[发明专利]直接接触气体水合蓄冷槽及蓄冷空调系统

说明书

本发明涉及一种具有蓄、释冷功能的设备以及一种应用该设备的中央空调系统。

现在城市空调用电量已占建筑物总电耗的50％以上，空调用电往往与企业用电争峰，采用蓄冷空调，在用点低谷时建立储冷源，在用电高峰时释冷空调，可以减少峰电用电，起到电力调峰，平衡电网的作用。

目前的中央空调系统的蓄冷方式包括：(1)水蓄冷、(2)冰蓄冷、(3)共晶盐蓄冷、(4)气体水合物蓄冷等，前三种蓄冷方式，或者蓄冷密度太低，或者难于与一般空调制冷工况相匹配，或者储、释冷过程热交换性能差，从而限制其应用，气体水合是一种当气体或挥发性液体与水作用时造成水在高于其冰点温度下结晶固化的现象，当水合结晶时，释放出水合反应热(即蓄冷)，气体水合物的反应热(结晶相变热)较大，传热性能好，被作为理想的空调蓄冷材料，气体水合蓄冷具有蓄热密度高，蓄冷温度相宜，且储、释冷时热传递速率高的优点，但目前已有的气体水合蓄冷设备均为非直接接触式，即蓄冷介质与载冷介质(热交换水)通过热交换器的金属壁进行能量交换，且该热交换器置于蓄冷材料(气体水合物)储罐的外部。如美国工程师提出的一种外置式气体水合蓄冷系统(美国专利：4821794)，是将蓄冷介质(致水合物质和水的混合物)用泵打入热交换器的一侧盘管，与另一侧的载冷介质(由蒸发器送来的冷冻水)进行热量交换，并在盘管中形成水合物晶体，然后输入蓄冷槽储存。这种蓄冷方式至少存在着如下几个问题：

(1)由于是间接式热交换，使得热交换效率下降，即使采用热交换面积很大的换热器，也将存在着一定的传热温差，因此需要温度更低的冷冻水才能实现气体水合蓄冷；(2)由于水合反应在换热器盘管中发生，当管路设计不当或运行不当，非常容易造成冰堵，即水合物结晶堵塞管路的现象，一旦形成冰堵，蓄冷将无法正常进行下去；(3)由于采用了外置式热交换器，使得整个系统的造价增加。此外，由于采用非直接接触蓄冷方式，使整个蓄冷空调系统更为复杂，无法只用一台泵实现单一蓄冷，单一释冷，储冷和释冷同时进行，部分蓄冷和部分释冷等多种工作循环模式。

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提出一种应用气体水合反应原理，由水合蓄冷介质(水合物和致水合介质)直接接触进行热量传递的，可与空调冷水直接联用的直接接触气体水合蓄冷槽及由此构成的蓄冷空调系统。

本发明的直接接触气体水合蓄冷槽，其结构是蓄冷槽内的下部设有向槽内的蓄冷介质(蓄冷介质包括槽内的致水合介质和致水合介质与水作用时形成的水合物晶体)喷洒热交换水的喷洒头，蓄冷槽内的上部设有滤网分离器，该滤网分离器接着下降出水管，下降出水管从蓄冷槽的底部通出槽外，蓄冷槽的顶部具有辅助注气口，在蓄冷槽中还设有辅助释冻管，该辅助释冻管通过槽内的蓄冷介质层，其出口紧贴滤网分离器。

在上述蓄冷槽中，灌装于蓄冷槽中的致水合介质的比重大于水。蓄冷槽在蓄冷或释冻工作过程中，存在水与致水合物质的气体水合反应而形成三种物质状态，在蓄冷槽的下部是液体致水合物质区，上部是水区，中部是密度介于水和致水合物质的水合物(晶体)区，这样，由下部的喷洒头不断地向蓄冷介质(致水合物质的水合物)喷洒热交换水，以直接接触的形式进行热量传递，将可完成蓄冷或释冷的工作过程。当蓄冷槽处于蓄冷工作状态时，喷洒头的进水管是引入由制冷机组提供的冷水，冷水由喷洒头喷入下部的致水合物质中，在浮升力的作用下向上运动形成逆向喷洒，与致水合物质充分接触，发生反应。同时喷入水的动能使蓄冷罐中介质产生挠动，加速水合反应，形成乳浆状或冰晶状的气体水合反应物，并储存冷量，在此过程中，水、致水合物质和水合物在重力作用下自动分层，冷冻水与蓄冷介质通过直接接触形式完成了热量传递后，通过滤网分离器和下降出水管，由蓄冷槽的底部出水口流出。

在蓄冷槽中含有一定量的过余冷水，其过余冷水的比例是：当槽中气体水合结晶过程结束后，过余冷水与水合物晶体的重量比为1∶1-9。

本蓄冷槽的热交换介质与蓄冷介质的直接接触能量传递方式也同样用于释冷过程，在释冷工作状态时，蓄冷槽中已先蓄有一定量的冷量，这时蓄冷槽中的冷水经滤网分离器和下降出水管流出到释冷系统(如空调系统)进行释冷热交换，再将升温后的水导入喷洒头的进水口，由喷洒头喷入蓄冷槽中与蓄冷介质进行热量交换，形成循环。