CN104729341A - 相变材料冰球蓄能水箱及采用该蓄能水箱的冷水系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了相变材料冰球蓄能水箱及采用该蓄能水箱的冷水系统，水箱本体内设置有若干蓄冰球，每个蓄冰球内均注有相变材料，若干蓄冰球聚集形成蓄冷区，水箱本体内设有沿水箱本体长度方向设置的层板，当载冷剂进入水箱本体内由若干蓄冰球聚集形成的蓄冷区，且与蓄冰球进行热交换时，载冷剂从蓄冰球之间的缝隙中穿过，且载冷剂可以与蓄冰球在整个球面上进行热交换，在相变材料数量相同的前提下，与传统蓄冷板、蓄冷管相比其热交换面积显著增大，因此热交换的效率显著提高；与传统蓄冷板和蓄冷管的蓄能水箱相比，载冷剂在若干方向不同的蓄冰球的缝隙之间穿过，形成较多扰流，防止载冷剂集中、过快地流出水箱本体，确保载冷剂在水箱本体内与蓄冰球充分接触混合。

Description

相变材料冰球蓄能水箱及采用该蓄能水箱的冷水系统

技术领域

本申请属于中央空调技术领域，具体的说，涉及相变材料冰球蓄能水箱及采用该蓄能水箱的中央空调。

背景技术

利用相变材料作为蓄冷介质的相变蓄冷水箱具有单位体积蓄能大、蓄冷密度高等优点，但是想要充分发挥相变蓄冷水箱良好的蓄冷、供冷的效果，需要将进入到相变蓄冷水箱中的载冷剂或水与水箱内的相变材料充分、均匀的接触，以进行全面、高效的热交换。

现有技术中，进入水箱的载冷剂或水常常是通过一根管道直接输进水箱内的，其流量大且集中，载冷剂或水流入水箱后又迅速流出，从而导致载冷剂或水不能与相变材料充分、均匀的进行接触，进而容易导致水箱内部温度不均匀；另一方面，现有技术中相变蓄冷水箱中采用的蓄冷装置为蓄冷板，其结构为：水箱本体内设置有相变蓄冷层，相变蓄冷层由两块以上的装有相变材料的蓄冷板堆叠而成，相邻的蓄冷板之间留有间隙，水或者载冷剂则从堆叠的蓄冷板之间的间隙流过蓄冷装置，并与其进行热交换。相变材料的热交换速率也达不到实际要求，最终影响了水箱蓄冷和供冷效果。

发明内容

本申请的目的之一克服了现有技术中的缺点，提供一种热交换效率更高的相变材料冰球蓄能水箱。

本申请的目的之二克服了现有技术中的缺点，提供一种采用该蓄能水箱的冷水系统，该冷水系统是中央空调的冷水系统，其不经过放热器进行热交换，载冷剂可以直接到达空调的末端。

为了解决上述技术问题，本申请是通过以下技术方案实现的：

相变材料冰球蓄能水箱，包括水箱本体，水箱本体内设置有若干蓄冰球，每个蓄冰球内均注有相变材料，若干蓄冰球聚集形成蓄冷区，水箱本体内设有沿水箱本体长度方向设置的层板，层板将蓄冷区分为上层蓄冷区和下层蓄冷区，水箱本体的同一端设置有用于进水的进水均流水管和用于出水的出水均流水管，进水均流水管设置于上层蓄冷区，出水均流水管设置于下层蓄冷区，层板上远离进水均流水管和出水均流水管的一端与水箱本体之间设有供上层蓄冷区和下层蓄冷区连通的水流通道。

进一步，进水均流水管包括进水主管和进水分管，出水均流水管包括出水主管和出水分管，进水分管和出水分管均设置于水箱本体内部，进水主管从水箱本体的外部贯穿水箱本体的侧面伸进水箱本体的内部并连通进水分管，出水主管从水箱本体的外部贯穿水箱本体的侧面伸进水箱本体的内部并连通出水分管，进水分管和出水分管均包括至少一根分流管道，分流管道设置于靠近水箱本体被主管贯穿的侧面的内侧壁。

进一步，分流管道朝向内侧壁的一侧管壁上均匀开设有若干均流孔。

进一步，进水均流水管与蓄冷区之间设置有进水扰流孔板，进水扰流孔板的形状、尺寸与上层蓄冷区的横截面的形状、尺寸一致，进水扰流孔板上加工有均匀分布的通孔；出水均流水管与蓄冷区之间设置有出水扰流孔板，出水扰流孔板的形状、尺寸与下层蓄冷区的横截面的形状、尺寸一致，出水扰流孔板上加工有均匀分布的通孔。

进一步，水箱本体本体为圆柱形的水箱本体。

进一步，层板设置于水箱本体的中间位置，并将水箱本体分隔成体积相同的两部分。

其中，相变材料为正温8度的相变材料。

更进一步，相变材料为复合相变材料。

具体的，复合相变材料为无机共晶盐。

采用相变材料冰球蓄能水箱的冷水系统：包括制冷剂循环系统和冷却水循环系统，制冷剂循环系统与冷却水循环系统之间通过冷凝器换热，制冷剂循环系统包括依次连接的压缩机、用户风机、阀体、相变材料冰球蓄能水箱，制冷剂循环中采用的制冷剂为水。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：本申请所述的相变材料冰球蓄能水箱，当载冷剂进入水箱本体内由若干蓄冰球聚集形成的蓄冷区，且与蓄冰球进行热交换时，载冷剂从蓄冰球之间的缝隙中穿过，且载冷剂可以与蓄冰球在整个球面上进行热交换，在相变材料数量相同的前提下，与传统蓄冷板、蓄冷管相比其热交换面积显著增大，因此热交换的效率显著提高；与传统蓄冷板和蓄冷管的蓄能水箱相比，载冷剂在若干方向不同的蓄冰球的缝隙之间穿过，形成较多扰流，防止载冷剂集中、过快地流出水箱本体，确保载冷剂在水箱本体内与蓄冰球充分接触；水箱本体内的层板将蓄冷区分为上层蓄冷区和下层蓄冷区，进水均流水管和出水均流水管分别位于上层蓄冷区和下层蓄冷区水流方向的最远距离的两端，使载冷剂通过蓄冷区的路线延长，即载冷剂与蓄冰球热交换的时间延长，提高换热效率；效率提高的同时，蓄能水箱的体积可以做的更小，采用上述方案的蓄能水箱其体积比传统水蓄冷蓄能水箱体积小。

本申请所述的采用相变材料冰球蓄能水箱的冷水系统，由于相变材料的正温为8度，蓄能水箱中可采用水（正温5度）而非其他载冷剂与相变材料进行热交换，因此减少了二次换热器装置即不经过放热器进行热交换，蓄能水箱中的水可以直接到达空调末端，减少二次换热器的能量损耗，提高能效。

附图说明

附图用来提供对本申请的进一步理解，与本申请的实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制，在附图中：

图1是本申请所述相变材料冰球蓄能水箱的结构示意图；

图2是本申请所述相变材料蓄冰球与水热交换的工作原理示意图；

图3是本申请所述采用相变材料冰球蓄能水箱的冷水系统的结构示意图。

其中，图1至图3中包括有：

1——水箱本体、              2——蓄冰球；

3——蓄冷区、                4——层板；

5——上层蓄冷区、            6——下层蓄冷区、

7——进水均流水管、          8——出水均流水管、

9——水流通道、             10——进水主管、

11——进水分管、            12——进水扰流孔板、

14——制冷剂循环系统、      15——冷却水循环系统、

16——冷凝器、              17——压缩机、        

18——用户风机、            19——阀体、          

20——相变材料冰球蓄能水箱、21——出水扰流孔板、  

22——出水主管、            23——出水分管。

具体实施方式

以下结合附图对本申请的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本申请，并不用于限定本申请。

如图1和图2所示，本相变材料冰球蓄能水箱20，包括圆柱形的水箱本体1，水箱本体1内设置有若干蓄冰球2，每个蓄冰球2内均注有相变材料，若干蓄冰球2聚集形成蓄冷区3，水箱本体1内设有沿水箱本体1长度方向设置的层板4，层板4将蓄冷区3分为上层蓄冷区5和下层蓄冷区6，水箱本体1的同一端设置有用于进水的进水均流水管7和用于出水的出水均流水管8，进水均流水管7设置于上层蓄冷区5，出水均流水管8设置于下层蓄冷区6，层板4上远离进水均流水管7和出水均流水管8的一端与水箱本体1之间设有供上层蓄冷区5和下层蓄冷区6连通的水流通道9。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：本申请所述的相变材料冰球蓄能水箱，当载冷剂进入水箱本体1内由若干蓄冰球2聚集形成的蓄冷区3，且与蓄冰球2进行热交换时，载冷剂从蓄冰球2之间的缝隙中穿过，且载冷剂可以与蓄冰球2在整个球面上进行热交换，如图2所示，在相变材料数量相同的前提下，与传统蓄冷板、蓄冷管相比其热交换面积显著增大，因此热交换的效率显著提高；与传统蓄冷板和蓄冷管的蓄能水箱相比，载冷剂在若干方向不同的蓄冰球2的缝隙之间穿过，形成较多扰流，防止载冷剂集中、过快地流出水箱本体1，确保载冷剂在水箱本体1内与蓄冰球2充分接触；水箱本体1内的层板4将蓄冷区3分为上层蓄冷区5和下层蓄冷区6，进水均流水管7和出水均流水管8分别位于上层蓄冷区5和下层蓄冷区6水流方向的最远距离的两端，使载冷剂通过蓄冷区3的路线延长，即载冷剂与蓄冰球2热交换的时间延长，提高换热效率；效率提高的同时，蓄能水箱的体积可以做的更小，采用上述方案的蓄能水箱其体积是传统水蓄冷蓄能水箱体积的1/7。

进水均流水管7包括进水主管10和进水分管11，出水均流水管8包括出水主管22和出水分管23，进水分管11和出水分管23均设置于水箱本体1内部，进水主管10从水箱本体1的外部贯穿水箱本体1的侧面伸进水箱本体1的内部并连通进水分管11，进水分管11包括两根分流管道，分流管道设置于靠近水箱本体1被进水主管10贯穿的侧面的内侧壁。出水主管22从水箱本体1的外部贯穿水箱本体1的侧面伸进水箱本体1的内部并连通出水分管23，出水分管23包括两根分流管道，分流管道设置于靠近水箱本体1被出水主管22贯穿的侧面的内侧壁。分流管道的数量可根据实际需要而确定，不限于本实施例的多少根。

分流管道朝向内侧壁的一侧管壁上均匀开设有若干均流孔。将要进入水箱本体1的水或载冷剂通过分流管道分流，并使其从均流孔射出后，撞击水箱本体1的内侧壁，使得水或载冷剂可以从不同角度散射出去，达到扩散均流的效果，同样，当水或载冷剂要流出水箱本体1时，也需要通过反射、折流才能从均流孔进入均流水管并流出水箱本体1，防止水或载冷剂集中、过快地流出水箱本体1，确保水或载冷剂在水箱本体1内与蓄冰球2充分接触混合。

进水均流水管7与蓄冷区3之间设置有进水扰流孔板12，进水扰流孔板12的形状、尺寸与上层蓄冷区5的横截面的形状、尺寸一致，进水扰流孔板12上加工有均匀分布的通孔；出水均流水管8与蓄冷区3之间设置有出水扰流孔板21，出水扰流孔板21的形状、尺寸与下层蓄冷区6的横截面的形状、尺寸一致，出水扰流孔板21上加工有均匀分布的通孔。出水均流水管8与蓄冷区3之间的扰流孔板12，其上开有许多均匀的通孔，使通过该出水扰流孔板21的水或载冷剂均匀流到蓄冷区3中，改善了单根管道直接输送到蓄冷区3中造成流量大且集中、蓄冷区3内部温度不均的问题，也进一步让水或载冷剂与蓄冷区3中每一个蓄冰球2均匀地接触换热，充分发挥每一个蓄冰球2的效用，从而提高蓄冰球2的蓄冷和供冷效果。

层板4设置于水箱本体1的中间位置，并将水箱本体1分隔成体积相同的两部分。使得水流均匀与蓄冰球2之间的热交换稳定且均匀。

其中，相变材料为正温8度的相变材料。

相变材料为复合相变材料。

具体的，复合相变材料为无机共晶盐。

如图3所示，采用相变材料冰球蓄能水箱的冷水系统：包括制冷剂循环系统14和冷却水循环系统15，制冷剂循环系统14与冷却水循环系统15之间通过冷凝器16换热，制冷剂循环系统14包括依次连接的压缩机17、用户风机18、阀体19、相变材料冰球蓄能水箱20，制冷剂循环中采用的制冷剂为水。

本申请所述的采用相变材料冰球蓄能水箱的冷水系统，因为相变材料为正温为8度的相变材料，所以蓄能水箱中可采用水（正温5度）而非其他载冷剂与相变材料进行热交换，因此减少了二次换热器装置，蓄能水箱中的水可以直接到达空调末端的用户风机18，减少二次换热器热交换器的能量损耗，提高能效。

最后应说明的是：以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，尽管参照实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.相变材料冰球蓄能水箱，包括水箱本体，其特征在于：水箱本体内设置有若干蓄冰球，每个所述蓄冰球内均注有相变材料，若干蓄冰球聚集形成蓄冷区，所述水箱本体内设有沿所述水箱本体长度方向设置的层板，所述层板将所述蓄冷区分为上层蓄冷区和下层蓄冷区，所述水箱本体的同一端设置有用于进水的进水均流水管和用于出水的出水均流水管，所述进水均流水管设置于所述上层蓄冷区，所述出水均流水管设置于所述下层蓄冷区，所述层板上远离所述进水均流水管和所述出水均流水管的一端与水箱本体之间设有供所述上层蓄冷区和所述下层蓄冷区连通的水流通道。

2.根据权利要求1所述的相变材料冰球蓄能水箱，其特征在于：所述进水均流水管包括进水主管和进水分管，所述出水均流水管包括出水主管和出水分管，进水分管和出水分管均设置于水箱本体内部，进水主管从水箱本体的外部贯穿水箱本体的侧面伸进水箱本体的内部并连通进水分管，出水主管从水箱本体的外部贯穿水箱本体的侧面伸进水箱本体的内部并连通出水分管，进水分管和出水分管均包括至少一根分流管道，所述分流管道设置于靠近水箱本体被主管贯穿的侧面的内侧壁。

3.根据权利要求2所述的相变材料冰球蓄能水箱，其特征在于：所述分流管道朝向所述内侧壁的一侧管壁上均匀开设有若干均流孔。

4.根据权利要求1所述的相变材料冰球蓄能水箱，其特征在于：所述进水均流水管与蓄冷区之间设置有进水扰流孔板，所述进水扰流孔板的形状、尺寸与所述上层蓄冷区的横截面的形状、尺寸一致，所述进水扰流孔板上加工有均匀分布的通孔；所述出水均流水管与蓄冷区之间设置有出水扰流孔板，所述出水扰流孔板的形状、尺寸与所述下层蓄冷区的横截面的形状、尺寸一致，所述出水扰流孔板上加工有均匀分布的通孔。

5.根据权利要求1所述的相变材料冰球蓄能水箱，其特征在于：所述水箱本体为圆柱形的水箱本体。

6.根据权利要求1所述的相变材料冰球蓄能水箱，其特征在于：所述层板设置于所述水箱本体的中间位置，并将所述水箱本体分隔成体积相同的两部分。

7.根据权利要求1所述的相变材料冰球蓄能水箱，其特征在于：所述相变材料为正温8度的相变材料。

8.根据权利要求1所述的相变材料冰球蓄能水箱，其特征在于：所述相变材料为复合相变材料。

9.根据权利要求8所述的相变材料冰球蓄能水箱，其特征在于：所述复合相变材料为无机共晶盐。

10.采用权利要求1-8中任意一项所述的相变材料冰球蓄能水箱的冷水系统，其特征在于：包括制冷剂循环系统和冷却水循环系统，所述制冷剂循环系统与所述冷却水循环系统之间通过冷凝器换热，所述制冷剂循环系统包括依次连接的压缩机、用户风机、阀体和所述相变材料冰球蓄能水箱，所述制冷剂循环中采用的制冷剂为水。