CN101701900A - 电量法吸附量测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

电量法吸附量测试装置及方法，是一种能够连续测量吸附剂吸附量的装置和方法。包括吸附器、蒸发/冷凝器、由水泵和恒温热/冷水浴及相应管道组成的吸附器加热/冷却回路、由水泵和恒温水浴及相应管道组成的蒸发/冷凝器冷却水回路、压缩空气吹扫系统、数据采集与加热器控制系统，还包括吸附器与蒸发/冷凝器之间所设的抽空真空阀和切换真空阀。该装置和方法的优点有实验条件可控性较好、不受环境温度的制约、能够模拟制冷条件下吸附剂的吸附环境、能够测量吸附剂对常温下为液体物质的吸附量、通过加热器的耗电量来获取吸附剂的吸附量、测量方法简单、测试费用低、测量精度较高、测量过程能够反复进行、能够测量吸附制冷循环过程中的循环吸附量。本发明可用于测试制冷用各类吸附剂的吸附性能。

Description

电量法吸附量测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种固体吸附剂吸附量测试装置和方法，特别涉及一种能够连续测量吸附剂在制冷条件下对制冷剂的吸附量的测试装置及其测试方法；属于固体吸附制冷技术领域。

背景技术

固体吸附剂的吸附性能对固体吸附式制冷性能具有至关重要的作用，固体吸附剂的吸附性能研究是吸附式制冷技术应用和发展所必须的，而吸附剂吸附制冷剂(吸附质)的吸附量大小是考量吸附剂吸附性能的重要指标，因此，精确获取吸附剂的吸附量是固体吸附式制冷技术研究的基础和前提。目前，精确测量吸附量的方法主要有容量法和重量法。容量法则根据气体容积和压力的关系测量吸附量，该方法一般只能测量吸附剂对在常温下为气态物质的吸附量，很难测量水、甲醇等常温下为液态物质的吸附量，而重量法是根据吸附前后试样的重量变化来求取吸附量，这种方法测量高分子量吸附质误差较小，但是由于温度传感器不能接触试样，无法准确测量吸附剂的温度，同时，该方法也无法测量非室温下吸附剂的吸附量。另外，无论重量法，还是容量法，均难以模拟和测量制冷条件下吸附剂对制冷剂的吸附量。

中国专利(02134753.0)授权了一种吸附剂热力学及动力学参数自动测量方法及其装置，通过测量热动力学参数计算获得吸附量，这种测量装置能够自动连续测量多次，与吸附剂的实际使用环境较接近，但是，该方法仍然属于容量法，难以克服容量法的缺点。中国专利(200720045620.2)授权了一种连续式吸附效率测试装置，该装置所用测量方法为重量法，该方法能够准确测量吸附剂的温度，但是，重量测量时带有连接管，很难精确测量吸附剂质量的变化。同时，这些装置均无法模拟制冷条件下吸附剂的吸附量变化情况，亟待开发一种能够克服上述技术不足、结构简单、测量精确、能够模拟吸附制冷条件的吸附剂吸附量测试装置和方法。

发明内容

本发明的任务之一在于提供一种能够多次测量制冷条件下吸附剂吸附量的装置，该装置具有结构简单、操作方便、测量精度高的特点。

本发明的任务之二在于提供一种能够测量制冷条件下吸附剂吸附量的测试方法。

为实现发明任务一，其技术解决方案是：

电量法吸附量测试装置，包括吸附器、蒸发/冷凝器、由水泵和恒温热/冷水浴及相应管道组成的吸附器加热/冷却回路、由水泵和恒温水浴及相应管道组成的蒸发/冷凝器冷却水回路、压缩空气吹扫系统、数据采集与加热器控制系统，还包括吸附器与蒸发/冷凝器之间所设的抽空真空阀和切换真空阀。吸附器与蒸发/冷凝器之间通过管道连接。

所述的吸附器由吸附器壳体密封吸附器芯组而成，上面设有测量吸附剂温度的温度传感器和测量吸附器内压力的压力传感器，连接压力传感器和吸附器的连接件同时也是吸附剂填装和倒出孔。吸附器外侧设有保温层。

所述的蒸发/冷凝器，包括蒸发/冷凝器壳体及密封在壳体内的蒸发器内胆、冷却盘管、端子密封件、注液管、金属丝网、电加热器、温度传感器。冷却盘管、注液管、端子密封件及蒸发器内胆均与蒸发器壳体通过密封焊接相连。金属丝网、电加热器、温度传感器均在蒸发器内胆内，电加热器固定在蒸发器内胆的底部，金属丝网固定在蒸发器内胆的中下部，温度传感器固定在金属丝网中上部。蒸发器/冷凝器外部设保温层。蒸发器内胆用厚度不超过0.5mm的不锈钢板做成。

所述的压缩空气吹扫系统，包括空压机、两个水路截止阀、两个气路截止阀。

所述的数据采集与加热器控制系统由温度传感器、压力传感器、和与之相连的由单片机或计算机组成的数据采集及控制单元。加热器的电源由稳压电源提供。

所述的注液管与注液漏斗相连，中间设一充注真空阀。

所述的端子密封件，包括绝缘密封材料、固定密封件、真空密封垫片、活动密封件、紧固密封垫片、紧固螺母、真空封泥和接线端子。真空密封垫片、活动密封件、紧固密封垫片、紧固螺母均位于固定密封件内，且同心依次排列，中心位置为接线端子，且接线端子两端均伸出端子密封件。真空密封垫片位于固定密封件与活动密封件之间，固定密封件与蒸发/冷凝器壳体之间焊接密封，接线端子位于活动密封件的中心，接线端子之间及其与活动密封件之间由绝缘密封材料填充，紧固密封垫片位于活动密封件与紧固螺母之间，真空封泥则填充固定密封件内、紧固螺母外空间。紧固螺母螺纹为外螺纹，中心通孔。端子密封件设有两个，一个为蒸发/冷凝器内温度传感器的密封件，另一个为电加热器的密封件。

为实现发明任务二，电量法吸附剂吸附量的测试方法及步骤如下：

①吸附剂填装和系统密封：除去压力传感器，把吸附剂通过吸附器与压力传感器之间的连接件填充到吸附器芯体中，然后装上压力传感器，使装填孔密封，并关闭注液管上的充注真空阀；

②抽真空：开启数据采集与加热器控制系统，同时启动吸附器加热回路加热吸附剂，当吸附剂温度上升到一定温度后，开启真空泵，10秒钟后打开抽真空阀和吸附器与蒸发/冷凝器之间的切换真空阀，观察数据采集与加热器控制系统所采集的压力传感器的数值，当该数值达到测试标准要求，并且在关闭抽空真空阀后该数值稳定时，抽空结束，依次关闭抽空真空阀和真空泵；

③充注吸附质(液体制冷剂)：关闭切换真空阀，向注液漏斗中加入适量的制冷剂液体，并在漏斗中做好液面标记，根据吸附试验估算结果，继续向注液漏斗中加入足量制冷剂，然后缓慢打开充注真空阀，当液面下降到液面标记位置时，关闭充注真空阀；

④制冷剂初始温度调整：开启真空泵，打开抽空真空阀，使得注液管中残留液体汽化，然后，观察蒸发/冷凝器内液体的温度，如果该温度高于设定值，则需要用真空泵继续抽真空，如果该温度低于设定值，则需要停止抽真空并打开电加热器，使得该温度等于设定值，依次关闭抽空真空阀和真空泵；

⑤吸附：缓慢打开切换真空阀，使得吸附剂开始吸附，然后，启动吸附器冷却回路冷却吸附剂，并使之维持一定温度，在吸附剂的整个吸附过程中，记录蒸发器内液体温度、吸附剂温度、吸附器内压力、电加热器的电源电压和电流，当吸附器内压力与吸附剂温度下对应饱和蒸汽压力相等或非常接近时，吸附过程结束；

⑥吸附量计算：根据数据采集与加热器控制系统测得的电加热器电源电压和电流数据以及加热时间，计算出吸附过程中的加热量，扣除蒸发器内胆导热散热量后获得有效加热量，然后再根据制冷剂的汽化潜热，换算出制冷剂的蒸发量，在扣除吸附器内无效蒸汽的质量后得到吸附剂的实际吸附量。

在步骤①之前，首先应对吸附器内的无效容积进行测算，并计算蒸发器内胆与蒸发/冷凝器壳体之间的导热系数，以便获得本发明装置的仪器误差，即确定步骤⑥中所述吸附器内无效蒸汽的质量和蒸发器内胆导热散热量。

所述步骤①～⑥为等温吸附量的测试方法和步骤，要测试制冷条件下的循环吸附量，则需要在完成上述步骤⑥后还要进行以下步骤：

⑦解吸：启动吸附器加热回路加热吸附剂，同时，打开蒸发/冷凝器冷却水回路截止阀，启动蒸发/冷凝器冷却水回路，当吸附器内压力与蒸发器内胆内液体温度对应饱和蒸汽压力相等或接近时，关闭切换真空阀，关闭蒸发/冷凝器冷却水回路，关闭蒸发/冷凝器冷却水回路截止阀，同时关闭切换真空阀，停止加热吸附器；

⑧吹扫：开启压缩空气吹扫系统管路上截止阀，开启空压机吹扫冷凝/蒸发器冷却盘管内的残留水，以减小冷却盘管对吸附过程的影响，当盘管内冷却水吹扫干净后关闭空压机，关闭压缩空气吹扫系统管路上截止阀；

⑨重复上述步骤⑤、⑥，获得第一次循环的循环吸附量。

反复进行上述步骤⑦、⑧、⑨，获得多个循环的循环吸附量，取其平均值即为测试条件下吸附制冷循环的循环吸附量。

本发明提供的电量法吸附量测试装置及其测试方法具有下列特点：

a)实验条件可控性较好，不受环境温度的制约，能够模拟制冷条件下吸附剂的吸附环境，能够测量吸附剂对常温下为液体物质的吸附量；

b)由于吸附量的计算所需要的被测量较少，因而具有较高的测量精度；

c)通过加热器的耗电量来获取吸附剂的吸附量，测量方法简单，对测量仪器要求低，测量设备廉价，测试费用低；

d)测量过程能够反复进行，能够测量吸附制冷循环过程中的循环吸附量。

因此，采用本发明的测量装置和测量方法，具有测试费用低、测试条件适应范围广、可靠性较高、仪器简单、操作方便简单等优点。

附图说明

图1为本发明中电量法吸附量测试装置一种实施方式系统结构原理示意图。

图2为本发明中端子密封件一种实施方式结构原理示意图。

下面结合附图对本发明进行说明：

具体实施方式

参看图1，一种电量法吸附量测试装置，包括吸附器14、蒸发/冷凝器33、由水泵20和恒温热/冷水浴21及相应管道组成的吸附器加热/冷却回路、由水泵30和恒温水浴28及相应管道组成的蒸发/冷凝器冷却水回路、压缩空气吹扫系统、数据采集与加热器控制系统，还包括吸附器与蒸发/冷凝器之间所设的抽空真空阀22和切换真空阀12。吸附器14与蒸发/冷凝器33之间通过管道连接。

上述吸附器14由吸附器壳体13密封吸附器芯组16而成，上面设有测量吸附剂温度的温度传感器19和测量吸附器内压力的压力传感器17，连接压力传感器17和吸附器14的连接件18同时也是吸附剂填装和倒出孔。吸附器外侧设有保温层15。压力传感器17与连接件18是通过真空密封垫片及螺纹连接，连接件18与吸附器14之间是通过焊接密封连接。

上述蒸发/冷凝器33，包括蒸发/冷凝器壳体1及密封在壳体内的蒸发器内胆2、冷却盘管6、端子密封件7和23、注液管5、金属丝网26、电加热器3、温度传感器4。冷却盘管6、注液管5、端子密封件7和23及蒸发器内胆2均与蒸发器壳体1通过密封焊接相连。金属丝网26、电加热器3、温度传感器4均在蒸发器内胆2内，电加热器3固定在蒸发器内胆2的底部，金属丝网26固定在蒸发器内胆2的中下部，温度传感器4固定在金属丝网26中上部。蒸发器内胆2内的所有部件均固定在其下部，保证蒸发/冷凝器33倒立时所有部件不脱落。蒸发器/冷凝器33外部设保温层32。蒸发器内胆2用厚度不超过0.5mm的不锈钢板做成。

上述压缩空气吹扫系统，包括空压机27、两个水路截止阀8和24、两个气路截止阀9和25。

上述数据采集与加热器控制系统由温度传感器19和4、压力传感器17、和与之相连的由单片机或计算机组成的数据采集及控制单元31。加热器的电源由稳压电源29提供。

上述注液管5与注液漏斗11相连，中间设一充注真空阀10。

重点参看图2并结合图1，端子密封件7和23，包括绝缘密封材料34、固定密封件35、真空密封垫片36、活动密封件37、紧固密封垫片38、紧固螺母39、真空封泥40和接线端子41。真空密封垫片36、活动密封件37、紧固密封垫片38、紧固螺母39均位于固定密封件35内，且同心依次排列，中心位置为接线端子41，且接线端子41两端均伸出端子密封件7和23。真空密封垫片36位于固定密封件35与活动密封件37之间，固定密封件35与蒸发/冷凝器壳体1之间焊接密封，接线端子41位于活动密封件37的中心，接线端子41之间及其与活动密封件37之间由绝缘密封材料34填充，紧固密封垫片38位于活动密封件37与紧固螺母39之间，真空封泥40则填充固定密封件35内、紧固螺母39外空间。紧固螺母39的螺纹为外螺纹，中心通孔。端子密封件7为温度传感器4的密封件，端子密封件23为电加热器3的密封件。

利用上述电量法吸附量测试装置进行吸附剂吸附量的测试方法包括如下步骤：

①吸附剂填装和系统密封：除去压力传感器17，把吸附剂通过吸附器14与压力传感器17之间的连接件18填充到吸附器芯体16中，然后装上压力传感器17，使装填孔密封，并关闭注液管上的充注真空阀10；

②抽真空：开启数据采集与加热器控制系统，同时启动吸附器加热回路加热吸附剂，当吸附剂温度上升到一定温度后，开启真空泵，10秒钟后打开抽真空阀22和吸附器与蒸发/冷凝器之间的切换真空阀12，观察数据采集与加热器控制系统所采集的压力传感器17的压力数值，当该数值达到测试标准要求，并且在关闭抽空真空阀22后该数值仍能稳定时，抽空结束，依次关闭抽空真空阀22和真空泵；

③充注吸附质(液体制冷剂)：关闭切换真空阀12，向注液漏斗11中加入适量的制冷剂液体，并在漏斗中做好液面标记，根据吸附试验估算结果，继续向注液漏斗中加入足量制冷剂，然后缓慢打开充注真空阀10，当液面下降到液面标记位置时，关闭充注真空阀10；

④制冷剂初始温度调整：开启真空泵，打开抽空真空阀22，使得注液管5中残留液体汽化，然后，观察蒸发/冷凝器33内液体的温度，如果该温度高于设定值，则需要用真空泵继续抽真空，如果该温度低于设定值，则需要停止抽真空并打开电加热器3，使得该温度等于设定值后，依次关闭抽空真空阀22和真空泵；

⑤吸附：缓慢打开切换真空阀12，使得吸附剂开始吸附，然后，启动吸附器冷却系统冷却吸附剂，并使之维持一定温度，在吸附剂的整个吸附过程中，记录蒸发器内液体温度、吸附剂温度、吸附器内压力、电加热器的电源电压和电流，当吸附器内压力与吸附剂温度下对应饱和蒸汽压力相等或非常接近时，吸附过程结束；

⑥吸附量计算：根据数据采集与加热器控制系统测得的电加热器电源电压和电流数据以及加热时间，计算出吸附过程中的加热量，扣除蒸发器内胆导热散热量后获得有效加热量，然后再根据制冷剂的汽化潜热，换算出制冷剂的蒸发量，在扣除吸附器内无效蒸汽的质量后得到吸附剂的实际吸附量。

在步骤①之前，首先应对吸附器内的无效容积进行测算，并计算蒸发器内胆2与蒸发/冷凝器壳体1之间的导热系数，以便获得本发明装置的仪器误差，即确定上述步骤⑥中所述吸附器内无效蒸汽的质量和蒸发器内胆导热散热量。

上述步骤①～⑥为等温吸附量的测试方法和步骤，要测试制冷条件下的循环吸附量，则需要在完成步骤⑥后还要进行以下步骤：

⑦解吸：启动吸附器加热回路加热吸附剂，同时，打开蒸发/冷凝器冷却水回路截止阀8和24，启动蒸发/冷凝器冷却水回路，当吸附器内压力与蒸发器内胆内液体温度对应饱和蒸汽压力相等或接近时，关闭切换真空阀12，关闭蒸发/冷凝器冷却水回路，关闭蒸发/冷凝器冷却水回路截止阀8和24，同时关闭切换真空阀12，停止加热吸附器；

⑧吹扫：开启压缩空气吹扫系统管路上截止阀9和25，开启空压机吹扫冷凝/蒸发器冷却盘管6内的残留水，以减小冷却盘管对吸附过程的影响，当盘管内冷却水吹扫干净后关闭空压机，关闭压缩空气吹扫系统管路上截止阀9和25；

⑨重复上述步骤⑤、⑥，获得第一次循环的循环吸附量。

反复进行上述步骤⑦、⑧、⑨，获得多个循环的循环吸附量，取其平均值即极为测试条件下吸附制冷循环的循环吸附量。

Claims (9)

1.电量法吸附量测试装置，包括吸附器、蒸发/冷凝器、由水泵和恒温热/冷水浴及相应管道组成的吸附器加热/冷却回路、由水泵和恒温水浴及相应管道组成的蒸发/冷凝器冷却水回路、压缩空气吹扫系统、数据采集与加热器控制系统，还包括吸附器与蒸发/冷凝器之间所设的抽空真空阀和切换真空阀。吸附器与蒸发/冷凝器之间通过管道连接。

2.如权利要求1所述吸附量测试装置，其特征在于：吸附器由吸附器壳体密封吸附器芯组而成，上面设有测量吸附剂温度的温度传感器和测量吸附器内压力的压力传感器，连接压力传感器和吸附器的连接件同时也是吸附剂填装和倒出孔；吸附器外侧设有保温层。

3.如权利要求1所述电量法吸附量测试装置，其特征在于：蒸发/冷凝器，包括蒸发/冷凝器壳体及密封在其内的蒸发器内胆、冷却盘管、端子密封件、注液管、金属丝网、电加热器、温度传感器。冷却盘管、注液管、端子密封件及蒸发器内胆均与蒸发器壳体通过密封焊接相连。金属丝网、电加热器、温度传感器均在蒸发器内胆内，电加热器固定在蒸发器内胆的底部，金属丝网固定在蒸发器内胆的中下部，温度传感器固定在金属丝网中上部；蒸发/冷凝器外部设保温层。

4.如权利要求1所述电量法吸附量测试装置，其特征在于：压缩空气吹扫系统，包括空压机、两个水路截止阀、两个气路截止阀。

5.如权利要求1所述电量法吸附量测试装置，其特征在于：端子密封件，包括绝缘密封材料、固定密封件、真空密封垫片、活动密封件、紧固密封垫片、紧固螺母、真空封泥和接线端子。真空密封垫片、活动密封件、紧固密封垫片、紧固螺母均位于固定密封件内，且同心依次排列，中心位置为接线端子，且接线端子两端均伸出端子密封件。真空密封垫片位于固定密封件与活动密封件之间，固定密封件与蒸发/冷凝器壳体之间焊接密封，接线端子位于活动密封件的中心，接线端子之间及其与活动密封件之间由绝缘密封材料填充，紧固密封垫片位于活动密封件与紧固螺母之间，真空封泥则填充固定密封件内、紧固螺母外空间；紧固螺母的螺纹为外螺纹，中心通孔；端子密封件设有两个，一个为蒸发/冷凝器内温度传感器的密封件，另一个为电加热器的密封件。

6.电量法吸附剂吸附量测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

①吸附剂装填和系统密封：除去压力传感器，把吸附剂通过吸附器与压力传感器之间的连接件填充到吸附器芯体中，然后装上压力传感器，使装填孔密封，并关闭注液管上的充注真空阀；

②抽真空：开启数据采集与加热器控制系统，同时启动吸附器加热回路加热吸附剂，当吸附剂温度上升到一定温度后，开启真空泵，10秒钟后打开抽真空阀和吸附器与蒸发/冷凝器之间的切换真空阀，观察数据采集与加热器控制系统所采集的压力传感器的压力数值，当该数值达到测试标准要求，并且在关闭抽空真空阀后该数值仍能稳定时，抽空结束，依次关闭抽空真空阀和真空泵；

③充注吸附质(液体制冷剂)：关闭切换真空阀，向注液漏斗中加入适量的制冷剂液体，并在漏斗中做好液面标记，根据吸附试验估算结果，继续向注液漏斗中加入足量制冷剂，然后缓慢打开充注真空阀，当液面下降到液面标记位置时，关闭充注真空阀；

④制冷剂初始温度调整：开启真空泵，打开抽空真空阀，使得注液管中残留液体汽化，然后，观察蒸发/冷凝器内液体的温度，如果该温度高于设定值，则需要用真空泵继续抽真空，如果该温度低于设定值，则需要停止抽真空并打开电加热器，使得该温度等于设定值后，依次关闭抽空真空阀和真空泵；

⑤吸附：缓慢打开切换真空阀，使得吸附剂开始吸附，然后，启动吸附器冷却回路冷却吸附剂，并使之维持一定温度，在吸附剂的整个吸附过程中，记录蒸发器内液体温度、吸附剂温度、吸附器内压力、电加热器的电源电压和电流，当吸附器内压力与吸附剂温度下对应饱和蒸汽压力相等或非常接近时，吸附过程结束；

⑥吸附量计算：根据数据采集和加热器控制系统测得的电加热器电源电压和电流数据以及加热时间，计算出吸附过程中的加热量，扣除蒸发器内胆导热散热量后获得有效加热量，然后再根据制冷剂的汽化潜热，换算出制冷剂的蒸发量，在扣除吸附器内无效蒸汽的质量后得到吸附剂的实际吸附量。

7.如权利要求6所述电量法吸附量测试方法，其特征在于：在步骤①之前，首先应对吸附器内的无效容积进行测算，并计算蒸发器内胆与蒸发/冷凝器壳体之间的导热系数，以便获得本发明装置的仪器误差，即确定上述步骤⑥中所述吸附器内无效蒸汽的质量和蒸发器内胆导热散热量。

8.如权利要求6所述电量法吸附量测试方法，其特征在于：上述步骤①～⑥为等温吸附量的测试方法和步骤，要测试吸附剂在制冷条件下的循环吸附量，则需要在完成上述步骤⑥后还要进行以下步骤：

⑦解吸：启动吸附器加热回路加热吸附剂，同时，打开蒸发/冷凝器冷却水回路截止阀，启动蒸发/冷凝器冷却水回路，当吸附器内压力与蒸发器内胆内液体温度对应饱和蒸汽压力相等或接近时，关闭切换真空阀，关闭蒸发/冷凝器冷却水回路，关闭蒸发/冷凝器冷却水回路截止阀，同时关闭切换真空阀，停止吸附器加热；

⑧吹扫：开启压缩空气吹扫系统管路上截止阀，开启空压机吹扫冷凝/蒸发器冷却盘管内的残留水，当盘管内冷却水吹扫干净后关闭空压机，关闭压缩空气吹扫系统管路上截止阀；

⑨重复上述步骤⑤、⑥，获得第一次循环的循环吸附量。

反复进行上述步骤⑦、⑧、⑨，获得多个循环的循环吸附量，取其平均值即为测试条件下吸附制冷循环的循环吸附量。

9.如权利要求1所述电量法吸附量测试装置或权利要求6所述吸附量测试方法，其特征在于：通过测量加热器的耗电量来获取吸附剂的吸附量。

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