一种水合物增压及循环系统的制作方法
【专利摘要】本发明揭示了一种水合物增压及循环系统，包括气液混合箱、输运泵、水合物生成器、两个低温冷源、气液分离器、两个水合物分解器、热源、高压储气罐、减压阀、三通阀、循环液泵、若干个单向阀；气液混合箱经气液混合后与水合物生成器相连，水合物生成器经第一低温冷源冷却后与气液分离器相连，气液分离器浆液出口与两个水合物分解器相连，气体出口与气液混合箱进气管相连，两个水合物分解器的高压气体出口经单向阀与高压储气罐相连，循环液出口经循环液泵与气液混合箱相连，高压储气罐经减压阀与气液混合箱低压进气口相连；所述气液混合箱为低温恒压箱体，保持水合物生成的临界状态。本发明可实现增压及连续循环的效果。
【专利说明】一种水合物增压及循环系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水合物循环系统，特别涉及一种带有增压功能的循环系统，其可应用于制冷循环中，属于新能源利用领域。
【背景技术】
[0002]目前在工程领域中，对于气体增压主要是利用气泵或是压缩机，消耗外部动力功耗来实现的。压缩终了压力较高，所需压差较大时会引起机器效率低、结构复杂、成本上升等问题。而且外部机械驱动会带来一定的噪音及震动，影响其在生产和生活中应用。而目前水合物技术越来越得到广泛的关注，针对于水合物的研究主要集中在如何快速高效制取及其应用在蓄冷、储运等现实问题中。根据水合物形成特性，其相平衡曲线在零摄氏度以上有一转折点，高于此温度时水合物相平衡压力急剧上升，而根据实验所得水能吸纳的气体量大小也不同，一般在一立方米的水内可以吸纳约200倍的标准体积的气体。
[0003]因此，可以利用水合物相平衡曲线的转折点，在转折温度以下以较低的压力促成水合物合成，然后在高于此转折点的温度下令其分解，来获得较高的气体压力。同时，利用两个分解容器交替使用的方法，来高低压转换，从而消除了压缩机或是高扬程液泵等动力设备的应用。利用水合物相平衡转折点及分解容器数量来实现增压，特别适用于气体增压及制冷系统。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是:提供一种水合物增压及循环系统，可利用水合物在生成器中低温低压时生成、分解器中加热分解来获得高压，从而实现增压及连续循环的效果。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
[0006]一种水合物增压及循环系统，所述系统包括:气液混合箱、输运泵、水合物生成器、第一低温冷源、第二低温冷源、气液分离器、第一水合物分解器、第二水合物分解器、热源、高压储气罐、减压阀、三通阀、循环液泵、若干个单向阀；
[0007]所述气液混合箱经气液混合后与水合物生成器相连，水合物生成器经第一低温冷源冷却后与气液分离器相连，气液分离器浆液出口与第一水合物分解器、第二水合物分解器相连，气体出口与气液混合箱进气管相连；热源分别与第一水合物分解器、第二水合物分解器相连，用来升温使水合物分解；第二低温冷源分别与第一水合物分解器、第二水合物分解器相连，用来给水合物降温降压，从而使水合物生成器中的水合物能顺利进入第一水合物分解器、第二水合物分解器；第一水合物分解器、第二水合物分解器的高压气体出口经一单向阀与高压储气罐相连，循环液出口经循环液泵与气液混合箱相连，高压储气罐经减压阀与气液混合箱低压进气口相连；所述气液混合箱为低温恒压箱体，保持水合物生成的临界状态。
[0008]作为本发明的一种优选方案，所述水合物生成器位于第一水合物分解器、第二水合物分解器上方，利用势差及输运泵来满足压差，实现输运水合物。
[0009]作为本发明的一种优选方案，所述水合物生成器是一个密封保温套管，内管为导热性能好的紫铜管，管内走混合液，管外走冷却水，外管为可视化且保温性能好的塑料或是
玻璃管。
[0010]作为本发明的一种优选方案，所述水合物生成器的紫铜管为促进换热的内螺纹外翅片管，管内的循环液为加入添加剂的溶液。
[0011]作为本发明的一种优选方案，所述第一水合物分解器、第二水合物分解器两者交替使用，利用高低压转换，实现持续增压循环。
[0012]作为本发明的一种优选方案，所述第一低温冷源在系统用于复叠制冷时，由高温级冷剂蒸发提供。
[0013]作为本发明的一种优选方案，所述三通阀连接在循环液管上，在所述第一水合物分解器、第二水合物分解器交替使用时，用来调节输运循环液体。
[0014]本发明的有益效果在于:本发明提出的水合物增压及循环系统，气液混合箱内的液体与低压气体保持在水合物合成的临界状态，通过输运泵将其送入水合物生成器中，利用低温冷源使其在低温下形成水合物，随套管流向水合物持续生成。之后，将水合物通过气液分离器后进入水合物分离器一，而此时第二水合物分解器中的水合物经过加热而分解，放出气体，通过控制阀使气体在达到控制压力时将气体送入高压储气罐，等分解完成，再用冷源将其冷却降压后，水合物通过气液分离器进入第二水合物分解器，而水合物分离器一则进行分解，两者这样交互使用，实现持续循环。之后，高压气体进入高压储气罐，通过减压阀供低压气体实现整体系统循环，而冷却后的液体则通过循环液管路，利用液泵实现循环利用。如此反复循环，达到连续增压的效果，同时克服水合物制备慢的特点，实现连续稳定的循环。利用两个分解容器交替使用的方法，来高低压转换，从而解决气体增压及水合物循环利用的问题，尤其是将其利用于制冷系统中，缓解了压缩机或是高扬程液泵等动力设备的应用。根据水合相图的平衡点，特别适用与复叠制冷的低温级。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明水合物增压及循环系统的组成示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
[0017]实施例一
[0018]请参阅图1，本发明揭示了一种水合物增压及循环系统，包括气液混合箱1，运输泵2、水合物生成器3，第一低温冷源4，气液分离器5，第一水合物分解器6，第二水合物分解器7，热源8，第二低温冷源9，高压储气罐10，减压阀11，三通阀12，液泵13，单向阀14、15、16、17、18、19。
[0019]气液混合箱I经气液混合后与水合物生成器3相连，水合物生成器3经低温冷源4冷却后与气液分离器5相连，气液分离器5浆液出口与第一水合物分解器6、第二水合物分解器7相连，气体出口与气液混合箱I进气管相连，第一水合物分解器6、第二水合物分解器7高压气体出口经单向阀与高压储气罐10相连，循环液出口经液泵13与气液混合箱I相连，高压储气罐10经减压阀11与气液混合箱I低压进气口相连。
[0020]气液混合箱I为低温恒压箱体，保持水合物生成的临界状态。
[0021]水合物生成器3位于第一水合物分解器6、第二水合物分解器7上方，利用势差及输运泵2来满足压差，实现输运水合物。
[0022]水合物生成器3是一个密封保温套管，内管为导热性能好的紫铜管，管内走混合液，管外走冷却水，外管为可视化且保温性能好的塑料或是玻璃管。
[0023]水合物生成器3的紫铜管为促进换热的内螺纹外翅片管，管内的循环液为加入添加剂的溶液。
[0024]气液分离器5是将浆液与分离生成器中未完全合成的低压气体分离。
[0025]第一水合物分解器6、第二水合物分解器7是高温耐压容器，两个交替使用，实现持续增压循环。
[0026]第一低温冷源4、第二低温冷源9是冷却液，用于复叠制冷时，由高温级冷剂蒸发来提供。
[0027]热源8是强制对流或是热水源。
[0028]高压储气罐10设有进气口和排气口，其进气口连接第一水合物分解器6、第二水合物分解器7，用于储存来自分解器中分解的高压气体；其排气口经减压阀11与气液混合箱I相连，提供水合物生成的低压气体。
[0029]减压阀11是连接在高压储气罐10与气液混合箱I中，给高压气体减压，为水合物合成提供低压气体。
[0030]三通阀12是连接在循环液管上，两个水合物分解器交替使用时，用来输运循环液体。
[0031]第一单向阀14连接气液混合箱I的进液端和循环液泵13的出口端；第二单向阀15连接气液分离器5的排气口和低压气体管道；第三单向阀16连接气液分离器5的排液口和第一水合物分解器6的进液口 ；第四单向阀17连接第一水合物分解器6的排气口和高压储气罐10的进气端；第五单向阀18连接气液分离器5的排液口和第二水合物分解器7的进液口 ；第六单向阀19连接第二水合物分解器7的排气口和高压储气罐10的进气端。
[0032]本发明的增压循环系统的工作过程为，首先，按照图1联成封闭系统，抽出管道中的空气及第一水合物分解器6、第二水合物分解器7中的空气，在气液混合箱I及第一水合物分解器6、第二水合物分解器7中吸入一定量的水，在高压储气罐中充入一定的气体，然后打开三通阀12，单向阀14、15、16、17、18、19，通过减压阀11向系统充入低压压力气体，打开输运泵2及循环液泵13，系统进入工作循环过程。
[0033]首先，将冷源4接入水合物生成器3，将套管式水合物生成器3进行预冷，高压储气罐10中的气体经过减压阀11降压至水合物生成的临界状态，送入气液混合箱1，与低温液体充分混合，经过输运泵2将其送入水合物生成器3，沿套管式水合物生成器3持续生成，进入气液分离器5分离后，未完全反应的气体经单向阀15返回气液混合箱1，而水合物浆液进入第一水合物分解器6 —段时间后，第一水合物分离器6经热源8加热，水合物开始分解，第一水合物分离器6压力升高后，经由气液分离器5的水合物由于压差无法进入第一水合物分离器6，而进入第二水合物分离器7，水合物在进入第二水合物分解器7的同时，第一水合物分离器6持续分解完成后，用冷源9进行冷却降压，同时分解后的气体进入高压储气罐10，进行气体循环，当第一水合物分离器6降压完成后，再次送入合成的水合物，而第二水合物分解器7则进行加热分解。如此，两分解器交互使用实现循环。而冷却降压后的液体，则经过三通阀12由循环液泵13送至气液混合箱1，实现液体循环。如此反复循环，可连续实现水合物的循环利用及气体增压。
[0034]本发明特别适用于制冷系统中，实现气态制冷剂的增压，特别适用于低温复叠制冷系统的低温级，循环中的冷源可由高温级的冷剂蒸发来提供。
[0035]这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
【权利要求】
1.一种水合物增压及循环系统，其特征在于，所述系统包括:气液混合箱(I)、输运泵(2)、水合物生成器(3)、第一低温冷源(4)、第二低温冷源(9)、气液分离器(5)、第一水合物分解器(6)、第二水合物分解器(7)、热源(8)、高压储气罐(10)、减压阀(11)、三通阀(12)、循环液泵(13)、若干个单向阀； 所述气液混合箱(I)经气液混合后与水合物生成器(3)相连，水合物生成器(3)经第一低温冷源(4)冷却后与气液分离器(5)相连，气液分离器(5)浆液出口与第一水合物分解器(6)、第二水合物分解器(7)相连，气体出口与气液混合箱(I)进气管相连；热源(8)分别与第一水合物分解器(6)、第二水合物分解器(7)相连，用来升温使水合物分解；第二低温冷源(9)分别与第一水合物分解器(6)、第二水合物分解器(7)相连，用来给水合物降温降压，从而使水合物生成器(3)中的水合物能顺利进入第一水合物分解器(6)、第二水合物分解器(7);第一水合物分解器(6)、第二水合物分解器(7)的高压气体出口经一单向阀与高压储气罐(10)相连，循环液出口经循环液泵(13)与气液混合箱(I)相连，高压储气罐(10)经减压阀(11)与气液混合箱(I)低压进气口相连；所述气液混合箱(I)为低温恒压箱体，保持水合物生成的临界状态。
2.根据权利要求1所述的水合物增压及循环系统，其特征在于: 所述水合物生成器(3)位于第一水合物分解器(6)、第二水合物分解器(7)上方，利用势差及输运泵(2)来满足压差，实现输运水合物。
3.根据权利要求1所述的水合物增压及循环系统，其特征在于: 所述水合物生成器(3)是一个密封保温套管，内管为导热性能好的紫铜管，管内走混合液，管外走冷却水，外管为可视化且保温性能好的塑料或是玻璃管。
4.根据权利要求3所述的水合物增压及循环系统，其特征在于: 所述水合物生成器(3)的紫铜管为促进换热的内螺纹外翅片管，管内的循环液为加入添加剂的溶液。
5.根据权利要求1所述的水合物增压及循环系统，其特征在于: 所述第一水合物分解器(6)、第二水合物分解器(7)两者交替使用，利用高低压转换，实现持续增压循环。
6.根据权利要求1所述的水合物增压及循环系统，其特征在于: 所述第一低温冷源(4)在系统用于复叠制冷时，由高温级冷剂蒸发提供。
7.根据权利要求1所述的水合物增压及循环系统，其特征在于: 所述三通阀(12)连接在循环液管上，在所述第一水合物分解器(6)、第二水合物分解器(7 )交替使用时，用来调节输运循环液体。
【文档编号】F04B37/12GK103470472SQ201310441348
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】祁影霞, 施军锞 申请人:上海理工大学