CN1091512A - 储热控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储热装置的控制装置，它包括 使液体制冷剂从平衡筒14经过储热装置10和/或 经过蒸发器12进行流动的阀32、34、36和38，回路 中形成的蒸汽经压缩机16排出后再变成液态从冷 凝器18、液体收集器20和液体控制阀24返回到平 衡筒14中。液态制冷剂的液面由操作回流阀24的 传感器26控制，冷凝器18可以与利用显热的另一 个回路相连，储热装置10也可以用于分离相变介质 回路中。

Description

本发明涉及的是利用非高峰期进行储热的储热系统的控制。

根据温度变化或合适的介质的相变，例如根据水变成冰来储存热能的储热装置是公知的。这种储热装置在PCT/AU90/00002（WO90/07688）中已作过描述，在该装置中有许多存储体堆积在一起构成存储装置。

使相变介质（PCM），例如使水从很大的路经通过装置在存储体中循环。制冷剂也在水路后面的存储体组中流动。这就可以在比较小的容积内基本完成热交换。此外，在冰变大而阻碍水流过装置以前，冰的厚度会变得远比其他现有技术的装置中冰的厚度厚。通过使相变介质流体（水）流过负载可使储存在装置中的热得到利用。

在将水中的热量除去而使其变成冰的同时，一般通过使液态变成气态的相变，该循环制冷剂除去大部分热量。为在装置中重新循环而对变回到液态以前的气体进行压缩时释放出大量热并将这些热排放到大气中去。

另外，通常需要价格昂贵的风机使水产生湍流，以进行适当的传热，并按所要求的速率将冰融解。WO90/07688中所述的储热装置可解决上述问题。

作为相变介质的水的热惯性指的是在输入给冰的给定热量转换之前的一段延迟。这种延迟会造成冰的堵塞，影响水的流动，并由此影响储热装置的使用性能。

大多数现有技术中制冷系统均使用了一种主要的制冷剂，例如R22，制冷系统在工作时的制冷剂冷凝压力范围为250-300磅/英寸²（670-2120KPa），而进气压力范围为27-37磅/英寸²（253-184KPa）。所设计的这些压力应为恒温膨胀阀或类似设备提供适当的压降。在这样的高压下，运行要求压缩机马达的功率很大，马达的成本和所需要的能量消耗均是不利因素。

大多数电力部门在最小需求期售电价格比较低廉（非高峰期价格）以鼓励这段时间用电，所以本发明试图利用这种价格上的有利条件。

根据本发明所提供的制冷系统包括：一个包括一个储热装置和一个平衡筒的主制冷剂回路，该平衡筒与一个使液态制冷剂在所述的储热装置和所述平衡筒之间进行循环的液体泵串接，该制冷剂回路还有一个负载装置，该负载装置可以与所述的平衡筒或储热装置和制冷剂控制装置一起连接在所述的回路中，该控制装置控制通过所述储热装置和负载装置的制冷剂通路。

根据本发明的第一方面内容，制冷剂控制装置包括：与所述液体泵和储热装置串接的第一阀装置，与所述储热装置并接的第二阀装置，与抽述负载装置并接的第三阀装置和与所述负载装置串接的第四阀装置。

根据本发明的第二方面内容，制冷剂控制装置包括：在所述液体泵和储热装置之间的第一阀装置，在所述液体泵和负载装置之间的第二阀装置，与所述负载装置并接的第三阀装置和与所述负载装置串接的第四阀装置。

采用R22作为主要制冷剂的装置工作时的排气压力范围为1090-1590KPa（159-230磅/英寸²），进气压力范围为277-346KPa（40-50磅/英寸²）。这就可以节约能量约20%。

下面将参考附图对本发明的优选实施例进行描述，其中：

图1为按本发明一方面内容的制冷剂回路;

图2为按本发明第二方面内容的热能回路;图3表示在图1所示储热装置的相变介质回路中进行压力测量的方法示意图。

如图1所示，按本发明一个实施例的主要制冷剂回路包括储热装置10、蒸发器盘管12和平衡筒14，平衡筒14被连接在具有压缩机16的第二回路中。平衡筒14接收来自蒸发器12或储热装置10的气态/液态主要制冷剂，并将它们分离成气相和液相。平衡14有一个用于更好地分离制冷剂的气相和液相的液/气过滤网40。液相沉到筒底，而将气相从平衡筒14中引出，经压缩机16到达冷凝器18，然后进入液体储槽20，从而使气相得到液化。液体再由液体储槽20经管路22和阀24返回到平衡筒14的液体储槽中。

在光电传感器26的控制下，通过开启阀24，将液体制冷剂从液体储槽20中排出，以使平衡筒中的液面保持在预定的高度上。也可以采用本领域普通技术人员知识范围内的其它控制装置，例如用浮子装置来操作阀24。

用由马达31驱动的泵30将液体由管路28从平衡筒中抽出，然后使其经过由储热装置10和蒸发器盘管12组成的通路，该通路由控制阀32、34、36和38的位置所限定。气/液制冷剂混合物再经管路46返回到平衡筒14中重新进行循环。

此回路有不同的工况。当阀32和36打开（阀34和38关闭）时，液体制冷剂流过储热装置10而对该储热装置冷却加载。实际上，可以用非高峰期的电能完成这种操作，该操作也可要求旁路控制。

为了直接冷却蒸发器12，例如冷却空调管道或冷却室中的蒸发器，将阀34和38打开让液体从平衡筒经泵30流动并返回到平衡筒14中。

为了用储存在储热装置10中的能量冷却蒸发器12，关闭阀34、打开阀32，并将阀38打开将阀36关闭。这种运行工况例如可以在高峰负载时进行，因而具有利用非高峰期储存在储热装置10中的低价能量的优点，由此降低蒸发器12工作时的运行弗用，在这种工况中，当液/气混合的制冷剂一进入平衡筒14，通过压缩机16和冷凝器18就会产生气态制冷剂，尽管进一步冷却可以由液态制冷剂相变成气态制冷剂来实现，但蒸发器12所得到的大部分冷量是通过液态制冷剂的温度变化提供的。

在另一种装置中，如图1虚线所示，通过旁通阀38使阀34直接与蒸发器12相连。用这种装置，通过打开阀32、34、36并关闭阀38就可以使蒸发器12和储热装置10并联运行。这就可以在非高峰期间既对储热装置10提供冷载，同时也使蒸发器12工作。在该装置中，关闭阀32并至少打开阀34或停止泵30运行就可以断开储热装置10。在后一种装置中，通过打开阀36、38使蒸发器12“短路”可对流过蒸发器12的制冷剂的控制进行调节。

为了防止液态制冷剂进入压缩机16，平衡筒14中的过滤网40必须是高效的。过滤网包括一对多孔金属网，在这两个网之间装有致密铜网。多孔金属网根据所选择的制冷剂可由不锈钢、钢或黄铜制成。当用氨（R717）时就不主张用黄铜或铜。如果储槽20中的液态制冷剂沿着虚线45在标号44处返回到平衡筒后又沿液/气管路42离开平衡筒14，则也能改善性能。在另一个实施例中，可以使储槽20的液态制冷剂经管路46返回平衡筒14中，如虚线47所示可使返回的液/气制冷剂得到预冷却。

用一设备将低温液体中所有夹带的油送回到平衡筒和压缩机16中。同样也有设备将液/气制冷回路中所有夹带的油送回到液体泵30中，例如用图1虚线所示的毛细管排放管路48送回到液体泵中。

WO90/07688中较完整地描述的储热装置10包括相变介质的转化，例如水变成固相。

液态制冷剂在装置10的一系列通路50中流过，这些通路可以有若干层。为了产生最佳的换热效果，采用螺旋式的或盘旋式的通路。另外，相变介质（水）沿着由液态制冷剂确定的通路50流动。在相变介质的通路中有缓冲板或挡板，以降低湍流并在液体制冷剂和相变介质之间产生有效的热传递，这种技术不必用气泵吹风来形成湍流。

当相变介质在储存装置10的外部循环进行热交换时，可利用储存在装置10中的热能。但可以这样做的唯一条件是能够保持相变介质的循环，并必须避免任何堵塞。为此，将一个压力传感器如图3所示地装在相变介质回路61中。

泵60使相变介质流过热交换器62，并在该回路的某点64测量压力差。当即将发生堵塞以及当制冷剂停止流过储热装置即关闭阀32、打开阀34使制冷剂旁路通过储热装置10时，压力探测器在预定范围内进行测量。用此方法来保护相变介质的循环。在含元件60、62和64的回路中连续循环可使冻结的冰融化，并改善储存装置10中的循环。在预选的压力下或在预选的时间间隔以后，可以使通过储热装置10中的液体制冷剂的循环恢复正常，即打开阀32，关闭阀34。在这种方法中，有效利用是靠储热装置10将冰保持在最大可利用水平来完成的。所以储热装置的热容量始终既可以用于主要制冷剂回路，也可以用于辅助回路或相变介质回路中（如图3所示）。

当回路61中用水时，可以达到的最低温度约为0℃。因为在0℃以下工作，可以采用乙二醇或甲醇/水混合物。这可以使工作温度达-1℃至-10℃。回路61可以有进口和出口（图中未示出），以便排出所用的循环流体，并可把所用的流体换掉或置换掉。

另外，当压缩机16将来自平衡筒14的气体转变成液态时，冷凝器18提供显热。因而可将冷凝器18装在另一个稳定流体循环回路70中，使冷凝器18提供的显热被送到另一个储热装置，例如家用热水供应储存罐72中，这样就可以更有效地利用热能。在家用或商用场所，储热装置10和储存装置72可以分别用于在同一设施中提供热水和进行空气调节。

以上虽然根据优选实施例对本发明进行了描述，但在本领域普通技术人员的知识范围内可以作出各种变型。例如，在此处较佳制冷剂是R22，但也可以根据成本和实用情况而用其他制冷剂。也可以考虑用氨作制冷剂。

Claims (7)

1、一种制冷系统包括：一个带有一个储热装置和一个平衡筒的制冷剂回路，平衡筒与一个使液体制冷剂在所述储热装置和所述平衡筒之间进行循环的液体泵串接，上述制冷剂回路还有一个负载装置，该负载装置可以与所述平衡筒或储热装置和制冷剂控制装置一起连接在所述回路中，该控制装置控制通过所述储热装置和负载装置的主要制冷剂通路。

2、如权利要求1所述的制冷剂系统，其中所述制冷控制装置包括：串接在所述液体泵和所述储热装置之间的第一阀装置，与所述储热装置和所述第一阀装置并联的第二阀装置，彼此串接而与所述负载装置并接的第三和第四阀装置，所述储热装置的输出连接在所述第三和第四阀装置之间。

3、如权利要求1所述的制冷系统，其中所述制冷剂控制装置包括：串接在所述液体泵和所述储热装置之间的第一阀装置，串接在所述液体泵和所述负载装置之间的第二阀装置，彼此串接而与所述负载装置并接的第三和第四阀装置，所述储热装置的输出连接在所述第三和第四阀装置之间。

4、如权利要求1或2所述的制冷系统，其中所述平衡筒将所述制冷剂分离成液相和气相，所述气相在通过压缩机和冷凝器装置之后成为液态被返回到所述平衡筒，一个液体接收装置接收来自所述冷凝器的液化了的制冷剂，一根返回管道在平衡筒中的液面控制装置的控制下将所述液体返送到所述平衡筒中，该液面控制装置用于将平衡筒中的液面维持在预定高度，所述的控制在装有所述液体接收装置和所述平衡筒之间的返回管道中的控制阀完成。

5、如权利要求4的制冷系统，其中所述储热装置在储热介质从液态到固态的相变过程中储存能量，此时液态可以在第二显热回路包括第二回路负载和测量第二显热回路中循环，该显热回路中的压力的装置，以便在所述压力变化表示流过所述第二显热回路的循环即将中止时使主要制冷剂停止流过所述储存装置。

6、如权利要求5所述的制冷系统，进一步包括第三显热回路，该回路有一台将冷凝器中的显热排出并将该热存在储热器中的热交换器。

7、如上述任一权利要求所述的制冷系统，其中所述的主要制冷剂是R22，所述的主要制冷剂回路工作时的排气压力范围是1090-1590KPa（59-230磅/英寸²），进气压力范围是277-346KPa。