NH3-H2O-LiBr相平衡特性实验研究

    1 概述

    CFC和HCFC的禁用使得工质替代问题成了目前制冷研究的重点课题。目前用来替代CFC和HCFC的物质绝大部分是HCFC、HFC或其混合物,即人工合成制冷剂,它们的ODP=0,但GWP也不能完全使人满意[1]。尽管目前这些人工合成制冷剂不是受限物质,但这些物质最终还是会出现和CFC、HCFC同样的问题。因此,使用非人工制冷剂(即天然制冷剂)作为替代产品的研究就显得十分重要。氨作为主要推荐使用的天然制冷剂之一具有以下优点:作为制冷剂的历史悠久;具有很好的热物性;是一种成熟的制冷剂。但氨同时也存在着不可忽视的安全性问题,这就导致了氨的使用最终被大大限制。目前世界各国(特别是美国、德国等)许多研究机构正在积极研究如何安全使用氨制冷剂,试图将其不利的影响降到最低甚至消除。在现代氨制冷系统中,由于氨制冷剂的安全方面已经有了一定的进展,使得氨制冷剂在民用建筑空调冷源中的应用已有逐渐增加的趋势。在这方面国外已经有一些研究进展,尤其是通过在氨水系统中添加一种物质,试图改善其某些比较重要的不利影响,比如克服它的工作压力较高、气相中水含量大等缺点,已经有了初步的成果。向氨水系统中加溴化锂的相关实验与文章国外已有[2~5],但国内尚无相关报道。

    针对氨水吸收系统的缺点,在自行搭建的平衡釜实验台上对NH₃-H₂O-LiBr三工质混合后平衡压力特性、平衡温度特性以及气相组成进行了分析测量,为这种三元混合工质将来应用于吸收式制冷系统及热泵系统提供了可靠的理论依据。

    2 实验系统

    实验采用静态法(高压相平衡物性参数测定大多采用静态法=4,5>)。如图1所示,测量氨水溴化锂混合工质的实验单元主要构成为:平衡釜、恒温水浴槽、氨配液罐、溴化锂P水的配料系统、压力传感器、压力温度计算机测试系统以及气相色谱分析系统。其中,平衡釜是测试物性参数的主要装置,氨配液罐和溴化锂P水配料装置确保进入平衡釜的物料比例精确,满足我们测试的需求。

    2.1 平衡釜

    平衡釜是一个小型压力容器,设计时考虑的所能承受最高压力为3MPa(考虑到安全问题,其最高压力是根据纯氨在80℃的压力确定的)。由于平衡釜不但需要进行准确温度和压力的测试,还要保证压力安全,又要有利于废液的排放和气相采样的测量,设计的平衡釜呈球罐状,上封头处接有不锈钢管,配以三通接头和压力传感器相连。在下封头处设有沉孔,用来布置热电偶。平衡釜的结构如图2所示。

    2.2 恒温水槽

    实验用恒温水槽是一个直径为50cm的不锈钢筒体,水槽外敷有5cm厚的保温材料。水槽在内部空间上分为两个部分,一是加热段,主要安装电加热丝和搅拌器。二是实验段,该段离电加热丝较远,水流均匀,温度均匀性好,主要安装试验设备和测温装置,精密温度控制仪的测温探头和电节点温度计及一只精度为0.1℃的精密温度计均安装在这里。为了保证温度场的均匀性,在加热段和实验段之间还安装有遮流板。