實驗系統(tǒng)液態(tài)工質(zhì)充灌裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于能源利用的技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種CO2實驗系統(tǒng)液態(tài)工質(zhì)充灌裝置，以及采用該裝置的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]19世紀八十年代至20世紀三十年代，CO2曾作為第一代制冷劑被廣泛應用于制冷空調(diào)系統(tǒng)中。CO2具有低臨界溫度和高運行壓力等特點，由于當時技術(shù)水平限制，CO2蒸汽壓縮制冷的循環(huán)效率較低。20世紀三十年代以后，氟利昂類工質(zhì)在世界范圍得到廣泛應用，但在七十年代發(fā)現(xiàn)，由于大量使用氟利昂類工質(zhì)致使大氣中的臭氧層被破壞，從而導致地球上的生物遭受紫外線的危害，同時氟利昂類工質(zhì)還會造成溫室效應。
[0003]由于氟利昂類工質(zhì)一般具有較高的ODP值(臭氧破壞潛值)和GWP (溫室效應潛值)，目前氟利昂類工質(zhì)已經(jīng)開始分類逐步淘汰。而曾作為第一代工質(zhì)被廣泛應用的0)2重新受到關(guān)注，有被重新大量應用于制冷、熱泵和動力循環(huán)系統(tǒng)的潛力。制冷循環(huán)和熱泵循環(huán)屬于逆循環(huán)，動力循環(huán)屬于正循環(huán)。0)2跨臨界動力循環(huán)具有高效利用低品位熱能的潛力。
[0004]CO2具有眾多優(yōu)點，如零ODP值、低GWP值、無毒、不可燃、廉價、低粘度，同時具有比氟利昂類工質(zhì)更好的傳熱性能。另外，在超臨界CO2吸熱或放熱過程中，超臨界工質(zhì)不存在定溫吸熱或放熱過程，工質(zhì)溫度變化與熱源溫度變化具有良好的匹配性，有利于降低循環(huán)不可逆性。
[0005]現(xiàn)有的0)2實驗系統(tǒng)一般采用氣態(tài)CO2壓縮充灌的方法，采用壓縮機作為工質(zhì)充灌動力。充灌裝置的連接方法為:采用耐高壓軟管將CO2氣瓶與CO 2壓縮機進口連接，再采用耐高壓軟管將CO2壓縮機出口與CO2實驗系統(tǒng)工質(zhì)充灌口(一般位于工質(zhì)罐上部)連接。采用這種氣態(tài)CO2壓縮充灌裝置，一方面，壓縮機需消耗大量電能；另一方面，由于氣態(tài)0)2被壓縮，溫度升高，進入實驗系統(tǒng)的CO2又需要冷卻水進行冷卻，同樣消耗能源。采用這種氣態(tài)0)2壓縮充灌裝置的另一個缺點是工質(zhì)充灌速度非常慢，充灌效率很低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種CO2實驗系統(tǒng)液態(tài)工質(zhì)充灌裝置，其消耗電能少，充灌速度快，有助于降低整體實驗時間，提升實驗技術(shù)水平。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:這種CO2實驗系統(tǒng)液態(tài)工質(zhì)充灌裝置，其包括夾持裝置、氣瓶架、CO2氣瓶、電加熱裝置、耐高壓軟管，CO2氣瓶通過夾持裝置固定在氣瓶架上，氣瓶架立在地面上，CO2氣瓶的出口朝向地面且在出口處設有氣瓶閥門，實驗系統(tǒng)工質(zhì)充灌部件的充灌口處設有實驗系統(tǒng)充灌閥門，CO2氣瓶的出口和實驗系統(tǒng)工質(zhì)充灌部件的充灌口通過耐高壓軟管連接，電加熱裝置在0)2氣瓶的外壁上。
[0008]由于CO2充灌過程中，氣瓶內(nèi)CO2存在蒸發(fā)吸熱過程，氣瓶內(nèi)CO2及氣瓶壁面的溫度將降低，所以工質(zhì)充灌將減慢或停止，而本發(fā)明通過電加熱裝置來加熱氣瓶及氣瓶內(nèi)工質(zhì)，使CO2蒸發(fā)來增壓，并且將CO 2氣瓶的出口朝向地面來使CO 2更容易從出口出去，從而消耗電能少，充灌速度快，有助于降低整體實驗時間，提升實驗技術(shù)水平。
[0009]還提供了一種采用這種CO2實驗系統(tǒng)液態(tài)工質(zhì)充灌裝置的方法，包括以下步驟:
[0010](I)通過耐高壓軟管將真空泵的吸入口與實驗系統(tǒng)工質(zhì)充灌部件的充灌口相連；
[0011](2)開啟CO2實驗系統(tǒng)的CO 2側(cè)所有內(nèi)部閥門，保持0)2側(cè)腔體暢通；
[0012](3)開啟實驗系統(tǒng)充灌閥門，并啟動真空泵對CO2實驗系統(tǒng)進行抽真空操作；
[0013](4)待CO2實驗系統(tǒng)的真空度達到預定值后，關(guān)閉實驗系統(tǒng)充灌閥門，停止真空栗;
[0014](5)將氣瓶架置于CO2實驗系統(tǒng)附近；采用夾持裝置抱緊CO2氣瓶，并布置好電加熱裝置，使夾持裝置位于CO2氣瓶中下部，便于CO2氣瓶翻轉(zhuǎn)后穩(wěn)定；
[0015](6)將CO2氣瓶置于氣瓶架的適當安裝槽中，使得翻轉(zhuǎn)后CO2氣瓶的出口的位置高于實驗系統(tǒng)工質(zhì)充灌部件的充灌口的位置；
[0016](7)保持0)2氣瓶正立，采用耐高壓軟管連接CO2氣瓶的出口和實驗系統(tǒng)工質(zhì)充灌部件的充灌口，首先擰緊CO2氣瓶的出口，部分地旋開氣瓶閥門，放出少量氣態(tài)0)2來排除耐高壓軟管內(nèi)部空氣后，再擰緊實驗系統(tǒng)工質(zhì)充灌部件的充灌口，并關(guān)閉氣瓶閥門；
[0017](8)將CO2氣瓶緩慢旋轉(zhuǎn)倒立，依次開啟充灌閥門和氣瓶閥門，液態(tài)工質(zhì)經(jīng)過耐高壓軟管從0)2氣瓶進入CO 2實驗系統(tǒng)，工質(zhì)充灌初期液態(tài)工質(zhì)在氣瓶閥門處壓降較低，形成節(jié)流制冷，溫度低于o°c，閥門及耐高壓軟管表面形成冰霜；待耐高壓軟管內(nèi)無工質(zhì)流動聲音，并且耐高壓軟管表面冰霜緩慢融化時，通過電加熱裝置啟動電加熱；
[0018](9)待0)2氣瓶中工質(zhì)充灌完畢后，依次關(guān)閉電加熱裝置、氣瓶閥門和充灌閥門；
[0019](10)將CO2氣瓶緩慢旋轉(zhuǎn)正立，拆卸耐高壓軟管、從氣瓶架上取下氣瓶、松開夾持裝置、取下電加熱裝置。
【附圖說明】
[0020]圖1是根據(jù)本發(fā)明的CO2實驗系統(tǒng)液態(tài)工質(zhì)充灌裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是圖1的A-A向剖視圖。
【具體實施方式】
[0022]如圖1所示，這種CO2實驗系統(tǒng)液態(tài)工質(zhì)充灌裝置，其包括夾持裝置、氣瓶架、0)2氣瓶、電加熱裝置、耐高壓軟管，CO2氣瓶通過夾持裝置固定在氣瓶架上，氣瓶架立在地面上，CO2氣瓶的出口朝向地面且在出口處設有氣瓶閥門，實驗系統(tǒng)工質(zhì)充灌部件的充灌口處設有實驗系統(tǒng)充灌閥門，CO2氣瓶的出口和實驗系統(tǒng)工質(zhì)充灌部件的充灌口通過耐高壓軟管連接，電加熱裝置在0)2氣瓶的外壁上。
[0023]由于CO2充灌過程中，氣瓶內(nèi)CO2存在蒸發(fā)吸熱過程，氣瓶內(nèi)CO2及氣瓶壁面的溫度將降低，所以工質(zhì)充灌將減慢或停止，而本發(fā)明通過電加熱裝置來加熱氣瓶及氣瓶內(nèi)工質(zhì)，使CO2蒸發(fā)來增壓，并且將CO 2氣瓶的出口朝向地面來使CO 2更容易從出口出去，從而消耗電能少，充灌速度快，有助于降低整體實驗時間，提升實驗技術(shù)水平。
[0024]另外，CO2臨界溫度為31°C，臨界壓力為7.38MPa，因此工質(zhì)充灌時，采用的耐高壓軟管應可耐壓1MPa以上。
[0025]另外，所述電加熱裝置包括圓筒部和電源部，圓筒部套在CO2氣瓶外且圓筒部的內(nèi)壁貼在0)2氣瓶的外壁上，電源部與220V交流電源相連。這樣能夠保證氣瓶內(nèi)CO 2被均勻地加熱。當然也可以采用其它形式的電加熱裝置，例如:所述電加熱裝置包括電加熱帶和電源部，電加熱帶纏繞在0)2氣瓶外，電源部與220V交流電源相連。
[0026]另外，所述夾持裝置設在0)2氣瓶的中下部。這樣便于CO2氣瓶翻轉(zhuǎn)后能夠保持穩(wěn)定。
[0027]另外，如圖2所示，所述夾持裝置通過螺栓來調(diào)節(jié)夾持裝置對0)2氣瓶的作用力。
[0028]另外，所述氣瓶架上設有多組安裝槽，每組安裝槽包括兩個相同高度的安裝槽。這樣能夠通過將夾持裝置放在不同高度的安裝槽內(nèi)來調(diào)節(jié)CO2氣瓶的放置高度。
[0029]另外，所述氣瓶架包括固定到地面上的固定部。更進一步地，所述固定部是放置在地面上的平板。
[0030]另外，所述CO2氣瓶的出口的位置高于實驗系統(tǒng)工質(zhì)充灌部件的充灌口的位置。這樣便于0)2更好地流動到工質(zhì)充灌部件。
[0031]另外，還提供了一種采用這種CO2實驗系統(tǒng)液態(tài)工質(zhì)充灌裝置的方法，包括以下步驟: