[发明专利]一种可视化封闭式的单液滴水合反应装置

说明书

本发明公开一种可视化封闭式的单液滴水合反应装置，涉及新能源及化工设备技术领域，主要结构包括反应釜缸体、不锈钢毛细管和紫铜块；所述不锈钢毛细管设置于所述反应釜缸体的顶部，所述紫铜块设置于所述反应釜缸体的内底部；所述反应釜缸体的两侧分别设置有一可视窗口。通过单液滴注射系统控制不锈钢毛细管使单液滴落在紫铜块上并能够使不锈钢毛细管底部悬垂一滴液滴，以便于观察悬垂液滴或冷表面单液滴成核这两种形式下水合物的生成，直观地观察各类气体水合物生成过程的微观形态变化，对水合物的生成特性及机理进行研究，克服了传统反应釜只能通过测量其内部的温度及压力来判断水合物生成的缺点。

技术领域

本发明涉及新能源及化工设备技术领域，特别是涉及一种可视化封闭式的单液滴水合反应装置。

背景技术

水合物是一种较为特殊的包络化合物：主体分子即水分子之间以氢键相互结合形成的笼型空穴将客体分子包络在其中所形成的非化学计量的化合物。根据气体水合物在形成与分解过程中的相变特性，可将其作为一种特殊的蓄冷工质应用于蓄冷系统中。相对于传统蓄冷工质冰、水和共晶盐类而言，气体水合物可克服冰蓄冷效率低、水蓄冷密度小和共晶盐蓄冷热效率低及易于老化的缺点，具有自身明显的优越性，是极富潜力的新一代蓄冷工质。气体水合物的生成缓慢是目前面临的一个难点。由于气体水合物的生成过程涉及复杂的气液固多相传热传质过程。气相与液相之间难于充分混合，相界面处扩散速度很慢，导致水合反应的诱导时间长、过冷度大、水合物生成速度缓慢。因此，如何提高水合物的生成速率和储气密度、缩短诱导时间是蓄冷空调实现高效节能运行，并对其开展技术应用的关键，而其核心问题则是要解决气液固多相之间的传热传质阻力。所以对气体水合物生成过程的热力学平衡与生成动力学及其微观反应机理进行深入的研究非常重要。

专利公布号为CN104913960B的中国发明专利中公开了多功能天然气水合物合成反应方法及装置。该发明专利的突破点在于提供了一套用于合成不同条件、不同类型水合物的实验装置。但此方案存在一定的缺陷，无法观测水合物生成的整个过程，只能通过反应釜内水合物的温度和压力来判断，水合物的生成状况。对于研究水合物生成的微观反应机理存在一定的缺陷。

专利公布号为CN209333762U的专利中公开了一种天然气水合物合成反应釜。该专利的突破点在于反应釜包括独立的反应室和储存室两部分，可以将生成的天然气水合物转移至储存室，维持反应室的水环境、避免了天然气水合物对反应的影响，使反应室中能够继续快速进行反应。但此方案存在一定缺陷，无法观测水合物生成的整个过程，只能通过反应釜内水合物的温度和压力来判断水合物的生成状况，没有克服传统反应釜的弊端。

专利公布号为CN206526787U的专利中公开了一种可视观察气体水合物生长的反应釜。该专利的突破点在于可以清楚的观察到水合物在相界面生成过程中形态学的变化规律，并且可以监测相界面水合物生成的动力学过程。但此方案存在一定缺陷，只能观测反应釜内水合物生成的整体状况，无法从单液滴层面进行水合物生成的微观机理研究。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种可视化封闭式的单液滴水合反应装置，通过悬垂液滴或冷表面单液滴成核这两种方式，直观地观察各类气体水合物生成过程的微观形态变化，对水合物的生成特性及机理进行研究，克服了传统反应釜只能通过测量其内部的温度及压力来判断水合物生成的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种可视化封闭式的单液滴水合反应装置，包括反应釜缸体、不锈钢毛细管和铜块；所述不锈钢毛细管设置于所述反应釜缸体的顶部，所述铜块设置于所述反应釜缸体的内底部；所述反应釜缸体的两侧分别设置有一可视窗口。

可选的，所述不锈钢毛细管与一单液滴注射系统的出液口相连通。

可选的，所述铜块内设置有冷却水路，所述冷却水路与恒温水箱相连通。

可选的，所述冷却水路与所述恒温水箱之间设置有循环水泵。