實驗系統液態工質充灌裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于能源利用的技術領域，具體地涉及一種CO2實驗系統液態工質充灌裝置，以及采用該裝置的方法。
【背景技術】
[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系統中。CO2具有低臨界溫度和高運行壓力等特點，由于當時技術水平限制，CO2蒸汽壓縮制冷的循環效率較低。20世紀三十年代以后，氟利昂類工質在世界范圍得到廣泛應用，但在七十年代發現，由于大量使用氟利昂類工質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，同時氟利昂類工質還會造成溫室效應。
[0003]由于氟利昂類工質一般具有較高的ODP值(臭氧破壞潛值)和GWP (溫室效應潛值)，目前氟利昂類工質已經開始分類逐步淘汰。而曾作為第一代工質被廣泛應用的0)2重新受到關注，有被重新大量應用于制冷、熱泵和動力循環系統的潛力。制冷循環和熱泵循環屬于逆循環，動力循環屬于正循環。0)2跨臨界動力循環具有高效利用低品位熱能的潛力。
[0004]CO2具有眾多優點，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，超臨界工質不存在定溫吸熱或放熱過程，工質溫度變化與熱源溫度變化具有良好的匹配性，有利于降低循環不可逆性。
[0005]現有的0)2實驗系統一般采用氣態CO2壓縮充灌的方法，采用壓縮機作為工質充灌動力。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實驗系統工質充灌口(一般位于工質罐上部)連接。采用這種氣態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0)2被壓縮，溫度升高，進入實驗系統的CO2又需要冷卻水進行冷卻，同樣消耗能源。采用這種氣態0)2壓縮充灌裝置的另一個缺點是工質充灌速度非常慢，充灌效率很低。
【發明內容】
[0006]本發明的技術解決問題是:克服現有技術的不足，提供一種CO2實驗系統液態工質充灌裝置，其消耗電能少，充灌速度快，有助于降低整體實驗時間，提升實驗技術水平。
[0007]本發明的技術解決方案是:這種CO2實驗系統液態工質充灌裝置，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，實驗系統工質充灌部件的充灌口處設有實驗系統充灌閥門，CO2氣瓶的出口和實驗系統工質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CO2存在蒸發吸熱過程，氣瓶內CO2及氣瓶壁面的溫度將降低，所以工質充灌將減慢或停止，而本發明通過電加熱裝置來加熱氣瓶及氣瓶內工質，使CO2蒸發來增壓，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，提升實驗技術水平。
[0009]還提供了一種采用這種CO2實驗系統液態工質充灌裝置的方法，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工質充灌部件的充灌口相連；
[0011](2)開啟CO2實驗系統的CO 2側所有內部閥門，保持0)2側腔體暢通；
[0012](3)開啟實驗系統充灌閥門，并啟動真空泵對CO2實驗系統進行抽真空操作；
[0013](4)待CO2實驗系統的真空度達到預定值后，關閉實驗系統充灌閥門，停止真空栗;
[0014](5)將氣瓶架置于CO2實驗系統附近；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氣瓶翻轉后穩定；
[0015](6)將CO2氣瓶置于氣瓶架的適當安裝槽中，使得翻轉后CO2氣瓶的出口的位置高于實驗系統工質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工質充灌部件的充灌口，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0)2來排除耐高壓軟管內部空氣后，再擰緊實驗系統工質充灌部件的充灌口，并關閉氣瓶閥門；
[0017](8)將CO2氣瓶緩慢旋轉倒立，依次開啟充灌閥門和氣瓶閥門，液態工質經過耐高壓軟管從0)2氣瓶進入CO 2實驗系統，工質充灌初期液態工質在氣瓶閥門處壓降較低，形成節流制冷，溫度低于o°c，閥門及耐高壓軟管表面形成冰霜；待耐高壓軟管內無工質流動聲音，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氣瓶中工質充灌完畢后，依次關閉電加熱裝置、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是根據本發明的CO2實驗系統液態工質充灌裝置的結構示意圖；
[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實驗系統液態工質充灌裝置，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，實驗系統工質充灌部件的充灌口處設有實驗系統充灌閥門，CO2氣瓶的出口和實驗系統工質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CO2存在蒸發吸熱過程，氣瓶內CO2及氣瓶壁面的溫度將降低，所以工質充灌將減慢或停止，而本發明通過電加熱裝置來加熱氣瓶及氣瓶內工質，使CO2蒸發來增壓，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，提升實驗技術水平。
[0024]另外，CO2臨界溫度為31°C，臨界壓力為7.38MPa，因此工質充灌時，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氣瓶翻轉后能夠保持穩定。
[0027]另外，如圖2所示，所述夾持裝置通過螺栓來調節夾持裝置對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來調節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工質充灌部件的充灌口的位置。這樣便于0)2更好地流動到工質充灌部件。
[0031]另外，還提供了一種采用這種CO2實驗系統液態工質充灌裝置的方法，包括以下步驟: