CN108955329A - 一种速率可调的蓄冷装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种速率可调的蓄冷设备，包括密封的壳体，壳体的上部开有流体进口，壳体的下部开有流体出口接口；壳体内设置有多层蓄冷板，蓄冷板上排布有多个蓄冷基元；其中蓄冷基元为正六棱柱形，蓄冷基元内部封装有蓄冷材料，蓄冷基元的底部可拆卸安装在蓄冷板上；所述蓄冷材料为泡沫金属材料；所述蓄冷基元之间形成仿蜂巢结构的流道。通过仿蜂巢结构的蓄冷基元，蓄冷基元中填充有泡沫金属材料，蓄冷基元排布组成蓄冷板，蓄冷板通过叠加组成蓄冷设备，该蓄冷设备中的蓄冷板和蓄冷基元能够根据需要进行数量调节，从而实现释冷速率可调的目的。

Description

一种速率可调的蓄冷装置
技术领域
本发明属于蓄冷技术领域；设计一种速率可调的蓄冷装置。
背景技术
经过19世纪70年代能源危机后，鉴于蓄冷空调系统能提高城市、区域电网的供电效率，平衡电网负荷；同时，在峰谷电价合理的地区，有助于用户节省运行成本，许多国家开始将蓄冷技术作为电力负荷的调峰手段应用于空调系统。其中美国在90年代初期已建成约1000-2000个蓄冷系统，日本于90年代将节能和负荷平均化作为基本国策确立下来，而到2001年蓄冷项目已逾4000个。我国从20世纪90年代初开始建设蓄冷空调工程。据统计，截至2015年6月，我国的蓄冷空调项目为1133项。
但世界范围内，在中小型化的蓄冷空调研究方面仍有很大的发展空间，特别是蓄冷装置、蓄冷、释冷的结构方面。虽然目前日本在小型化蓄冷空调方面走在前列，但占用的建造空间仍较大，蓄冷密度有待提高；同时，对其他蓄冷设备，蓄冷与释冷速率随过程的进行和温差的降低越来越慢，存在均温性差、释冷中后期速率不稳定、释冷不彻底、能量利用率低等问题。这些方面仍大有可为，需要进一步的研究。
本产品相较于传统蓄冷设备，包含易于拆卸的高密度蓄冷单元；配套有相应的蓄冷、释冷速率可调的优化结构；模块化设计便于产品安装与检修更换；层次化设计使释冷速率可根据负荷变化进行调节。
发明内容
本发明提供了一种速率可调的蓄冷装置；通过仿蜂巢结构的蓄冷基元，蓄冷基元中填充有泡沫金属材料，蓄冷基元排布组成蓄冷板，蓄冷板通过叠加组成蓄冷设备，该蓄冷设备中的蓄冷板和蓄冷基元能够根据需要进行数量调节，从而实现释冷速率可调的目的。
本发明的技术方案是：一种速率可调的蓄冷设备，包括密封的壳体，壳体的上部开有流体进口，壳体的下部开有流体出口接口；壳体内设置有多层蓄冷板，蓄冷板上排布有多个蓄冷基元；其中蓄冷基元为正六棱柱形，蓄冷基元内部封装有蓄冷材料，蓄冷基元的底部可拆卸安装在蓄冷板上；所述蓄冷材料为泡沫金属材料；所述蓄冷基元之间形成仿蜂巢结构的流道。
更进一步的，本发明的特点还在于：
其中蓄冷基元的径高比为0.5-0.8。
其中相邻两个蓄冷板之间的高度为蓄冷基元的高度。
其中蓄冷基元之间的流道的体积占两个蓄冷板之间体积的40％-60％。
其中蓄冷板包括两个滑索，滑索之间连接有支撑板，支撑板上可拆卸安装有蓄冷基元；且壳体内安装蓄冷板的相应位置上设置有滑道，滑索与滑道匹配，蓄冷板可拆卸安装在壳体内。
其中壳体内一个蓄冷板的一端与壳体之间具有空隙，另一端与壳体接触；则该蓄冷板上方和下方的两个蓄冷板设置相反。
其中蓄冷单元的两个棱面与流体的方向平行。
其中蓄冷材料为泡沫铜或泡沫铝。
其中蓄冷材料的孔隙率为0.75-0.9。
其中流体进口接口和流体出口接口设置在壳体的同一侧或相对两侧设置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该蓄冷装置中蓄冷基元能够可拆卸的安装在蓄冷板上，因此能够根据需求设置蓄冷板上蓄冷基元的数量，实现了蓄冷速率可调的目的；仿蜂巢结构的流道能够使流体均匀的流过每个蓄冷基元，提高了蓄冷基元的利用效率；通过流体进口接口和流体出口接口控制流体在该蓄冷装置内的流通。
更进一步的，蓄冷基元的径高比为0.5-0.8时，其蓄冷效果好；且两个蓄冷板之间的高度仅能容纳蓄冷基元时，能够使流体充分与蓄冷板接触，流体能够充分在流道内流动，提高了蓄冷效率；且流道的体积占比达到40％-60％，流道内流体的流动效果最好。
更进一步的，通过滑索和滑道的配合，是蓄冷板可拆卸的安装在壳体内，根据需求调整蓄冷板的数量。
更进一步的，多层蓄冷板的设置，使壳体内从上至下形成“S”形的通道，流体从上至下能够完全流经所有的蓄冷板及其上的蓄冷基元。
更进一步的，采用泡沫铜和泡沫铝等多孔骨架为高导热系数的泡沫金属材料，且其孔隙率为0.75-0.9时，蓄冷效果最佳。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中蓄冷板的结构示意图；
图3为本发明中蓄冷基元的结构示意图。
图中：1为蓄冷装置；2为流体进口接口；3为滑道；4为壳体；5为流体出口接口；6为蓄冷板；7为滑索；8为蓄冷基元；9为流道；10为支撑板；11为盖板；12为蓄冷材料；13为蓄冷壳体；14为固定键。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步说明。
本发明提供了一种速率可调的蓄冷装置，如图1所示，包括密封的壳体4，壳体4的上部开有流体进口接口2，壳体4的下部开有流体出口接口5；壳体4的内部从上至下分布有多层视屏设置的蓄冷板6，蓄冷板6能够可拆卸的安装在壳体4内；蓄冷板6上可拆卸的安装有均匀分布的多个蓄冷基元8。
如图2所示，蓄冷板6包括两个滑索7，两个滑索7之间设置有支撑板10，支撑板10上安装有蓄冷基元8，蓄冷基元8之间形成仿蜂巢结构的流道9。
如图3所示，蓄冷基元8为正六棱柱形状，蓄冷基元8的内部封装有蓄冷材料12，蓄冷材料12为多孔骨架为高导热系数的泡沫金属材料，如泡沫铜或者泡沫铝，且蓄冷材料的孔隙率为0.75-0.9。优选的蓄冷基元8包括正六棱柱形状的蓄冷壳体13，蓄冷壳体13为尼龙材料制成，蓄冷壳体13上盖有盖板11，盖板11和蓄冷壳体13内部形成密封空间，密封空间内设置有蓄冷材料；蓄冷壳体13的底部设置有固定键14，固定键14用于将蓄冷基元8可拆卸的安装在支撑板10上。
如图1所示，相邻两层蓄冷板6之间的高度恰好容纳下层蓄冷板6上设置的蓄冷基元8，即蓄冷基元8安装在蓄冷板6上的高度为相邻两层蓄冷板6之间的间距；壳体4内部安装蓄冷板6的位置上设置有滑道3，滑道3与滑索7配合，使蓄冷板6能够从滑道3内滑入并且安装在壳体4，或者蓄冷板6从滑道3内滑出进行拆卸；蓄冷板6在壳体4内的安装方式为：一个蓄冷板6的一端与壳体4接触，其另一端与壳体4内具有一定的空隙，则其上下两个蓄冷板6设置相反。如图1所示，第一层蓄冷板6的左侧与壳体4接触，其右侧与壳体4有间隙；则第二层蓄冷板6的右端与与壳体4接触，其左侧与壳体4有间隙；第三层蓄冷板与第一层蓄冷板设置相同，第四层蓄冷板与第二层蓄冷板设置相同，依此类推。
优选的，每层蓄冷板6上的流道9的体积为该层蓄冷板与其上层蓄冷板之间体积的40-60％，优选为50％。
优选的，蓄冷基元8的径高比为0.5-0.8，即蓄冷基元8截面正六边形的外接圆的直径与蓄冷基元8的高度比为0.5-0.8。
优选的，流体进口接口2设置在最上层蓄冷板的高度上，且流体进口接口2位于最上层蓄冷板与壳体接触的一端，流体出口接口5设置在最下层蓄冷板的高度上，且流体出口接口5位于最下层蓄冷板与壳体有间隙的一端。
蓄冷基元8垂直设置在支撑板10上，且蓄冷基元的两个棱面与该层蓄冷板6上流体的流向方向平行。如图2所示，在该层蓄冷板上，流体的流向为向右，蓄冷基元8的两个棱面与该方向平行。
本发明蓄冷装置能够应用在封装式蓄冷和冷链运输等领域。
本发明蓄冷装置的两个使用方案为：
方案1：
夜间用电低谷期间，制冷主机工作，载冷剂与换热器中与制冷工质换热，温度降低，温度较低的载冷剂(一般为零下5℃-零下3℃)经流体进口接口2流入蓄冷设备；热量由流体侧通过添加的蓄冷材料12，经过流体边界层、蓄冷壳体13导入载冷剂；载冷剂在蓄冷装置中经过适当次数的折流经流体出口接口5将热量带入到换热器，同时冷量被储存于蓄冷基元8中，完成蓄冷过程。
日间用电高峰时段，制冷主机停转或减载，循环变更流道，载冷剂于换热器中与工质(一般为温度12℃左右的水)换热，温度升高(一般为10℃左右)，之后载冷剂经流体进口接口2流入蓄冷设备；冷量由流体侧通过添加的蓄冷材料12，经过流体边界层、蓄冷壳体13导入载冷剂；载冷剂在蓄冷装置1中与蓄冷基元8换热，经过适当次数的折流经流体出口接口5将冷量带入到换热器，传递给工质，完成释冷过程。
此过程在用电低谷储存冷量，用冷负荷高峰，承担用户的部分冷负荷需求，以此达到电力负荷转移效果。
方案2：
当用户群体发生改变，所需冷负荷规律发生变化时，选取相应蓄冷特性的蓄冷板6，通过支撑板10、滑索7组装新的蓄冷装置，将蓄冷装置串并联成蓄冷系统，适应稳定工况下载冷剂在流动换热过程中的参数变化。
当温度较高或较低的载冷剂流经蓄冷槽时，热量通过高热导率的多孔骨架迅速在蓄冷材料12与蓄冷壳体13之间传递，达到快速蓄冷与释冷效果，不致出现“热堆积”现象。借由蓄冷板6上蜂巢通道的高换热能力及低压损，载冷剂顺利通过蓄冷板，在相应蓄冷层级达到温度要求后由流体出口接口5导出蓄冷模块，沿管道将冷量携带至换热器。当运行工况发生变化时，设备根据要求调节载冷剂流速，同时改变载冷剂出口层级，实现带出冷量对负荷需求的跟随变化。

Claims (10)

1.一种速率可调的蓄冷装置，其特征在于，包括密封的壳体(4)，壳体(4)的上部开有流体进口接口(2)，壳体(4)的下部开有流体出口接口(5)；壳体(4)内设置有多层蓄冷板(6)，蓄冷板(6)上排布有多个蓄冷基元(8)；
其中蓄冷基元(8)为正六棱柱形，蓄冷基元(8)内部封装有蓄冷材料(12)，蓄冷基元(8)的底部可拆卸安装在蓄冷板(6)上；
所述蓄冷材料(12)为泡沫金属材料；
所述蓄冷基元(8)之间形成仿蜂巢结构的流道(9)。
2.根据权利要求1所述的速率可调的蓄冷装置，其特征在于，所述蓄冷基元(8)的径高比为0.5-0.8。
3.根据权利要求1所述的速率可调的蓄冷装置，其特征在于，所述相邻两个蓄冷板(6)之间的高度为蓄冷基元(8)的高度。
4.根据权利要求3所述的速率可调的蓄冷装置，其特征在于，所述蓄冷基元(8)之间的流道(9)的体积占两个蓄冷板(6)之间体积的40％-60％。
5.根据权利要求1所述的速率可调的蓄冷装置，其特征在于，所述蓄冷板(6)包括两个滑索(7)，滑索(7)之间连接有支撑板(10)，支撑板(10)上可拆卸安装有蓄冷基元(8)；且壳体(4)内安装蓄冷板(6)的相应位置上设置有滑道(3)，滑索(7)与滑道(3)匹配，蓄冷板(6)可拆卸安装在壳体(4)内。
6.根据权利要求1所述的速率可调的蓄冷装置，其特征在于，所述壳体(4)内一个蓄冷板的一端与壳体(4)之间具有空隙，另一端与壳体(4)接触；则该蓄冷板上方和下方的两个蓄冷板设置相反。
7.根据权利要求1所述的速率可调的蓄冷装置，其特征在于，所述蓄冷单元(8)的两个棱面与流体的方向平行。
8.根据权利要求1所述的速率可调的蓄冷装置，其特征在于，所述蓄冷材料(12)为泡沫铜或泡沫铝。
9.根据权利要求8所述的速率可调的蓄冷装置，其特征在于，所述蓄冷材料(12)的孔隙率为0.75-0.9。
10.根据权利要求8所述的速率可调的蓄冷装置，其特征在于，所述流体进口接口(2)和流体出口接口(5)设置在壳体(4)的同一侧或相对两侧设置。
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