环戊烷水合物生长过程实验研究

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　　0 引言

　　蓄冷空调技术作为一种电力负载侧调峰方式，在电力“移峰填谷”均衡电网供电负荷方面具有重要意义。目前空调蓄冷的方式主要有冰蓄冷和水蓄冷，另外有少量的共晶盐蓄冷。水蓄冷属于显热蓄冷，具有系统简单、技术要求低及维护费用少等特点，在空调蓄冷中可以使用常规制冷机组。但水的蓄冷密度低，系统占地面积大，相应的冷损耗也大，在土地利用率高的现代城市难以推广。冰蓄冷是目前空调蓄冷的主要方式，它是相变蓄冷，蓄冷能力达水蓄冷的十几倍，而且冰蓄冷可以结合低温送风技术，从而降低系统初投资。但冰蓄冷要求制冷机组冷水(冷冻液)出口温度在0℃以下，故蒸发温度低，机组效率低。共晶盐是能在一定温度下凝固的无机盐或一些盐类混合物水溶液，如Na₂SO₄•10H₂O、MgCl₂•6H₂O等，其相变温度高(可与空调水温度一致)，可以使用常规制冷机组，其相变热约为冰的30%，蓄冷密度不高。一般共晶盐都有一定的腐蚀性，多次使用容易老化失效，对蓄冷设备要求高，蓄/释冷过程换热效率低，所以推广使用共晶盐蓄冷受到限制。

　　水合蓄冷技术是上世纪80年代初由美国橡树岭国家实验室研究人员提出的，属于新一代蓄冷技术。水合物蓄冷的温度与共晶盐蓄冷类似，与空调水温度一致;蓄冷方式属于相变蓄冷，蓄冷能力与冰相当，而且水合物化学稳定性好。水合物蓄冷的巨大的优越性和应用前景受到各国科技工作者的重视，并纷纷开展研究。早期的研究集中在制冷剂R11和R12水合物蓄冷特性的研究，随着环保要求的提高，《蒙特利尔公约》规定对环境不友好的一系列制冷剂将被禁用，环保型制冷剂水合物蓄冷研究受到重视，替代型制冷剂R134a、Rl52a、Rl41b、R32、R125及其混合物的水合物相平衡特性进行了研究，新型制冷剂水合物的相变与蓄冷特性研究日益受到重视。

　　环戊烷是一种挥发性低压水合介质，是一种常用的新型发泡剂，用于替代对大气臭氧层有破坏作用的氯氟烃类发泡剂，在冰箱、冷库、管线保温等领域应用广泛。环戊烷与水在适当的条件下，在接近常压时可形成水合物，是一种理想的低压蓄冷介质。本文利用实验室的小型实验装置研究了环戊烷水合物蓄冷过程和水合物生长特性。

　　1 实验系统

　　水合物形成在一保温的容器中进行，实验系统如图1。容器中有一铜管换热器，用来冷却蓄冷介质，使其温度控制在实验设定值。容器下端的正对方向以及上盖分别设置了视窗，在实验过程中通过该视窗可观察水合物相变过程与生长特性。容器的上部和下部分别布置了Pt100的温度传感器，测量气相和液相或固液混合相的温度。