CN101592384A - 自然分层水蓄冷装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自然分层水蓄冷装置，包括蓄冷槽，连通于蓄冷槽内外的上部高温水管、下部低温水管，与上部高温水管连通的开设有向上布水口的上布水器，与下部低温水管连通的开设有向下布水口的下布水器，其特征在于，所述布水口设置有扩散角，所述布水口沿扩散角设置有沿布水器轴向敷设的导流板。本发明使斜温层厚度减小0.1m左右；使上、下布水器的实际布水高度均降低0.1m左右；有效增加蓄冷水槽的容积利用率，能够使蓄冷水槽的有效蓄冷和释冷高度增加0.3m，从而实现高效蓄冷和释冷。

Description

自然分层水蓄冷装置

技术领域

本发明涉及一种蓄冷装置，特别是涉及一种自然分层水蓄冷装置。

背景技术

近年来我国电力供应出现的一个明显特点，就是夏季白天的“峰期”负荷与夜晚的

“谷期”负荷的峰谷差很大，使电网的负荷率降低。集中空调是重要的用电大户，也是造成电网峰谷负荷差的主要原因，而蓄冷空调则是解决这个问题的一个有效办法。所谓蓄冷空调，就是将电网负荷低谷期(如夜晚)的电力用于制冷，通过利用蓄冷介质将冷量积蓄起来，而在电网负荷高峰期(如白天)，再将冷量释放出来用于建筑物的空调，以承担高峰期空调所需的全部或部分负荷。通过采用这种蓄冷技术能够实现削峰填谷，是缓解电力建设和新增用电矛盾的有效途径之一。我国政府部门实行了电力供应峰谷不同的电价政策，随着各地峰谷电价实施范围的进一步扩大和峰谷电价比的加大，为电力蓄冷技术的推广应用提供了更为有利的条件。一方面，随着峰谷电价比的加大，用户采用电力蓄冷技术将大大减少其空调运行费用，降低用电成本，提高企业效益。另一方面，采用蓄冷空调技术移峰填谷，有利于提高电网负荷率，有利于电网的安全经济运行。

在蓄冷技术中，水蓄冷技术由于具有初期投资少、系统简单、维修方便，既适用于新建建筑，又可用于已有系统的扩容或改造等特点，使其具有很好的应用前景。为了提高蓄冷水槽/罐的蓄冷效果，防止高温和低温水的混合，蓄冷槽的结构形式可以采用多蓄水罐方法、迷宫法、隔膜法和自然分层法。其中，自然分层法应用较为普遍，自然分层蓄冷槽设置上下两个均匀分配水流的布水器，利用水的密度差形成高低温水的分层现象。为了实现自然分层的目的，在蓄冷和释冷过程中，热水始终从上部布水器流入或流出，而冷水从下部布水器流入或流出，尽可能形成分层水的上下平移运动。即，在蓄冷过程中，温度较高的水从上部流出，制备的低温水从靠近蓄冷罐或蓄冷水槽的低处流入，再水平推向整个平面；在释冷过程中，温度较低的水从下部流出，换热后的温度较高的水从上部的布水器进入蓄冷罐或蓄冷水槽，同样形成一股缓慢移动并浮于上部的温度较高的回水区。在蓄冷和释冷的过程中，依靠不同水温水的密度差形成垂直分层，由于密度差的作用，低温水在下，高温水在上。但是，由于冷热水之间存在自然的导热作用及不可避免的冷温水混合，会形成一个冷热温度过渡层，即，存在一个温度梯度变化较大的斜温层。

从技术角度看，影响自然分层蓄冷水槽有效蓄冷容积的主要因素有2个：一是斜温层厚度，二是由于布水器位置导致的不可用空间。

斜温层越小，蓄冷的有效容积越大。针对产生斜温层的原因，可以采取措施尽量保持高低温水分界面的水平以减小导热传热面，同时通过减小紊流来降低对流换热系数和减少冷温水的混合，以减小斜温层。为了减小斜温层，在布水器设计过程中，上布水器布水口向上开设，下布水器孔布水口向下开设，而且需要合理确定Re数和Fr数，尽管如此，目前常规设计的自然分层式蓄冷装置的斜温层仍然在0.5m以上，有些甚至接近1.0m，这对于深度较小的水槽会严重影响使用效果。另一方面，为了减小Fr数，布水器均具有一定的进口高度，即，上布水器的布水口距离上水面和下布水器布水口距离槽底均具有一定高度。这就使得在释冷过程中，上布水器上部空间和下布水器下部空间成为无效蓄冷空间。因为，在释冷刚开始时，换热后的温水并不是直接回到水面的最上部，而是距离顶部有一定高度，由于回水温度较高，而原空间水为蓄存的冷水，水温较低，在密度差的作用下高低温水迅速掺混，造成该空间水温升高；而在释冷快结束时，尽管下布水器至池底这段空间的水温较低，但是由于下布水器布水口距底有一定高度，因此这部分低温水无法利用。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能够提高有效蓄冷容积的自然分层水蓄冷装置。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种自然分层水蓄冷装置，包括蓄冷槽，连通于蓄冷槽内外的上部高温水管、下部低温水管，与上部高温水管连通的开设有向上布水口的上布水器，与下部低温水管连通的开设有向下布水口的下布水器，所述布水口设置有扩散角，所述布水口沿扩散角设置有沿布水器轴向敷设的导流板。

所述导流板连接有均流阻尼层，所述均流阻尼层水平布置在上布水器上方和下布水器的下方，所述均流阻尼层的外周缘与所述蓄冷槽的内壁固接。

所述上布水器上方的均流阻尼层距离水面的高度和下布水器下方的均流阻尼层距离底部的高度不超过5cm。

所述均流阻尼层由多层尼龙织物制成。

所述均流阻尼层为多孔金属板。

所述均流阻尼层为多孔塑料板。

所述导流板除了与布水器布水口相接的位置外，在其他部位以一定间隔开设有小孔。

所述小孔的孔径小于1cm。

所述布水口是条缝辐流布水口。

本发明具有的优点和积极效果是：采用沿布水口的扩散角设置沿布水器轴向敷设导流板的结构，有效地减少了蓄冷槽内由于布水器位置导致的不可用空间，使出流覆盖面广，增加了出流均匀性；增设均流阻尼层，导流板和均流阻尼层共同组成稳流层，能够达到整个断面流速均匀的效果；导流板在起导流作用同时，与均流阻尼层一起实现整个横断面流速和水温均匀一致，同时降低下布水器和升高上布水器的实际入流/出流高度(由H2减小到H1)；布水器采用具有扩散角的条缝辐流布水口，使布水呈辐流状均匀出流。综合上述优势，本发明使斜温层厚度减小0.1m左右；使上、下布水器的实际布水高度均降低0.1m左右；有效增加蓄冷水槽的容积利用率，能够使蓄冷水槽的有效蓄冷和释冷高度增加0.3m，从而实现高效蓄冷和释冷。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2-a是本发明上布水器局部俯视图；

图2-b是图2-a的A-A剖面图；

图3-a是本发明下布水器局部俯视图；

图3-b是图3-a的B-B剖面图；

图4是本发明实施例1采用八角形布置的圆形蓄水罐俯视图；

图5是本发明实施例2采用H形布置的方形蓄水槽俯视图。

图中：1、蓄冷槽，2-1、上布水器，2-2、下布水器，3-1、上部高温水管，3-2、下部低温水管，4-1、上导流板，4-2、下导流板，5-1、上均流阻尼层，5-2、下均流阻尼层，6-1、上布水口，6-2、下布水口。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1、图2-a、图2-b、图3-a、图3-b，一种自然分层水蓄冷装置，包括蓄冷槽1，连通于蓄冷槽内外的上部高温水管3-1、下部低温水管3-2，与上部高温水管3-1连通的开设有向上布水口的上布水器2-1，与下部低温水管3-2连通的开设有向下布水口的下布水器2-2，所述布水口是具有一定扩散角的布水口6-1、6-2，上布水口6-1沿扩散角设置有沿布水器2-1轴向敷设的一组上导流板4-1，下布水口6-2沿扩散角设置有沿布水器2-2轴向敷设的一组下导流板4-2。沿扩散角设置导流板，既能够使出流覆盖面广，增加出流均匀性，又能够增加蓄冷水槽的有效蓄冷容积。

布水口可采用具有扩散角的条缝辐流布水口，如图2-a、图2-b、图3-a、图3-b所示。使布水呈辐流状均匀出流。

导流板可以采用金属材料，也可以采用塑料材料，每组由两块导流板组成，沿布水器轴向敷设，两块导流板呈一定的夹角，其夹角可以等于或不等于布水器布水口的扩散角度，如图2-a、图2-b、图3-a、图3-b所示为导流板夹角等于布水器布水口的扩散角。为了出流均匀，导流板除与布水口相接的位置外，其他部位以一定间隔开设孔径小于1cm的小孔作为稳流层的进出流孔口。

为了减小紊流，尽量保持高低温水分界面的水平，在上布水器2-1的上方以及下布水器2-2的下方各增加一个均流阻尼层5-1、5-2，上均流阻尼层5-1距离水面高度和下均流阻尼层5-2距离底部高度不超过5cm，上均流阻尼层5-1与上导流板4-1相接，下均流阻尼层5-2与下导流板4-2相接，上均流阻尼层5-1、上均流阻尼层5-2的外周缘分别与蓄冷槽1的内壁固接，以形成各自完整的上稳流层和下上稳流层。均流阻尼层起阻尼作用，可以由多层尼龙织物组成，也可以采用金属或塑料多孔板，如采用多孔板，孔口直径不超过1cm。

本发明的主要特征为：导流板和均流阻尼层共同组成稳流层，能够达到整个断面流速均匀的效果；导流板在起导流作用同时，与均流阻尼层一起实现整个横断面流速和水温均匀一致，同时降低下布水器和升高上布水器的实际入流/出流高度(由H2减小到H1)；条缝辐流布水口为具有扩散角的条缝孔口，使布水呈辐流状均匀出流。

本发明蓄冷过程实施步骤：蓄冷槽中温度较高的水自上布水器的辐流布水口流入布水器，在导流板和均流阻尼层的综合作用下，高温水自顶部缓慢均匀流入布水器；高温水经制冷系统降温后，冷冻水自下部布水器的辐流布水口流出，在导流阻尼板的作用下沿底部缓慢流入蓄冷槽底，在不同水温导致的密度差作用下，蓄冷槽底原水温较高的水自然浮升，在导流板和均流阻尼层的综合作用下，使这种密度差导致的自然分层现象更均匀，减少水平传热和垂直方向的紊流作用，直至整个蓄冷水槽充满低温冷冻水为止。

本发明释冷过程实施步骤：从蓄冷水槽的下布水器的辐流布水口流出，与用户系统换热后温度较高的回水自上布水器的辐流布水口流出，在导流板和均流阻尼层的综合作用下，沿水面顶部缓慢均匀流入蓄冷槽；在导流板的作用下，温度较低的冷冻水沿蓄冷槽底自下部布水器的辐流布水口流入布水器，直至蓄冷槽底部的冷冻水温不符合用户需求为止。本过程通过导流板和均流阻尼层的综合作用，减少水平传热和垂直方向的紊流作用，减少高温水和低温水的掺混，有效减小斜温层，同时降低下布水器和升高上布水器的实际入流/出流高度(由H2减小到H1)，可以有效增加实际蓄冷量。

实施方式1：蓄冷装置采用圆柱形蓄冷水罐，布水器采用八角形布置，如图4所示。布水器采用圆形截面，布水口采用具有扩散角的条缝辐流布水口，并沿扩散角设置导流板，该导流板和均流阻尼层共同组成稳流层。导流板采用塑料材料，每组由两块导流板组成，沿布水器轴向敷设，并且两块导流板呈一定的夹角，如图2-a、图2-b、图3-a、图3-b所示。并且在除了与布水器布水口相接的位置外，导流板的其他部位以一定间隔开设孔径小于1cm的小孔。在上布水器上方以及下布水器的下方各设置一个均流阻尼层，上均流阻尼层距离水面高度和下均流阻尼层距离底部高度不超过5cm，均流阻尼层与导流板相接，形成完整的稳流层。均流阻尼层采用孔径小于1cm的塑料多孔板。

实施方式2：蓄冷装置采用方形蓄冷水槽，布水器采用H形布置，如图5所示。均流阻尼层采用多层尼龙织物，其余结构与实施方式1相同。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，例如，蓄冷槽并不限于蓄冷槽，还可以是蓄冷罐或蓄冷池等，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自然分层水蓄冷装置，包括蓄冷槽，连通于蓄冷槽内外的上部高温水管、下部低温水管，与上部高温水管连通的开设有向上布水口的上布水器，与下部低温水管连通的开设有向下布水口的下布水器，其特征在于，所述布水口设置有扩散角，所述布水口沿扩散角设置有沿布水器轴向敷设的导流板。

2.根据权利要求1所述的自然分层水蓄冷装置，其特征在于：所述导流板连接有均流阻尼层，所述均流阻尼层水平布置在上布水器上方和下布水器的下方，所述均流阻尼层的外周缘与所述蓄冷槽的内壁固接。

3.根据权利要求2所述的自然分层水蓄冷装置，其特征在于，所述上布水器上方的均流阻尼层距离水面的高度和下布水器下方的均流阻尼层距离底部的高度不超过5cm。

4.根据权利要求2所述的自然分层水蓄冷装置，其特征在于：所述均流阻尼层由多层尼龙织物制成。

5.根据权利要求2所述的自然分层水蓄冷装置，其特征在于：所述均流阻尼层为多孔金属板。

6.根据权利要求2所述的自然分层水蓄冷装置，其特征在于：所述均流阻尼层为多孔塑料板。

7.根据权利要求1或2所述的自然分层水蓄冷装置，其特征在于：所述导流板除了与布水器布水口相接的位置外，在其他部位以一定间隔开设有小孔。

8.根据权利要求7所述的自然分层水蓄冷装置，其特征在于：所述小孔的孔径小于1cm。

9.根据权利要求1或2所述的自然分层水蓄冷装置，其特征在于：所述布水口是条缝辐流布水口。

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