直接接触式蓄冷装置喷射传热特性的研究

    1　引言

　　随着我国国民经济的迅速发展和人民生活水平的提高,中央空调系统、家用空调器以及其它各类空调制冷系统的应用日益广泛,空调的电力消耗量也随之不断增长。空调不仅耗电巨大,而且其用电高峰往往与城市用电高峰时间相重叠,从而加剧了峰谷供电的不平衡,使峰期供电不足的矛盾更加严峻。近几年,全国主要电网电负荷率平均每年下降一个百分点,电网峰谷差占高峰负荷之比值已高达20%～30%,有的地方甚至达到或超过40%。随着用电结构的改变,工业用电比重相对减少,城市生活和商业用电快速增长,造成电网高峰限电,低谷电用不上的问题越来越突出,这给电力生产造成了很大的压力,也影响了居民的生活和生产。

    蓄冷技术是改善电力供需矛盾的最有效的技术措施之一。它在夜间用电低谷时,机组运行制冷,将生产的冷量储存起来,然后在白天用电高峰时停止机组运行,而将储存的冷量释放出来,这样既可实现“移峰填谷”,调整用电结构,改善电厂发电机组的运行状况,降低燃料消耗,又可保证居民生活和工厂生产的正常用电。因此蓄冷技术的研究和应用对于加强空调节能,合理利用能源并进一步改善能源利用率,促进能源、经济和环境的协调发展是相当重要的。

    直接接触式换热是指两种介质直接接触进行换热的过程,与表面式热交换器相比,直接接触式热交换器具有换热效率高、传热温差小、压降较小、无结垢、腐蚀小和投资低等优点,因此它已成为当前蓄冷空调技术的重点发展方向。Subbaiyer等人曾对使用R114作制冷剂的直接接触式蓄冷系统进行了计算机性能模拟比较,结果表明:其单位产冷量下的耗电比管壳式制冰器少30%,而且在同样的制冷量下,制冰时间要比管壳式制冰器缩短13%。因此直接接触式蓄冷技术具有广泛的应用前景。

    在直接接触式蓄冷装置中,由于制冷剂直接喷射进入水中,而且制冷剂在喷嘴处已经开始汽化,该处很容易结冰而形成冰堵,另外喷孔的大小与数量对蓄冷罐内的传热影响很大,因此对于直接接触式蓄冷系统来说,喷射装置(即喷头)的型式、喷孔的大小、数量是影响直接接触式蓄冷系统传热的重要因素,本文将对其进行试验研究。

    2　试验装置

    直接接触式冰蓄冷系统试验台(如图1所示)主要由蓄冷罐、制冷系统、放冷系统、测控系统、数据采集系统、操作控制台等几个部分组成。

    蓄冷罐是由不锈钢制成,外型为圆柱罐型,内径0.296米,高1.258米;为可分离式,上半部有三个前后对称的观察圆孔,内径为0.057米,可通过其观察罐内运行情况,并对其进行摄像,顶端有一工作接口,可以用来加入制冷剂和添加剂;下半部固定在试验台座上,有一个前后对称的观察圆孔,通常可观察到罐下部的情况,内有一喷头座,可用来更换喷头,上下两部分由若干螺栓密封连接,当需要更换喷头时再打开。在其侧面和顶部还分布有六个测温点和一个测压点。