高精度溶解度实验系统的研制与验证

    目前,在吸收式制冷工质中,以NH₃-H₂O、H₂O-LiBr工质对应用最为广泛,但这2种工质对都有一定的缺陷,采用氟里昂系的制冷工质对则可以克服这些缺陷.传统的氟里昂系制冷工质对中制冷剂为CFCs和HCFCs类中的R11和R22[1-3],这些都将被禁止使用.氢氟烃(HFCs)作为CFCs和HCFCs类制冷剂的理想替代物,其热力性质的研究日益引起人们的重视.特别是1997年以后,对HF-Cs纯质及其混合物的研究已有了较大的进展[4-5],但HFCs在吸收式制冷系统中的应用研究却比较少,尤其对吸收剂中溶解度特性的研究更少.制冷剂溶解度对于分析混合物在循环中的热力性能、优化系统结构、提高效率等方面均处于重要的基础地位.为此,研究HFCs类制冷剂在吸收剂中的溶解特性将是我们研究的重点.

    溶解度的实验研究多采用静态法[1-3],而静态法由于平衡釜体积庞大,制冷剂消耗量大,平衡时间长,而且还容易破坏系统的平衡[6],从而导致测量结果误差偏大.为了能够精确地测量HFCs类制冷剂在吸收剂中的溶解特性,采用循环法.循环法的优点是:混合和换热充分,平衡时间短,实验精度高,对比气液双相循环来说,气相循环法的装置较简单,操作更加简捷,因而被广泛采用.

    1 实验系统的构建

    实验系统主要由恒温槽、温度测量控制系统、压力测量系统、真空配气系统、平衡釜及制冷系统等部分组成,其系统构成如图1所示.作为实验系统的核心)))平衡釜浸没在恒温浴中.平衡釜内的工质对在一定温度环境下形成气液两相,其中气相混合物在磁力循环泵驱动下从平衡釜顶部抽出,经历循环泵后返回到平衡釜,并在底部鼓泡上升,与液相工质进行传热传质过程,形成动态平衡.

    1.1 温度控制测量系统

    恒温系统参考文献[7]的设计,恒温槽内的温度控制由制冷系统和加热系统同时控制.制冷系统配置了大面积的蒸发器,在低温下大大减小了内部的传热温差,并使冷源分布较均匀,减少了温度的波动.搅拌器为单级四叶片,用于均匀温度场.恒温槽内热量由加热器提供,PID温控仪通过恒温浴内的温度信号对加热器的功率进行控制,保证系统的温度稳定.PID温控仪采用Shimaden公司的SR253型控制仪,分辨率为10 mK.控温信号由恒温槽内的Pt100铂电阻提供.当测量温度范围为253.15 ~293.15 K时,恒温槽内的工作介质是高纯度酒精.当测量温度范围为293.15 ~ 363.15 K时,恒温槽内的工作介质是水.目前,作者已对253.15 ~363.15 K的恒温槽的不均匀度与波动度进行了实验测试.结果表明,在有效的工作空间,恒温槽的不均匀度与波动度小于±10 mK/8 h,即在较短时间内,温度的波动小于±5 mK/30 min,完全可以满足实验测试的实际要求.