專利名稱：一種二氧化碳水合物漿蓄冷釋冷中央空調(diào)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的二氧化碳(下文都以CO2表示)水合物漿蓄冷空調(diào)裝置。特別是涉及一種采用CO2水合物漿作為蓄冷劑和載冷劑的制冷機技術(shù)，屬于制冷工程和化學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對工作和生活環(huán)境提出了更高的要求。許多商場、賓館、寫字樓、民用住宅都設(shè)有空調(diào)系統(tǒng)，導(dǎo)致我國電力需求增長非常迅速，尤其是一天內(nèi)用電高峰與低谷差距在不斷拉大，電網(wǎng)運行的不均勻情況日趨嚴重，極大地影響了發(fā)電的成本和電網(wǎng)的安全運行。蓄冷空調(diào)技術(shù)是一種非常有效的“移峰填谷”技術(shù)，一般采用冰或冰漿作為載冷劑。冰或冰漿生成溫度一般在0°c以下，導(dǎo)致制冰過程中，制冷系統(tǒng)效率低下，并不節(jié)能。而且，當冰或冰漿作為蓄冷劑時，由于其相變溫度(o°c)遠低于中央空調(diào)的冷凍水溫(7°c )，因此必須單獨配蓄冷專用冷凍機組才能滿足要求，這就增加了一次投資，而且其能效比(COP)比普通空調(diào)低25%左右。尋找一種相變溫度和冷凍水溫度相近的蓄冷介質(zhì)，和空調(diào)用冷凍機組結(jié)合，這將能大大減少企業(yè)的一次投資和運行成本，并且提高蓄冷的能效比，從而真正達到節(jié)能和合理利用能源的目的，本發(fā)明的一種二氧化碳水合物漿蓄冷釋冷中央空調(diào)裝置可以滿足這方面的要求。CO2水合物漿是新一代兩相蓄冷介質(zhì)，它是由一些細小的CO2水合物微粒懸浮于水中而形成的一種類似冰漿的固液兩相懸浮液，在5 12°C溫度范圍內(nèi)具有很高的熱量密度，在零度以上的溫度就可以生成，與常規(guī)空調(diào)兼容性好，蓄冷效率高，換熱效率高，化學(xué)穩(wěn)定性好，而且具有很好的抽吸和運輸性質(zhì)。空調(diào)系統(tǒng)若使用CO2水合物漿作為蓄冷劑和載冷劑具有以下優(yōu)點:1) CO2和水都是非常環(huán)保和廉價的物質(zhì)，對環(huán)境非常友好；2)具有很高的蓄冷密度，固相比率為10%的CO2水合物漿，，其熱量密度是冷卻水的2-3倍；3) CO2水合物在零度以上生成，可以采用常規(guī)冷水機組制備，比冰蓄冷節(jié)能約40% ;4)C02水合物漿流動性好，可以作為載冷劑直接輸送到 室內(nèi)冷風(fēng)機的風(fēng)機盤管中放冷，放冷速度快，可以快速響應(yīng)冷負荷的變化。本發(fā)明采用壓縮式制冷循環(huán)來制備CO2水合物漿。由于CO2的臨界溫度只有31°C，所以夏季制備CO2水合物漿時，宜采用跨臨界循環(huán)的方式，排熱過程在超臨界狀態(tài)下進行，沒有相變的產(chǎn)生。CO2制冷循環(huán)的壓縮比要比常規(guī)工質(zhì)制冷循環(huán)的低，其容積效率可維持在較高的水平，高的容積制冷量使設(shè)備更緊湊；高的流體密度使壓縮機進一步小型化，連接管道變細。在已有專利號為201110415274.3名稱為《一種具有制冷功能的水合物蓄冷系統(tǒng)》的專利中，公開了一種以水合物為蓄冷介質(zhì)的蓄冷裝置。裝置中，高壓氣瓶提供驅(qū)動力和水合物生成所需的高壓條件，低壓氣瓶可以回收過量的氣體和水合物分解后的氣體。其裝置充分利用了水合物及其分解形成的高壓氣體的潛熱，具有高效，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便等特點，但缺點是蓄冷裝置受到高壓氣瓶和低壓氣瓶的影響，不能長時間運行，因為當高壓氣瓶的壓力降低時，提供不了足夠的驅(qū)動能量和水合物生成所需壓力；專利號為200820056062.4名稱為《一種氣體水合物蓄冷/儲氣的可視化裝置》的專利中，公開了一種具有蓄冷功能的可視化裝置。該裝置采用攪拌和恒溫水浴的方法來減少水合物生成的時間，驅(qū)動能源也是一個高壓氣瓶，因此該裝置不能長時間運行，并且該裝置缺少釋冷裝置只起到蓄冷作用，水合物反應(yīng)釜尺寸小，蓄冷量較小，不能滿足較大空間的冷量要求；專利號為201210137361名稱為《一種CO2水合物漿循環(huán)蓄冷釋冷型的汽車空調(diào)裝置》的專利中，公開了一種基于CO2水合物漿的蓄冷釋冷汽車空調(diào)裝置，其采用了兩個水合反應(yīng)釜來同時進行蓄冷和釋冷的過程，同時采用了節(jié)流閥來對CO2進行降溫降壓。該裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，需要進一步優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種CO2水合物漿蓄冷釋冷中央空調(diào)裝置，其中，采用膨脹機替換節(jié)流閥，降低了能耗，大大提高了制冷效率；且通過只采用一個水合物反應(yīng)釜來進行蓄冷和釋冷的過程，使用時既可以在不同的時間段分別進行蓄冷和釋冷的過程，也可以同時進行蓄冷釋冷的過程，適合在中央空調(diào)中使用，減少了裝置的體積，也降低了制造成本。為了達到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:一種利用·水和二氧化碳氣體制成二氧化碳水合物漿進行蓄冷釋冷的中央空調(diào)裝置，包括壓縮機、冷卻器、回?zé)崞鳌⒗滹L(fēng)機、閥門以及循環(huán)泵，具有這樣的特征，還包括:一臺膨脹機，用于將二氧化碳氣體經(jīng)降溫降壓制成二氧化碳氣液混合物；以及一臺水合反應(yīng)釜，用于將水和二氧化碳氣液混合物制備成二氧化碳水合物漿，其中，回?zé)崞髋c膨脹機相連通，膨脹機再與水合反應(yīng)釜相連通，水合反應(yīng)釜的水合物漿體出口經(jīng)控制閥，與冷風(fēng)機的風(fēng)機盤管入口連通，冷風(fēng)機的風(fēng)機盤管出口依次連通循環(huán)泵以及水合反應(yīng)釜的回流入口，水合反應(yīng)釜的氣體出口依次連通回?zé)釞C、干燥器后與壓縮機的吸氣口連通。根據(jù)本發(fā)明的二氧化碳水合物中央空調(diào)裝置，還可以具有這樣的特征:其中，膨脹機通過一根聯(lián)軸器與壓縮機聯(lián)動。根據(jù)本發(fā)明的二氧化碳水合物中央空調(diào)裝置，還可以具有這樣的特征:其中，水合物反應(yīng)釜的底端有散流器孔板，用于在整個水合反應(yīng)釜的橫截面上平均分配二氧化碳的流量。發(fā)明的作用與效果本發(fā)明涉及的二氧化碳水合物漿蓄冷釋冷中央空調(diào)裝置，通過在裝置中使用膨脹機代替節(jié)流閥，并通過聯(lián)軸器與壓縮機相連，減少功耗，整體提高蓄冷效率，更加節(jié)能經(jīng)濟；通過在水合物反應(yīng)釜的底端安裝散流器孔板，可以在整個反應(yīng)釜橫截面上平均分配CO2流量，使水和CO2的水合反應(yīng)更均勻更徹底；通過僅采用一臺水合反應(yīng)釜，使用時既可以在不同的時間段分別進行蓄冷和放冷的過程，也可以同時進行蓄冷放冷的過程，適合在中央空調(diào)中使用，使得裝置體積更加緊湊和小型化，同時也降低了制造成本。本實施例涉及的裝置可以采用夜間電力低谷的電進行蓄冷，白天釋冷，移峰填谷，節(jié)省電費開支，從而降低空調(diào)運行費用。


圖1為本發(fā)明的一種CO2水合物漿蓄冷釋冷中央空調(diào)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下實施例結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細闡述。圖1為本發(fā)明的一種CO2水合物漿蓄冷釋冷中央空調(diào)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實施例涉及的CO2水合物漿蓄冷釋冷中央空調(diào)裝置含有以下部分:壓縮機2、冷卻器1、回?zé)崞?、膨脹機3、水合反應(yīng)釜6、冷風(fēng)機9、控制閥8以及循環(huán)泵7。壓縮機2排氣口與冷卻器入口連通，冷卻器出口與膨脹機連通，膨脹機出口與水合反應(yīng)釜底部的散流器孔板連通，其中膨脹機3與壓縮機2通過一根聯(lián)軸器聯(lián)動，CO2氣體膨脹時帶動聯(lián)軸器，可以回收一部分功，提高系統(tǒng)的蓄冷效率。水合反應(yīng)釜6內(nèi)裝有水，水合反應(yīng)釜6的氣體出口經(jīng)過回?zé)釞C5和干燥器4后與壓縮機2吸氣口連通；水合反應(yīng)釜的水合物漿體出口經(jīng)控制閥8與冷風(fēng)機9的風(fēng)機盤管入口連通，冷風(fēng)機9的風(fēng)機盤管出口連通循環(huán)泵6后再與水合反應(yīng)釜6的回流入口連通。本實施例涉及的空調(diào)裝置有三 種運行模式，分別為蓄冷模式，釋冷模式，蓄冷釋冷同時進行模式。使用前該空調(diào)裝置需抽真空并進行CO2氣體的填充，填充量根據(jù)所需制冷量大小決定。本實施例的裝置在蓄冷模式時:壓縮機2啟動，閥門8關(guān)閉，依次經(jīng)冷卻器I和回?zé)崞?冷卻后的CO2氣體經(jīng)膨脹器3降壓、降溫后變成氣液兩相混合流體，由水合反應(yīng)釜6底部的散流器孔板進入水合反應(yīng)釜6，并以鼓泡的方式強化擾動從而在預(yù)充入液態(tài)水的水合反應(yīng)釜6中形成漿狀的包絡(luò)化合物，又稱CO2氣體水合物，其反應(yīng)過程為
5.75C02+H20 — 5.75C02.H20,反應(yīng)過程中放出的熱量使液態(tài)CO2蒸發(fā)，蒸發(fā)產(chǎn)生的CO2蒸汽和過量的CO2氣體依次經(jīng)由回?zé)崞鳌⒏稍锲鬟M入壓縮機2繼續(xù)循環(huán)反應(yīng)。可利用夜間低價格的電進行蓄冷以降低成本。本實施例的裝置在釋冷模式時:當利用夜間的低價格電制備好足夠多的CO2氣體水合物時，白天利用制備好的CO2水合物分解吸熱，達到降溫的效果。打開控制閥8，開啟循環(huán)泵7和冷風(fēng)機9。水合反應(yīng)釜中的CO2水合物漿在循環(huán)泵7的抽吸作用下進入冷風(fēng)機9的風(fēng)機盤管，CO2水合物漿吸收室內(nèi)空氣的熱量后發(fā)生分解，其分解過程為
5.75C02.Η20 — 5.75C02+H20，室內(nèi)的空氣由于失去熱量而溫度降低，分解后的液態(tài)水和CO2氣體通過循環(huán)泵重新進入水合反應(yīng)釜6內(nèi)，液體水儲存于水合物反應(yīng)釜下部，氣體CO2儲存于水合物反應(yīng)釜上部。蓄冷、釋冷同時進行模式:啟動壓縮機2，同時打開閥門8和循環(huán)泵7。壓縮機2吸入釜內(nèi)的CO2氣體，經(jīng)增溫增壓后送入到冷卻器I中進行冷卻，經(jīng)由回?zé)崞?進一步冷卻后，在膨脹器3中降溫降壓成為氣液兩相的流體，進入水合反應(yīng)釜6生成水合物漿。同時，循環(huán)泵7抽取CO2水合物漿并將其送入室內(nèi)的風(fēng)機盤管9，在風(fēng)機盤管9內(nèi)吸收室內(nèi)的熱量并分解成液體水和氣體CO2,液體水重新回流進入水合物反應(yīng)釜下部，氣體CO2重新回流進入水合物反應(yīng)釜上部并被壓縮機吸走。通過控制循環(huán)泵的抽取流量使得生成的水合物與抽取的水合物的量大致相同，這樣可以使水合物反應(yīng)釜中的壓力保持穩(wěn)定。通過蓄冷過程和釋冷過程的結(jié)合，使系統(tǒng)循環(huán)不間斷進行供冷。實施例的作用與效果
本實施例涉及的二氧化碳水合物漿蓄冷釋冷中央空調(diào)裝置，采用自然工質(zhì)CO2作為制冷劑，CO2水合物漿為蓄冷劑和載冷劑。通過在裝置中使用膨脹機代替節(jié)流閥，并通過聯(lián)軸器與壓縮機相連，減少功耗，整體提高蓄冷效率，更加節(jié)能經(jīng)濟；通過在水合物反應(yīng)釜的底端安裝散流器孔板，可以在整個反應(yīng)釜橫截面上平均分配CO2流量，使水和CO2的水合反應(yīng)更均勻更徹底；通過僅采用一臺水合反應(yīng)釜，使用時既可以在不同的時間段分別進行蓄冷和釋冷的過程，也可以同時進行蓄冷釋冷的過程，適合在中央空調(diào)中使用，使得裝置體積更加緊湊和小型化，同時也降低了制造成本。本實施例涉及的裝置可以采用夜間電力低谷的電進行蓄冷，白天釋冷 ，移峰填谷，節(jié)省電費開支，從而降低空調(diào)運行費用。
權(quán)利要求
1.一種利用水和二氧化碳氣體制成二氧化碳水合物漿進行蓄冷釋冷的中央空調(diào)裝置，包括壓縮機、冷卻器、回?zé)崞鳌⒗滹L(fēng)機、閥門以及循環(huán)泵，其特征在于，還包括: 一臺膨脹機，用于將所述二氧化碳氣體經(jīng)降溫降壓制成二氧化碳氣液混合物；以及一臺水合反應(yīng)釜，用于將所述水和所述二氧化碳氣液混合物制備成所述二氧化碳水合物漿， 其中，所述回?zé)崞髋c所述膨脹機相連通， 所述膨脹機再與所述水合反應(yīng)釜相連通， 所述水合反應(yīng)釜的水合物漿體出口經(jīng)所述控制閥，與所述冷風(fēng)機的風(fēng)機盤管入口連通， 所述冷風(fēng)機的風(fēng)機盤管出口依次連通所述循環(huán)泵以及所述水合反應(yīng)釜的回流入口，所述水合反應(yīng)釜的氣體出口依次連通所述回?zé)崞?、所述干燥器后與所述壓縮機的吸氣口連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳水合物中央空調(diào)裝置，其特征在于: 其中，所述膨脹機通過一根聯(lián)軸器與所述壓縮機聯(lián)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳水合物漿中央空調(diào)裝置，其特征在于: 其中，所述水合物反應(yīng)釜的底端有散流器孔板，用于在整個所述水合反應(yīng)釜的橫截面上平均分配所述二氧化碳的流量。
全文摘要
一種二氧化碳水合物漿蓄冷釋冷中央空調(diào)裝置，包括壓縮機、冷卻器、回?zé)崞?、冷風(fēng)機、閥門以及循環(huán)泵，還包括一臺膨脹機，用于將二氧化碳氣體經(jīng)降溫降壓制成二氧化碳氣液混合物；以及一臺水合反應(yīng)釜，用于將水和二氧化碳氣液混合物制備成二氧化碳水合物漿，其中，回?zé)崞髋c膨脹機相連通，膨脹機再與水合反應(yīng)釜相連通，水合反應(yīng)釜的水合物漿體出口經(jīng)控制閥，與冷風(fēng)機的風(fēng)機盤管入口連通，冷風(fēng)機的風(fēng)機盤管出口依次連通循環(huán)泵以及水合反應(yīng)釜的回流入口，水合反應(yīng)釜的氣體出口依次連通回?zé)崞鳌⒏稍锲骱笈c壓縮機的吸氣口連通。
文檔編號F24F5/00GK103245020SQ20131017803
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月14日
發(fā)明者謝應(yīng)明, 謝振興, 范興龍, 楊遲 申請人:上海理工大學(xué)