CN101082434A - 自循环式蓄冷空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自循环式蓄冷空调系统，包括室内机组A和室外机组B，室外机组B中，蓄冷用套管蒸发器的内部小管的底部出口与换热盘管进口连接；换热盘管的出口与蓄冷用套管蒸发器的内部小管的顶部进口连接；蓄冷槽内装有蓄冷介质，内部充有换热介质的蓄冷换热盘管浸没在蓄冷槽内；室内机组分别通过电磁阀与空调用蒸发器和蓄冷槽的进口连接；空调用蒸发器和蓄冷槽均通过电磁阀与循环泵的进口连接；循环泵的出口与室内机组A连接。本发明在蓄冷、供冷时，其蓄冷密度比水蓄冷系统高；蓄冷时可省去低温载冷剂循环系统。

Description

自循环式蓄冷空调系统
技术领域
本发明涉及一种制冷空调，具体地说是一种自循环式蓄冷空调系统。
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。能源工业作为国民经济的基础产业之一，已取得长足发展。但是，能源工业的发展仍然满足不了国民经济的快速发展和人民生活用能急剧增长的需要，全国能源紧缺局面仍然存在。
由于能源的供给与需求在数量上和时间上不能很好地匹配和协调，造成大量能源浪费。如低谷电力过剩造成电能白白浪费掉，而高峰期电力又不足。采用蓄冷空调技术可以很好地解决这个问题，使能源得到合理使用。
蓄冷空调是在夜间电网低谷时间(同时也是空调负荷很低的时间)，制冷机组开机制冷并由蓄冷设备将冷量储存起来，待白天电网高峰用电时间(同时也是空调负荷高峰时间)，再将冷量释放出来满足高峰空调负荷的需要。这样，制冷系统的大部分耗电发生在夜间用电低谷期，而在白天用电高峰期只有辅助设备在运行，从而实现用电负荷“移峰填谷”。
蓄冷空调系统能够转移电力高峰用电量，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SO2排放量约40万吨，减少CO2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高发电量的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，电力部门已经制定了峰谷电价政策，将高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，这项政策已在我国开始实施。
在电力供应紧张的情况下，由于峰谷电价政策的实施，为蓄冷空调技术提供了广阔的发展前景。
目前的蓄冷空调主要采用水蓄冷和冰蓄冷。水蓄冷是利用冷水储存在蓄冷槽内的显热进行蓄冷，即夜间制出4℃-7℃的低温水供白天空调用，该温度适合于大多数常规空调制冷机组直接制取冷水。水蓄冷的容量和效率取决于蓄冷槽的供、回水温差，以及供、回水温度有效的分层间隔。因水的比热远小于冰的融解热，故水蓄冷的蓄冷密度低，需要体积较大的蓄冷槽，且冷量损耗大，保温及防水处理麻烦。
冰蓄冷是利用冰的相变潜热进行冷量储存，具有蓄冷密度大的优点。冰蓄冷系统的蓄冷温度几乎恒定，其蓄冷槽内的水温可降到0℃，因而空调系统送风温度可低达4-7℃，与常规空调系统相比，提供相同的冷量，送风空气量可减少40％左右。但是，普通的冰蓄冷空调在蓄冷管内流动的是盐水或乙二醇溶液等低温载冷剂，需要用泵来进行循环；另外还存在由于制冷剂直接蒸发系统管路长而引起的制冷剂压力降低及回油难等缺点；而且，低温载冷剂对系统管路存在严重腐蚀。
发明内容
为了克服现有空调系统的不足，本发明的目的是提出一种自循环式蓄冷空调系统。该自循环式蓄冷空调系统在蓄冷、供冷时，其蓄冷密度比水蓄冷系统高；蓄冷时可省去低温载冷剂(如盐水或乙二醇溶液等)循环系统；同时克服了制冷剂直接蒸发系统管路长而引起的制冷剂压力降低及回油难等缺点。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种自循环式蓄冷空调系统，包括室内机组A和室外机组B，室内机组A由风机和换热盘管组成；室外机组B包括压缩机、冷凝器、空调用膨胀阀、空调用蒸发器和循环泵，其特征在于：所述室外机组B还包括蓄冷用膨胀阀、蓄冷用套管蒸发器、换热盘管和蓄冷槽，蓄冷用套管蒸发器的内部小管的底部出口与换热盘管进口连接；换热盘管的出口与蓄冷用套管蒸发器的内部小管的顶部进口连接；蓄冷槽内装有蓄冷介质，内部充有换热介质的蓄冷换热盘管浸没在蓄冷槽内；压缩机的进口分别与空调用蒸发器和蓄冷用套管蒸发器的出口连接，压缩机的出口与冷凝器的进口连接；冷凝器的出口分别通过电磁阀和膨胀阀与空调用蒸发器和蓄冷用套管蒸发器的进口连接；室内机组分别通过电磁阀与空调用蒸发器和蓄冷槽的进口连接；空调用蒸发器和蓄冷槽均通过电磁阀与循环泵的进口连接；循环泵的出口与室内机组A连接。
本发明的制冷剂由压缩机驱动完成制冷循环，而蓄冷用套管蒸发器内部的小管与换热盘管内的换热介质在重力和气、液密度差的作用下完成蓄冷循环，即自循环方式，无需外部动力驱动，即不需要循环泵。
本发明中，所述一组换热盘管由两根构成。为提高换热效率和换热量，一组换热盘管也可以是其它数量，应能够全部浸没在蓄冷槽内。
本发明所述的冷凝器为风冷冷凝器或水冷冷凝器。
所述的空调用蒸发器为板式蒸发器或壳管式蒸发器。
所述的膨胀阀为热力膨胀阀或电子膨胀阀。
所述的换热盘管为紫铜管。
所述的换热盘管内的工作介质为氟利昂R22或R134a等。
所述的蓄冷槽的形状为长方体或圆柱体，结构为钢制、玻璃钢或钢筋混凝土。与现有技术相比，本发明的显著优点是：
(1)移峰填谷、平衡电力负荷。
(2)减少空调机组装机容量、节省空调用户的电力花费。
(3)应用蓄冷空调技术，可扩大空调区域使用面积。
(4)蓄冷时可省去低温载冷剂(如盐水或乙二醇溶液等)循环系统。
(5)克服了制冷剂直接蒸发系统管路长而引起的制冷剂压力降低及回油难等缺点。
(6)在一定的高度差作用下，蓄冷用套管蒸发器和蓄冷槽可以根据实际需要安装在不同位置，系统可以灵活布置。
(7)由蓄冷用套管蒸发器和换热盘管组成的自循环系统为一体式，循环系统内的介质压力低于大气压，循环系统管道接头少，因而系统更安全、可靠。
附图说明
附图是本发明所述自循环式蓄冷空调系统的结构示意图。
附图中标记说明如下：
1-压缩机          2-冷凝器              3-空调用膨胀阀    4-蓄冷用膨胀阀
5-空调用蒸发器    6-蓄冷用套管蒸发器    7-换热盘管
8-蓄冷槽          9-循环泵              10、11、12、13、14、15-电磁阀
A-室内机组        B-室外机组
具体实施方式
一种本发明所述的自循环式蓄冷空调系统，由室内机组A和室外机组B两大部分构成。室内机组A由风机和换热盘管组成；室外机组B具体包括压缩机1、冷凝器2、空调用膨胀阀3、蓄冷用膨胀阀4、空调用蒸发器5，蓄冷用套管蒸发器6、换热盘管7、蓄冷槽8、循环泵9、电磁阀10-15。
压缩机1的进口分别与空调用蒸发器5和蓄冷用套管蒸发器6的出口连接、压缩机1的出口与冷凝器2的进口连接，冷凝器2的出口分别与电磁阀10、11连接，空调用膨胀阀3的进口与电磁阀10的出口连接、其出口与空调用蒸发器5的进口连接，蓄冷用膨胀阀4的进口与电磁阀11的出口连接、其出口与蓄冷用套管蒸发器6的进口连接，电磁阀12的进口与室内机组连接、其出口与空调用蒸发器5连接，电磁阀13的进口与空调用蒸发器5连接、其出口分别与循环泵9的进口和电磁阀15的出口连接，电磁阀14的进口分别与室内机组和电磁阀12的进口连接、其出口与蓄冷槽8连接，电磁阀15的进口与蓄冷槽8连接、其出口分别与循环泵9的进口和电磁阀13的出口连接，循环泵9的出口与室内机组连接。蓄冷用套管蒸发器6的内部小管的底部出口通过连接管与蓄冷槽8内的换热盘管7进口连接，蓄冷槽8内的换热盘管7出口通过连接管与蓄冷用套管蒸发器6的内部小管的顶部进口连接，蓄冷换热盘管7内充入换热介质，换热介质是氟利昂R22或R134a等，蓄冷换热盘管7共有两根。蓄冷槽8内装有蓄冷介质，蓄冷介质是水。
本发明的工作原理叙述如下：
附图为自循环式蓄冷空调系统示意图。图中省略了干燥过滤器、气液分离器、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。
当执行常规的空调制冷循环时，电磁阀11、14、15关闭，电磁阀10、12、13开启。制冷剂由压缩机1压缩后排出，流至冷凝器2放出热量，冷凝后的制冷剂液体经空调用膨胀阀3进行节流降压，降压后的制冷剂在空调用蒸发器5内蒸发吸热而产生制冷效应，蒸发气化后的制冷剂被吸入压缩机1。同时，在室内机组和空调用蒸发器5之间循环的载冷剂(水)因蒸发器5内的制冷剂吸热而降温，降温后的载冷剂由循环泵9送入室内机组的换热盘管中，并与室内的空气进行热交换，使室内的空气温度降低。
当执行蓄冷循环时(夜间用电负荷低谷期)，电磁阀10、12、13、14、15关闭，电磁阀11开启。制冷剂由压缩机1压缩后排出，流至冷凝器2放出热量，冷凝后的制冷剂液体经蓄冷用膨胀阀4进行节流降压，降压后的制冷剂在蓄冷用套管蒸发器6内蒸发吸热而产生制冷效应，蒸发气化后的制冷剂被吸入压缩机1。同时，换热盘管7在蓄冷槽内吸热制冰，换热盘管7内的介质因吸热而气化，沿连接管进入蓄冷用套管蒸发器6内部的小管顶部，被小管外部环形间隙内的制冷剂吸热而冷凝成液体，小管内的换热介质液体在重力和气、液密度差的作用下通过连接管进入蓄冷槽8内的换热盘管7内，换热介质液体在换热盘管7内蒸发吸热而气化，换热盘管7外的水因放热而凝固成冰，将冷量储存在蓄冷槽8内。蓄冷用套管蒸发器6环形间隙内的制冷剂因吸收小管内的换热介质热量而气化成气体被压缩机1吸入压缩。
当执行制冷和蓄冷循环时，电磁阀14、15关闭，电磁阀10、11、12、13开启。制冷剂由压缩机1压缩后排出，流至冷凝器2放出热量，冷凝后的制冷剂液体分成两路，一路经空调用膨胀阀3进行节流降压，降压后的制冷剂在空调用蒸发器5内蒸发吸热而产生制冷效应，蒸发气化后的制冷剂被吸入压缩机1；同时，在室内机组和空调用蒸发器5之间循环的载冷剂(水)因蒸发器5内的制冷剂吸热而降温，降温后的载冷剂由循环泵9送入室内机组的换热盘管中，并与室内的空气进行热交换，使室内的空气温度降低。另一路经蓄冷用膨胀阀4进行节流降压，降压后的制冷剂在蓄冷用套管蒸发器6内蒸发吸热而产生制冷效应，蒸发气化后的制冷剂被吸入压缩机1；同时，换热盘管7在蓄冷槽内吸热制冰，换热盘管7内的介质因吸热而气化，沿连接管进入蓄冷用套管蒸发器6内部的小管顶部，被小管外部环形间隙内的制冷剂吸热而冷凝成液体，小管内的换热介质液体在重力和气、液密度差的作用下通过连接管进入蓄冷槽8内的换热盘管7内，换热介质液体在换热盘管7内蒸发吸热而气化，换热盘管7外的水因放热而凝固成冰，将冷量储存在蓄冷槽8内。蓄冷用套管蒸发器6环形间隙内的制冷剂因吸收小管内的换热介质热量而气化成气体被压缩机1吸入压缩。
当执行由蓄冷槽8单独供冷时(白天用电负荷高峰期)，电磁阀10、11、12、13关闭，电磁阀14、15开启。在室内机组和蓄冷槽8之间循环的载冷剂(水)因蓄冷槽8内的冰融化吸热而降温，降温后的载冷剂由循环泵9送入室内机组的换热盘管中，并与室内的空气进行热交换，使室内的空气温度降低。
当执行由空调制冷机组和蓄冷槽联合供冷时，电磁阀11关闭，电磁阀10、12、13、14、15开启。制冷剂由压缩机1压缩后排出，流至冷凝器2放出热量，冷凝后的制冷剂液体经空调用膨胀阀3进行节流降压，降压后的制冷剂在空调用蒸发器5内蒸发吸热而产生制冷效应，蒸发气化后的制冷剂被吸入压缩机1；同时，在室内机组和空调用蒸发器5之间循环的载冷剂(水)因蒸发器5内的制冷剂吸热而降温，降温后的载冷剂由循环泵9送入室内机组的换热盘管中，并与室内的空气进行热交换，使室内的空气温度降低。另外，在室内机组和蓄冷槽8之间循环的载冷剂(水)也因蓄冷槽8内的冰融化吸热而降温，降温后的载冷剂由循环泵9送入室内机组的换热盘管中，并与室内的空气进行热交换，使室内的空气温度降低。

Claims (8)

1、一种自循环式蓄冷空调系统，包括室内机组(A)和室外机组(B)，室内机组(A)由风机和换热盘管组成；室外机组(B)包括压缩机(1)、冷凝器(2)、空调用膨胀阀(3)、空调用蒸发器(5)和循环泵(9)，其特征在于：所述室外机组(B)还包括蓄冷用膨胀阀(4)、蓄冷用套管蒸发器(6)、换热盘管(7)和蓄冷槽(8)，蓄冷用套管蒸发器(6)的内部小管的底部出口与换热盘管(7)进口连接；一组换热盘管(7)的出口与蓄冷用套管蒸发器(6)的内部小管的顶部进口连接；蓄冷槽(8)内装有蓄冷介质，内部充有换热介质的换热盘管(7)浸没在蓄冷槽(8)内；压缩机(1)的进口分别与空调用蒸发器(5)和蓄冷用套管蒸发器(6)的出口连接，压缩机(1)的出口与冷凝器(2)的进口连接；冷凝器(2)的出口分别通过电磁阀(10、11)和膨胀阀(3、4)与空调用蒸发器(5)和蓄冷用套管蒸发器(6)的进口连接；室内机组(A)分别通过电磁阀(12、14)与空调用蒸发器(5)和蓄冷槽(8)的进口连接；空调用蒸发器(5)和蓄冷槽(8)均通过电磁阀(13、15)与循环泵(9)的进口连接；循环泵(9)的出口与室内机组(A)连接。
2、根据权利要求1所述的自循环式蓄冷空调系统，其特征在于：所述一组换热盘管(7)由两根构成。
3、根据权利要求1所述的自循环式蓄冷空调系统，其特征在于：所述的冷凝器(2)为风冷冷凝器或水冷冷凝器。
4、根据权利要求1所述的自循环式蓄冷空调系统，其特征在于：所述空调用蒸发器(5)为板式蒸发器或壳管式蒸发器。
5、根据权利要求1所述的自循环式蓄冷空调系统，其特征在于：所述空调用膨胀阀(3)和蓄冷用膨胀阀(4)为热力膨胀阀或电子膨胀阀。
6、根据权利要求1所述的自循环式蓄冷空调系统，其特征在于：所述换热盘管(7)为紫铜管。
7、根据权利要求1所述的自循环式蓄冷空调系统，其特征在于：所述换热盘管(7)内的工作介质为氟利昂R22或R134a。
8、根据权利要求1所述的自循环式蓄冷空调系统，其特征在于：所述蓄冷槽(8)的形状为长方体或圆柱体，结构为钢制或玻璃钢或钢筋混凝土。
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