平板蓄冷器蓄冰过程实验研究

摘要：在自行研制的实验装置上研究了平板内的蓄冰过程，得出了载冷剂进出口温度和蓄冷剂温度随时间的变化规律，并研究了蓄冰中的成核过程，通过添加人工成核剂可减小冰蓄冷过程的过冷度，从而提高蓄冰主机的效率。
 
关键词：冰蓄冷 实验装置 过冷 成核剂

 
 
0 引言
      平板式蓄冷设备是常用的蓄冰系统形式之一，国外已对其蓄冷特性进行了一些研究，而国内正在进行这方面的研究。
     平板式蓄冷器大多为中空扁平的矩形容器，外壳由高密度聚乙烯塑料制成，内部充填水或其它相变蓄冷材料。其优点是传热面积大，相变传热热阻小，载冷剂流过其表面时流动阻力小；运行可靠，结构简单。另外，还具有单位体积蓄冷密度大的优点。
1.试验装置
     蓄冷空调试验装置是制冷、蓄冷空调系统重要的测试设备。
     该试验装置主要由制冷系统和蓄冷系统两部分构成。
1.1 制冷系统
     该制冷系统的名义工况制冷量为5kw，冷凝器采用水冷冷凝器，蒸发器采用高效的板式换热器，节流机构为3组并安装的膨胀阀，这样，可根据实际需要来选用膨胀阀的组数，蓄冰时只用一组膨胀阀，空调制冷时可选用两组或三组膨胀阀（根据空调制冷温度来确定）。
1.2 蓄冷系统
     该系统主要是进行蓄冰试验，其蓄冰槽结构为长方形，蓄冷平板被整齐地堆放在槽内，载冷剂溶液（25%乙二醇溶液）在层与层之间的通道内流过，与板内的水进行热交换。
1.3 量热系统
     量热系统的作用主要是测出制冷机和蓄冷系统的冷量。它由两组电热管组成，一组 4kw，由调压器进行功率调节；另一组为2kw，由温控器控制其开停，待测试系统的参数稳定后，从功率表上读出其实际的参数，即为要测的冷量。另外，压缩机功率也直接从功率表上读取。
1.4 数据采集系统
     该系统采用了一台美国公司的数据采集仪，它能进行多种信号的采集和处理，另外将该仪器与一台586微机相连，以便实时监测试验数据，另外它还可处是、保存并最终打印出试验结果。
2 试验过程及分析
2.1 试验过程
     本试验所用蓄冷平板为一扁平矩形容器，外形尺寸为364mm*175mm*28mm，板内装有1.5kg水，蓄冷系统的载冷剂为25%乙二醇溶液，蓄冷平板被水平放置在蓄冷槽内，载冷剂溶液从其上、下表面流过并与板内的蓄冷剂进行热交换（即蓄冰）。在蓄冷槽的进出口、蓄冷板内均布置有热电偶，以测得其温度变化规律。
2.2 试验分析
     由试验分析可知，蓄冰过程是由三部分组成，即水的湿热蓄冷、冰的潜热蓄冷和冰的晃热蓄冷，其中冰的潜热蓄冷量占80%左右，另外，在潜热蓄冷段，冰的凝固点温度（0摄氏度）保持不变，载冷剂进出口温度也保持相对稳定，这使得蓄冰主机的工况能维持在相对稳定的状态，使蓄冰过程得以正常进行，因此，通常所说的冰蓄冷主要是利用冰的相变潜热进行蓄冷。在水的显热蓄冷段，载冷剂进出口温度及蓄冷剂温度都随时间变化而急剧下降，这主要是水的显热蓄冷量相对较小的缘故。在冰的显热蓄冷段，蓄冷剂温度也取胜时间变化而 急剧下降，同时载冷剂进出口温差急剧减小，这主要是由于冰的显热蓄冷量较小，冰蓄冷已达到其额定饱和状态。当冰蓄冷达到饱和状态后，若继续运行主机进行蓄冷，将会引起主机的蒸发温度急剧下降，从而引起主机效率大幅度下降，并使蓄冷主机工况恶化，易损伤主机。因此，一般情况下可通过载冷剂出口温度的变化来控制蓄冷主机的运行。
     在无成核剂的情况下，水的过冷度为3.5摄氏度（即水开始结冰时的温度为-3.5摄氏度），在有成核剂的情况下，水的过冷度为2摄氏度。
     在无成核剂的情况下进行蓄冰时，蓄冰主机的蒸发温度控制在-7.5摄氏度——8.0摄氏度（通过调节蓄冰用膨胀阀的开启度来达到），这时载冷剂（25%乙二醇溶液）的温度可达到-5.0摄氏度——5.5摄氏度，从而使载冷剂与蓄冷剂（过冷温度为-3.5摄氏度情况下）之间有一 定的传热温度差，使蓄冷剂能够凝固结冰。
     在添加成核剂的情况下，由于水的过冷度减小到2摄氏度，这时控制蓄冰主机的蒸发温度在-5.5摄氏度——6.0摄氏度，可使乙二醇载冷剂温度达到-3.5摄氏度——4.0摄氏度，使蓄冷剂在一定的传热温差下能够凝固结冰。
3 结论
3.1 通过冰蓄冷过程的试验研究，可知蓄冰过程主要是利用冰的潜热进行蓄冷，其蓄冷量占整个蓄冷量的80%左右。
3.2 在冰蓄冷过程中，载冷剂温度和蓄冷剂温度都发生相应变化，一般情况下，可通过载冷剂出口温度的变化来控制蓄冰主机的运行。
3.3 冰蓄冷过程存在过冷现象，通过添加成核剂可使水的过冷温度变为-2摄氏度，从而可使蓄冰主机的蒸发温度得以相应提高 。