CN105444312A - 一种用于空调系统的蓄冷水槽 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于空调系统的蓄冷水槽，所述蓄冷水槽内的上端和下端分别设有上布水区和下布水区，所述上布水区和下布水区之间设有稳流装置，所述稳流装置包括多张隔板，多张所述隔板形成多条稳流通道，所述上布水区和下布水区通过稳流通道连通。本发明通过在蓄冷水槽内增设稳流装置，令表征流体惯性力的Re数大幅下降，显著缩小了斜温层厚度，提高了蓄冷水槽的运行效率。

Description

一种用于空调系统的蓄冷水槽
技术领域
本发明涉及空调技术，具体来说是一种用于空调系统的蓄冷水槽。
背景技术
蓄冷空调系统是利用夜间低谷电力开机蓄冷，白天高峰用电时段则避开用电机会，而使用蓄存的冷量供应需求端空调负荷的一种空调系统。蓄冷空调系统可以帮助电网实现电力负荷的移峰填谷，在一定程度上缩小电网系统的昼夜负荷峰谷矛盾，是一种宏观意义上的节能技术应用。
水蓄冷是多种蓄冷技术中的一种，应用广泛。通常情况下，为了节省蓄冷水槽的占地空间，水蓄冷系统的蓄冷水槽内部在高度方向上需要同时储存不同温度的水层。在夜间蓄冷过程或白天放冷过程中，水槽上部是放冷完毕后的较高温度温水，而下部则是蓄存了冷量的较低温度冻水，温水层和冻水层之间尽可能不发生相互混合。由于4℃以上水的密度随着温度的升高而单调降低，所以蓄冷水槽内温水层和冻水层之间的分层就是依靠这种密度差产生的浮力而自然保持的，冻水温度低、密度大，自然沉在下部；温水温度高，密度小，自然浮在上部。温水层和冻水层之间有一个具有一定厚度的温度过度层，又叫斜温层。斜温层的温度介于冻水和温水之间，其储存的部分冷量由于温度品位低，无法在白天放冷时被有效利用，因此斜温层厚度越小越好，斜温层厚度也成为衡量一个水蓄冷系统综合效率高低的重要指标。
影响斜温层厚度的因素主要包括两类，一类是温水层和冻水层之间的导热传热，即低温层逐渐吸收高温层的热量，导致其交界面逐渐形成一个温度过渡层；另一类是因为蓄冷水槽内由于水层的流动而产生的对流混和。由于水的导热系数较低，依靠导热传热而形成的斜温层的厚度变化实际上是非常缓慢的，因此工程实际中的斜温层主要受对流混和因素影响较大。
按照经典理论，在放冷或蓄冷过程中，蓄冷水槽内的水团运动受两种力的影响，即惯性力和浮力。惯性力主要由水团的运动速度、流道特征等因素决定，通常用无量纲数雷诺数(Re)表示；浮力则主要由密度差影响(密度差决定于蓄、放冷温度的设计值)。浮力越大、惯性力越小，则斜温层厚度就越小。因此，在其余条件不变的情况下，减小蓄冷水槽内水的流动Re数将有利于降低斜温层厚度。
在现有的各种降低斜温层厚度的技术中，大多数是通过设计各种类型的布水器来实现的，布水器就是为了把蓄冷水槽的上、下进出水管管口的较高水流速度转化为沿蓄冷水槽水平截面上均匀分布的水平低流速，从而保证不同温度的水层在蓄冷水槽内的运动尽可能趋近于竖直方向上的活塞式稳态流动。然而，在工程实际应用中，布水器对斜温层的控制效果越好，就意味着其设计制造越复杂、材料用量也会显著增大，工程造价高昂。另一方面，不管采用何种布水器，蓄冷水槽上、下进出水管管口流速的均布效果都不可能达到绝对理想化的程度，而且随着蓄冷水槽外部蓄冷机组或用冷换热器负荷的波动，导致对斜温层厚度的良好控制仍然是难度极大的。
发明内容
本发明的目的在于克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、安装方便，且可缩小斜温层厚度，提高效率的用于空调系统的蓄冷水槽。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于空调系统的蓄冷水槽，所述蓄冷水槽内的上端和下端分别设有上布水区和下布水区，所述上布水区和下布水区之间设有稳流装置，所述稳流装置包括多张隔板，多张所述隔板形成多条稳流通道，所述上布水区和下布水区通过稳流通道连通。
优选的，多个所述稳流通道的截面大小相等。
优选的，所述稳流通道的截面呈正方形、三角形、圆形或正六边形。
优选的，所述稳流通道的横截截面积大小小于或等于蓄冷水槽的内腔的横截面积的1/2。兼顾稳流效果和装置材料成本，本发明中稳流通道的横截截面积大小优选选取为蓄冷水槽横截面积的1/4～1/100。
优选的，所述隔板为塑料板或金属板。
优选的，所述稳流通道的轴线为一竖直直线，即所述稳流通道中的液体流动方向为一直线方向。
优选的，所述稳流通道的截面面积大小在稳流通道的轴线方向于为恒定的。
优选的，所述上布水区设有均匀分布的多个上布水器，所述上布水器连接有第一水管；所述下布水布区设有均匀分布的多个下布水器，所述下布水器连接有第二水管。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
1、本用于空调系统的蓄冷水槽通过在在蓄冷水槽增设稳流装置，从而使蓄冷水槽的内腔分隔成多条稳流通道，则蓄冷水槽内的表征流体惯性力的Re数大幅下降，故显著缩小了斜温层厚度，提高了蓄冷水槽的运行效率。
2、本用于空调系统的蓄冷水槽中的稳流装置的结构简单，安装方便，采用本稳流装置后，不必采用结构复杂且价格昂贵的布水器即可达到较理想的斜温层控制水平，从而可降低水蓄冷系统的建造成本。
3、本用于空调系统的蓄冷水槽在外部蓄冷机组或用冷换热器负荷的波动下，其也可对斜温层的厚度具有良好控制，保证蓄冷水槽的良好运行。
附图说明
图1是本发明的一种用于空调系统的蓄冷水槽的正视图。
图2是本发明的一种用于空调系统的蓄冷水槽的俯视图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1和图2所示，本用于空调系统的蓄冷水槽，所述蓄冷水槽1内的上端和下端分别设有上布水区2和下布水区3，所述上布水区2和下布水区3之间设有稳流装置4，所述稳流装置4包括多张隔板5，多张所述隔板5形成多条稳流通道6，所述上布水区2和下布水区3通过稳流通道6连通。具体的，本发明通过采用隔板5将蓄冷水槽1的内腔分隔形成多条截面面积较小的稳流通道6，则稳流通道6内液体的表征流体惯性力的Re数大幅下降，而Re数越低，则液体流动越趋于层流，不同温度水层之间的横向对流扰动越小，整个蓄冷水槽1在竖直方向上的流动更接近活塞流状态(即上下流动)，故斜温层厚度可显著减小。为保证蓄冷水槽1工作效率，多个所述稳流通道6的截面大小相等。此设计避免各个稳流通道6中液体流动的Re数出现差异，从而避免相邻两个稳流通道6中的水在同一水平位置上出现温度差异，最终确保整个蓄冷水槽在同一水平高度上的温度处处相同。同时，进一步保证蓄冷水槽1的工作效果，稳流装置布满上布水区和下布水区之间的全部空间。
所述稳流通道6的截面呈正方形、三角形、圆形或正六边形。稳流通道6的截面形状不仅限于此，其还可为其他形状。本实施例中稳流通道6的截面呈正方形。这规则的形状保证了液体自稳流通道6内以最小的阻力自由流通。
所述稳流通道的横截截面积大小小于或等于蓄冷水槽的内腔的横截面积的1/2。本实施例中稳流通道的横截截面积大小为蓄冷水槽横截面积的1/50。这既保证了良好蓄冷效果，还具有很好的经济效益。
所述隔板5为塑料板。塑料板具有良好的隔热效果，从而避免各个稳流通道6之间发生相互干涉和影响。
所述稳流通道6的轴线为一竖直直线，即所述稳流通道6中的液体流动方向为一直线方向。所述稳流通道6的截面面积大小在稳流通道6的轴线方向为恒定的。此设计可减小液体在稳流通道6内的流通阻力，提高蓄冷水槽1的工作效率。
所述上布水区2设有均匀分布的多个上布水器7，所述上布水器7连接有第一水管8；所述下布水布区3设有均匀分布的多个下布水器9，所述下布水器9连接有第二水管10。
在工作过程中，在相同的布水器配置条件和运行工况下：
当在没有采用本发明的稳流装置的情况下，上布水器和下布水器之间的水层沿竖直方向的流动通道的横截面就是蓄冷水槽的水平横截面，假设其面积为A(m2)，其当量直径为D(m)，其中在设计运行工况下蓄冷水槽的进出水管总流量为Q(m3/s)，则蓄冷水槽的截面平均流速u＝Q/A(m/s)，由此可得蓄冷水槽内水层在竖直方向上流动的整体平均雷诺数Re0＝ρuD/μ＝ρQd/(Aμ)，其中ρ为水的密度(kg/m3)，μ为水的动力粘度(Pa·s)。
当采用本发明所述的稳流装置后，假设所述稳流装置上的某个竖直稳流通道的横截面积为a(m2)，且a＝A/n(其中n为在蓄冷水槽内稳流通道的数量)，对应的稳流通道当量直径为在蓄冷水槽进出水管总流量Q保持不变的情况下，显然所述稳流装置的每个稳流通道内的水层流动速度并不因有无设置本发明所述的稳流装置而发生变化，即仍然为u＝Q/A，由此可得该竖直稳流通道内的流动雷诺数综上可知，当蓄冷水槽的竖直方向流动通道的截面积被分割成原来的1/n后，在蓄冷水槽进出水管总流量以及布水条件都保持不变的条件下，其流动雷诺数Re减小为原来的
如果每个所述稳流通道的横截面积都相等，这种情况意味着所述稳流装置把蓄冷水槽的横截面积平均分配为n份，此时每个稳流通道的流动雷诺数Re都彼此相等，而蓄冷水槽整体表现出来的等效雷诺数Re也与之相等，且该雷诺数Re与未采用本发明所述的稳流装置4时相比减小到如n＝100，则Re＝Re0/10。
雷诺数Re是表征水层流动惯性力的指标，对于温差分层型水蓄冷，蓄冷水槽内的水层流动雷诺数Re越小则不同温度水层之间的水平方向串流扰动越弱，斜温层厚度也就越小。根据上述推算，本发明所述的稳流装置如能把蓄冷水槽分割成100个均匀的稳流通道，则蓄冷水槽的水层流动Re数即可降低到1/10，斜温层厚度将大大压缩。因此，采用本发明所述的稳流装置之后，水蓄冷系统的效率将得到明显改善。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于空调系统的蓄冷水槽，所述蓄冷水槽内的上端和下端分别设有上布水区和下布水区，其特征在于：所述上布水区和下布水区之间设有稳流装置，所述稳流装置包括多张隔板，多张所述隔板形成多条稳流通道，所述上布水区和下布水区通过稳流通道连通。
2.根据权利要求1所述的用于空调系统的蓄冷水槽，其特征在于：多个所述稳流通道的截面大小相等。
3.根据权利要求1所述的用于空调系统的蓄冷水槽，其特征在于：所述稳流通道的截面呈正方形、三角形、圆形或正六边形。
4.根据权利要求1所述的用于空调系统的蓄冷水槽，其特征在于：所述稳流通道的横截截面积大小小于或等于蓄冷水槽的内腔的横截面积的1/2。
5.根据权利要求1所述的用于空调系统的蓄冷水槽，其特征在于：所述隔板为塑料板或金属板。
6.根据权利要求1所述的用于空调系统的蓄冷水槽，其特征在于：所述稳流通道的轴线为一竖直直线，即所述稳流通道中的液体流动方向为一直线方向。
7.根据权利要求1所述的用于空调系统的蓄冷水槽，其特征在于：所述稳流通道的截面面积大小在稳流通道的轴线方向于为恒定的。
8.根据权利要求1所述的用于空调系统的蓄冷水槽，其特征在于：所述上布水区设有均匀分布的多个上布水器，所述上布水器连接有第一水管；所述下布水布区设有均匀分布的多个下布水器，所述下布水器连接有第二水管。
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