CN102645525B - 一种测量冷冻机油中制冷剂溶解度的装置和方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种测量冷冻机油中制冷剂溶解度的装置和方法及应用，所述测量冷冻机油中制冷剂溶解度的装置包括平衡釜装置、恒温装置、分压器、流量采集装置和制冷剂气瓶；所述平衡釜装置包括平衡釜和真空泵；所述真空泵与平衡釜连接；所述恒温装置包括恒温槽，所述平衡釜设置在恒温槽中；所述流量采集装置由流量计和流量采集系统组成，所述流量计分别与平衡釜、流量采集系统连接；所述分压器设置在所述流量计和制冷剂气瓶之间。本发明装置结构简单、搭建容易、花费小、气液相平衡所需时间短，可快速测量制冷剂在冷冻机油中的溶解度。

Description

一种测量冷冻机油中制冷剂溶解度的装置和方法及应用

技术领域

本发明涉及测试装置技术领域，尤其涉及一种测量冷冻机油中制冷剂溶解度的装置和方法及应用。 

背景技术

冷冻机油中制冷剂的溶解度是一项重要的理化性质，测定制冷剂在冷冻机油中的溶解度对了解两者的混合物在不同温度和压力下的气液相组成及饱和蒸汽压有很大帮助，对指导压缩机的开发设计以及冷冻机油的研制具有重要意义。目前发达国家和地区均加紧新制冷剂的更替和相应冷冻机油的研发，面对新冷媒的多样化以及冷冻机油研发的严峻形势，快速获得多种新制冷剂在开发冷冻机油中的溶解度数据显得尤为重要。

与水及有机溶剂等液体相比，冷冻机油的组成较复杂，因此影响气体在冷冻机油中溶解度测定结果的因素更多，目前还没有专门测试制冷剂气体在冷冻机油中溶解度的标准仪器。瑞典皇家理工学院能源科技系、浙江大学制冷与低温研究所等研究单位发表的论文中的实验装置可用来评价制冷剂与冷冻机油的气液相平衡，可获得制冷剂溶解度的准确数据。但是，上述文献中所使用的测试装置，存在以下不足：首先，测量仪器组成复杂，制造技术难度大，成本高；其次，气液相平衡所需时间长，导致测试的耗时长。以上不足导致目前的装置不能满足科研和工业领域快速获得制冷剂在冷冻机油中溶解度的要求，因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足和科研、工业领域对快速获得溶解度的需求，本发明的目的在于提供一种测量冷冻机油中制冷剂溶解度的装置和方法及应用，旨在解决现有测量制冷剂溶解度的装置组成复杂、成本高且耗时长的问题。

本发明的技术方案如下：

一种测量冷冻机油中制冷剂溶解度的装置，其中，所述测量冷冻机油中制冷剂溶解度的装置包括平衡釜装置、恒温装置、分压器、流量采集装置和制冷剂气瓶；

所述平衡釜装置包括平衡釜和真空泵；所述真空泵与平衡釜连接；

所述恒温装置包括恒温槽，所述平衡釜设置在恒温槽中；

所述流量采集装置由流量计和流量采集系统组成，所述流量计分别与平衡釜、流量采集系统连接；

所述分压器设置在所述流量计和制冷剂气瓶之间。

所述的测量冷冻机油中制冷剂溶解度的装置，其中，所述平衡釜装置还包括用于增加气体与液体混合体系扰动的搅拌器。

所述的测量冷冻机油中制冷剂溶解度的装置，其中，所述恒温装置为半封闭式介质传热式装置，所述恒温装置配有控温装置和制冷装置。

所述的测量冷冻机油中制冷剂溶解度的装置，其中，所述分压器和制冷剂气瓶之间设置有一气瓶阀。

所述的测量冷冻机油中制冷剂溶解度的装置，其中，所述平衡釜由内衬和外套组成，所述内衬设置在外套内；所述内衬上设置有从底部往上逐渐增大的高度刻度；所述平衡釜连接有压力计。

一种采用上述装置测量冷冻机油中制冷剂溶解度的方法，其中，包括以下步骤：

S1、在平衡釜中加入已知质量的冷冻机油；

S2、调节平衡釜内温度至目标值，并保持恒温，平衡釜抽真空去除里面空气和杂质，并记录平衡釜内液面的高度和液面以上的容积；

S3、通入待测制冷剂气体，直至平衡釜内达到气液相平衡，记录此时平衡釜内的压力、温度、通入待测制冷剂气体的体积和液面的高度；

S4、计算在该压力和温度下待测制冷剂气体在所述冷冻机油中的溶解度。

所述的测量冷冻机油中制冷剂溶解度的方法，其中，所述步骤S1以前还包括以下步骤：

向干净的平衡釜内通入一定气体，记录平衡釜压力和试验温度，通过流量计算系统和平衡釜的尺寸，对所述装置的气密性进行校准。

所述的测量冷冻机油中制冷剂溶解度的方法，其中，所述步骤S2和S3在搅拌条件下进行，所述搅拌速度为100rpm～500rpm。

所述步骤S3中，用流量计控制待测制冷剂通入平衡釜的流速，所述流速为1～100sccm。

一种上述测量冷冻机油中制冷剂溶解度装置的应用，其中，所述装置用于测量在压力为0～2Mpa和温度为-20～70℃的条件下制冷剂气体在冷冻机油中的溶解度。

本发明所提供的测量冷冻机油中制冷剂溶解度的装置和方法具有以下优点：1、采用分压器实现平衡釜内气压的控制(加压或减压)，结构简单，造价低；2、采用精密的流量采集装置，简便、准确地得到通入平衡釜内的制冷剂总体积3、采用电磁搅拌装置，通过搅拌速度的调整，可在较短时间内达到气液相平衡。本发明用来测量冷冻机油中制冷剂溶解度的装置简单、搭建容易、花费小、气液相平衡所需时间短，可实现快速测量。

附图说明

图1为本发明所述测量冷冻机油中制冷剂溶解度的装置示意图。

具体实施方式

本发明提供一种测量冷冻机油中制冷剂溶解度的装置和方法及应用，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明中提供一种测量冷冻机油中制冷剂溶解度的装置和方法，是一种可专门用于测试制冷剂在冷冻机油中溶解度的装置。根据测量要求，通过调节分压器来控制测试压力、设置流量计来控制不同的流速、恒温装置来控制测试温度、设置搅拌装置的搅拌速度来控制气液相平衡所需时间，可以快速测定不同压力和温度下制冷剂的溶解度。

所述测量冷冻机油中制冷剂溶解度的装置，包括平衡釜装置、恒温装置、分压器、流量采集装置和制冷剂气瓶。

如图1所示，所述平衡釜装置包括平衡釜1、搅拌器2、真空泵6以及用于连接各个部件的不锈钢管道。所述搅拌器2和真空泵6分别与平衡釜1连接。所述恒温装置包括恒温槽3，所述平衡釜1设置在恒温槽3中。所述流量采集装置由流量计10和流量采集系统11组成，所述流量计10分别与平衡釜1、流量采集系统11和制冷剂气瓶9相连接。所述分压器8设置在所述流量计10和制冷剂气瓶9之间。所述分压器8和制冷剂气瓶9之间还可以设置一气瓶阀12。所述平衡釜装置还包括压力计7，所述压力计7设置在平衡釜1上。

所述平衡釜1由两部分组成，内衬和外套。外套材质为不锈钢，内衬材料为耐压树脂。内衬根据实际尺寸标有从底部往上逐渐增大的高度刻度，平衡釜为带有视窗的容器，耐压0～2MPa。

所述搅拌器2优选为电磁搅拌装置，其主要作用是增加气体与液体混合体系的扰动，缩短达到相平衡所需要的时间。搅拌器2的搅拌速度优选为100～500rpm，试验发现当搅拌速度低于100rpm时，冷冻机油和制冷剂的混合物达到相平衡的时间太长，因此最低速度为100rpm，更优选为150rpm。当搅拌速度大于500rpm时，在接近混合物气液相平衡的阶段，体系压力不稳定，扰动过大，因此搅拌速度优选小于500rpm，更优选小于400rpm。因此搅拌速度最优选150rpm～400rpm。

所述恒温装置为半封闭式介质传热式装置，包括恒温槽3。所述恒温装置还配有加热精度为±1℃的控温装置4和制冷装置5。所述恒温装置的作用是控制平衡釜1内制冷剂和冷冻机油的温度。

所述流量采集部分由流量计10和流量采集系统11组成。流量计10的流速可控，本发明中，流速优选1～100sccm。流速的控制可辅助调节达到气液相平衡的时间。流量采集系统11的作用是确定通入平衡釜内的制冷剂气体总体积。

所述分压器8的作用是控制平衡釜内压力。测试时，将分压器数值调整至所需数值，由于分压器和平衡釜内压力差的存在，制冷剂气体通过流量计10的控制缓慢充入平衡釜1。

如图1所示，制冷剂气体从制冷剂气瓶9流出，流经气瓶阀12和气管到达分压器8，由于分压器8和流量计10以及平衡釜1的压力差，待测制冷剂气体通过分压器8和流量计10缓慢进入平衡釜1内。

带温度显示的控温装置4和制冷装置5可使恒温槽3、平衡釜1、制冷剂气体和冷冻机油处于恒温环境。精密测压计7精确测量平衡釜1里面的气压，当平衡釜内气压由逐渐升高变为稳定时达到气液相平衡。

本发明中还提供一种快速测量冷冻机油中制冷剂溶解度的方法，将气液相平衡釜置于恒温可控压装置中，将待测制冷剂气体充入冷冻机油中，在搅拌的作用下，气体与液体混合体系快速达到气液平衡，通过记录气液平衡时体系压力、温度、充入待测制冷剂气体体积和未充制冷剂时以及达到气液相平衡时平衡釜内液面高度，采用状态方程推算出制冷剂气体在液体中的溶解度。

所述快速测量冷冻机油中制冷剂溶解度的方法具体包括以下步骤：

S1、在平衡釜中加入已知质量的冷冻机油；

S2、调节平衡釜内温度至目标值，并保持恒温，平衡釜抽真空去除里面空气和杂质，并记录平衡釜内液面高度和液面以上的容积；

S3、通入待测的制冷剂气体，直至平衡釜内达到气液相平衡，记录此时平衡釜内的压力、温度、通入待测制冷剂的体积和液面的高度；

S4、计算在该压力和温度下待测的制冷剂气体在所述冷冻机油中的溶解度。

所述快速测量冷冻机油中制冷剂溶解度的方法，在步骤S1之前，还可以包括以下步骤：

向干净的平衡釜内通入一定气体，记录平衡釜压力和试验温度，通过流量计算系统和平衡釜的尺寸，对所述装置的气密性进行校准。

所述步骤S2和S3优选为在搅拌条件下进行，可增加待测的制冷剂气体与冷冻机油混合体系的扰动，缩短达到相平衡所需要的时间。

所述步骤S3记录的温度为平衡釜内的保持恒温的温度值。

实验结束后，关闭待测制冷剂的气瓶阀门和真空泵阀门，打开平衡釜，放掉气体，并将废液丢弃，清洗平衡釜。

下面以测量制冷剂气体在冷冻机油中的溶解度为例，详细对本发明装置和方法进行描述。

将气液相平衡釜置于恒温可控压装置中，将制冷剂气体充入冷冻机油中，在搅拌的作用下，体系快速达到气液平衡，通过平衡时体系压力、温度、以及充入制冷剂气体的体积和未充制冷剂时以及达到气液相平衡时平衡釜内液面高度，采用状态方程推算可得到制冷剂在冷冻机油中的溶解度。

具体地来说，请参见图1，实验前，向干净的平衡釜1内通入一定气体，记录平衡釜压力7和试验温度，通过流量采集系统11和平衡釜1的尺寸，对所述测量冷冻机油中制冷剂溶解度的装置的气密性进行校准。实验时，把已经加入已知质量冷冻机油的平衡釜1放入恒温槽3内，打开搅拌器2，通过控温装置4调节温度至目标值，抽真空去除油品中空气和杂质，并记录液面刻度线，在已知平衡釜1尺寸的情况下，计算出平衡釜1内液面上方的容积；打开气瓶阀12、分压器8、流量计10、流量采集系统11，向平衡釜1内通入待测的制冷剂气体；经过一段时间后，平衡釜1内的气液相间达到平衡，液面上方的气相压力由渐渐升高到变为稳定，记录此时平衡釜1内压力以及液面刻度线，通过气体状态方程可推算出溶解气体的质量，结合冷冻机油的质量可得该压力及温度环境下该制冷剂气体在实验冷冻机油中的溶解度。

冷冻机油中溶解制冷剂的摩尔数计算公式如下：

    （1）

式中：为冷冻机油中溶解制冷剂的摩尔数，和分别是气液相平衡时的压力和温度，和分别是相平衡时充入平衡釜内总制冷剂气体的体积以及冷冻机油的体积，和分别是未充制冷剂和达到气液相平衡时液面的高度。

本发明的装置可用于多种气体尤其是制冷剂气体在冷冻机油中的溶解度测量，可测量压力在0～2Mpa范围，温度在-20～70℃范围内制冷剂在冷冻机油中的溶解度。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。 

Claims (8)

1.一种测量冷冻机油中制冷剂溶解度的装置，其特征在于，所述测量冷冻机油中制冷剂溶解度的装置包括平衡釜装置、恒温装置、分压器、流量采集装置和制冷剂气瓶；

所述平衡釜装置包括平衡釜和真空泵；所述真空泵与平衡釜连接；

所述恒温装置包括恒温槽，所述平衡釜设置在恒温槽中；

所述流量采集装置由流量计和流量采集系统组成，所述流量计分别与平衡釜、流量采集系统连接；

所述分压器设置在所述流量计和制冷剂气瓶之间。

2.根据权利要求1所述的测量冷冻机油中制冷剂溶解度的装置，其特征在于，所述平衡釜装置还包括用于增加气体与液体混合体系扰动的搅拌器。

3.根据权利要求1所述的测量冷冻机油中制冷剂溶解度的装置，其特征在于，所述恒温装置为半封闭式介质传热式装置，所述恒温装置配有控温装置和制冷装置。

4.根据权利要求1所述的测量冷冻机油中制冷剂溶解度的装置，其特征在于，所述平衡釜由内衬和外套组成，所述内衬设置在外套内；所述内衬上设置有从底部往上逐渐增大的高度刻度；所述平衡釜上连接有压力计。

5.一种采用如权利要求1所述的装置测量冷冻机油中制冷剂溶解度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在平衡釜中加入已知质量的冷冻机油；

S2、调节平衡釜内温度至目标值，并保持恒温，平衡釜抽真空去除里面的空气和杂质，并记录平衡釜内液面的高度和液面以上的容积；

S3、通入待测制冷剂，直至平衡釜内达到气液相平衡，记录此时平衡釜内的压力、温度、通入待测制冷剂气体的体积和液面的高度；

S4、计算在该压力和温度下待测制冷剂气体在所述冷冻机油中的溶解度。

6.根据权利要求5所述的测量冷冻机油中制冷剂溶解度的方法，其特征在于，所述步骤S1以前还包括以下步骤：

向干净的平衡釜内通入一定气体，记录平衡釜压力和试验温度，通过流量计算系统和平衡釜的尺寸，对所述装置的气密性进行校准。

7.根据权利要求5所述的测量冷冻机油中制冷剂溶解度的方法，其特征在于，所述步骤S2和S3在搅拌条件下进行，所述搅拌速度为100rpm～500rpm；

所述步骤S3中，用流量计控制待测制冷剂通入平衡釜的流速，所述流速为1～100sccm。

8.一种如权利要求1所述的快速测量液体中气体溶解度装置的应用，其特征在于，将所述装置用于测量在压力为0～2Mpa和温度为-20～70℃的条件下制冷剂气体在冷冻机油中的溶解度。