第七章 载冷和蓄冷要点课件.ppt
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1、第7章,载冷与蓄冷,概念,载冷剂:,在间接冷却系统中用以,蓄冷剂:,第二制冷剂Secondary Refrigerant,冷量的中间介质,传递,贮存,间接冷却:以载冷剂或蓄冷剂为中间介质,利用制冷机将载冷剂或蓄冷剂冷却,再以它们作为用冷场所的冷源,使被冷却对象冷却。,直接蒸发冷却:将制冷机的蒸发器直接安装在用冷场所,使被冷却对象冷,用制冷剂为冷源直接与被冷却对象热交换。,概念,采用载冷剂的优点:将制冷系统集中在机房安装,减小制冷剂的充灌量;载冷剂热容大,易于保持恒温;冷量容易分配和控制;缺点:系统更加复杂;增大了被冷却对象与制冷剂间的温差,需要较低的蒸发温度。,蓄冷剂的作用:在无用冷需求或用冷
2、需求量少时将制冷机产出的冷量贮存起来,而当需要用冷或冷量需求量大时再将贮存的冷量释放出来,以提供全部的冷量需求(制冷机不工作)或补充制冷机产冷量的不足。,7.1 传统载冷剂与蓄冷剂,7.1.1 对载冷剂性质的要求,(1)无毒、不可燃、无刺激性气味、化学稳定性好,在大气压力下不分解、不氧化、不改变其物理、化学性质。 (2)在使用温度范围内呈液态。它的凝固点应低于制冷机的蒸发温度,沸点应远高于使用温度。 (3)密度小、粘度小、传热性好、比热容大。这样可以使载冷系统的液体循环量少,流动阻力小,消耗的泵功少,并可减小热交换器的尺寸。 (4)腐蚀性小。 (5)价格便宜。,保持液态,不挥发;对设备无腐蚀,
3、对人体无危害;载冷能力强;输送耗功小,7.1 传统载冷剂与蓄冷剂,7.1.2 常用的传统载冷剂,(1)水集中式空气调节中,水是最适宜的载冷剂。机房的冷水机组中产生出7左右的冷水,送到建筑物房间的末端冷却设备(风机盘管)中,供房间空调降温使用。冷水还可以直接喷入空气,实现温度和湿度调节。水的冰点为0,所以只适用于载冷温度在0以上的使用场合。 (2)无机盐水溶液( Brine ) 无机盐水溶液有较低的凝固点温度,适合在中、低温制冷装置中载冷。最广泛使用的是: 氯化钙(CaCl2)水溶液 氯化钠(NaCI)水溶液:可用于直接接触食品冷藏 氯化镁(MgCI2)水溶液,无机盐水溶液对金属有较强腐蚀性,水
4、、无机盐水溶液、有机液或有机液的水溶液,盐水溶液的相图,7.1 传统载冷剂与蓄冷剂,7.1 传统载冷剂与蓄冷剂,7.1.2 常用的传统载冷剂,在配制盐水溶液载冷剂时,盐质量分数不宜超过其共晶质量分数。否则,不仅要多消耗盐,而且溶液密度增大使输送过程的阻力和泵的功耗增大,凝固点温度还反而升高。配制溶液的盐质量分数值只要满足使其对应的析冰温度比制冷剂的蒸发温度低58即可。Cacl2、NaCl和Mgcl2水溶液的共晶温度分别是-55、-21和-34。盐水溶液的密度和比热容都比较大,因此传递一定的冷量所需盐水溶液的体积循环量较小。盐水溶液具有腐蚀性,尤其是略呈酸性的稀盐水溶液,在使用条件又是与空气相接
5、触的情况下,对金属的腐蚀性很强。为此,必须采取缓蚀措施:在盐水溶液中添加缓蚀剂。缓蚀剂通常采用二水铬酸钠(Na2Cr2O7-2H2O)溶液,其添加比例为1.52.0 gL。,(2)无机盐水溶液,7.1 传统载冷剂与蓄冷剂,7.1.2 常用的传统载冷剂,1)甲醇、乙醇和它们的水溶液 甲醇的冰点为-97,乙醇的冰点为-117,可以用在低温载冷中。它们的纯液体密度和比热容都比盐水小。甲醇比乙醇的水溶液粘性稍大一些,它们的流动性都比较好。甲醇和乙醇都具有挥发性和可燃性,所以使用中要注意防火。特别是当机器停止运行、系统处于室温条件下时,更要格外小心。2)乙二醇、丙二醇和丙三醇水溶液丙三醇(甘油)是极稳定
6、的化合物,无毒,其水溶液对金属无腐蚀,可以与食品直接接触,是很好的载冷剂。乙二醇和丙二醇水溶液的特性相似,它们的共晶温度可达-60左右(对应的共晶质量分数为0.6左右)。它们的比重和比热容较大,溶液粘性较大,略有毒性,但无危害。3)纯有机液体纯有机液体如二氯甲烷、三氯乙烯和其他氟利昂液体。它们的凝固点很低,可低达-100左右甚至更低,可以用做低温载冷剂。这类载冷剂的特点是密度大、粘度小、传热性好、比热容大。,(3)有机载冷剂,7.1 传统载冷剂与蓄冷剂,7.1.3 传统的蓄冷剂(共晶冰),7.1 传统载冷剂与蓄冷剂,7.1.3 传统的蓄冷剂(共晶冰),对相变蓄冷材料性能的要求:, 具有较高的相
7、变潜热。相变潜热大,只需较少的蓄冷材料和较小的蓄冰槽容积就能储存相同的冷量。 具有合适的相变温度。对空调蓄冷系统而言,要求相变温度在58,以便制冷主机在空调工况下高效运行。对于低温工业蓄冷而言,需要根据生产工艺对冷源温度的要求,在保证运行效率的前提下,选择具有相应相变温度的蓄冷材料。 相变温度保持恒定。相变蓄冷材料在结冰的过程中,应始终保持一定的凝固温度,以使制冷机组的运行工况稳定和提高结冰率。同样,在融冰的过程中,也需要稳定的熔解温度,这样有利于控制输出冷量的大小。,7.1 传统载冷剂与蓄冷剂,7.1.3 传统的蓄冷剂(共晶冰),对相变蓄冷材料性能的要求:, 过冷度小。有些蓄冷材料在冷却的过
8、程中,当温度下降到其冰点时,并不会立即发生相变结冰,而是继续保持液相状态,直到温度降至冰点以下某一温度(即过冷温度),才开始出现结晶,这种现象称为过冷现象。过冷度越大,需要越低的蒸发温度,导致制冷机组的效率降低。 具有较大的导热系数和密度。导热系数大,有利于减小蓄冷释冷时的温度梯度和传热温差;密度大,有利于减小蓄冷槽容积。 无相分离现象。相分离是指共晶冰在加热熔化时,一部分盐从溶液中析出而不再溶于水,在溶液中形成浓度梯度甚至沉淀下来,使蓄冷材料液相和固相的化学组成发生改变的现象。出现相分离的蓄冷材料,经过反复多次凝固熔解循环过程后就会老化变质而失效。,7.1 传统载冷剂与蓄冷剂,7.1.3 传
9、统的蓄冷剂(共晶冰),对相变蓄冷材料性能的要求:, 具有较大的比热,以提供额外的显热效果。 相变过程体积变化小,以使盛装容器结构简化。 满足一定的化学标准:相变蓄冷材料应该具有高稳定性,不发生分解,对构件材料无腐蚀作用,无毒性、不燃、无爆炸性。 成本低廉,量大易得。实际上,获取满足全部要求的相变蓄冷材料是非常困难的。因此,工程领域中应首先考虑具有合适的相变温度和较大的相变潜热的蓄冷材料,然后再采取一定措施改善其他热物理性能。,7.2 环保要求下载冷技术的新发展,7.2.1 流态冰,流态冰(Flo-Ice) 是具有流动性的冰。它由微小的冰晶组成,每粒冰晶的尺寸很小。流态冰用专门设备流态冰生成器制
10、取。冰晶在流态冰生成器的冷却表面形成,并且可以脱落。脱落的冰晶再与一定量的水及不冻液混合,用该混合物作为载冷流体。它可以用泵输送。流态冰看上去有如浆状,因而也称为浆状冰(ice-slurry )。,现在,用流态冰载冷的间接冷却产品正在获得推广。国外的这类产品,载冷温度从-4至-40,容量从3 kw到MW级范围,已成功地应用于空气调节、冷冻冷藏柜、食品加工、工业、渔业等领域。鱼类、蔬菜、水果等可以通过在流态冰中浸冷实现快速保质处理。此外,流态冰载冷在医学、化工、科研等领域也有专门的应用。,7.2.1 流态冰,载冷剂水或盐水利用液体的显热载冷,而流态冰载冷还可以利用冰的潜能载冷。因而,与水或盐水相
11、比,流态冰载冷有以下优点: (1)单位载冷能力大,故可以减少载冷剂的循环量,使载冷剂循环泵的容量和耗功明显减小。流态冰既可载冷又可蓄冷。蓄冷时,同样蓄冷能力所需的蓄冷器尺寸小。 (2)流态冰载冷剂的输送管道尺寸明显减小,所以管道和隔热设施费用少。 (3)用冷场所的冷却器用流态冰循环,其进出口温差小,冷却温度分布均匀。 (4)冷却器内流态冰相变(融化)换热,表面传热系数大,可以减小冷却器的尺寸。实用情况表明:它与制冷剂直接蒸发的热交换器尺寸相近。,7.2 环保要求下载冷技术的新发展,7.2.2 环保型制冷与载冷系统,7.2 环保要求下载冷技术的新发展,图7-4是丹麦技术研究所(DTI)研究的商业
12、制冷系统,装备在超市的制冷装置上。它的制冷系统采用NH3CO2复叠式制冷循环。氨单级压缩制冷为高温子系统,二氧化碳单级压缩制冷为低温子系统。氨制冷机产生冰晶,用流态冰做载冷剂,它是冰、水、乙醇的混合物。商场普通制冷温度要求的冷却设备,用-10流态冰间接冷却;低温-30的冷却设备用二氧化碳直接蒸发冷却。流态冰还用于冷却二氧化碳子系统的冷凝器。,实例1 DTI研究的商业制冷装置,图7-4 DTI研究的商业制冷装置,载冷系统,7.2 环保要求下载冷技术的新发展,7.3 蓄冷,蓄冷目的:,(1)解决供求双方在时间、强度和地点上不同步的矛盾例如铁路冷藏车上:用盐水冰蓄冷,公路冷藏车:用共晶冰冷板蓄冷,缺
13、点是:增加车的自重;温度控制精度难以保证;蓄冷使用时间受到限制,或冷量不足或冷量浪费,使用有诸多不便。 (2)移峰填谷建筑空调是最大的用电设备之一。高峰季节(夏季)其用电量占到建筑物总用电量的一半以上。空调蓄冷是实现用电移峰填谷、平衡城市供电、减小制冷机的装机容量和节省运行费用的重要手段。 (3)享受分时电价政策,节省运行费用随着现代化高层建筑的发展和空调应用的普及,空调制冷用电急剧增加,同时不同季节之间、昼夜之间的用电量差异越来越大,使得电业部门承受的供电压力日益繁重。为了削减昼夜之间电网供电的峰谷差,改善供电状况,很多国家和地区都实行了分时电价政策,以鼓励多使用夜间(用电低谷期)的电力,为
14、业主降低运行费用。峰谷电价比可以达到6:1,美国有的地区甚至20:1,重庆为4.5:1。,7.3 蓄冷,蓄冷目的:,目前,国内多数地区实施的分时电价方案时间段的化分是:高峰段 10:0012:00、18:0022:00,共6 h;平段 8:0010:00、12:0018:00、22:0024:00,共10 h;低谷段 0:008:00,共8 h。(峰6平10谷8),重庆实施的分时电价方案时间段的划分是:尖峰段:19:00-21:00 (1.5元、1.08元) 7、8、12、1月份尖峰电价在平段电价基础上上浮80%, 其他月份上浮60%; 高峰段 8:00-12:00,21:00-23:00,共
15、6 h; 高峰电价在平段电价基础上上浮60%;(1.35元、0.96)平段 7:00-8:00,12:00-19:00 ,共8 h;低谷段 23:00-次日7:00 ,共8 h。(0.34,0.24) 低谷时段电价在平段电价基础上下浮60% (尖2峰6平8谷8) 重庆商业电价0.843元,工业电价0.601,7.3 蓄冷,蓄冷类型:,按蓄冷温度分,高温空调蓄冷:蓄冷温度015,低温工业蓄冷:0以下,按蓄冷载体分,显热蓄冷:如水蓄冷,贮能密度低,蓄冷器占据空间大;但是制冷系统的蒸发温度高,能效比冰蓄冷高,初投资小。,相变潜热蓄冷:冰蓄冷、共晶盐蓄冷、气体水合物蓄冷由于相变过程是一近似等温过程,
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