CN107850327A - 蓄冷冰破断设备 - Google Patents

Abstract

一种内融冰蓄冷装置，其具有制冰/融冰盘管，该盘管具有装配了延伸部或鳍片的管子，所述延伸部或鳍片从管子中的传热介质向包围所述管子的冰环的远侧部分传递热，从而在管子和冰之间限定液体弯月面的形状，以允许冰在接近融化开始时破断离开管子。

Description

蓄冷冰破断设备

技术领域

本发明涉及用于蓄冷的方法和设备。

背景技术

由于如与外融系统相比，内融系统固有的易维护性和构造简洁性，冰蓄冷系统(thermal ice storage system)近来已经迁移至内融系统。内融系统的主要障碍之一在于，在融化循环期间，在冰“破开”、从管子脱离并将盘管表面暴露于水槽中的大量液态水之前，乙二醇温度随着时间升高。众所周知的是，内融冰蓄冷系统在其在融化期间提供一致的乙二醇供应温度的能力方面受到限制。这是由于在融化期间并且在破开之前，在冰和管子之间形成液态水的弯月面。这个弯月面是非常静态(still)的，因此在管子和冰之间的传热速率较低，从而实际上将盘管表面从冰绝热。乙二醇供应的温度在融化期间升高，直至弯月面突破冰表面，允许冰浮动离开管子。已经实现了几种方法来克服这种限制，例如见US4,831,831，但是所有的这些方案都要求对系统添加附加的设施，增大了成本和操作复杂度。

发明内容

通过使用穿过冰来平分弯月面的管子结构，允许冰在接近融化开始时从管子“脱离”，在接近融化和弯月面形成开始时有效地以对半方式切割冰环(ice donut)并允许它浮动离开管子，并且将排放温度保持为低且恒定，本发明解决了这个温度升高问题。冰可以不需要浮动开以允许水槽的水流到管子表面。本发明人在不锈钢冰厚探针的测试期间发现，如果探针穿到冰的外侧到达水槽的水，则围绕凸起形成不方便的水弯月面。冰从不包封探针。所述凸起的导热率是非常重要的，因为在制冰期间，冰将会包封更多的传导性材料，类似铝。通过在接近融化开始时，允许冰从水槽中的水直到管子表面形成水弯月面，本发明利用了这个凸起的效应。与不存在破冰凸起相比，冰的破开早得多地发生。

根据本发明的一个实施例，一种蓄冷冰破断器被用于在融化期间平分液态水弯月面，使得它在融化期间到达冰的外侧。被添加到管子的特殊凸起在融化期间围绕管子以对半方式切割冰。这允许冰浮动离开管子，这继而允许热从管子更好地传导到水槽中的大量冰水。可替代地，在水槽的水自由地流向管子表面时，由于冰在冰的远端处被保持，所以冰不可以浮动。

因此，根据本发明，提供了一种内融冰蓄冷装置，它包括制冰/融冰盘管，所述制冰/融冰盘管安装在构造为容纳蓄冷介质的容器中，其中制冰/融冰盘管具有传热介质输入端和传热介质输出端，这两者均连接到传热介质源，这里，所述制冰/融冰盘管由多根管子制成，这些管子中的一根或多根管子具有凸起或者“鳍片”，所述凸起或者“鳍片”构造为从在管子中循环的传热介质向围绕管子的冰环的远侧区域传递热，由此在该系统的融化循环期间，围绕管子(包括凸起/鳍片)限定了液体弯月面的形状。

根据本发明的另一个实施例，管子具有椭圆形形状，且该椭圆形形状具有竖向定向的主轴线。

根据本发明的进一步的实施例，每一根管子具有从所述管子的顶部外表面竖向向上延伸的第一凸起，和从所述管子的底部外表面竖向向下延伸的第二凸起。

根据本发明的进一步的实施例，每一根管子具有多个凸起，所述多个凸起背离所述管子的外表面延伸，并且围绕所述管子均匀地隔开。

根据本发明的进一步的实施例，每一根管子具有多个凸起，所述多个凸起背离所述管子的外表面延伸，并且围绕管子非均匀地隔开。

根据本发明的进一步的实施例，蓄冷介质是水。

根据本发明的进一步的实施例，传热介质是乙二醇、氨，或其它的卤化烃制冷剂。

根据本发明的进一步的实施例，所述凸起具有一定的比导热率。

附图说明

随后，参考附图描述本发明的优选实施例，其中：

图1是示出冰蓄冷盘管的主要构件的示意图。

图2示出标准的冰盘管管子的外侧透视图。

图3示出标准的冰盘管管子的截面图。

图4a到4d示出标准的冰盘管的融化的进展。

图5示出根据本发明的一个实施例的冰破断管子的外侧透视图。

图6示出根据图5的实施例的冰破断管子的截面图。

图7a到7c示出利用根据图5和6所示实施例的冰破断管子的融化的进展。

图8示出根据本发明使用带有凸起的管子的冰蓄冷盘管。

图9是在融化阶段期间、根据本发明的一个实施例的冰蓄冷盘管的剖面特写图，示出了冰从管子分离，但被邻近结构约束而不能浮动。

图10是根据权利要求9的实施例的另一视图，以虚线示出了被隐藏的结构。

图11示出根据六个不同实施例的冰破断管子。

图12示出在内融冰盘管中，现有技术的冰盘管管子与根据本发明的冰破断管子相比的相对乙二醇供应的温度性能。

具体实施方式

图1示出了现有技术的内融冰盘管系统的主要构件的横截面。冰水的水槽1保持有以乙二醇填充的多根管子3。该多根管子3浸没在水2中。当冷的乙二醇流过该多根管子3时，水2在管子3周围转化成冰4。细节A示出了管子3和冰4的特写图，冰4的融化方向5是背离管子表面。

图2示意了现有技术的冰盘管管子的等轴测图。

图3示出图2中的管子的横截面。在使用中，管子3包围乙二醇溶液6。

图4a示出了制有冰的冰盘管管子的横截面。冰盘管管子3填充有冷的乙二醇溶液6，该冷的乙二醇溶液6已经在前地在管子3周围制成一层冰10。

图4b示出在冰最先开始融化时的冰盘管管子。管子3包含暖的乙二醇溶液，该暖的乙二醇溶液已经开始对管子加热。在冰10开始融化时，形成水12的弯月面。

图4c示出充分进入融化循环中的冰盘管管子。此时水12的弯月面是大的，但未穿透冰10。在这一阶段期间，冰10浮起直至它触及管子3。

图4d示出冰的“破开”。冰10融化离开管子3并浮动。刚好在4d所示阶段之前，冰也可以破断离开管子，但因它在它的远端/底端被保持而被约束不能浮动。

图5示出根据本发明的一个实施例的冰破断管子的等轴测图，该冰破断管子具有基本椭圆形的管子，并且该基本椭圆形的管子装配有从管子的顶部和底部延伸的凸起或“鳍片”。

图6示出图5的冰破断管子的实施例的主要构件的横截面。管子21填充有乙二醇19。凸起20a和20b连接到管子21。所述凸起可以根据任何已知方式固定到管子，这些方式包括与管子一体铸造、焊接到管子，等等。

图7a示出根据本发明的一个实施例的冰破断管子的横截面，其中冰已经形成但未开始融化。管子21填充有冷的乙二醇22，该冷的乙二醇22已经在前地使冰24形成。凸起20a和20b穿到冰的外侧，并进入到围绕冰的水中。

图7b示出在融化开始时的、图7a的冰破断管子的实施例。管子周围的水弯月面在通道28中凸出到冰24的外侧。

图7c示出冰的“破开”。随着冰24a和24b浮动离开管子21，管子21与水槽中的大量水接触。

图8示出根据本发明使用带有凸起的管子的冰蓄冷盘管。冰水的水槽1保持有以乙二醇填充的多根管子21，这些管子装配有凸起20a和20b。该多根管子21浸没在水2中。当冷的乙二醇流过该多根管子21时，水2在管子21周围转化成冰24。细节A示出管子21和冰24的特写图，冰24的融化方向5是背离管子表面和凸起表面。

图9是在融化阶段期间的、根据本发明的一个实施例的冰蓄冷盘管的剖切特写图，示出了冰从管子分离，但被邻近结构约束而不能浮动。

图10是根据权利要求9的实施例的另一个视图，以虚线示出了隐藏的结构。如能够从图9和10看到的，即使冰因弯月面而从管子分离，但冰起初仍被邻近的管子、冰块及水槽的端部和侧面约束，而不能移动到水槽中的水的表面。

图11示出根据本发明的冰破断管子的可替代实施例。根据本发明的可替代实施例，所述管子可以设有两个延伸部、三个延伸部、四个延伸部、五个延伸部(未示出)、六个延伸部(未示出)、七个延伸部(未示出)、八个延伸部或更多延伸部，用以加速冰从管子破开。根据各种实施例，这些延伸部可以在管子周围均匀地或非均匀地分布，以及围绕管子非对称地或对称地分布。管子自身的形状可以是圆形、椭圆形或扩展的椭圆形。

图12是对于带有现有技术的冰盘管管子的冰盘管以及带有根据本发明的冰破断管子、特别是图5和6所示的实施例的冰盘管，绘制出在融化循环期间，通过盘管循环的乙二醇供应的温度相对融化的冰的百分比的图表。如在图表中所示，如与在带有本发明的冰破断管子的冰盘管中的乙二醇供应的温度相比，利用现有技术的冰盘管的乙二醇供应的温度具有高得多的平均温度，并且波动明显。因此，本发明以几乎可忽略不计的额外资本支出，提供了更有效且更高效的冷却。

Claims (8)

1.一种内融冰蓄冷装置，包括：

制冰/融冰盘管，所述制冰/融冰盘管安装在构造为容纳蓄冷介质的容器中，所述制冰/融冰盘管具有传热介质输入端和传热介质输出端，所述传热介质输入端以及所述传热介质输出端均被连接到传热介质源；

所述制冰/融冰盘管包括多根管子，其中所述管子中的一根或多根管子带有破冰凸起，所述破冰凸起构造为从在所述管子中循环的传热介质向围绕所述管子的冰环的远侧区域传递热，由此在所述内融冰蓄冷系统的融化循环期间，限定围绕所述管子和所述鳍片的液体弯月面的形状。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述管子具有椭圆形形状，并且所述椭圆形形状具有竖向定向的主轴线。

3.根据权利要求1所述的装置，其中每一个所述管子具有从所述管子的顶部外表面竖向向上延伸的第一凸起，和从所述管子的底部外表面竖向向下延伸的第二凸起。

4.根据权利要求1所述的装置，其中每一个所述管子具有多个凸起，所述多个凸起背离所述管子的外表面延伸，并且围绕所述管子均匀地隔开。

5.根据权利要求1所述的装置，其中每一个所述管子具有多个凸起，所述多个凸起背离所述管子的外表面延伸，并且围绕所述管子非均匀地隔开。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述蓄冷介质是水。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述传热介质是乙二醇。

8.据权利要求1所述的装置，所述凸起具有一定的比导热率。