CN104566726A - 一种户用新型高效静态制冰间接融冰供冷空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种户用新型高效静态制冰间接融冰供冷空调系统。将传统静态制冰间接融冰供冷空调系统的制冰蒸发器与间接融冰换冷装置合二为一，并将传统制冰系统的整个蒸发器分成几个小型蒸发器，分散在蓄冰槽不同地方制冰，还对小型蒸发器结构进行优化，改造传统盘管式为多路并联式分散制冷，缩短制冷工质在蒸发器内的流程，不仅提高制冰效率，还有效解决静态制冰过程中出现过冷冰，杜绝能源浪费现象，同时还实现与普通家用空调具有即开即供冷的同种功能。率先采用收集空调冷凝水进一步冷却制冷工质和压缩机技术，提高制冷效率，增加制冰量，提升供冷品质。同时流经压缩机冷凝水变成热水流到户用供热系统，实现资源合理利用和能量最大化利用，提升户用冷热联供的能量综合利用率。

Description

一种户用新型高效静态制冰间接融冰供冷空调系统

技术领域

本发明涉及一种新型高效率静态制冰和融冰换冷供冷的空调系统，属于制冷空调系统，特别是冰蓄冷供冷空调系统的设计与制造领域。

背景技术

冰蓄冷技术在实现建筑节能降耗，电网“移峰填谷”，提高电网负荷率等方面意义重大。发达国家率先将蓄冰技术引入到建筑空调系统中，现已大面积普及应用了该技术。我国从上世纪90年代开始研究冰蓄冷技术，现也取得长足进步，建立了大量冰蓄冷供冷工程。

冰蓄冷空调系统利用水放热转化冰储冷，冰吸热相变为水释放冷量的工作原理。可在晚上电网负荷低谷期，利用便宜的电能驱动制冰机满负荷制冰蓄存冷量，在白天电网负荷高峰期，将蓄存的冷量释放供给建筑物空调系统，不仅合理利用电力资源，还降低供冷系统使用成本。

冰蓄冷空调系统蓄冰释冷主要有两种方式，一种是采用动态流冰蓄冷直接释冷，另一种为静态冰块蓄冷间接释冷。采用动态流冰蓄能直接释冷技术的空调系统稳定性高，制冷效果好，释冷效率优，但系统设计复杂，设备要求较高，投资成本高，适用于大型供冷工程，如大型商场、医院、学校、写字楼等大型集中供冷建筑。采用静态冰块蓄冷间接释冷技术空调系统具有供冷稳定，结构简单，成本低廉等优点，但需要解决过冷现象，冰块过冷不仅会造成能源浪费，而且会导致制冷剂或换冷工质结冰膨胀破坏蒸发器和换冷装置。

发明内容

为克服静态制冰蓄冷间接释冷空调系统现有技术的不足，本发明提供了一种户用新型高效静态制冰间接融冰供冷空调系统，要解决的技术问题是有效解决静态制冰过程中过冷现象，提高制冷效率，提升能量综合利用率，降低户用成本。

为解决上诉技术问题，本发明的技术方案如下所述。

1.优化传统静态制冰系统浸入式蒸发器结构，解决静态冰块过冷现象，减少能量浪费。

传统静态制冰间接融冰供冷空调系统采用蒸发器浸入水槽，低温制冷工质流经蒸发器吸热，不断带走水槽中水的能量，促使水降温直到结冰，随着制冷工质不断抽取热量，冰块温度会逐步降低，造成过冷现象，整个系统COP随着过冷冰出现而逐渐减小，能量浪费严重。应对传统静态制冰系统进行结构改造优化，可将传统分开布置的静态制冰系统和间接融冰系统整合在一起合二为一。

静态制冰间接融冰供冷空调系统结构及运行情况如图1所示，图1中1为储冰槽，2为静态制冰间接融冰供冷系统。结构改造优化具体措施如下所述。

a. 将传统制冰系统蒸发器与间接融冰换冷冷装置组装在一起，如图2-7所示。蒸发器制冷同时，部分冷量可直接传导供冷装置供空调，实现与普通家用空调具有即开即供冷功能，提高系统的实用性，还增加能量传递速率，优化系统性能。边制冷边供冷过程中，供冷装置分流了部分制冷量，减少蒸发器流向冰块冷量，可缓解蒸发器周围冰块过冷现象。用电高负荷时段，采用蓄存的冰块供冷，换冷装置直接从制取冰块中心开始取冷，可提升冷量传递速率，保障供冷效率。

b. 传统制冰系统将整一个大蒸发器浸入水中制冰，不仅会产生过冷浪费能量现象，而且制冷效率随着过冷现象出现而逐渐下降。因为制冷工质在蒸发器较长的流道内流动时，温度会逐步增加，吸热能力逐渐降低，到后来出现制冷工质只流动，不吸热，即不在产生冰块。采用的优化措施为，将传统较长的蒸发器截断，缩小单一蒸发器尺寸，分散分布在冰槽不同部位同时制冰，如图1所示，蓄冰槽1中分布多个制冰系统2。不仅减小单一冰块体积，降低过冷现象，而且还缩短单一回路中制冷工质在蒸发器内流动路程，提高制冷效率。因间接融冰换冷装置与静态制冰蒸发器组合安装在一起，也采用同种措施优化换冷装置。

c. 为解决制冰过程中过冷现象，提高制冰效率，还对单一制冷回路中的蒸发器更深一步进行优化。将传统盘管式蒸发器优化为并联分流式蒸发器，如图2所示，制冰蒸发器28前段，采用分流器25将制冷工质分流到各个蒸发器28支路，蒸发器28后端采用汇流器26收集吸热后的工质。进一步缩短制冷工质吸热流程，提高制冷效率，同时采取多路分流、多点制冷的方法，有效解决制冰过程中的过冷现象。同理，采用同种措施优化换冷装置，如图3所示。在换冷装置29前段，采用分流器31将制冷工质分流到各个换冷支路，换冷装置29后端采用汇流器30收集吸热后的工质，提升换冷效率。

d. 为进一步提高制冷效率，平衡静态冰块内部温度。在静态制冰间接融冰供冷系统2中的组合式制冰间接融冰供冷系统的蒸发器28和换冷装置29上加装铝翅片27，不仅强化冷量传递速率，提升制冰换冷效率，还可平衡静态冰块内部温度，解决冰块的过冷现象。

2. 为更进一步提高制冷效率，提升能量综合利用率，可收集建筑物内的空调运行过程中冷凝空气所产生的冷凝水，进一步冷却制冰系统制冷工质。

空调制冷工作原理为：采用送风机将室内空气不断送到空调蒸发器上，将蒸发器内过冷制冷工质（-20℃-25℃）冷量带走，通过不断循环，室内空气吸收冷量的增加，温度得以降低。空气在蒸发器冷却时，空气中水蒸气会放热冷凝成水滴成为冷凝水。在空调使用的地方和季节，空气中水蒸气含量均较高，一般会达到70%，有些地方空气湿度甚至超过90%RH，因此空调制冷过程中会产生大量冷凝水，传统空调和制冰机均是将冷凝水直接排放到室外，损失部分冷量，导致能量浪费，目前尚未见到将冷凝水回收加以利用的相关报道。在空调和制冰机制冷过程中，较高的外界环境温度还会限制冷凝器散热供能，也降低了压缩机工作性能，制约制冷效率。因此，率先提出将空调运行过程中产生的冷凝水加以回收，流经板式换热器6冷却从冷凝器7流出的制冷工质，进一步降低制冷工质温度，减少压缩机工作负担，可提高制冷效率。通常情况下，制冷工质经压缩后温约为50℃-80℃，流经冷凝器后，温度下降到25℃-30℃左右，经节流阀后下降到-20℃-25℃左右。而采用10℃左右冷凝水经板式换热器进一步冷却后，制冷工质温度可下降到15℃左右，经节流阀后，温度可下降到-30℃-35℃左右。采用冷凝水冷却后，降低了蒸发器温度，增加制冷量，提高制冷效率。同时，从板式换热器7流出的冷凝水可进一步用于冷却压缩机，压缩机工作温度得以降低，输出性能会提高，进而提升系统制冷效率。从压缩机流出的热水最后经三通阀门14流到储热水箱15内供用户使用。采用此种优化策略，不仅提高制冷效率，增加制冰量，而且还提升户用冷热联供的能量综合利用率。

本发明的有益效果是，通过将传统静态制冰间接融冰供冷空调系统的制冰蒸发器与间接融冰换冷装置的结构进行优化整合，不仅提高制冰效率，还有效解决静态制冰过程中出现过冷冰，杜绝能源浪费现象，同时还实现与普通家用空调具有即开即供冷的同种功能。率先采用收集空调冷凝水进一步冷却制冷工质和压缩机技术，提高制冷效率，增加制冰量，提升供冷品质。同时流经压缩机冷凝水变成热水流到户用供热系统，实现资源合理利用和能量最大化利用，提升户用冷热联供的能量综合利用率。

附图说明

图1为本发明提供的一种户用新型高效静态制冰间接融冰供冷空调系统结构及运行图。

图2为本发明提供的静态制冰间接融冰供冷系统制冰端的浸入式蒸发器结构的竖截面前视图。

图3为本发明提供的静态制冰间接融冰供冷系统间接融冰换冷端的浸入式换冷装置结构的竖截面前视图。

图4为本发明提供的制冷工质和换冷工质流入时静态制冰间接融冰换冷系统结构横截面俯视图。

图5为本发明提供的制冷工质和换冷工质流出时静态制冰间接融冰换冷系统结构的横截面俯视图。

图6为本发明提供的静态制冰间接融冰换冷系统结构的竖截面左视图。

图7为本发明提供的静态制冰间接融冰换冷系统结构的竖截面右视图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。

实施例1

发明的一种户用新型高效静态制冰间接融冰供冷空调系统由二个循环和二个过程组成，分别为：静态制冰循环、间接融冰供冷循环、冷却供热过程和控制过程。

循环一：采用电网驱动交流压缩机9压缩制冷工质，流入油气分离器8内进行分离，然后进入冷凝器7对外散热冷凝，接着流入板式换热器6继续冷却，然后进入储液器5中，经过电磁阀4，进入各个蒸发器支路，经过节流阀3，进入蓄冰槽1中各个静态制冰间接融冰换冷系统2中，经过制冰端制冷工质分流器25将制冷工质分配给制冰系统中各个并联蒸发器28中吸热制冷造冰，吸收热量后的制冷工质经汇流器26集中流到制冷工质汇流器12中，然后经气液分离器11分离，进入压缩机9，完成一个循环。在制冷造冰过程中，静态制冰间接融冰换冷系统2中采用铝翅片27强化传热，以平衡静态冰块内部温度。

循环二：采用电网驱动的交流真空泵24将换冷工质从静态制冰间接融冰换冷系统2泵出，经电磁阀4、单向阀17和比例积分调节阀19送达空调21进行供冷，空调风机21也采用电网驱动，流经空调21后的换冷工质经比例积分调节阀19流入静态制冰间接融冰换冷系统2中的间接融冰换冷端换冷工质分流器31，然后进入间接融冰换冷端换冷装置29中放热取冷，冷却后的制冷工质流出间接融冰换冷端换冷装置29后，经间接融冰换冷端换冷工质汇流器30汇集流出静态制冰间接融冰换冷系统2，然后进入真空泵24完成一个循环。

过程一：建筑物内空调21运行过程中产生的冷凝水由重力作用流入板式换热器6中对制冷工质进一步冷却，然后流入压缩机冷却器10内冷却压缩机9，冷凝水在压缩机冷却器内会被加热后，经三通阀14流入户用供热储热水箱15内，储热水箱的热水经水泵16、电磁阀4和单向阀17后流到建筑物内供给用热单元23。供水水泵16将自来水经管网18和电磁阀4泵到太阳能集热器13内，加热后流到贮热水箱15储存，完成冷却供热过程。

过程二：控制器22需对整个静态制冰间接融冰供冷空调系统进行控制。对间接融冰供冷空调的控制过程为：首先设置室内制冷温度，系统检测室内温度，反馈给控制器22，经控制器22内置微型电脑计算出室内冷量需求情况，控制空调21前后的比例积分调节阀19，控制冷量输出，同时控制电磁阀4和真空泵24的输出性能与比例积分调节阀19输出性能相匹配。

 控制器22对静态制冰端的控制过程为：供冷过程中，检测储冰槽1中储冰量情况，根据供冷需求量和电网负荷情况对压缩机9进行控制，若储冰槽1中冰量足够，则不开启压缩机9，直接采用储冰槽供冷；若储冰槽1储冰量不够，先采用储冰槽1供冷，当冰用完后，采用电能驱动压缩机9制冷供冷；若储冰槽没有冰，则直接开启压缩机9制冷，此过程应忽略电网峰谷情况，以满足需要为主；蓄冰过程中，先巡检电网负荷情况，确保电网高峰时不启动压缩机9制冰，电网低谷时则启动压缩机9满负荷制冰。还可根据需求控制制冷过程中电磁阀4，调控制冷工质流量，提高制冰效率。

控制器22对供热系统的控制过程：用户需要用热时，启动贮热水箱15输出管路上采用电网供能的交流水泵16, 开启供热电磁阀门4，同时确定供热系统贮热水箱与集热器循环电磁阀26处于关闭状态，热水经采用电网供能的交流供热水泵16，电磁阀4和单向阀17供给用户使用。用户不需要热水时，此时控制器开启冷水供给水泵16和电磁阀4，关闭电磁阀26，对水箱进行补水，直到水箱水满，关闭冷水供给水泵16和电磁阀4，当太阳升起后，开启供热水泵16，打开循环电磁阀26，关闭供热电磁阀4，将水箱内的水泵到集热器内加热，通过不断循环加热，水箱水达到预设温度，关闭水泵16和电磁阀26，停止循环。

实施例2

将实施例1中的供能系统换成带光伏控制系统和蓄电池储能的太阳能光伏供电，采用直流电驱动压缩机，将实施例1中的交流压缩机9、交流水泵16、交流真空泵24和交流空调风机21均更换为直流驱动的压缩机、水泵、真空泵和空调风机，其他实施过程与实施例1相同。

实施例3

将实施例1中的供能系统换成带光伏控制系统和蓄电池储能的太阳能光伏供电，采用交流电驱动交流压缩机9、交流水泵16、交流真空泵24和交流空调风机21，只需加装逆变器，将太阳能直流电逆变成合适的交流电，其他实施过程与实施例1相同。

Claims (8)

1.一种户用新型高效静态制冰间接融冰供冷空调系统，其特征在于对传统静态制冰系统的浸入式蒸发器结构进行优化，解决静态冰块过冷现象，减少能量浪费；为进一步提高制冷效率，提升能量综合利用率，可收集空调运行过程中冷凝空气所产生的冷凝水，进一步冷却制冰系统的制冷工质。

2.根据权利要求1所述的静态制冰系统浸入式蒸发器结构的优化，其特征在于将传统制冰系统蒸发器与间接融冰供冷装置组装在一起，蒸发器制冷同时，部分冷量可直接传导供冷装置供空调，实现与普通家用空调具有即开即供冷功能，提高了系统的实用性，还增加能量传递速率，优化系统性能；边制冷边供冷过程中，供冷装置分流了部分制冷量，减少蒸发器流向冰块冷量，可缓解蒸发器周围冰块过冷现象；用电高负荷时段，采用蓄存的冰块供冷，换冷装置直接从制取冰块中心开始取冷，可提升冷量传递速率，保障供冷效率。

3.根据权利要求1和2所述的静态制冰系统浸入式蒸发器结构的优化，其特征在于缩小单一蒸发器尺寸，分散分布在蓄冰槽不同部位同时制冰，如图1所示，蓄冰槽1中分布多个制冰系统2，不仅减小单一冰块体积，降低过冷现象，而且还缩短单一回路中制冷工质在蒸发器内流动路程，提高制冰效率；因间接融冰换冷装置与静态制冰蒸发器组合安装在一起，也采用同种措施优化换冷装置。

4.根据权利要求1、 2和3所述的静态制冰系统浸入式蒸发器结构的优化，其特征在于为减缓制冰过程中过冷现象，提高制冰效率，还对单一制冷回路中的蒸发器进行进一步优化，将传统盘管式蒸发器优化为并联分流式蒸发器，如图2所示，制冰蒸发器28前段，采用分流器25将制冷工质分流到各个蒸发器28支路，蒸发器28后端采用汇流器26收集吸热后的工质；进一步减少制冷工质吸热流程，提高制冷效率，采取多路分流、多点制冷的方法，还能有效解决制冰过程中的过冷现象；同理，采用同种措施优化间接融冰换冷装置，如图3所示，在换冷装置29前段，采用分流器31将制冷工质分流到各个换冷支路，换冷装置29后端采用汇流器30收集吸热后的工质，提升换冷效率。

5.根据权利要求1、 2、 3和4所述的静态制冰系统浸入式蒸发器结构的优化，其特征在于为进一步提高制冷效率，平衡静态冰块内部温度，在静态制冰间接融冰换冷系统2中的组合式制冰间接融冰换冷系统的蒸发器28和换冷装置29上加装铝翅片27，不仅强化冷量传递速率，提升制冰供冷效率，还可平衡静态冰块内部温度，解决冰块过冷现象。

6.根据权利要求1所述的提高制冷效率，提升能量综合利用率，收集空调运行过程中冷凝空气所产生的冷凝水，进一步冷却制冷工质，其特征在于率先提出将空调运行过程中产生的冷凝水回收，流经板式换热器6冷却从冷凝器7流出的制冷工质，进一步降低制冷工质温度，减少压缩机工作负担，可提高制冷效率，增加制冰量，而且还提升户用冷热联供的能量综合利用率。

7.根据权利要求1、2、3、 4、5和6所述一种户用新型高效静态制冰间接融冰供冷空调系统，其特征在与可采用电网供电，也可采用太阳能光伏供电，采用电网供电，直接将交流压缩机接入电网即可；采用带光伏控制系统和蓄电池储能的太阳能光伏直流电供能时，应将交流压缩机9、交流水泵16、交流真空泵24和交流空调风机21均更换为直流驱动的压缩机、水泵、真空泵和空调风机；采用带光伏控制系统和蓄电池储能的太阳能光伏供能，还可将直流电逆变为交流电驱动交流压缩机9、交流水泵16、交流真空泵24和交流空调风机21，只需加装逆变器即可。

8.根据权利要求1、2、3、4、5、6和7所述一种户用新型高效静态制冰间接融冰供冷空调系统，其特征在于所采用的制冷剂和换冷工质全均适用于制冷用途任何液态工质。