CN100432557C - 热管蓄能空调系统 - Google Patents

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CN100432557C CNB2007100194524A CN200710019452A CN100432557C CN 100432557 C CN100432557 C CN 100432557C CN B2007100194524 A CNB2007100194524 A CN B2007100194524A CN 200710019452 A CN200710019452 A CN 200710019452A CN 100432557 C CN100432557 C CN 100432557C
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Abstract

本发明公开了一种热管蓄能空调系统,包括室内机组和室外机组,室内机组由风机和换热盘管组成,室外机组包括压缩机、四通换向阀、室外换热器和热管蓄能器。热管蓄能器内安装有按正三角形叉排的一组热管,在一组热管间填充有蓄能材料。压缩机的出口与四通换向阀连接,进口通过一组电磁阀与热管蓄能器和室内机组连接;室外换热器的一端与四通换向阀连接,另一端通过一组电磁阀和节流阀与热管蓄能器的上、下换热器连接;室内机组的一端与四通换向阀连接、另一端通过一组电磁阀与热管蓄能器的上、下换热器连接。本发明传热热阻小、流动阻力小,蓄、放能效率高,提高了蓄能空调系统的蓄能量和蓄能效率,改善了蓄能空调系统的经济性。

Description

热管蓄能空调系统一、 技术领域本发明涉及一种制冷空调,具体地说是一种热管蓄能空调系统。二、 背景技术自改革开放以来,我国的综合国力和人民生活水平都有较大程度的提高。我 国的电力工业虽已取得长足发展,但是电力的增长仍然满足不了国民经济的快速 发展和人民生活用电急剧增长的霜要,全国缺电局面仍然存在。目前,电力供应 紧张主要表现在下述方面:(1) 电网负荷率低,系统峰谷差加大,高峰电力严重不足,致使电网经常拉 闸限电。峰谷差占高峰负荷的比例已离达30%以上。(2) 城市电力消费增长迅速,而城市电网不能适应,造成有电送不出、配不下的局面。夏季高温天气,许多城市都出现配电设备超载运行情况。电网的峰谷差是现代电网的一大特点,而且随着经济发展有加剧的趋势。随 着我国国民经济的不断发展,虽然国家电力部门耗用大量的財力物力建设电厂,但仍然满足不了每年用电量以5%—7%增长的需要。特别是近年来随着城市化进 程的不断发展,城市建筑能耗呈现加速增长的趋势。据统计,国内部分大城市的 高峰用电量中空调用电就占了30%以上,这样使得电力系统峰谷差急剧增加,电 网负荷率明显下降,这极大影响了发电的成本和电网的安全运行。蓄能空调系统能够转移电力髙峰用电量,平衡电网峰谷差,因此可以减少新 建电厂投资,提高现有发电设备和输变电设备的使用率,同时,可以减少能源使 用(特别是对于火力发电)引起的环境污染,充分利用有限的不可再生资源,有 利于生态平衡。据有关部门测算,如果我国电网负荷率提高一个百分点,则可以 每年节约700万吨标煤,可减少S02排放量约40万吨,减少C02排放量1200万 吨。由于电能本身不易储存,因此通常在用电方面考虑办法。空调用电在电网中, 特别是民用电中的比例越来越大。据统计, 一般写字楼空调用电占1/3以上,而 商场建筑中空调用电占50%~60%,家用空调年耗电在400亿千瓦时以上,相当 于三峡水电站最髙发电量的50%。从空调用电入手解决电网峰谷差问题无疑是最 有效的,而且蓄能空调应用领域十分广泛,主要应用在下列领域:商业建筑、宾 馆、饭店、银行、办公大楼的空调系统;家用空调;体育馆、影剧院空调系统等。为鼓励用户移峰填谷,电力部门已经会同地方制定了峰谷电价政策,将髙峰电价与低谷电价拉开,使低谷电价只相当高峰电价的1/3-1/5,鼓励用户使用低 谷电,这项政策目前已在部分地区实施,并将推广至全国。在电力供应紧张的情况下,由于峰谷电价政策的实施,为蓄能空调技术提供 了广阔的发展前景。目前国内外市场上,很少见有能同时满足制冷(热)、蓄冷(热)、供冷(热) 的空调系统-对于热管蓄能空调系统,在国内还是空白,它将具有广阔的应用前 景。三、发明内容为了克脤现有空调系统的不足,本发明的目的在于提供一种热管蓄能空调系 统。该系统不同与普通的蓄冷或蓄热空调系统,它将蓄(供)冷、蓄(供)热循环与制冷、制热循环耦合在一起,冷量或热i由制冷剂通过室内机组向室内供冷或供热,真正做到了制冷、蓄冷、供冷和制热、蓄热、供热一体化。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种热管蓄能空调系统,包括室内机组和室外机组,室内机组由风机和换热 盘管组成,其特征在于:室外机组包括压縮机、四通换向阀、室外换热器和热管 蓄能器,所述热管蓄能器由上隔室、下隔室和蓄能材料室构成,在上隔室内安装 有上换热器、在下隔室内安装有下换热器,在蓄能材料室内安装有按正三角形叉 排的一组热管,上、下隔室通过热管相连通,在一组热管间填充有蓄能材料;所 述压縮机的进口分别与四通换向阀和第六电磁阀的出口连接,压縮机的出口与四 通换向阀连接;室外换热器的一端与四通换向阀连接,另一端与第一电磁阀、第 二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀连接;第一节流阀的一端与第一电磁阀连接、 另一端分别与第二电磁阀和热管蓄能器的上换热器连接;第二节流阀的一端与第 四电磁阀连接、另一端分别与第三电磁阀和热管蓄能器的下换热器连接:上换热 器的一端分别与第一节流阀和第二电磁阀连接、另一端分别与第五电磁阀和第九 电磁阀连接;下换热器的一端分别与第二节流阀和第三电磁阀连接、另一端分别 与第八电磁阀和第+电磁阀连接;第三节流阀的一端分别与第九电磁阀和第十电 磁阀连接、另一端与室内机组连接;室内机组的一端分别与四通换向阀和第七电 磁阀连接、另一端与第三节流阅连接;第七电磁阀的一端分别与四通换向阀和室 内机组连接、另一端分别与第五电磁阀、第六电磁阀、第八电磁阀连接;第八电 磁阀的一端分别与下换热器和第十电磁阈连接、另一端分别与第五电磁阀、第六 电磁阀、第七电磁阀连接;第九电磁阀的一端分别与上换热器和第五电磁阀连接、另一端分别与第十电磁阀和第三节流阀连接。本发明中,所述热管蓄能器为画柱体钢制保温结构的桶体。 所述的室外换热器为风冷式或水冷式。所述的第一节流阀、第二节流阀和第三节流阀为热力膨胀阀或电子膨胀阀。 热管是热管蓄能器内的重要部件,所述热管由铜或碳钢制成。热管可采用翅 片管,其翅片可为矩形翅片和圆形翅片。热管内的工作介质为氨或氟利昂。 本发明中,填充在蓄能材料室内的蓄能材料为复合相变蓄能材料。 本发明采用热管蓄能器(既能相变蓄冷、又能相变蓄热)。蓄冷时(夜间用 电负荷低谷期),热管蓄能器内的蓄能材料凝固成固态,将冷量以相变潜热的形 式储存在蓄能材料内:放冷时,热管蓄能器内的蓄能材料因吸热而熔化,将冷量 传递给制冷剂,由制冷剂通过室内机组向室内供冷。蓄热时(夜间用电负荷低谷 期),热管蓄能器内的蓄能材料因吸热而熔化,将热量以相变潜热的形式储存在 蓄能材料内;放热时,热管蓄能器内的蓄能材料因放热而凝固,将热量传递给制冷剂,由制冷剂通过室内机组向室内供热。本发明在蓄能、放能时,其传热热阻小、流动阻力小,其蓄、放能效率高。 由于盐水或乙二醇溶液等载冷剂对管道有腐蚀性,本发明可省去载冷剂循环系 统,减少对管道的腐蚀。另外,由于热管等温高速转移热量,使相变蓄能材料在 蓄能器中能够均匀的凝固和熔化,它强化了蓄、放能过程的传热,提高了蓄能空 调系统的蓄能量和蓄能效率,改善了蓄能空调系统的经济性。本发明的有益效果是-(1) 移蜂填谷、平衡电力负荷。(2) 减少空调机组装机容i、节省空调用户的电力花费。(3) 应用蓄能空调技术,可扩大空调区域使用面积。(4) 可省去低温载冷剂循环系统。(5) 将蓄(供)冷、蓄(供)热循环与制冷、制热循环耦合在一起,做到了制冷、蓄冷、供冷和制热、蓄热、供热一体化。(6) 采用热管蓄能器,既能相变蓄冷、又能相变蓄热。(7) 由于热管等温髙速转移热i,使相变蓄能材料在蓄能器中能够均匀的凝 固和熔化,它强化了蓄、放能过程的传热,提高了蓄能空调系统的蓄能i:和蓄能 效率,改善了蓄能空调系统的经济性。四、附图说明3—室外换热器 7—第四电磁阀 13—相变蓄能材料 17—第六电磁阀 21—第十电磁阔 23—室内机组
4一第一电磁阀 10~上换热器 14一热管介质 18—第七电磁阀 8—第一 节流阀
图l是本发明制冷、蓄冷、供冷循环流程图; 图2是本发明制热、蓄热、供热循环流程图。
附图标记说明-
l一压縮机 2—四通换向间 5~第二电磁阀、6—第三电磁阀、 ll一热管蓄能器12—热管 15—下换热器 16—第五电磁间 19—第八电磁阀20~第九电磁阀 9"第二节流阀 22—第三节流阀 五、具体实施方式
一种本发明所述的热管蓄冷空调系统,由室内机组23和室外机组两大部分 构成。室内机组23由风机和换热盘管组成。室外机组具体包括压縮机1、四通 换向阀2、室外换热器3和热管蓄能器11、第一至第十共10个电磁间、第一至 第三共3个节流阀。
热管蓄能器11由上隔室、下隔室和蓄能材料室构成,在上隔室内安装有上 换热器IO、在下隔室内安装有下换热器15,在蓄能材料室内安装有热管12,热 管12在蓄能材料室内按正三角形叉排,亦即每相邻三根热管中心线的连线构成 一个等边三角形,热管12的长度和根数取决于蓄能«大小。上、下隔室通过热 管12相连通,在上、下换热器内可分别流入制冷剂。热管介质是氣利昂,如R134a、 R22等。室外换热器3为风冷式或水冷式。节流阀为热力膨胀阀或电子膨胀阀。 热管12的材料为铜或碳钢,热管内的工作介质为氨或氣利昂。热管12采用翅片 管,其翅片可为矩形翅片或圆形翅片。蓄能材料为复合相变蓄能材料。热管蓄能 器桶体为圆柱体钢制保温结构。
本发明的工作原理叙述如下:
图1为本发明的热管蓄能空调系统制冷、蓄冷、供冷循环流程图。图中省略 了干燥过滤器、气液分离器、液体分配器、电子控制部分,室内机组可以根据需 要多组并联,图中只画出一组室内机组予以示意。
当执行常规的制冷循环时,电磁阀4、 5、 7、 16至20是关闭的,电磁阀6、 21是开启的,四通换向阈2处在制冷位置。制冷剂由压縮机l压縮后排出,经 四通换向阀2流经室外换热器3放出热i;,冷凝后的制冷剂液体经电磁阀6、下 换热器15、电磁阀21流入节流阀22进行节流降压,降压后的制冷剂在室内换热器23内蒸发吸热而产生制冷效应,蒸发气化后的制冷剂经四通换向阀2被吸
入压缩机l。
当执行蓄冷循环时(夜间用电负荷低谷期),电磁闽5、 6、 7、 18至21是关 闭的,电磁阈4、 16、 17是开启的,四通换向阀2处在制冷位置。制冷剂由压縮 机1压縮后排出,经四通换向阀2流经室外换热器3放出热i:,冷凝后的制冷剂 液体经电磁阀4流入节流阀8进行节流降压,降压后的制冷剂在上换热器10内 蒸发吸收管外热管介质蒸汽的热i,蒸发吸热后的制冷剂蒸汽经电磁阀16、 17 被吸入压縮机l。而上隔室内的热管介质蒸汽因放出热量而冷凝成液体,在自身 重力的作用下向下流入热管12,并在热管内表面形成液膜,多余的热管介质液 体流入下隔室,热管内表面的介质液腆因吸收管外蓄能材料13的热量而蒸发气 化,气化后的热管介质蒸汽向上流入上隔室被上换热器10冷凝成液体,热管12
外的相变蓄能材料因放热而凝固成固态,将冷l:以相变潜热的形式储存在蓄能材 料13内。
当执行制冷和蓄冷循环时,电磁阀5、 7、 18至20是关闭的,电磁阀4、 6、 16、 17、 21是开启的,四通换向阀2处在制冷位置。制冷剂由压縮机l压縮后 排出,经四通换向阀2流经室外换热器3放出热i:,冷凝后的制冷剂液体分成两 路: 一路经电磁阀4流入节流阀8进行节流降压,降压后的制冷剂在上换热器 10内蒸发吸收管外热管介质蒸汽的热量,蒸发吸热后的制冷剂蒸汽经电磁阀16、 17被吸入压缩机1;而上隔室内的热管介质蒸汽因放出热量而冷凝成液体,在自 身重力的作用下向下流入热管12,并在热管内表面形成液膜,多余的热管介质 液体流入下隔室,热管内表面的介质液腆因吸收管外蓄能材料13的热量而蒸发 气化,气化后的热管介质蒸汽向上流入上隔室被上换热器10冷凝成液体,热管 12外的相变蓄能材料13因放热而凝固成固态,将冷量以相变潜热的形式储存在 蓄能材料13内。另一路经电磁阀6、下换热器15、电磁阀21流入节流阀22进 行节流降压,降压后的制冷剂在室内换热器23内蒸发吸热而产生制冷效应,蒸 发气化后的制冷剂经四通换向阀2被吸入压縮机1。这种工况特别适合于夜间工 作的空调系统,空调机组可以满负荷商效运行,并将多余的冷量储存在热管蓄能 器ll内。
当执行由空调机组和热管蓄能器联合供冷循环时,电磁阀4、 5、 7、 16至20 是关闭的,电磁阀6、 21是开启的,四通换向阀2处在制冷位置。制冷剂由压縮 机1压縮后排出,经四通换向阀2流经室外换热器3放出热量,冷凝后的制冷剂液体经电磁脚6流入下换热器15向管外的热管介质液体14放出热量,放热过冷 后的制冷剂经电磁阀21流入节流阀22进行节流降压,降压后的制冷剂在室内换 热器23内蒸发吸热而产生制冷效应,蒸发气化后的制冷剂经四通换向阀2被吸 入压縮机1。而管外的热管介质液体14因吸热而气化成蒸汽,气化后的蒸汽向 上流入热管12内向热管外的相变蓄能材料13放热而冷凝成液膜,热管介质液膜 在重力的作用下向下流入下隔室内。热管12外的相变蓄能材料13因吸热而熔化 成液态,将储存的冷量释放出来,供用电负荷高峰期使用。这种工况特别适合于 白天工作的空调系统,空调机组可以满负荷离效运行,不足的供冷i可以由热管 蓄能器11提供。
图2为本发明的热管蓄能空调系统制热、蓄热、供热循环流程图。 当执行常规的制热循环时,电磁阀4、 6、 7、 16至19、 21是关闭的,电磁 阀5、 20是开启的,四通换向阀2处在制热位置。制冷剂由压縮机1压縮后排出, 经四通换向闺2流经室内机组23放出热l:向室内供热,放热冷凝后的制冷剂液 体流入节流阀22进行节流降压,降压后的制冷剂经电磁阀20、上换热器IO、电 磁阀5流入室外换热器3内蒸发吸收室外环境的热i,蒸发气化后的制冷剂经四 通换向阀2被吸入压缩机1。
当执行蓄热循环时(夜间用电负荷低谷期),电磁阀4、 5、 6、 16至17、 20 至21是关闭的,电磁阀7、 18、 19是开启的,四通换向阀2处在制热位置。制 冷剂由压縮机l压縮后排出,经四通换向闽2、电磁阀18、 19流入下换热器15 向热管介质液体14放出热量,放热冷凝后的制冷剂液体流入节流阀9进行节流 降压,降压后的制冷剂经电磁阀7流入室外换热器3内蒸发吸收室外环境的热置, 蒸发气化后的制冷剂经四通换向阀2被吸入压缩机1。而热管介质液体14因吸 热而气化成蒸汽,气化后的蒸汽向上流入热管12内向热管外的相变蓄能材料13 放热而冷凝成液膜,热管介质液膜在重力的作用下向下流入下隔室内。热管12 外的相变蓄能材料13因吸热而熔化成液态,将热i以相变潜热的形式储存在蓄 能材料13内。
当执行制热和蓄热循环时,电磁阀4、 6、 16至17、 21是关闭的,电磁阀5、 7、 18、 19、 20是开启的,四通换向阀2处在制热位置。制冷剂由压縮机l压縮 后分成两路: 一路流入室内机组23放出热i向室内供热,放热冷凝后的制冷剂 液体流入节流阀22进行节流降压,降压后的制冷剂经电磁阀20、上换热器IO、 电磁阀5 ^t入室外换热器3内蒸发吸收室外环境的热量,蒸发气化后的制冷剂经四通换向阀2被吸入压縮机1。另一路经电磁阀18、 19流入下换热器15向热管 介质液体14放出热量,放热冷凝后的制冷剂液体流入节流阀9进行节流降压, 降压后的制冷剂经电磁阀7流入室外换热器3内蒸发吸收室外环境的热量,蒸发 气化后的制冷剂经四通换向阀2被吸入压縮机1。而热管介貭液体14因吸热而 气化成蒸汽,气化后的蒸汽向上流入热管12内向热管外的相变蓄能材料13放热 而冷凝成液胰,热管介质液膜在重力的作用下向下流入下隔室内。热管12外的 相变蓄能材料13因吸热而熔化成液态,将热撒以相变潜热的形式储存在蓄能材 料13内。这种工况适合于夜间工作的空调系统,空调机组可以满负荷高效运行, 并将多余的热量储存在热管蓄能器11内。
当执行由空调机组和热管蓄能器联合供热循环时,电磁阀4、 6、 7、 16至 19、 21是关闭的,电磁阀5、 20是开启的,四通换向阀2处在制热位置。制冷 剂由压縮机1压縮后排出,经四通换向阀2流经室内机组23放出热i向室内供 热,放热冷凝后的制冷剂液体流入节流魄22进行节流降压,降压后的制冷剂经 电磁阀20流入上换热器10内蒸发吸收管外的热管介质蒸汽的热量,吸热后的制 冷剂经电磁阀5流入室外换热器3内蒸发吸收室外环境的热l:,蒸发气化后的制 冷剂经四通换向阀2被吸入压縮机1。而上隔室内的热管介质蒸汽因放热而冷凝 成液体,在自身重力的作用下向下流入热管12,并在热管内表面形成液膜,多 余的热管介质液体流入下隔室。热管内表面的液膜因吸收管外蓄能材料13的热 量而蒸发气化,气化后的热管介质蒸汽向上流入上隔室被上换热器10冷凝成液 体。热管12外的相变蓄能材料13因放热而凝固成固态,将储存的热i释放出来, 供用电负荷离峰期使用。这种工况适合于白天工作的空调系统,空调机组可以满 负荷高效运行,不足的供热量可以由热管蓄能器ll提供。

Claims (8)

1、一种热管蓄能空调系统,包括室内机组(23)和室外机组,室内机组(23)由风机和换热盘管组成,其特征在于:室外机组包括压缩机(1)、四通换向阀(2)、室外换热器(3)和热管蓄能器(11),所述热管蓄能器(11)包括上隔室、下隔室和蓄能材料室,在上隔室内安装有上换热器(10)、在下隔室内安装有下换热器(15),在蓄能材料室内安装有按正三角形叉排的一组热管(12),上、下隔室通过热管(12)相连通,在一组热管(12)间填充有蓄能材料(13);所述压缩机(1)的进口分别与四通换向阀(2)和第六电磁阀(17)的出口连接,压缩机(1)的出口与四通换向阀(2)连接;室外换热器(3)的一端与四通换向阀(2)连接,另一端与第一电磁阀(4)、第二电磁阀(5)、第三电磁阀(6)和第四电磁阀(7)连接;第一节流阀(8)的一端与第一电磁阀(4)连接、另一端分别与第二电磁阀(5)和热管蓄能器(11)的上换热器(10)连接;第二节流阀(9)的一端与第四电磁阀(7)连接、另一端分别与第三电磁阀(6)和热管蓄能器(11)的下换热器(15)连接;上换热器(10)的一端分别与第一节流阀(8)和第二电磁阀(5)连接、另一端分别与第五电磁阀(16)和第九电磁阀(20)连接;下换热器(15)的一端分别与第二节流阀(9)和第三电磁阀(6)连接、另一端分别与第八电磁阀(19)和第十电磁阀(21)连接;第三节流阀(22)的一端分别与第九电磁阀(20)和第十电磁阀(21)连接、另一端与室内机组(23)连接;室内机组(23)的一端分别与四通换向阀(2)和第七电磁阀(18)连接、另一端与第三节流阀(22)连接;第七电磁阀(18)的一端分别与四通换向阀(2)和室内机组(23)连接、另一端分别与第五电磁阀(16)、第六电磁阀(17)、第八电磁阀(19)连接;第八电磁阀(19)的一端分别与下换热器(15)和第十电磁阀(21)连接、另一端分别与第五电磁阀(16)、第六电磁阀(17)、第七电磁阀(18)连接;第九电磁阀(20)的一端分别与上换热器(10)和第五电磁阀(16)连接、另一端分别与第十电磁阀(21)和第三节流阀(22)连接。
2、 根据权利要求1所述的热管蓄能空调系统,其特征在于:所述热管蓄能 器(11)为圆柱体钢制保温结构的桶体。
3、 根据权利要求1所述的热管蓄能空调系统,其特征在于:所述的室外换 热器(3)为风冷式或水冷式。
4、 根据权利要求1所述的热管蓄能空调系统,其特征在于:所述的第一节 流阀(8)、第二节流阀(9)和第三节流阀(22)为热力膨胀阀或电子膨胀阀。
5、 根据权利要求1所述的热管蓄能空调系统,其特征在于:所述热管(12) 由铜或碳钢制成。
6、 根据权利要求1所述的热管蓄能空调系统,其特征在于:所述热管(12) 内的工作介质为氨或氟利昂。
7、 根据权利要求1所述的热管蓄能空调系统,其特征在于:所述热管(12) 采用翅片管,其翅片为矩形翅片或画,翅片。
8、 根据权利要求1所述的热管^能空调系统,其特征在于:所述蓄能材料(13)为复合相变蓄能材料。
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