間曲線的兩個峰也幾乎被削平了，這表明由于換熱效率的提高使得水合過程的熱量能夠及時地帶走。在表面活性劑的作用下，蓄冷過程更接近于恒溫、恒壓。在整個冷卻階段和水合物生長階段，加入表面活性劑可使傳熱系數(shù)提高，添加劑大大降低了水的表面張力，使得分解出來的微小氣泡能夠迅速上升至罐頂?shù)臍鈱?，從而有效地減小了水合物周圍包圍的氣膜厚度，降低了氣膜熱阻。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。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)的平臺階段對應著傳熱系數(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，對流換熱系數(shù)的增大又使得傳熱系數(shù)逐步回升，達到一個最大值。在放冷過程的后期,圖210 表面活性劑對M52的影響[12]隨著水合物逐步分解殆盡，上升的氣泡也越來越少，傳熱系數(shù)又開始下降。加入表面活性劑后，傳熱系數(shù)曲線看起來就象將“純”MP52的傳熱系數(shù)曲線周期壓縮后整體上移。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)的結果是吻合的。從圖210(ｃ)、(ｄ)可以看到，表面活性劑對ＭＰ52水合物的放冷過程影響是相當大的。加入表面活性劑后，水合物分解的速度幾乎提高了1倍，而且溫度平臺也消失了。MP39的實驗結果MP39圖211 表面活性劑對M39影響的組分與MP52相同，所不同的是，MP39含有更多的易揮發(fā)成分R22，這導致其飽和壓力比MP52高出20%。同時，R22本身是一種相當活躍的水合工質(zhì)，配比的變化會使得水合物特性產(chǎn)生一些不同。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,實驗采用另一種常用的非離子型表面活性劑——SPAN20(化學名:失水山梨醇單月桂酸酯),這是一種親油性的活性劑，%。從圖11的結果可見, SPAN20對MP39蓄冷過程不如TWEEN80顯著，加入表面活性劑后，結晶過冷度僅略有減小，傳熱系數(shù)則沒有明顯變化。在放冷過程中，加入表面活性劑后降低了水合物的融解溫度，促進了水合物分解，其機理是由于氣泡的上升加快，水合物周圍的氣膜熱阻減小。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。由此可以得到以下結論：(1)在采用制冷劑冷凝—蒸發(fā)循環(huán)作為水合動力的間接接觸式水合物蓄冷裝置中，近共沸的三元混合工質(zhì)MP52和MP39都能夠生成水合物。實驗中，MP52的水合反應熱約為270kj/kg，MP39的水合反應熱約為230kj/kg。(2)MP52在形成水合物時，溫度曲線呈駝峰狀，顯示水合過程中有很大的熱效應；MP39的水合熱效應較小，溫度曲線呈平緩的階梯狀。(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)。在表面活性劑的作用下,MP52的水合過程結晶過冷度降低了約4℃，傳熱系數(shù)提高50%～70%，同時溫度變化更加平坦，接近一個恒溫—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。(4)MP52在形成水合物時，其組分R22和R152ａ趨向于共晶，共晶點約為16℃，而在MP39中是非共晶的。實驗中R124不能形成水合物。(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。(6)MP52是一種適用于船舶蓄冷空調(diào)的蓄冷介質(zhì)二、添加劑次氯酸鈣的影響次氯酸鈣是屬于一種氯化鹽類，它在水溶液中以Ca(ClO)2ｘCa(OH)2ｙＨ2Ｏ形式存在，它是一種化學清洗劑和氧化劑，可以清除水和Ｒ141ｂ中的雜質(zhì)，而雜質(zhì)的主要影響是由于它們吸附在晶核或生長晶體的表面，若其不能作為非均勻核化的核心，這種吸附將降低成核率和晶體生長率，因此加入次氯酸鈣后，可以降低Ｒ141ｂ水合物生成過冷度，尤其可以加速水合反應的進程。在次氯酸鈣溶解度(20/10000)范圍內(nèi)適度增大添加比例?？墒蛊渥饔酶用黠@.圖213 加入次氯酸鈣（1/10000）氣體水合物蓄冷實驗溫度隨時間變化曲線圖212 促晶器流量300L/h時的氣體水合物蓄冷實驗溫度隨時間變化曲線三、添加劑苯磺酸鈉的影響圖214 加入苯磺酸鈉（3/10000）氣體水合物蓄冷實驗溫度隨時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晶的晶核?？傊交撬徕c通過降低表面張力，在互不相溶的兩相中產(chǎn)生乳化作用，使水合致劑液滴懸浮在水相中或水滴懸浮在水合致劑液相中，使一定數(shù)量的水分子有機會把水合致劑分子包絡起來，從而縮短了形成網(wǎng)狀分子排列結構所需時間，提高水合反應速度，降低水合物生成過冷度。苯磺酸鈉對氣體水合物生成過程從實驗中觀察發(fā)現(xiàn)，在加入次氯酸鈣后水層與Ｒ141ｂ液體層依然界限分明，水層是清澈透明的，而加入苯磺酸鈉后，液體被乳化成不透明的乳狀液，水層變得渾濁，同時上升到液面的氣泡直徑明顯縮小，上升頻率顯著增加，兩者加入后，結晶過程都有了明顯改變。首先絮狀結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)結晶物是圍繞盤管管壁周圍。水合物生成溫度和生成速率明顯提高。圖212所示為不加任何添加劑圖，圖213為加入次氯酸鈣(8/10000)氣體水合物蓄冷實驗溫度隨時間變化曲線（%）　圖214　為加入苯磺酸鈉(3/10000)氣體水合物蓄冷實驗溫度隨時間變化曲線。如圖21213和214所示，溫度變化的規(guī)律為：初始階段蓄冷罐中各測點的溫度均一致下降至最低溫度點，該最低溫度為水合反應溫度。由于裝置設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。從所測工況下的溫度曲線可知其水合反應溫度，℃，℃，℃。從此點后，各點溫度同時回升，標志水合物開始形成，由于氣體水合物形成的位置和存留的地點導致蓄冷罐中結晶過程中各測點的溫度有差別。當整個蓄冷罐內(nèi)水合物溫度開始下降時，蓄冷過程結束。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%。從R141ｂ和水形成的氣體水合物相圖中可知：℃、該臨界分解點對應的溫度稱為臨界分解溫度。實驗中水合物開始形成時的溫度(促晶器流量300L/ｈ)稱為水合反應溫度。臨界分解溫度和水合反應溫度之差，稱為氣體水合物生成過冷度。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/℃℃。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。蓄冷槽單位體積的蓄冷量稱為蓄冷密度。添加劑加入后，水合反應更加徹底，并在蓄冷罐整個容積內(nèi)形成了更加均勻的水合物，因此蓄冷量和蓄冷密度都隨之增加。加入3/10000的苯磺酸鈉時。接近商用冰蓄冷設備水平。[4]次氯酸鈣和苯磺酸鈉兩種添加劑對蓄冷過程有顯著影響,這兩種添加劑均可使水合物蓄冷時間縮短，這方面，次氯酸鈣的效果優(yōu)于苯磺酸鈉，加入8/10000次氯酸鈣后，蓄冷()所需時間縮短為不加添加劑()時的2/3；兩種添加劑均可使生成過冷度減小，苯磺酸鈉在這方面作用更顯著，3/℃℃；水合物生成速度明顯提高，蓄冷密度顯著增加。加入3/10000的苯磺酸鈉時，，可以滿足實際蓄冷空調(diào)工程應用的要求。[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。目前常用的有離心式制冷壓縮機、活塞式壓縮機、螺桿式壓縮機等，近來渦旋式制冷壓縮機以其優(yōu)良的性能正在逐步得到應用。軸帶式制冷壓縮機除了一般電動制冷機組具備的條件外，還需滿足下列要求a軸帶式制冷壓縮機的排出壓力在船舶航區(qū)范圍內(nèi)的極端氣候變化條件下滿足制冷系統(tǒng)冷凝壓力的要求，確保軸帶式制冷壓縮機空調(diào)系統(tǒng)的正常運行。b在主機轉(zhuǎn)速從最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速之間運行時軸帶式制冷壓縮機能正常工作時，排氣量滿足空調(diào)器負荷的需要。c軸帶式制冷壓縮機排氣量