專(zhuān)利名稱(chēng)：生成氣體水合物裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種生成氣體水合物裝置，特別是一種可用于氣體水合 物儲(chǔ)能或儲(chǔ)氣的靜態(tài)快速密實(shí)生成氣體水合物的裝置。
背景技術(shù)：
隨著制冷與空調(diào)裝置的日益普及，由于制冷和空調(diào)引發(fā)的電負(fù)荷"峰谷 差"越來(lái)越大，造成高峰電力不足，低谷電力過(guò)剩的現(xiàn)象。為了移峰填谷， 提高電廠的發(fā)電效率，我國(guó)大部分地區(qū)的電力部門(mén)制定了分時(shí)電價(jià)政策，鼓 勵(lì)用戶采用蓄冷空調(diào)技術(shù)。目前應(yīng)贈(zèng)在蓄冷空調(diào)中的蓄冷工質(zhì)主要是水，冰 和共晶鹽，但它們都存在不盡如意的缺點(diǎn)，如水的蓄冷密度過(guò)低，占地面積
大；冰的蓄冷密度很高，但蓄冷溫度太低，大大降低了蓄冷效率，而且增加 了冷量損失；共晶鹽則是冰和水的折中，蓄冷密度較高，蓄冷溫度也比較高， 但也存在著造價(jià)高，易老化失效，換熱效果差的缺點(diǎn)。由此， 一種全新的蓄 冷介質(zhì)——?dú)怏w水合物的研究被提出并得到了滿意的蓄冷效果蓄冷密度高 (與冰相當(dāng))，蓄冷溫度適中(5-15°C)，蓄冷效率高。
此外，隨著我國(guó)天然氣的大規(guī)模開(kāi)采和應(yīng)用，儲(chǔ)存和運(yùn)輸天然氣技術(shù)越來(lái) 越重要。目前常用的儲(chǔ)運(yùn)天然氣的方法是將天然氣液化(LNG)，這種方法是 在制冷系統(tǒng)和壓力系統(tǒng)提供的高壓和低溫環(huán)境下將氣態(tài)天然氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)來(lái) 進(jìn)行儲(chǔ)運(yùn)的，能耗大，初投資高，有安全隱患。如果采用氣體水合物的方法 來(lái)對(duì)天然氣進(jìn)行儲(chǔ)運(yùn)，則可以在相對(duì)壓力較低、溫度較高的環(huán)境下將氣態(tài)天 然氣與水反應(yīng)生成固態(tài)水合物，可以大大降低成本。
由于用于氣體水合物蓄冷或儲(chǔ)氣的客體物質(zhì)大多是難溶于水的有機(jī)物，
在無(wú)擾動(dòng)的情況下只能在客體物與水的相界面處生成少量的氣體水合物，且 過(guò)冷度大，誘導(dǎo)期長(zhǎng)。如何讓難溶于水的物質(zhì)與水快速均勻生成氣體水合物 成為氣體水合物蓄冷或儲(chǔ)氣技術(shù)能否走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵。
在已有技術(shù)中，專(zhuān)利號(hào)為96250731.8，名稱(chēng)為《氣體水合物蓄冷裝置》 的專(zhuān)利，該專(zhuān)利由蓄冷槽和促晶器組成，蓄冷槽內(nèi)置盤(pán)管式換熱器，由蓄冷 槽內(nèi)的下降管分別引出水和制冷劑到促晶器促晶后，再通過(guò)回流管流回到蓄 冷槽內(nèi)，引起槽內(nèi)生成氣體水合物，放出的熱量由換熱器帶走。這種裝置的 特點(diǎn)是外置促晶器，內(nèi)置換熱器，具有較高的儲(chǔ)、釋冷速率，同時(shí)能夠保持 較高的換熱效率。但促晶器是連續(xù)運(yùn)行，需要消耗大量的能量，而且生成的 水合物不夠致密。專(zhuān)利號(hào)為01118175.3，名稱(chēng)為《固相氣體水合物及其制作 方法》的專(zhuān)利，該專(zhuān)利利用多孔介質(zhì)可以為氣體和水提供充分的氣液接觸面 的特點(diǎn)，快速生成高儲(chǔ)能密度的氣體水合物。但利用該方法卻存在熱交換效 率低的缺點(diǎn)。上述不足極大地阻礙了氣體水合物在蓄冷空調(diào)和天然氣儲(chǔ)運(yùn)技 術(shù)的應(yīng)用。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型是針對(duì)現(xiàn)在的生成的水合物技術(shù)存在能量消耗大，生成的水 合物不夠致密問(wèn)題而提出一種生成氣體水合物裝置，此裝置具有生成氣體水 合物誘導(dǎo)時(shí)間短，生成的氣體水合物非常致密，儲(chǔ)能密度高，換熱性能也很 好，使氣體水合物蓄冷或儲(chǔ)氣技術(shù)進(jìn)一步走向?qū)嵱没?br> 本實(shí)用新型的技術(shù)方案為 一種生成氣體水合物裝置，包括帶保溫材料 的不銹鋼槽體、內(nèi)置蛇形換熱器、兩端分別與槽體內(nèi)的液態(tài)水相空間和液態(tài) 致水合物空間相通的促晶泵組成，槽體外部上端有反應(yīng)物注入管；下端有反
應(yīng)物排出管和水引出管，水引出管與促晶泵連接；旁邊有換熱器輸入口、換 熱器輸處口，內(nèi)置于氣體水合物裝置的蛇形換熱器的換熱管上套裝了導(dǎo)熱系 數(shù)大、表面極性自由能大的垂直金屬翅片，翅片的高度貫穿于整個(gè)反應(yīng)物的 垂直高度。
本實(shí)用新型的有益效果在于整個(gè)裝置具有生成氣體水合物誘導(dǎo)時(shí)間短. 在生成氣體水合物的過(guò)程中不需要任何攪拌(促晶泵只在誘導(dǎo)期運(yùn)轉(zhuǎn)，在生 成期是停止的)，生成的氣體水合物非常致密，儲(chǔ)能密度高，換熱性能也很好。

圖1是本發(fā)明靜態(tài)快速生成氣體水合物反應(yīng)槽示意圖； 圖2是本發(fā)明蛇形換熱器剖視示意圖。
具體實(shí)施方式

如圖1所示靜態(tài)快速生成氣體水合物反應(yīng)槽。如圖所示，該反應(yīng)槽是主 要由帶保溫材料的不銹鋼槽體8、帶垂直金屬翅片的蛇形換熱器9、兩端分別 與液態(tài)水相空間3和液態(tài)致水合物空間4相通的促晶泵6組成，反應(yīng)槽外部 有反應(yīng)物注入管1、反應(yīng)物排出管7、換熱器輸入口 11、換熱器輸出口 10、 水引出管5。
如圖2所示蛇形換熱器剖視示意圖，蛇形換熱器9的換熱管9A上套裝上 導(dǎo)熱系數(shù)大、表面極性自由能大的垂直金屬翅片9B，而金屬翅片9B的高度 貫穿于整個(gè)反應(yīng)物的垂直高度。
通過(guò)反應(yīng)物注入管l向氣體水合物蓄冷槽充入水和R141b，以液態(tài)水的表 面略低于金屬翅片9B的頂部為好。由于液態(tài)R141b的密度大于液態(tài)水，這樣 在蓄冷槽內(nèi)由上至下形成三個(gè)相空間由氣態(tài)R141b、水蒸氣和少量空氣組成
的氣相空間2;液態(tài)水相空間3;液態(tài)R141b空間4。為了減小氣體水合物生
成的過(guò)冷度，應(yīng)該向水相中加入CMC濃度左右的表面活性劑(如300ppm的 SDS);向蛇形換熱器9中通入低溫冷媒(30wty。的乙烯乙二醇溶液)，將反應(yīng) 物的溫度降至水合物R141b. 17H20的臨界分解溫度8. 4°C以下；開(kāi)動(dòng)促晶泵6， 將位于上層的液態(tài)水從下層的液態(tài)R141b底部通入液態(tài)R141b中，引起整個(gè) 反應(yīng)物的擾動(dòng)，使水和R141b能充分混合，同時(shí)強(qiáng)化蛇形換熱器9和反應(yīng)物 的換熱，直至氣體水合物開(kāi)始生成為止；停止促晶泵6的運(yùn)轉(zhuǎn)，繼續(xù)向蛇形 換熱器9中通入低溫冷媒。此時(shí)氣體水合物將在液態(tài)R141b中沿金屬翅片9B 向上生長(zhǎng)，同時(shí)推動(dòng)液態(tài)R141b整體向上移動(dòng)，液態(tài)水相空間3的水也沿著 金屬翅片9B的表面源源不斷地流入液態(tài)R141b空間4中，并與液態(tài)R141b反 應(yīng)，生成氣體水合物。整個(gè)生成過(guò)程持續(xù)進(jìn)行下去，直至反應(yīng)物(水和R141b) 耗完為止。整個(gè)過(guò)程中，氣體水合物的誘導(dǎo)時(shí)間短，生成快速均勻，生成的 氣體水合物致密，蓄冷密度大，換熱性能良好。
在整個(gè)過(guò)程中為了減小生成氣體水合物的誘導(dǎo)時(shí)間，從液態(tài)水相空間引 出一根管道，與氣體水合物反應(yīng)槽外的磁力水泵(由于用于促晶，以后簡(jiǎn)稱(chēng) 為促晶泵)相連，促晶泵另一端連到氣體水合物反應(yīng)槽的底部，與液態(tài)制冷 劑相相通。通過(guò)蛇形換熱器將槽內(nèi)的溫度降低到臨界分解溫度以下后，開(kāi)動(dòng) 促晶泵，將液態(tài)水從液態(tài)制冷劑底部通入制冷劑相，加強(qiáng)水與制冷劑的混合， 同時(shí)強(qiáng)化換熱器與反應(yīng)物的換熱。當(dāng)氣體水合物開(kāi)始生成后，停止促晶泵的 運(yùn)轉(zhuǎn)，氣體水合物會(huì)在制冷劑相中自行沿著垂直金屬翅片向上生長(zhǎng)，直至整 個(gè)反應(yīng)物完全耗完為止。整個(gè)反應(yīng)過(guò)程具有誘導(dǎo)時(shí)間短，氣體水合物生成均 勻、密實(shí)、完全的特點(diǎn)。
權(quán)利要求1. 一種生成氣體水合物裝置，包括帶保溫材料的不銹鋼槽體、內(nèi)置蛇形換熱器、兩端分別與槽體內(nèi)的液態(tài)水相空間和液態(tài)致水合物空間相通的促晶泵組成，槽體外部上端有反應(yīng)物注入管；下端有反應(yīng)物排出管和水引出管，水引出管與促晶泵連接；旁邊有換熱器輸入口、換熱器輸出口，其特征在于內(nèi)置于氣體水合物裝置的蛇形換熱器的換熱管上套裝了導(dǎo)熱系數(shù)大、表面極性自由能大的垂直金屬翅片，翅片的高度貫穿于整個(gè)反應(yīng)物的垂直高度。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種生成氣體水合物裝置，主要由帶垂直金屬翅片的蛇形換熱器、促晶泵、覆蓋保溫材料的鋼制氣體水合物反應(yīng)槽等組成，該裝置生成水合物誘導(dǎo)時(shí)間短，且生成的氣體水合物非常致密，儲(chǔ)能密度高，換熱性能也很好。
文檔編號(hào)F28D20/00GK201203374SQ200720199208
公開(kāi)日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2007年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月13日
發(fā)明者劉道平, 剛 李, 謝應(yīng)明 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)