专利名称：内置换热式气体水合物蓄/释冷过程可视化研究装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种气体水合物蓄冷研究装置，特别是一种用于观测气体水合物在换热管外生成和分解形态的内置换热式气体水合物蓄/释冷过程可视化研究装置，属于化学工程及制冷工程技术领域。
背景技术：
随着制冷与空调装置的日益普及，由于制冷和空调引发的电负荷“峰谷差”越来越大，造成高峰电力不足，低谷电力过剩的现象。为了移峰填谷，提高电厂的发电效率，我国大部分地区的电力部门制定了分时电价政策，鼓励用户采用蓄冷空调技术。目前应用在蓄冷空调中的蓄冷工质主要是水、冰和共晶盐，但它们都存在不尽如意的缺点，如水的蓄冷密度过低，占地面积大；冰的蓄冷密度很高，但蓄冷温度太低，大大降低了蓄冷效率，而且增加了冷量损失；共晶盐则是冰和水的折中，蓄冷密度较高，蓄冷温度也比较高，但也存在着造价高，易老化失效的缺点。由此，一种全新的蓄冷介质——气体水合物的研究被提出并得到了满意的蓄冷效果蓄冷密度高(与冰相当)，蓄冷温度适中(4-15℃)，蓄冷效率高。目前，气体水合物蓄冷技术还处于实验室研究阶段，相关的传热传质以及生成动力学问题还有待进一步地深入研究。
从换热方式上气体水合物蓄冷系统可以分为直接接触式换热和间接接触式换热。直接接触式换热具有换热效率高的优点，但系统需要无油压缩机和除水装置，实现技术难度较大；间接接触式换热虽然换热效率相对直接接触换热比较低，但实现技术难度小。目前的气体水合物蓄冷系统主要采用间接接触式换热。由于用于气体水合物蓄冷的致水合物质大多是难溶于水的有机制冷剂，在无扰动的情况下只能在致水合物与水的相界面处生成少量的气体水合物，且过冷度大，诱导期长。如何让难溶水物质与水快速均匀生成气体水合物成为气体水合物蓄冷技术能否走向实用的关键。此外，在间接接触换热式气体水合物蓄冷系统中，气体水合物在换热器表面的生成形态如何还不清楚，而这点对于设计适用于气体水合物蓄冷的换热器是相当重要的。
在已有技术中，专利号为96250731.8，名称为《气体水合物蓄冷装置》的专利，该专利由蓄冷槽和促晶器组成，蓄冷槽内置盘管式换热器，由蓄冷槽内的下降管分别引出水和制冷剂到促晶器促晶后，再通过回流管流回到蓄冷槽内，引起槽内生成气体水合物，放出的热量由换热器带走。这种装置的特点是外置促晶器，内置换热器，具有较高的储、释冷速率，同时能够保持较高的换热效率。但促晶器需要消耗额外的能量，而且生成的水合物不够致密。专利号为01118175.3，名称为《固相气体水合物及其制作方法》的专利，该专利利用多孔介质可以为气体和水提供充分的气液接触面的特点，快速生成高储能密度的气体水合物。但利用该方法却存在热交换效率低的缺点。上述不足极大地阻碍了气体水合物在蓄冷空调中的应用。
发明内容
为了克服已有技术的不足和缺陷，使气体水合物蓄冷技术尽快走向实用化，本发明研制开发了内置换热式气体水合物研究装置，该研究装置采用全透明的玻璃管作为外套，研究装置内布置了测温和测压探头，可以方便地研究各种气体水合物在换热管外的生成形态和特性，为研制适用于气体水合物的换热器提供设计依据。
本发明主要包括硼硅酸玻璃筒、不锈钢法兰端盖、换热管以及测温测压传感器。
玻璃筒的两端嵌入法兰端盖的凹槽内，里面垫上聚四氟乙烯密封圈。法兰端盖的外沿四周有四根紧固螺栓将法兰端盖和玻璃筒密实地连接在一起。在两个法兰端盖的中心位置钻孔，将换热铜管通过这两个中心孔横穿整个玻璃筒，并用卡环填入中心孔和换热铜管之间的空隙，使其密封良好。分别在两个法兰端盖靠近中心孔的四周均匀地钻上四个孔。左法兰端盖有两个孔用于安装温度传感器，测量反应器内部左法兰端盖附近的温度；另两个孔，一个用于安装压力传感器，测量研究装置内部的压力，一个是反应物注入孔。右法兰端盖上三个孔用于安装温度传感器，其中一个温度传感器测量反应器内部右法兰端盖附近的温度；两个温度传感器伸入反应器玻璃筒内中段，测量中段附近的温度；另一个孔是反应物排出孔。
在利用该研究装置作可视化气体水合物蓄/释冷过程研究时，先通过注入孔将蒸馏水注入研究装置中，并抽到所需的真空度，再注入制冷剂或其它致水合物质，然后向内置的换热管中通入载冷剂，将反应物的温度降低到可以生成气体水合物的温度，并一直维持至气体水合物生成完成为止。人或摄像系统可以透过玻璃筒观察整个气体水合物的生长过程。如果需要观察气体水合物释冷过程，只要在换热管中通入加热液体，使气体水合物的温度高于分解温度，直至气体水合物完全分解为止。
本发明可以非常方便地观测气体水合物在换热管外的生成过程。利用该研究装置，已经发现了气体水合物生成的许多特殊形态(与冰的生长相比)，而且不需要任何搅拌和动力促晶措施，生成的气体水合物非常致密，储能密度高，换热性能也很好。
图1是本发明装置的结构示意图；图2是左法兰端盖结构示意图；图3是右法兰端盖结构示意图。
图中1是玻璃筒，2是左法兰端盖，3是右法兰端盖，4是紧固螺栓，5是.密封垫圈，6是换热铜管，7是温度传感器，8是压力传感器，9是压力传感器安装螺纹孔，10是反应物注入孔，11是反应物排出孔，12是温度传感器安装螺纹孔，13是中心孔，14是紧固螺栓安装螺纹孔。
具体实施方法下面结合附图对本发明的具体实施作进一步的描述如图1所示，本发明主要包括玻璃筒1、左法兰端盖2、右法兰端盖3、紧固螺栓4、密封垫圈5、换热铜管6、温度传感器7、压力传感器8。在左右两个法兰端盖2和3的外沿四周各开有四个紧固螺栓安装螺纹孔14。玻璃筒1的两端分别嵌入法兰端盖2和3的凹槽内，里面垫上聚四氟乙烯密封圈5，并通过四根紧固螺栓4将法兰端盖2、3和玻璃筒1密实地连接在一起，不泄漏气体和水。在两个法兰端盖2和3的中心位置各钻有中心孔13，将换热铜管6通过这两个中心孔13横穿玻璃筒1，并用卡环填入中心孔13和换热铜管6之间的空隙，使其密封良好，不泄漏气体和水。分别在两个法兰端盖2和3靠近中心孔13的四周均匀地钻上四个孔。其中左法兰端盖2上两个孔是温度传感器安装螺纹孔12，孔内安装的温度传感器7用于测量反应器内部左法兰端盖2附近的温度；一个孔是压力传感器安装螺纹孔9，孔内安装的压力传感器8用于测量研究装置内部的压力，还有一个是反应物注入孔10。右法兰端盖3上的三个孔是温度传感器安装螺纹孔12，分别安装着温度传感器7，其中一个温度传感器7用于测量反应器内部右法兰端盖3附近的温度；两个温度传感器7伸入玻璃筒1中段，用于测量玻璃筒1中段附近的温度；另一个孔是反应物排出孔11。
在利用该研究装置作可视化气体水合物蓄/释冷过程研究时，先通过注入孔10将蒸馏水注入研究装置中，并抽到所需的真空度，再注入制冷剂或其它致水合物质，然后向内置的换热铜管6中通入载冷剂，将反应物的温度降低到可以生成气体水合物的温度，并一直维持至气体水合物生成完成为止。人或摄像系统可以透过玻璃筒1观察整个气体水合物的生长过程。如果需要观察气体水合物释冷过程，只要在换热铜管6中通入加热液体，使气体水合物的温度高于分解温度，直至气体水合物完全分解为止。
权利要求
1.一种内置换热式气体水合物蓄/释冷过程可视化研究装置，包括玻璃筒(1)、左法兰端盖(2)、右法兰端盖(3)、紧固螺栓(4)、密封垫圈(5)、换热铜管(6)、温度传感器(7)、压力传感器(8)，其特征在于在左右两个法兰端盖(2)和(3)的外沿四周各开有四个紧固螺栓安装螺纹孔(14)，玻璃筒(1)的两端分别嵌入法兰端盖(2)和(3)的凹槽内，里面垫上聚四氟乙烯密封圈(5)，并通过四根紧固螺栓(4)将法兰端盖(2)、(3)和玻璃筒1密实地连接在一起，在两个法兰端盖(2)和(3)的中心位置各钻有中心孔(13)，将换热铜管(6)通过这两个中心孔(13)横穿玻璃筒(1)，并用卡环填入中心孔(13)和换热管(6)之间的空隙，分别在两个法兰端盖(2)和(3)靠近中心孔(13)的四周均匀地钻上四个孔，其中左法兰端盖(2)上两个孔是温度传感器安装螺纹孔(12)，一个孔是压力传感器安装螺纹孔(9)，还有一个孔是反应物注入孔(10)。右法兰端盖(3)上的三个孔是温度传感器安装螺纹孔(12)，另一个孔是反应物排出孔(11)。
2.根据权利要求1所述的内置换热式气体水合物蓄/释冷过程可视化研究装置，其特征是，在左法兰端盖(2)上的两个温度传感器安装螺纹孔(12)内安装的温度传感器(7)用于测量反应器内部左法兰端盖(2)附近的温度；一个压力传感器安装螺纹孔(9)内安装的压力传感器(8)用于测量研究装置内部的压力，右法兰端盖(3)上的三个温度传感器安装螺纹孔(12)内分别安装着温度传感器(7)，其中一个温度传感器(7)用于测量反应器内部右法兰端盖(3)附近的温度；两个温度传感器(7)伸入玻璃筒(1)中段，用于测量玻璃筒(1)中段附近的温度。
全文摘要
内置换热式气体水合物蓄/释冷过程可视化研究装置，包括玻璃筒、左法兰端盖、右法兰端盖、紧固螺栓、密封垫圈、换热铜管、温度传感器、压力传感器，法兰端盖的外沿四周有四根紧固螺栓将法兰端盖和玻璃筒连接在一起。分别在两个法兰端盖靠近中心孔的四周均匀地钻上四个孔，其中五个孔用于安装温度传感器，一个孔用于安装压力传感器，一个孔用于注入制冷剂和水，一个孔用于排出制冷剂和水。通过注入孔将蒸馏水注入研究装置中，并抽到所需的真空度，再注入制冷剂或其它致水合物质，然后向换热铜管中通入载冷剂，将反应物的温度降低到可以生成气体水合物的温度，并维持至气体水合物生成完成为止，可以透过玻璃筒观察整个气体水合物的生长过程。
文档编号G01K17/00GK1563858SQ20041001718
公开日2005年1月12日 申请日期2004年3月25日 优先权日2004年3月25日
发明者谢应明, 郭开华, 顾建明, 梁德青 申请人:上海交通大学
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