CN103245020A - 一种二氧化碳水合物浆蓄冷释冷中央空调装置 - Google Patents

Abstract

一种二氧化碳水合物浆蓄冷释冷中央空调装置，包括压缩机、冷却器、回热器、冷风机、阀门以及循环泵，还包括：一台膨胀机，用于将二氧化碳气体经降温降压制成二氧化碳气液混合物；以及一台水合反应釜，用于将水和二氧化碳气液混合物制备成二氧化碳水合物浆，其中，回热器与膨胀机相连通，膨胀机再与水合反应釜相连通，水合反应釜的水合物浆体出口经控制阀，与冷风机的风机盘管入口连通，冷风机的风机盘管出口依次连通循环泵以及水合反应釜的回流入口，水合反应釜的气体出口依次连通回热器、干燥器后与压缩机的吸气口连通。

Description

一种二氧化碳水合物浆蓄冷释冷中央空调装置

技术领域

本发明涉及一种新型的二氧化碳（下文都以CO₂表示）水合物浆蓄冷空调装置。特别是涉及一种采用CO₂水合物浆作为蓄冷剂和载冷剂的制冷机技术，属于制冷工程和化学工程技术领域。

背景技术

随着经济的发展和人民生活水平的提高，人们对工作和生活环境提出了更高的要求。许多商场、宾馆、写字楼、民用住宅都设有空调系统，导致我国电力需求增长非常迅速，尤其是一天内用电高峰与低谷差距在不断拉大，电网运行的不均匀情况日趋严重，极大地影响了发电的成本和电网的安全运行。蓄冷空调技术是一种非常有效的“移峰填谷”技术，一般采用冰或冰浆作为载冷剂。冰或冰浆生成温度一般在0℃以下，导致制冰过程中，制冷系统效率低下，并不节能。而且，当冰或冰浆作为蓄冷剂时，由于其相变温度(0℃)远低于中央空调的冷冻水温(7℃)，因此必须单独配蓄冷专用冷冻机组才能满足要求，这就增加了一次投资，而且其能效比(COP)比普通空调低25%左右。寻找一种相变温度和冷冻水温度相近的蓄冷介质，和空调用冷冻机组结合，这将能大大减少企业的一次投资和运行成本，并且提高蓄冷的能效比，从而真正达到节能和合理利用能源的目的，本发明的一种二氧化碳水合物浆蓄冷释冷中央空调装置可以满足这方面的要求。

CO₂水合物浆是新一代两相蓄冷介质，它是由一些细小的CO₂水合物微粒悬浮于水中而形成的一种类似冰浆的固液两相悬浮液，在5～12℃温度范围内具有很高的热量密度，在零度以上的温度就可以生成，与常规空调兼容性好，蓄冷效率高，换热效率高，化学稳定性好，而且具有很好的抽吸和运输性质。空调系统若使用CO₂水合物浆作为蓄冷剂和载冷剂具有以下优点：1）CO₂和水都是非常环保和廉价的物质，对环境非常友好；2）具有很高的蓄冷密度，固相比率为10%的CO₂水合物浆，，其热量密度是冷却水的2-3倍；3）CO₂水合物在零度以上生成，可以采用常规冷水机组制备，比冰蓄冷节能约40%；4）CO₂水合物浆流动性好，可以作为载冷剂直接输送到室内冷风机的风机盘管中放冷，放冷速度快，可以快速响应冷负荷的变化。

本发明采用压缩式制冷循环来制备CO₂水合物浆。由于CO₂的临界温度只有31℃，所以夏季制备CO₂水合物浆时，宜采用跨临界循环的方式，排热过程在超临界状态下进行，没有相变的产生。CO₂制冷循环的压缩比要比常规工质制冷循环的低，其容积效率可维持在较高的水平，高的容积制冷量使设备更紧凑；高的流体密度使压缩机进一步小型化，连接管道变细。

在已有专利号为201110415274.3名称为《一种具有制冷功能的水合物蓄冷系统》的专利中，公开了一种以水合物为蓄冷介质的蓄冷装置。装置中，高压气瓶提供驱动力和水合物生成所需的高压条件，低压气瓶可以回收过量的气体和水合物分解后的气体。其装置充分利用了水合物及其分解形成的高压气体的潜热，具有高效，结构简单，操作方便等特点，但缺点是蓄冷装置受到高压气瓶和低压气瓶的影响，不能长时间运行，因为当高压气瓶的压力降低时，提供不了足够的驱动能量和水合物生成所需压力；专利号为200820056062.4名称为《一种气体水合物蓄冷/储气的可视化装置》的专利中，公开了一种具有蓄冷功能的可视化装置。该装置采用搅拌和恒温水浴的方法来减少水合物生成的时间，驱动能源也是一个高压气瓶，因此该装置不能长时间运行，并且该装置缺少释冷装置只起到蓄冷作用，水合物反应釜尺寸小，蓄冷量较小，不能满足较大空间的冷量要求；专利号为201210137361名称为《一种CO₂水合物浆循环蓄冷释冷型的汽车空调装置》的专利中，公开了一种基于CO₂水合物浆的蓄冷释冷汽车空调装置，其采用了两个水合反应釜来同时进行蓄冷和释冷的过程，同时采用了节流阀来对CO₂进行降温降压。该装置结构复杂，成本高，需要进一步优化。

发明内容

本发明提供了一种CO₂水合物浆蓄冷释冷中央空调装置，其中，采用膨胀机替换节流阀，降低了能耗，大大提高了制冷效率；且通过只采用一个水合物反应釜来进行蓄冷和释冷的过程，使用时既可以在不同的时间段分别进行蓄冷和释冷的过程，也可以同时进行蓄冷释冷的过程，适合在中央空调中使用，减少了装置的体积，也降低了制造成本。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种利用水和二氧化碳气体制成二氧化碳水合物浆进行蓄冷释冷的中央空调装置，包括压缩机、冷却器、回热器、冷风机、阀门以及循环泵，具有这样的特征，还包括：

一台膨胀机，用于将二氧化碳气体经降温降压制成二氧化碳气液混合物；以及一台水合反应釜，用于将水和二氧化碳气液混合物制备成二氧化碳水合物浆，其中，回热器与膨胀机相连通，膨胀机再与水合反应釜相连通，水合反应釜的水合物浆体出口经控制阀，与冷风机的风机盘管入口连通，冷风机的风机盘管出口依次连通循环泵以及水合反应釜的回流入口，水合反应釜的气体出口依次连通回热机、干燥器后与压缩机的吸气口连通。

根据本发明的二氧化碳水合物中央空调装置，还可以具有这样的特征：

其中，膨胀机通过一根联轴器与压缩机联动。

根据本发明的二氧化碳水合物中央空调装置，还可以具有这样的特征：

其中，水合物反应釜的底端有散流器孔板，用于在整个水合反应釜的横截面上平均分配二氧化碳的流量。

发明的作用与效果

本发明涉及的二氧化碳水合物浆蓄冷释冷中央空调装置，通过在装置中使用膨胀机代替节流阀，并通过联轴器与压缩机相连，减少功耗，整体提高蓄冷效率，更加节能经济；通过在水合物反应釜的底端安装散流器孔板，可以在整个反应釜横截面上平均分配CO₂流量，使水和CO₂的水合反应更均匀更彻底；通过仅采用一台水合反应釜，使用时既可以在不同的时间段分别进行蓄冷和放冷的过程，也可以同时进行蓄冷放冷的过程，适合在中央空调中使用，使得装置体积更加紧凑和小型化，同时也降低了制造成本。本实施例涉及的装置可以采用夜间电力低谷的电进行蓄冷，白天释冷，移峰填谷，节省电费开支，从而降低空调运行费用。

附图说明

图1为本发明的一种CO₂水合物浆蓄冷释冷中央空调装置的结构示意图。

具体实施方式

以下实施例结合附图对本发明作详细阐述。

图1为本发明的一种CO₂水合物浆蓄冷释冷中央空调装置的结构示意图。

如图1所示，本实施例涉及的CO₂水合物浆蓄冷释冷中央空调装置含有以下部分：压缩机2、冷却器1、回热器5、膨胀机3、水合反应釜6、冷风机9、控制阀8以及循环泵7。压缩机2排气口与冷却器入口连通，冷却器出口与膨胀机连通，膨胀机出口与水合反应釜底部的散流器孔板连通，其中膨胀机3与压缩机2通过一根联轴器联动，CO₂气体膨胀时带动联轴器，可以回收一部分功，提高系统的蓄冷效率。水合反应釜6内装有水，水合反应釜6的气体出口经过回热机5和干燥器4后与压缩机2吸气口连通；水合反应釜的水合物浆体出口经控制阀8与冷风机9的风机盘管入口连通，冷风机9的风机盘管出口连通循环泵6后再与水合反应釜6的回流入口连通。

本实施例涉及的空调装置有三种运行模式，分别为蓄冷模式，释冷模式，蓄冷释冷同时进行模式。使用前该空调装置需抽真空并进行CO₂气体的填充，填充量根据所需制冷量大小决定。

本实施例的装置在蓄冷模式时：压缩机2启动，阀门8关闭，依次经冷却器1和回热器5冷却后的CO₂气体经膨胀器3降压、降温后变成气液两相混合流体，由水合反应釜6底部的散流器孔板进入水合反应釜6，并以鼓泡的方式强化扰动从而在预充入液态水的水合反应釜6中形成浆状的包络化合物，又称CO₂气体水合物，其反应过程为5.75CO2+H2O→5.75CO2·H20，反应过程中放出的热量使液态CO₂蒸发，蒸发产生的CO₂蒸汽和过量的CO₂气体依次经由回热器、干燥器进入压缩机2继续循环反应。可利用夜间低价格的电进行蓄冷以降低成本。

本实施例的装置在释冷模式时：当利用夜间的低价格电制备好足够多的CO₂气体水合物时，白天利用制备好的CO₂水合物分解吸热，达到降温的效果。打开控制阀8，开启循环泵7和冷风机9。水合反应釜中的CO₂水合物浆在循环泵7的抽吸作用下进入冷风机9的风机盘管，CO₂水合物浆吸收室内空气的热量后发生分解，其分解过程为5.75CO₂·H2O→5.75CO₂+H2O，室内的空气由于失去热量而温度降低，分解后的液态水和CO₂气体通过循环泵重新进入水合反应釜6内，液体水储存于水合物反应釜下部，气体CO₂储存于水合物反应釜上部。

蓄冷、释冷同时进行模式：启动压缩机2，同时打开阀门8和循环泵7。压缩机2吸入釜内的CO₂气体，经增温增压后送入到冷却器1中进行冷却，经由回热器5进一步冷却后，在膨胀器3中降温降压成为气液两相的流体，进入水合反应釜6生成水合物浆。同时，循环泵7抽取CO₂水合物浆并将其送入室内的风机盘管9，在风机盘管9内吸收室内的热量并分解成液体水和气体CO₂，液体水重新回流进入水合物反应釜下部，气体CO₂重新回流进入水合物反应釜上部并被压缩机吸走。通过控制循环泵的抽取流量使得生成的水合物与抽取的水合物的量大致相同，这样可以使水合物反应釜中的压力保持稳定。通过蓄冷过程和释冷过程的结合，使系统循环不间断进行供冷。

实施例的作用与效果

本实施例涉及的二氧化碳水合物浆蓄冷释冷中央空调装置，采用自然工质CO₂作为制冷剂，CO₂水合物浆为蓄冷剂和载冷剂。通过在装置中使用膨胀机代替节流阀，并通过联轴器与压缩机相连，减少功耗，整体提高蓄冷效率，更加节能经济；通过在水合物反应釜的底端安装散流器孔板，可以在整个反应釜横截面上平均分配CO₂流量，使水和CO₂的水合反应更均匀更彻底；通过仅采用一台水合反应釜，使用时既可以在不同的时间段分别进行蓄冷和释冷的过程，也可以同时进行蓄冷释冷的过程，适合在中央空调中使用，使得装置体积更加紧凑和小型化，同时也降低了制造成本。本实施例涉及的装置可以采用夜间电力低谷的电进行蓄冷，白天释冷，移峰填谷，节省电费开支，从而降低空调运行费用。

Claims (3)

1.一种利用水和二氧化碳气体制成二氧化碳水合物浆进行蓄冷释冷的中央空调装置，包括压缩机、冷却器、回热器、冷风机、阀门以及循环泵，其特征在于，还包括：

一台膨胀机，用于将所述二氧化碳气体经降温降压制成二氧化碳气液混合物；以及

一台水合反应釜，用于将所述水和所述二氧化碳气液混合物制备成所述二氧化碳水合物浆，

其中，所述回热器与所述膨胀机相连通，

所述膨胀机再与所述水合反应釜相连通，

所述水合反应釜的水合物浆体出口经所述控制阀，与所述冷风机的风机盘管入口连通，

所述冷风机的风机盘管出口依次连通所述循环泵以及所述水合反应釜的回流入口，

所述水合反应釜的气体出口依次连通所述回热器、所述干燥器后与所述压缩机的吸气口连通。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳水合物中央空调装置，其特征在于：

其中，所述膨胀机通过一根联轴器与所述压缩机联动。

3.根据权利要求1所述的二氧化碳水合物浆中央空调装置，其特征在于：

其中，所述水合物反应釜的底端有散流器孔板，用于在整个所述水合反应釜的横截面上平均分配所述二氧化碳的流量。

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