[發明專利]一種二氧化碳水合物制冷系統

有效

• 申請號: 201710155793.8
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN106802023B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 劉志強;謝楠;譚成華
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: F25B23/00
• 分類號: F25B23/00;F25B41/04
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 鄧建輝

本發明公開了一種二氧化碳水合物制冷系統，水合物反應槽(12)的下部內置設有循環水冷卻器，水合物反應槽(12)的上部設有水合物出口管道(19)，水合物出口管道(19)與水合物循環泵(16)相連，水合物循環泵(16)與末端換熱設備(1)相連，末端換熱設備(1)的出口連接有氣液分離器(3)，所述的氣液分離器(3)下部設有回流水管(17)、上部設回流氣體管道(18)，所述的回流水管(17)上依次連接第二開關閥門(7)和第一水泵(9)再與所述的水合物反應槽(12)相連；回流氣體管道(18)依次連接單向閥門(2)、第三開關閥門(8)和壓縮機(10)與水合物反應槽(12)相連；CO₂儲氣罐(6)的出氣口接入氣體回流管道(18)上。本發明是一種與常規制冷系統匹配良好、系統效率高、環境友好、成本低的二氧化碳水合物制冷系統。

技術領域

本發明涉及一種制冷系統，尤其涉及一種以二氧化碳氣體水合物漿體為制冷工質的制冷系統。

背景技術

氣體水合物是指氣體分子(或易揮發的液體分子)與水分子在一定的溫度、壓力、氣體濃度等特定條件下所生成的籠狀結晶化合物(clathrate hydrate)。

在氣體水合物中，通常把水分子稱為主體分子，氣體分子和揮發性液體分子則被稱為客體分子，常見的客體物質有甲烷、乙烷、氮氣、硫化氫、二氧化碳、HFC和HCFC類制冷劑等等。客體分子被固定在由水分子構成的腔體中，受氫鍵的限制，腔體尺寸不能隨客體分子的大小連續變化，而是根據一定范圍的客體分子尺寸，形成三種水合物結構，即I、II和H型水合物。

目前對不同種類水合物的研究中，以天然氣水合物的研究居多，二氧化碳(CO₂)作為客體物質的水合物漿體由于其出色的流動性和熱物理性能，受到了各行業、各領域研究學者們的熱切關注。二氧化碳水合物能夠在零度以上發生相變又具有較高的分解焓(500kJ/kg)，可以無需進行機械攪拌，僅注入具有一定過冷度的溶液中即可形成，因此常被當做相變載冷劑使用。

研究表明，CO₂水合物可以作為傳統制冷劑的替代品用于制冷系統中，不僅通過減少CFC、HFC和HCFC類等制冷劑，如R134a、R22、R123、R407c、R410a等工質的使用，來緩解全球變暖、臭氧層破壞問題，還因為其具有出色的熱力學性能，可以減少泵功和壓縮機功率，提高制冷系統的能源利用效率，不失為一種有利于全球可持續發展的新型能源利用技術。但是，純CO₂水合物通常需要在很高的壓力下生成，反應過程可以描述為：CO₂+5.75H₂O→CO₂·5.75H₂O，無法與常規的制冷系統匹配，因此常常采用加入添加劑的方法降低CO₂水合物的反應條件。純CO₂水合物屬于I型水合物，在加入了常用的添加劑，如四氫呋喃(THF)、四丁基溴化銨(TBAB)之后，形成熱力學性能更為穩定的II型水合物，與THF的生成反應過程可描述為：2CO₂+THF+17H₂O→2CO₂·THF·17H₂O，使水合物在低壓條件下(<10bar)就能生成，此外，通過二次添加促晶劑，如十二烷基硫酸鈉(SDS)、四丁基氟化銨(TBAF)等，還可以縮短水合物反應生成所需的誘導時間，實現了CO₂水合物漿體作為一種良好的制冷工質與常規制冷系統的兼容。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種與常規制冷系統匹配良好、系統效率高、環境友好、成本低的二氧化碳水合物制冷系統。