CN111351165A - 一种隔间分形蓄冰槽 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隔间分形蓄冰槽，包括槽体及设置在槽体内的盘管，所述的盘管包括进液总管、出液总管以及连接在进液总管和出液总管之间的连接管，所述连接管包括间隔设置在所述进液总管和出液总管上的竖直盘管和连接水平方向上相邻两个竖直盘管的水平盘管，在所述的竖直盘管上布置有热扩散板，所述的热扩散板的高度与所述的竖直盘管高度相当，所述热扩散板为沿水平方向以所述的竖直盘管为基础向内外两侧铺展开来的隔间分形结构。本发明提高了蓄冰槽的结构紧凑型，能有效改善热量的传递方式，实现了热量由点到体的最佳路径的传导，大大减少了热量传导距离，减少了热量的损失，强化了换热性能，进而达到高效换热和节能的目的。

Description

一种隔间分形蓄冰槽
技术领域
本发明涉及一种蓄冰槽，具体涉及的是一种为提高换热性能，增强蓄冰能力而设计的具有隔间分形结构及相变微胶囊流体载冷剂特征的蓄冰槽。
背景技术
随着夏季空调使用量的增大，经常会出现能源紧缺，电力供应紧张的情况。发展蓄冷技术，利用峰谷电价的差值，可以实现晚上蓄冷，白天使用，从而减小了空调使用时的电网压力，达到节能和节电的目的。
冰盘管式蓄冰槽是应用较广泛的一种蓄冷装置，是由沉浸在水槽中的盘管构成换热表面的一种蓄冰设备，在蓄冷过程，载冷剂或制冷剂在盘管内循环，吸收蓄冰槽中水的热量，在盘管外表面形成冰层。作为蓄冷介质，冰的相变潜热大，性能稳定，成本低廉，量大易得，无污染，相变温度基本恒定，其缺点是热导率低，以致蓄冷和释冷过程的温度梯度较大，增加了蓄冷和释冷过程的能量损失，因此为了改善蓄冰槽的导热性能，提高蓄冰槽的能量利用效率，迫切需要寻找一种新型高效的导热增强蓄冰槽。
为实现热量由点到面的径向扩散传播，强化蓄冰过程中的换热过程，本发明在原有冰盘管式蓄冰槽的基础上，在竖直盘管上布置隔间分形结构，并采用相变微胶囊流体作为载冷剂，以改善蓄冰槽的导热性能，增强蓄冰能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种具有隔间分形结构及相变微胶囊流体载冷剂特征的蓄冰槽，该蓄冰槽优化了流体传递结构，采用了具有换热效率更高的相变微胶囊流体，从而扩大了冷源和热源与蓄冷介质的接触面积，改善了蓄冰槽内的导热性能，提高了蓄冰槽的能量利用效率，更好地达到节能与节电的目的，同时使蓄冰槽的结构更紧凑。
技术方案：
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种隔间分形蓄冰槽，包括槽体及设置在槽体内的盘管，在所述盘管内有流动的载冷剂，其特征在于：所述的盘管包括进液总管、出液总管以及连接在进液总管和出液总管之间的连接管，所述连接管包括间隔设置在所述进液总管和出液总管上的竖直盘管和连接水平方向上相邻两个竖直盘管的水平盘管，在所述的竖直盘管上布置有热扩散板，所述的热扩散板的高度与所述的竖直盘管高度相当，所述热扩散板为沿水平方向以所述的竖直盘管为基础向内外两侧铺展开来的隔间分形结构，所述的热扩散板包含m级(m≥2)，每级所述的热扩散板连接着发散系数N＝2的下一级所述的热扩散板，上下级所述的热扩散板之间的夹角为90 度，相邻所述的竖直盘管之间的所述的热扩散板相连通。
所述的槽体构成蓄冰槽的空间结构，其形状为立方体，可由PE材料制成，其不易腐蚀，使用寿命长，且易控制水质，内夹保温材料，外壁包裹厚聚苯板，由于所述的槽体内的冰水温度较低，为减少冷量损失，对蓄冰槽和管路系统的保温要求高，因此须增加绝热层厚度，以免发生结露现象。
所述的载冷剂采用相变微胶囊流体。
所述的连接管为平行布置的单U型管或U形管的并联。
连接管采用并联的U形结构，使其结构更紧凑，使蓄冷和释冷的温度更均匀，所述的盘管可由紫铜制成，其具有优良的导热性能，所述的盘管管径较细，管间距离较小，设计的冰层厚度较薄，所述的盘管相对换热表面积较大，因此会有利于蓄冰和融冰。
所述的热扩散板采用隔间分形结构，布置在所述的竖直盘管上，高度与所述的竖直盘管相当，水平方向上以所述的竖直盘管为基础向内外两侧展开，这充分利用了蓄冰槽的内部空间，且大幅增大了热扩散板与所述蓄冷介质的换热面积。所述的导热热扩散板包括m级分支热扩散板(m≥2)，每级热扩散板连接着发散系数N＝2的下一级热扩散板，上下级热扩散板的夹角为90度，上下级热扩散板的直径之比为
Figure BDA0001081185470000021
其中△为直径维数，且△≥2，上下级热扩散板的长度之比为 N-1/d，其中d为长度维数，d>1。所述的相邻盘管之间的热扩散板与靠近槽体壁面的热扩散板略有不同，相邻盘管之间的热扩散板相连通，成为一个整体，使热扩散板结构更紧凑，同时各根竖管上的热扩散板相互独立，提高了蓄冰槽的工作可靠性。
所述的热扩散板整体形状类似于办公室的隔间，这种布置方式将空间划分成若干相对独立的区域，能有效改善热量的传递方式，所述的隔间式热扩散板实现了热量由点到体的最佳路径的传导，大大减少了热量传导距离，减少了热量的损失，强化了换热性能。
所述的载冷剂为乙烯乙二醇溶液，并在其中添加相变微胶囊，乙烯乙二醇性质稳定，冻结温度较低，热导率较高，价格低廉，易于获得，用潜热相变材料作为芯材，以树脂材料为囊壁，制备成微纳米胶囊，由于蓄热材料微胶囊化之后，表观面积增加，其传热面积增大，从而提高了换热效率，蓄冷时，所述的载冷剂在所述的盘管内循环，吸收冷量，释冷时，采用内融冰方式，温度较高的载冷剂仍在盘管内循环，将热量传递给冰层。
所述的蓄冷介质为冰，由于相变，蓄冷密度大、蓄冷温度几乎恒定，储存相同的冷量，冰蓄冷所需体积只有水蓄冷的几十分之一，蓄冷槽体积小，占用空间少，容易做成系列化的标准设备，也可因地制宜，就地制作。
有益效果：
本发明涉及一种由隔间式分布热扩散板构成的结构紧凑的隔间分形蓄冰槽。该蓄冰槽采用进液总管、出液总管以及连接管连接而成的盘管，使蓄冷和释冷的温度更均匀；充分利用盘管的空间结构来布置热扩散板，大大增加了单位体积内冷热流体热交换所需的传热面积，提高了蓄冰槽的结构紧凑性；导热热扩散板的隔间布置可实现热量由点到体的最佳路径的传导，大大减少了热量传导距离，减少了热量的损失，强化了流动换热性能，提高了热有效性。
附图说明
图1隔间分形蓄冰槽的整体示意图；
图2隔间分形蓄冰槽内部结构示意图；
图3具有U型连接管的盘管结构示意图；
图4是具有双U型连接管的盘管结构示意图；
图5靠壁面热扩散板示意图，其中a为m＝1时的示意图，b为m＝2时的示意图，c为 m＝3时的示意图；
图6盘管之间热扩散板示意图；
其中，1.槽体；2.盘管；3.盘管间热扩散板；4.靠壁面热扩散板；5.蓄冷介质；6.载冷剂。
具体实施方式
下面结合附图作进一步的描述：
图1给出了本发明隔间分形蓄冰槽的整体示意图。由槽体1、盘管2、热扩散板3和4、蓄冷介质5以及载冷剂6构成。为减少冷量损失，槽体1壁面内夹保温材料，外包裹厚聚苯板。盘管2布置在槽体1内，进出口的盘管伸出槽体，便于载冷剂6从一端流入，从另一端流出，热扩散板3和4布置在竖直盘管上，蓄冷介质5放置于槽体中。为了便于观察和理解，图2给出了蓄冰槽内部结构的三维图。
图3和图4给出了盘管设计及载冷剂流向的示意图。盘管2的连接管采用单 U型或多个并联的U形结构，使其结构更紧凑，盘管2里面的载冷剂6从一端流入，在流动过程中，每遇到一根丁字交叉口则一分为二，一部分流体继续向前流动，一部分流体则经竖直盘管引导向下流动，底部经水平管引导到另一排竖直盘管向上流动，不同流向的流体在丁字交叉口汇合，最后在水平盘管另一侧流出，这种流动方式能使蓄冷和释冷的温度更均匀，增大了载冷剂与蓄冷介质的换热面积，有利于蓄冰和融冰。
图5和图6给出了热扩散板示意图，高度与竖直盘管相当，水平方向上以竖直盘管为基础向内外两侧展开，相邻竖直盘管之间的热扩散板相连通，成为一个整体，这充分利用了蓄冰槽的内部空间，且大幅增大了冷源，热源与蓄冷介质的换热面积，同时各根竖直盘管上的热扩散板相互独立，提高了蓄冰槽的工作可靠性。热扩散板的隔间式布置方式将空间划分成若干相对独立的区域，能有效改善热量传递方式，热扩散板实现了热量由点到体的最佳路径的传导，大大减少了热量传导距离，减少了热量的损失，强化了换热性能，达到了高效换热和节能的目的。
在蓄冷过程中，低温的载冷剂在盘管内循环，吸收水槽中水的热量，在盘管外表面形成冰层，储存冷量。在释冷过程，采用内融冰方式，温度较高的载冷剂在盘管内循环，通过盘管表面将热量传递给冰层，使盘管外表面的冰层自内向外逐渐融化进行取冷，释放出冷量。

Claims (5)

1.一种隔间分形蓄冰槽，包括槽体及设置在槽体内的盘管，在所述盘管内有流动的载冷剂，其特征在于：所述的盘管包括进液总管、出液总管以及连接在进液总管和出液总管之间的连接管，所述连接管包括间隔设置在所述进液总管和出液总管上的竖直盘管和连接水平方向上相邻两个竖直盘管的水平盘管，在所述的竖直盘管上布置有热扩散板，所述的热扩散板的高度与所述的竖直盘管高度相当，所述热扩散板为沿水平方向以所述的竖直盘管为基础向内外两侧铺展开来的隔间分形结构，所述的热扩散板包含m级(m≥2)，每级所述的热扩散板连接着发散系数N＝2的下一级所述的热扩散板，上下级所述的热扩散板之间的夹角为90度，相邻所述的竖直盘管之间的所述的热扩散板相连通。
2.根据权利要求1所述的一种隔间分形蓄冰槽，其特征在于：上下级热扩散板的直径之比为N-1/△，其中△为直径维数，且△≥2，上下级热扩散板的长度之比为N-1/d，其中d为长度维数，d>1。
3.根据权利要求1所述的一种隔间分形蓄冰槽，其特征在于：所述的载冷剂采用相变微胶囊流体。
4.根据权利要求1所述的一种隔间分形蓄冰槽，其特征在于：所述的连接管为平行布置的单U型管或U形管的并联。
5.根据权利要求1所述的一种隔间分形蓄冰槽，其特征在于：所述的载冷剂为乙烯乙二醇溶液，并在其中添加相变微胶囊。
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