一种CO2水合物连续相变空调系统及其工作方法

一种co2水合物连续相变空调系统及其工作方法
技术领域
1.本发明涉及工业制冷、储能、冷能高效应用等领域，具体说是一种co2水合物连续相变空调系统。
2.现有用于商业的制冷循环包括蒸汽压缩式制冷、吸收式制冷等，商用空调的制冷性能系数较低，现有研究中的蒸汽压缩式制冷和吸收式制冷也都不高。较低的制冷系数使得冷能利用率低，节能效果不好。设备的改良对制冷系数的提高并未起到较好的效果，因此需要改进或改变制冷工作循环，改进装置结构，提高冷能利用效率。co2水合物相对于水、冰、盐等储冷材料相变潜热高，是最有优势的一种材料之一。现有co2水合物蓄冷系统存在不能连续捕集固定co2，co2和水合物生成促进剂接触混合效果差，水合物输送分解过程结构复杂，水合物分解冷能释放效率低等问题。


技术实现要素：

3.本发明为解决现有技术存在的问题，提供一种co2水合物连续相变空调系统。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种co2水合物连续相变空调系统，该系统连续捕获来自于工厂的co2并送至co2储罐储存，用以生成co2水合物蓄冷；该系统包括co2水合物生成蓄冷单元、co2水合物螺旋输送释冷单元、co2捕集及促进剂回收单元和数据采集单元；所述co2水合物生成蓄冷单元包括制冷装置、co2水合物生成装置；所述制冷装置中冷水机组经第一流体泵与制冷盘管相连，制冷盘管穿过co2水合物生成罐后引回至冷水机组；所述co2水合物生成装置为co2水合物生成罐保温棉包裹的co2水合物生成罐以及向罐内注入co2的管路；所述co2水合物生成罐顶部设置由刮板电机驱动的刮板，刮板作用在罐体的内壁上；co2储罐的co2气体引入管出口分成三支，第一支管和第二支管从co2水合物生成罐上部引入罐内；第三支管经过分气装置后，分别与co2水合物生成罐内侧底部的第一气体发生器和第二气体发生器连接；由第一气体发生器和第二气体发生器产生co2气泡进入co2水合物生成罐中的液面以下，使co2气体与水合物生成促进剂均匀混合，促进co2水合物生成；所述co2水合物螺旋输送释冷单元包括螺旋给料机和释冷盘管，释冷盘管设置在co2水合物生成罐与co2捕集及促进剂回收罐之间；所述螺旋给料机贯穿co2水合物生成罐的底部和释冷盘管；释冷盘管与需冷用户连接；所述co2捕集及促进剂回收单元包括co2捕集及促进剂回收罐和co2水合物固体滤网，co2捕集及促进剂回收罐底部通过co2水合物促进剂回收管连回至co2水合物生成罐，顶部通过co2回收管与co2储罐相连。
4.所述制冷盘管在co2水合物生成罐四分之三高度处进入，并沿内壁螺旋向下至四分之一高度引出并回到制冷机组。
5.所述co2水合物固体滤网位于co2捕集及促进剂回收罐下部低于螺旋给料机出口处，用以分离co2水合物固体和液体。
6.所述螺旋给料机由送料电机驱动，螺旋给料机由中间轴与螺旋叶片构成，在释冷阶段启动送料电机驱动螺旋给料机的中间轴转动，带动螺旋叶片旋转，将co2水合物浆液向释冷盘管方向的推移进行输送。
7.所述第一气体发生器和第二气体发生器位于co2水合物生成罐罐内螺旋给料机的下方。
8.所述数据采集系统包括位于制冷盘管进出冷水机组的第一温度传感器和第二温度传感器、位于co2水合物生成罐内液面上的第三温度传感器和压力传感器、位于co2水合物生成罐内液面下的第四温度传感器、位于用户水管进出释冷盘管位置的第五温度传感器和第六温度传感器以及位于co2捕集及促进剂回收罐内部液面下的第七温度传感器，均由数据传输线与计算机监测控制系统电连接。
9.一种co2水合物连续相变空调系统的工作方法，包括以下步骤：蓄冷阶段：冷水机组通过制冷盘管向co2水合物生成罐内输送冷量，从工厂连续捕集的co2气体由co2储罐出发经co2气体引入管后，由第一支管和第二支管从co2水合物生成罐上部进入罐内；同时经第三支管连接至分气装置后，分成两支分别连接至第一气体发生器和第二气体发生器，从co2水合物生成罐内侧底部进入罐内；同时，启动刮板电机驱动刮板用来搅动co2水合物生成促进剂，促进co2与co2水合物生成促进剂充分接触与混合，促进co2水合物生成；控制压力温度，吸收冷量生成co2水合物，直至罐内蓄冷量达到最大；释冷阶段：刮板电机驱动刮板刮掉固定在co2水合物生成罐壁面上的co2水合物固体；启动螺旋送料电机驱动螺旋给料机，将co2水合物固体送到释冷盘管换热分解，释放冷量；启动用户水管及释冷盘管将冷量释放给需冷用户；co2捕集及促进剂回收：释冷阶段未分解的co2水合物浆液进入co2捕集及促进剂回收罐，水合物生成促进剂经过co2水合物固体滤网进入co2捕集及促进剂回收罐的底部，再通过罐外底部的co2水合物促进剂回收管输送回co2水合物生成罐中；co2气体经co2捕集及促进剂回收罐罐外顶部的co2回收管输送到co2储罐中，用于下一次的循环。
10.本发明的有益效果是：本发明提出了一种co2水合物连续相变空调系统。该系统可以连续捕集来自于从工厂的co2，蓄冷时生成co2水合物，释冷时分解co2水合物，降低了制冷所产生的能耗和碳排放，减少了传统氟利昂制冷剂的使用，水合物生成促进剂可以循环利用，适时补充，释放的co2可以连续捕集回收利用，提高了制冷系数，使冷能得到高效利用，具有安全、环保、高效等优点。
11.本发明的有益效果是：本发明提出了一种co2水合物连续相变空调系统。该系统可以连续捕集固定来自于工厂的co2。蓄冷时生成co2水合物，释冷时分解co2水合物。co2进入反应罐时由分气装置分开在罐子上下各两个入口进入反应罐，由刮板搅动，使得co2和水合物生成促进剂充分接触与混合，促进水合物生成，提高co2捕集率和水合物生成促进剂利用率。释冷时由螺旋叶片输送水合物离开反应罐，离开后立即与冷用户热水换热，co2水合物分解完全，冷能损失少。生成促进剂可以循环利用，适时补充，释放的co2可以回收利用，使
冷能得到高效利用，具有安全、环保、高效等优点。
附图说明
12.图1是一种co2水合物连续相变空调系统。
13.图中：1、co2储罐，2、co2气体引入管，2a、第一支管，2b、第二支管，2c、第三支管，3、第一气体泵，4、第二阀门，5、第一阀门，6、刮板电机，7、第三阀门，8、第四阀门，9、co2水合物生成罐保温棉，10、co2水合物生成罐，11、刮板，12、制冷盘管，13、第二气体泵，14、第一温度传感器，15、第一流体泵，16、冷水机组，17、第二温度传感器，18、送料电机，19、分气装置，20、第一气体发生器，21、螺旋给料机，22、第二流体泵，23、第四温度传感器，24、第二气体发生器，25、第六温度传感器，26、第五阀门，27、释冷盘管，28、流量计，29、释冷盘管保温棉，30、第五温度传感器，31、第七温度传感器，32、co2水合物促进剂回收管，33、co2捕集及促进剂回收罐，34、co2水合物固体滤网，35、co2回收管，36、压力传感器，37、第三温度传感器，38、用户水管，39、需冷用户，40、数据传输线，41、计算机监测控制系统。
实施方式实施例
14.图1示出了一种co2水合物连续相变空调系统，包括co2水合物生成蓄冷单元、co2水合物螺旋输送释冷单元、co2捕集及促进剂回收单元和数据采集单元；co2水合物生成蓄冷单元包括制冷装置、co2水合物生成装置；制冷装置包括冷水机组16和第一流体泵15、制冷盘管12相连，制冷盘管12引入co2水合物生成罐10中并沿罐内壁螺旋向下，最后引出回到制冷机组16；co2水合物生成装置包括co2水合物生成罐保温棉9包裹着co2水合物生成罐10，由co2气体引入管2依次连接co2储罐1、第一气体泵3和第一阀门5，co2气体引入管2在离开第一阀门5后分成三支分别连接第二阀门4、第三阀门7、第四阀门8，连接第二阀门4和第三阀门7的管路从co2水合物生成罐10上部引入罐内，连接第四阀门8的co2气体引入管2再依次连接第二气体泵13和分气装置19，并分开引入co2水合物生成罐10内侧底部分别与第一气体发生器20和第二气体发生器24连接。
15.co2水合物螺旋输送释冷单元包括位于co2水合物生成罐10顶部的刮板电机6以及由它带动的刮板11，刮板11与刮板电机6输出轴同轴转动，旋转直径为co2水合物生成罐10的直径；刮板电机6在释冷阶段带动刮板11工作，刮掉固定在co2水合物生成罐10壁面上的co2水合物固体。
16.co2水合物螺旋输送释冷单元还包括位于co2水合物生成罐10外部侧面的螺旋送料电机18，螺旋送料电机18与螺旋给料机21同轴连接；螺旋给料机21由中间轴承与螺旋叶片构成，利用螺旋叶片对co2水合物浆液的推移进行输送，螺旋给料机21位于co2水合物生成罐10内侧底部，穿过co2水合物生成罐10并在离开co2水合物生成罐10后进入释冷盘管27。
17.释冷盘管27外侧由释冷盘管保温棉29包裹，释冷盘管27由用户水管38与需冷用户39连接；螺旋给料机21穿过释冷盘管27后的出口与co2捕集及促进剂回收罐33相连接。
18.co2捕集及促进剂回收单元包括co2捕集及促进剂回收罐33和位于罐内下部低于螺
旋给料机21出口的co2水合物固体滤网34、位于罐外顶部的co2回收管35与co2储罐1相连、入口在罐外底部的co2水合物促进剂回收管32；co2水合物促进剂回收管32依次连接流量计28、第五阀门26、第二流体泵22，并最终引入co2水合物生成罐10内液面下。
19.数据采集单元包括位于制冷盘管12进出冷水机组16的第一温度传感器14和第二温度传感器17、位于co2水合物生成罐10内液面上的第三温度传感器37和压力传感器36、位于co2水合物生成罐10内液面下的第四温度传感器23、位于用户水管38进出释冷盘管27位置的第五温度传感器30和第六温度传感器25以及位于co2捕集及促进剂回收罐33内部液面下的第七温度传感器31,这些传感器均由数据传输线40与计算机监测控制单元41相连。
20.使用上述的co2水合物连续相变空调单元工作时，采用的步骤如下：第一步，蓄冷阶段，冷水机组16通过制冷盘管12向co2水合物生成罐10内输送冷量，从工厂连续捕集的co2气体由co2储罐1出发经由co2气体引入管2、第一气体泵3、第一阀门5、第二阀门4或第三阀门7从co2水合物生成罐10上部进入罐内；同时经由co2气体引入管2、第一气体泵3、第一阀门5、第四阀门8、第二气体泵13、分气装置19、第一气体发生器20或第二气体发生器24从co2水合物生成罐10内侧底部进入罐内，控制适当的压力温度，吸收冷量生成co2水合物，直至罐内蓄冷量达到最大；第二步，释冷阶段，启动co2水合物螺旋输送释冷单元的刮板电机6以及由它带动的刮板11，刮掉固定在co2水合物生成罐10壁面上的co2水合物固体；启动螺旋送料电机18以及由它带动的螺旋给料机21，将co2水合物送到释冷盘管27换热分解，释放冷量；启动用户水管38及释冷盘管27将冷量释放给需冷用户39；控制螺旋送料电机18速度及释冷盘管27水的流速和温度，使得co2水合物的冷量充分释放给需冷用户39，只有很少未分解的co2水合物浆液进入co2捕集及促进剂回收罐33。
21.第三步，进入co2捕集及促进剂回收罐33的水合物生成促进剂和co2分别通过co2水合物促进剂回收管32、流量计28、第五阀门26、第二流体泵22和co2回收管35进入co2水合物生成罐10和co2储罐1循环利用，适时补充。

技术特征：
1.一种co2水合物连续相变空调系统，其特征在于：该系统连续捕获来自于工厂的co2并送至co2储罐（1）储存，用以生成co2水合物蓄冷；该系统包括co2水合物生成蓄冷单元、co2水合物螺旋输送释冷单元、co2捕集及促进剂回收单元和数据采集单元；所述co2水合物生成蓄冷单元包括制冷装置、co2水合物生成装置；所述制冷装置中冷水机组（16）经第一流体泵（15）与制冷盘管（12）相连，制冷盘管（12）穿过co2水合物生成罐（10）后引回至冷水机组（16）；所述co2水合物生成装置为co2水合物生成罐保温棉（9）包裹的co2水合物生成罐（10）以及向罐内注入co2的管路；所述co2水合物生成罐（10）顶部设置由刮板电机（6）驱动的刮板（11），刮板（11）作用在罐体的内壁上；co2储罐（1）的co2气体引入管（2）出口分成三支，第一支管（2a）和第二支管（2b）从co2水合物生成罐（10）上部引入罐内；第三支管（2c）经过分气装置（19）后，分别与co2水合物生成罐（10）内侧底部的第一气体发生器（20）和第二气体发生器（24）连接；由第一气体发生器（20）和第二气体发生器（24）产生co2气泡进入co2水合物生成罐（10）中的液面以下，使co2气体与水合物生成促进剂均匀混合，促进co2水合物生成；所述co2水合物螺旋输送释冷单元包括螺旋给料机（21）和释冷盘管（27），释冷盘管（27）设置在co2水合物生成罐（10）与co2捕集及促进剂回收罐（33）之间；所述螺旋给料机（21）贯穿co2水合物生成罐（10）的底部和释冷盘管（27）；释冷盘管（27）与需冷用户（39）连接；所述co2捕集及促进剂回收单元包括co2捕集及促进剂回收罐（33）和co2水合物固体滤网（34），co2捕集及促进剂回收罐（33）底部通过co2水合物促进剂回收管（32）连回至co2水合物生成罐（10），顶部通过co2回收管（35）与co2储罐（1）相连。2.根据权利要求1所述的一种co2水合物连续相变空调系统，其特征在于：所述制冷盘管（12）在co2水合物生成罐（10）四分之三高度处进入，并沿内壁螺旋向下至四分之一高度引出并回到制冷机组（16）。3.根据权利要求1所述的一种co2水合物连续相变空调系统，其特征在于：所述co2水合物固体滤网（34）位于co2捕集及促进剂回收罐（33）下部低于螺旋给料机（21）出口处，用以分离co2水合物固体和液体。4.根据权利要求1所述的一种co2水合物连续相变空调系统，其特征在于：所述螺旋给料机（21）由送料电机（18）驱动，螺旋给料机（21）由中间轴与螺旋叶片构成，在释冷阶段启动送料电机（18）驱动螺旋给料机（21）的中间轴转动，带动螺旋叶片旋转，将co2水合物浆液向释冷盘管（27）方向的推移进行输送。5.根据权利要求1所述的一种co2水合物连续相变空调系统，其特征在于：所述第一气体发生器（20）和第二气体发生器（24）位于co2水合物生成罐（10）罐内螺旋给料机（21）的下方。6.根据权利要求1所述的一种co2水合物连续相变空调系统，其特征在于，所述数据采集系统包括位于制冷盘管（12）进出冷水机组（16）的第一温度传感器（14）和第二温度传感器（17）、位于co2水合物生成罐（10）内液面上的第三温度传感器（37）和压力传感器（36）、位于co2水合物生成罐（10）内液面下的第四温度传感器（23）、位于用户水管（38）进出释冷盘管（27）位置的第五温度传感器（30）和第六温度传感器（25）以及位于co2捕集及促进剂回收罐
（33）内部液面下的第七温度传感器（31），均由数据传输线（40）与计算机监测控制系统（41）电连接。7.根据权利要求1-6任一所述的一种co2水合物连续相变空调系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：蓄冷阶段：冷水机组（16）通过制冷盘管（12）向co2水合物生成罐（10）内输送冷量，从工厂连续捕集的co2气体由co2储罐（1）出发经co2气体引入管（2）后，由第一支管（2a）和第二支管（2b）从co2水合物生成罐（10）上部进入罐内；同时经第三支管（2c）连接至分气装置（19）后，分成两支分别连接至第一气体发生器（20）和第二气体发生器（24），从co2水合物生成罐（10）内侧底部进入罐内；同时，启动刮板电机（6）驱动刮板（11）用来搅动co2水合物生成促进剂，促进co2与co2水合物生成促进剂充分接触与混合，促进co2水合物生成；控制压力温度，吸收冷量生成co2水合物，直至罐内蓄冷量达到最大；释冷阶段：刮板电机（6）驱动刮板（11）刮掉固定在co2水合物生成罐（10）壁面上的co2水合物固体；启动螺旋送料电机（18）驱动螺旋给料机（21），将co2水合物固体送到释冷盘管（27）换热分解，释放冷量；启动用户水管（38）及释冷盘管（27）将冷量释放给需冷用户（39）；co2捕集及促进剂回收：释冷阶段未分解的co2水合物浆液进入co2捕集及促进剂回收罐（33），水合物生成促进剂经过co2水合物固体滤网（34）进入co2捕集及促进剂回收罐（33）的底部，再通过罐外底部的co2水合物促进剂回收管（32）输送回co2水合物生成罐（10）中；co2气体经co2捕集及促进剂回收罐（33）罐外顶部的co2回收管（35）输送到co2储罐（1）中，用于下一次的循环。

技术总结
一种CO2水合物连续相变空调系统及其工作方法，其属于工业制冷、储能、冷能高效应用等领域。该系统包括CO2水合物生成蓄冷单元、CO2水合物螺旋输送释冷单元、CO2捕集及促进剂回收单元和数据采集单元。在蓄冷阶段由冷水机组输送冷量，将冷能储存在CO2水合物中，直至罐内蓄冷量达到最大；释冷阶段，启动螺旋给料机将CO2水合物送到释冷盘管换热，CO2水合物分解释放冷能，将冷量释放给需冷用户；CO2来自于从工厂的连续捕获，水合物生成促进剂可以循环利用，适时补充，释放的CO2可以连续捕集回收利用。该系统连续捕获回收CO2的水合物空调单元，提高了制冷系数，使冷能得到高效利用，具有安全、环保、高效等优点。高效等优点。高效等优点。


技术研发人员：宋永臣 蒋兰兰 张连科 杨明军 刘瑜 陈兵兵 杨磊 赵佳飞 于涛
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2023.06.01
技术公布日：2023/8/1