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二元冰蓄冷系统添加剂的研究

唐恒  
【摘要】:中国已经成为世界上第二大能源消费国,但人均能源可采储量远低于世界平均水平。随着经济的迅猛发展,电力需求发生了一系列新变化,用电高峰负荷增长很快,电网负荷率逐年下降,峰谷差逐年拉大。其中空调的用电量占总用电量增长的60%以上。在这种能源背景下,一些地区开始推行冰蓄冷技术。 常见的冰蓄冷方式根据制冰方式的不同主要分为静态制冰和动态制冰。本文研究的是动态制冰中的冰晶式,又称为二元冰蓄冷。与利用显热的蓄水系统相比,二元冰具有较大的单位体积冷量,二元冰系统中工质具有较低的工质流动速度从而降低了泵送能源的消耗;可以实现比较紧凑的系统结构,从而减小管路的管径。与常规的蓄冰系统相比,二元冰具有良好的流动性和较快的融化速度,可以大大提高冷却速度。但在制备和存储二元冰时,如果不使用合适的添加剂,则冰粒间会相互搭接聚集,使其良好的流动性这一特点无法体现。 本文从水分子的结构出发,阐述了冰的结晶原理以及表面活性剂原理,并选择了几种代表性物质进行了实验研究。结果表明,单纯的醇类有机化合物由于含有羟基(-OH),可以防止冰晶的聚集,但分子较小,如果浓度较低,则作用有限。提高浓度虽然作用明显,但结冰温度会急剧下降,这对制冷系统的效率又是不利的。单纯的表面活性剂吐温-80和十二烷基硫酸钠在很低浓度时能有效地阻止冰晶的长大,并防止冰粒粘附在容器壁上。但由于它的两亲性质(亲水又亲油),使得载冷剂通过疏水基的连接而溶入到水相内,形成稳定的乳状液,这样将导致蒸发冷凝器内发生冰堵。采用表面活性剂+醇类有机化合物的复配溶液有效地阻止了冰晶的生长和聚集,且防止了乳状液的生成,是一种理想的添加剂。经过多次浓度实验后,论文选用了1‰体积浓度的吐温-80+3%体积比的乙二醇溶液进行了系统实验。冰晶在系统内有效地流动并换热,没有发生聚集及堵塞管路的现象。


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