[发明专利]一种二氧化碳水合物制冷系统

说明书

本发明公开了一种二氧化碳水合物制冷系统，水合物反应槽(12)的下部内置设有循环水冷却器，水合物反应槽(12)的上部设有水合物出口管道(19)，水合物出口管道(19)与水合物循环泵(16)相连，水合物循环泵(16)与末端换热设备(1)相连，末端换热设备(1)的出口连接有气液分离器(3)，所述的气液分离器(3)下部设有回流水管(17)、上部设回流气体管道(18)，所述的回流水管(17)上依次连接第二开关阀门(7)和第一水泵(9)再与所述的水合物反应槽(12)相连；回流气体管道(18)依次连接单向阀门(2)、第三开关阀门(8)和压缩机(10)与水合物反应槽(12)相连；CO₂储气罐(6)的出气口接入气体回流管道(18)上。本发明是一种与常规制冷系统匹配良好、系统效率高、环境友好、成本低的二氧化碳水合物制冷系统。

技术领域

本发明涉及一种制冷系统，尤其涉及一种以二氧化碳气体水合物浆体为制冷工质的制冷系统。

背景技术

气体水合物是指气体分子(或易挥发的液体分子)与水分子在一定的温度、压力、气体浓度等特定条件下所生成的笼状结晶化合物(clathrate hydrate)。

在气体水合物中，通常把水分子称为主体分子，气体分子和挥发性液体分子则被称为客体分子，常见的客体物质有甲烷、乙烷、氮气、硫化氢、二氧化碳、HFC和HCFC类制冷剂等等。客体分子被固定在由水分子构成的腔体中，受氢键的限制，腔体尺寸不能随客体分子的大小连续变化，而是根据一定范围的客体分子尺寸，形成三种水合物结构，即I、II和H型水合物。

目前对不同种类水合物的研究中，以天然气水合物的研究居多，二氧化碳(CO₂)作为客体物质的水合物浆体由于其出色的流动性和热物理性能，受到了各行业、各领域研究学者们的热切关注。二氧化碳水合物能够在零度以上发生相变又具有较高的分解焓(500kJ/kg)，可以无需进行机械搅拌，仅注入具有一定过冷度的溶液中即可形成，因此常被当做相变载冷剂使用。

研究表明，CO₂水合物可以作为传统制冷剂的替代品用于制冷系统中，不仅通过减少CFC、HFC和HCFC类等制冷剂，如R134a、R22、R123、R407c、R410a等工质的使用，来缓解全球变暖、臭氧层破坏问题，还因为其具有出色的热力学性能，可以减少泵功和压缩机功率，提高制冷系统的能源利用效率，不失为一种有利于全球可持续发展的新型能源利用技术。但是，纯CO₂水合物通常需要在很高的压力下生成，反应过程可以描述为：CO₂+5.75H₂O→CO₂·5.75H₂O，无法与常规的制冷系统匹配，因此常常采用加入添加剂的方法降低CO₂水合物的反应条件。纯CO₂水合物属于I型水合物，在加入了常用的添加剂，如四氢呋喃(THF)、四丁基溴化铵(TBAB)之后，形成热力学性能更为稳定的II型水合物，与THF的生成反应过程可描述为：2CO₂+THF+17H₂O→2CO₂·THF·17H₂O，使水合物在低压条件下(<10bar)就能生成，此外，通过二次添加促晶剂，如十二烷基硫酸钠(SDS)、四丁基氟化铵(TBAF)等，还可以缩短水合物反应生成所需的诱导时间，实现了CO₂水合物浆体作为一种良好的制冷工质与常规制冷系统的兼容。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种与常规制冷系统匹配良好、系统效率高、环境友好、成本低的二氧化碳水合物制冷系统。