本发明涉及空调制冷领域，具体涉及一种带水合物蓄冷循环的空调装置及其使用方法。
背景技术：
现有商业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（cop）较低，为2~3，而现有研究中的蒸汽压缩式制冷循环的cop为2.4~4.1，吸收式制冷的cop仅为0.6~0.8。较低的cop使得能源利用率低，未达到节能的效果。设备的改良对cop的提高并未起到较好的效果，现急需改进或改变制冷循环，即不仅仅利用气液相变热来进行吸放热，可考虑利用气液固三相焓值差进行制冷，提高能量密度。
空闲时间段（如夜间），电力资源白白耗散，利用蓄冷技术可对电力进行回收，以冷能的形式储存能量，在需要制冷的时间段可放出冷量，实现能量的高效转化与转移。水合物蓄冷相对于水蓄冷、冰蓄冷、盐蓄冷技术，是条件最为缓和的一种方式。
技术实现要素：
本发明的目的就在提高空调系统的cop，改变制冷循环，利用气液固三相焓值差进行制冷，提高能量密度，同时回收空闲时间段的电力资源，实现电能高效利用，提供一种节能、高cop、充分利用电力的带水合物蓄冷循环的空调装置。
本发明的技术方案如下所述：
一种带水合物蓄冷循环的空调装置，包括水合物蓄冷罐、水合物浆泵、气相压缩机、液相泵、水合物生成反应器、第一风扇、节流膨胀管，水合物分解器、第二风扇和膜分离器；所述水合物蓄冷罐外部的制冷介质出口与膜分离器连接，所述膜分离器分别与气相压缩机和液相泵连接；所述气相压缩机和液相泵与水合物生成反应器连接，所述水合物生成反应器上设置有第一风扇，通过第一风扇鼓风，实现室外空冷放热；所述水合物生成反应器与节流膨胀管、水合物分解器顺次连接；所述节流膨胀管还与水合物蓄冷罐连接；所述水合物分解器上设置有第二风扇，通过第二风扇鼓风，实现室内空气换热，且所述水合物分解器与水合物蓄冷罐的蓄冷介质入口连接；所述水合物蓄冷罐内部的蓄冷介质出口与水合物浆泵连接，所述水合物浆泵分别与水合物蓄冷罐和水合物分解器连接，所述水合物分解器还与膜分离器连接。
进一步地，还包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀和第六电磁阀；所述第一电磁阀设置于水合物浆泵与水合物蓄冷罐内部的蓄冷介质入口之间的管道上；所述第二电磁阀设置于节流膨胀管与水合物分解器之间的管道上；所述第三电磁阀设置于节流膨胀管与水合物蓄冷罐外部的制冷介质入口之间的管道上；所述第四电磁阀设置于水合物蓄冷罐与膜分离器之间的管道上；所述第五电磁阀设置于水合物浆泵与水合物分解器之间的管道上；所述第六电磁阀设置于水合物分解器与水合物蓄冷罐之间的管道上。
进一步地，所述水合物蓄冷罐内部设置有搅拌螺旋桨。
进一步地，所述水合物储罐、水合物浆泵、第一电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、气相压缩机、液相泵、水合物生成反应器、第一风扇、节流膨胀管和膜分离器组成水合物蓄冷循环；所述气相压缩机、液相泵、水合物生成反应器、第一风扇、第二风扇、节流膨胀管、第二电磁阀、水合物分解反应器和膜分离器组成水合物供冷循环；所述水合物储罐、水合物浆泵、第一电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、水合物分解反应器和第二风扇组成水合物蓄冷供冷循环。
带水合物蓄冷循环的空调装置的使用方法，常规供冷时，以水合物作为制冷介质，实现高性能供冷；制冷介质经由气相压缩机、液相泵加压的气体和液体相进入水合物生成反应器，发生水合物生成反应，放出热量，通过风扇与外界环境换热，实现放热；生成的水合物经过节流膨胀管降压降温，第二电磁阀开启，水合物进入水合物分解反应器，通过第二风扇与供冷区域进行换热，发生水合物分解反应，吸收供冷区域热量，实现供冷；分解后的气体和液体流入膜分离器，实现气液分离，分离后的气体和液体分别进入气相压缩机和液相泵，再次循环，实现水合物供冷循环。
上述方法中，水合物蓄冷罐在空闲时间段即非供冷时间段，利用耗散的电力资源，以水合物与水合物换热的形式，将冷能储存在水合物中；经由气相压缩机、液相泵加压的气体和液体相进入水合物生成反应器，发生水合物生成反应，放出热量，通过第一风扇与外界环境换热，生成的水合物经过节流膨胀管降压降温，第二电磁阀关闭，开启第三电磁阀和第四电磁阀，与水合物蓄冷罐内的水合物进行换热，发生水合物分解反应，吸收水合物蓄冷罐内的热量，分解后的气体和液体经过第四电磁阀、膜反应器，实现气液分离，再次进入气相压缩机和液相泵，实现循环流动；水合物蓄冷罐内的初始液体溶液经由水合物浆泵抽动，第一电磁阀开启，溶液流回水合物储罐，并与经流第三电磁阀和第四电磁阀的水合物进行换热，发生水合物生成反应，放出热量，热量被水合物储罐外的水合物分解吸热反应带走，实现水合物蓄冷循环。
上述方法中，利用蓄冷供冷时，储存在水合物蓄冷罐中的水合物经由水合物浆泵抽动，第一电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀关闭，第五电磁阀和第六电磁阀开启，水合物浆经过第五电磁阀进入水合物分解反应器，通过第二风扇与供冷区域进行热交换，从而发生水合物分解反应，吸收供冷区域热量，分解后的液体经过第六电磁阀流回水合物蓄冷罐，实现水合物蓄冷供冷循环。
本发明的带水合物蓄冷循环的水合物空调装置的工作原理及过程如下：
a.常规供冷：以水合物作为制冷介质，高效利用电能，通过气液固三相焓值差，实现新型供冷循环。
b.蓄冷：在空闲时间段（非供冷时间段），利用耗散的电力资源，以水合物与水合物换热的形式，将冷能储存在水合物中，作为二次供冷的冷源。
c.蓄冷供冷：利用蓄冷过程储存的水合物（冷能），输入少许电能，即可实现供冷。
本发明的特点：高效地利用电力资源，充分夜间耗散的电力，削峰填谷；可在白天停电等紧急情况下利用蓄冷量进行供冷；采用水合物作为蓄冷、供冷介质，利用气固液三相焓值差，清洁安全、性能优良，直接供冷时cop高达8.5，蓄冷时cop高达7.0。
本发明具有如下有益效果：
本装置采用水合物作为制冷介质，利用气液固三相焓值差，提高制冷介质的能量密度，提高整个空调系统的cop；以水合物与水合物换热的形式，利用耗散的电力资源，将冷能储存在水合物中，作为二次供冷的冷源，对能量进行了高效的回收、转化和转移；利用蓄冷过程储存的水合物（冷能），输入少许电能，即可实现供冷，节能高效。
附图说明
图1为本发明的带水合物蓄冷循环的空调装置结构示意图；
图中各个部件如下：水合物蓄冷罐1、水合物浆泵2、第一电磁阀3、气相压缩机4、液相泵5、水合物生成反应器6、第一风扇7、节流膨胀管8，第二电磁阀9、水合物分解器10、第二风扇11、膜分离器12、第三电磁阀13、第四电磁阀14、第五电磁阀15、第六电磁阀16。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
如图1所示，一种带水合物蓄冷循环的空调装置，包括水合物蓄冷罐1、水合物浆泵2、气相压缩机4、液相泵5、水合物生成反应器6、第一风扇7、节流膨胀管8，水合物分解器10、第二风扇11和膜分离器12；所述水合物蓄冷罐1外部的制冷介质出口与膜分离器12连接，所述膜分离器12分别与气相压缩机4和液相泵5连接；所述气相压缩机4和液相泵5与水合物生成反应器6连接，所述水合物生成反应器6上设置有第一风扇7，通过第一风扇7鼓风，实现室外空冷放热；所述水合物生成反应器6与节流膨胀管8、水合物分解器10顺次连接；所述节流膨胀管8还与水合物蓄冷罐1连接；所述水合物分解器10上设置有第二风扇11，通过第二风扇8鼓风，实现室内空气换热，且所述水合物分解器10与水合物蓄冷罐1的蓄冷介质入口连接；所述水合物蓄冷罐1内部的蓄冷介质出口与水合物浆泵2连接，所述水合物浆泵2分别与水合物蓄冷罐1和水合物分解器10连接，所述水合物分解器10还与膜分离器12连接。本发明还包括第一电磁阀3、第二电磁阀9、第三电磁阀13、第四电磁阀14、第五电磁阀15和第六电磁阀16；所述第一电磁阀3设置于水合物浆泵2与水合物蓄冷罐1内部的蓄冷介质入口之间的管道上；所述第二电磁阀9设置于节流膨胀管8与水合物分解器10之间的管道上；所述第三电磁阀13设置于节流膨胀管8与水合物蓄冷罐1外部的制冷介质入口之间的管道上；所述第四电磁阀14设置于水合物蓄冷罐1与膜分离器12之间的管道上；所述第五电磁阀15设置于水合物浆泵2与水合物分解器10之间的管道上；所述第六电磁阀16设置于水合物分解器10与水合物蓄冷罐1之间的管道上。所述水合物蓄冷罐1内部设置有搅拌螺旋桨。所述水合物储罐1、水合物浆泵2、第一电磁阀3、第三电磁阀13、第四电磁阀14、气相压缩机4、液相泵5、水合物生成反应器6、第一风扇7、节流膨胀管8和膜分离器12组成水合物蓄冷循环；所述气相压缩机4、液相泵5、水合物生成反应器6、第一风扇7、第二风扇11、节流膨胀管8、第二电磁阀9、水合物分解反应器10和膜分离器12组成水合物供冷循环；所述水合物储罐1、水合物浆泵2、第一电磁阀3、第五电磁阀15、第六电磁阀16、水合物分解反应器10和第二风扇11组成水合物蓄冷供冷循环。
常规供冷时，以水合物作为制冷介质，经由气相压缩机4、液相泵5加压的气体和液体相进入水合物生成反应器6，发生水合物生成反应，放出热量，通过第一风扇7与外界环境换热，实现放热；生成的水合物经过节流膨胀管8降压降温，第二电磁阀9开启，水合物进入水合物分解反应器10，通过第二风扇11与供冷区域进行换热，发生水合物分解反应，吸收供冷区域热量，实现供冷；分解后的气体和液体流入膜分离器12，实现气液分离，分离后的气体和液体分别进入气相压缩机4和液相泵5，再次循环，实现水合物供冷循环。
进一步地，水合物蓄冷罐在空闲时间段（非供冷时间段），利用耗散的电力资源，以水合物与水合物换热的形式，将冷能储存在水合物中。经由气相压缩机4、液相泵5加压的气体和液体相进入水合物生成反应器6，发生水合物生成反应，放出热量，通过第一风扇7与外界环境换热，生成的水合物经过节流膨胀管8降压降温，第二电磁阀9关闭，第三电磁阀13、第四电磁阀14开启，与水合物蓄冷罐内的水合物进行换热，发生水合物分解反应，吸收水合物蓄冷罐内的热量，分解后的气体和液体经过第四电磁阀14、膜反应器12，实现气液分离，再次进入气相压缩机4和液相泵5，实现循环流动；水合物蓄冷罐1内的初始液体溶液经由水合物浆泵2抽动，第一电磁阀3开启，溶液流回水合物蓄冷罐1，并与经流第三电磁阀13、第四电磁阀14的水合物进行换热，发生水合物生成反应，放出热量，热量被水合物储罐1外的水合物分解吸热反应带走，实现水合物蓄冷循环。
进一步地，利用蓄冷供冷时，储存在水合物蓄冷罐1中的水合物经由水合物浆泵2抽动，第一电磁阀3、第三电磁阀13、第四电磁阀14关闭，第五电磁阀15、第六电磁阀16开启，水合物浆经过第五电磁阀15进入水合物分解反应器10，通过第二风扇11与供冷区域进行热交换，从而发生水合物分解反应，吸收供冷区域热量，分解后的液体经过第六电磁阀16流回水合物蓄冷罐1，实现水合物蓄冷供冷循环。
本实施例中，所述装置常规供冷时，以水合物作为制冷介质，经由气相压缩机4、液相泵5加压的气体和液体相进入水合物生成反应器6，发生水合物生成反应，放出热量，通过第一风扇7与外界环境换热，实现放热；生成的水合物经过节流膨胀管8降压降温，第二电磁阀9开启，水合物进入水合物分解反应器10，通过第二风扇11与供冷区域进行换热，发生水合物分解反应，吸收供冷区域热量，实现供冷；分解后的气体和液体流入膜分离器12，实现气液分离，分离后的气体和液体分别进入气相压缩机4和液相泵5，再次循环，实现水合物供冷循环。
所述装置蓄冷时，水合物蓄冷罐在空闲时间段（非供冷时间段），利用耗散的电力资源，以水合物与水合物换热的形式，将冷能储存在水合物中，作为二次供冷的冷源。经由气相压缩机4、液相泵5加压的气体和液体相进入水合物生成反应器6，发生水合物生成反应，放出热量，通过第一风扇7与外界环境换热，生成的水合物经过节流膨胀管8降压降温，第二电磁阀9关闭，第三电磁阀13、第四电磁阀14开启，与水合物蓄冷罐内的水合物进行换热，发生水合物分解反应，吸收水合物蓄冷罐内的热量，分解后的气体和液体经过电磁阀14、膜反应器12，实现气液分离，再次进入气相压缩机4和液相泵5，实现循环流动；水合物蓄冷罐1内的初始液体溶液经由水合物浆泵2抽动，电磁阀3开启，溶液流回水合物蓄冷罐1，并与经流第三电磁阀13、第四电磁阀14的水合物进行换热，发生水合物生成反应，放出热量，热量被水合物储罐1外的水合物分解吸热反应带走，实现水合物蓄冷循环。
所述装置利用蓄冷供冷时，储存在水合物蓄冷罐1中的水合物经由水合物浆泵2抽动，第一电磁阀3、第三电磁阀13、第四电磁阀14关闭，第五电磁阀15、第六电磁阀16开启，水合物浆经过第五电磁阀15进入水合物分解反应器10，通过第二风扇11与供冷区域进行热交换，从而发生水合物分解反应，吸收供冷区域热量，分解后的液体经过第六电磁阀16流回水合物蓄冷罐1，实现水合物蓄冷供冷循环。
在本发明的另一个优选实施例中，绝大部分设备均采用不锈钢进行制造。
本实施例在常规供冷时，以水合物作为制冷介质，进行压缩制冷；在蓄冷时，利用耗散的电力资源，以水合物与水合物换热的形式，将冷能储存在水合物中，作为二次供冷的冷源；在利用蓄冷供冷时，输入少许电能，储存在水合物中的冷能释放，即可实现供冷。
本实施例中，常规供冷时，环境温度为30℃，供冷区域面积为100m2，制冷介质选用甲基氟、环戊烷和水，甲基氟通过气相压缩机4加压至3mpa，流量为33.2kg/h，环戊烷和水通过液相泵5加压至3mpa，流量分别为168.4kg/h、336.8kg/h，进入水合物生成器6，通过第一风扇7向外界环境换热，发生水合物生成反应（28℃），生成的甲基氟、环戊烷水合物流入节流膨胀管，降压降温至0.3mpa、12℃，通过第二电磁阀9，进入水合物分解反应器10，发生水合物分解反应，通过第二风扇11，吸收供冷区域热量，实现供冷，分解后的甲基氟、环戊烷和水（0.3mpa、24℃）通过膜分离器12，实现气液分离，甲基氟再进入气相压缩机4，环戊烷和水再进入液相泵5，实现供冷循环，水合物空调系统cop达8.5。
本实施例中，常规供冷时，气相压缩机4出口与水合物生成器6入口相连，液相泵5出口与水合物生成器6入口相连，水合物生成器6的出口与节流膨胀管8的入口相连，节流膨胀管8的出口与第二电磁阀9入口相连，第二电磁阀9的出口与水合物分解反应器10的入口相连，水合物分解反应器10的出口与膜分离器12的入口相连，膜分离器12的出口与气相压缩机4、液相泵5的入口相连。
本实施例中，畜冷时，环境温度26℃，蓄冷量为135mj，水合物蓄冷罐1容积为200l。制冷介质选用甲基氟、环戊烷和水，蓄冷介质选用四丁基溴化铵、过氧化苯甲酸叔丁酯和水。甲基氟通过气相压缩机4加压至0.7mpa，流量为19.0kgh，环戊烷和水通过液相泵5加压至0.7mpa，流量分别为112.3kg/h、192.5kg/h，进入水合物生成器6，通过风扇7向外界环境换热，发生水合物生成反应（24℃），生成的甲基氟、环戊烷水合物流入节流膨胀管，降压降温至0.2mpa、8℃，第三电磁阀13和第四电磁阀14开启，水合物流经水合物蓄冷罐1外部，与水合物蓄冷罐1中的溶液进行换热，发生水合物分解反应，吸收水合物蓄冷罐1中的热量，分解后的气体和液体通过第四电磁阀14进入膜分离器12，气液分离后的甲基氟再次进入气相压缩机4，环戊烷和水进入液相泵，实现循环；水合物蓄冷罐1中的初始溶液四丁基溴化铵、过氧化苯甲酸叔丁酯和水经水合物浆泵2抽动，流量分别为10kg/h、10kg/h和42.5kg/h，第一电阀3开启，流回水合物蓄冷罐1，与外部的水合物换热，发生水合物生成反应（10℃），生成四丁基溴化铵、过氧化苯甲酸叔丁酯水合物，放出热量，被外部的甲基氟、环戊烷水合物分解反应带走，水合物蓄冷罐1内未反应的溶液或浆液再次通过水合物浆泵抽动，实现循环流动，由此实现整个蓄冷循环，带水合物蓄冷的水合物冷空调系统，其cop为7.0。
本实施例中，畜冷时，水合物蓄冷罐1的出口与水合物浆泵2的入口相连，水合物浆泵2的出口与第一电磁阀3的入口相连，第一电磁阀3的出口与水合物蓄冷罐1的入口相连；节流膨胀管8的出口与第三电磁阀13的入口相连，第三电磁阀13的出口与水合物蓄冷罐1外部的入口相连，水合物蓄冷罐1外部的出口与第四电磁阀14的入口相连，第四电磁阀14的出口与膜分离器12的入口相连。
本实施例中，利用畜冷供冷时，环境温度为30℃，第一电磁阀3、第三电磁阀13和第四电磁阀14关闭，第五电磁阀15和第六电磁阀16开启，水合物蓄冷罐1中储存的四丁基溴化铵和过氧化苯甲酸叔丁酯水合物由水合物浆泵2抽动，流量为87.5kg/h，通过电磁阀15进入水合物分解反应器10，发生水合物分解反应（12℃），吸收供冷区域热量，实现供冷，分解后的溶液通过第六电磁阀16，回到水合物蓄冷罐1中，实现循环利用蓄冷供冷。
本实施例中，利用畜冷供冷时，水合物浆泵2的出口与第五电磁阀15的入口相连，第五电磁阀15的出口与水合物分解器10的入口相连，水合物分解器10的出口与第六电磁阀16的入口相连，第六电磁阀16的出口与水合物蓄冷罐1的入口相连。
应当理解，以上借助优化实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，都应当视为属于本发明提交的权利要求书确定的专利保护范围。