CN113218016A - 一种空调用相变蓄冷装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种空调用相变蓄冷装置，包括箱体，所述箱体内设有若干并联连接的换热盘管，每根所述换热盘管沿箱体的长度方向呈S形折弯状延伸，每根所述换热盘管管壁上设有分形翅片，所述分形翅片呈沿管壁圆周均布的分叉结构，相邻换热盘管之间的所述分叉结构对应相接，形成均匀排布的网状结构；所述箱体内填充相变材料。本发明的分形翅片采用仿生逐级分叉式树状结构翅片，相比于普通平板型翅片结构，换热面积大，更好地将热量传递到远离换热盘管的区域，大大缩短换热时间，提高蓄冷、释冷时间。相对于其他泡沫金属等复杂强化传热形式，结构相对简单，价格低廉，以较少的金属用量得到较好的强化传热效果。

Description

一种空调用相变蓄冷装置
技术领域
本发明涉及储能装置技术领域，尤其是一种空调用相变蓄冷装置。
背景技术
相变储能已经成为了储能领域提高能源利用效率和保护环境的重要技术。在解决热能供给与需求失配的矛盾，在太阳能利用、电力“移峰填谷”、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景，是世界范围内的研究热点。
相变蓄冷装置具有较高的相变潜热，占地面积小，相变温度宽泛，被广泛应用于建筑节能、废热回收、温室节能、太阳能储存等领域。但常用的相变材料普遍具有导热率较低、蓄冷与释冷时间较长、传热效率低等缺点。为改善相变蓄冷装置的整体传热性能，通常通过在其结构上设置金属翅片、在相变材料中填充普通金属或石墨粉末等。但普通平板翅片存在远端强化传热效果较差、整体效率较低等问题，金属粉末在相变材料中存在分层或沉降等问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种空调用相变蓄冷装置，解决了相变蓄冷装置热导率低的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种空调用相变蓄冷装置，包括箱体，所述箱体内设有若干并联连接的换热盘管，每根所述换热盘管沿箱体的长度方向呈S形折弯状延伸，每根所述换热盘管管壁上设有分形翅片，所述分形翅片呈沿管壁圆周均布的分叉结构，相邻换热盘管之间的所述分叉结构对应相接，形成均匀排布的网状结构；所述箱体内填充相变材料。
其进一步技术方案为：
所述分形翅片成逐级分叉结构，初始级分叉一端与管壁焊接，另一端形成至少两个第一级分叉，第一级分叉在其端部又形成至少两个第二级分叉，依次类推。
所述分形翅片的分叉级数k＝1，即包括初始级分叉和第一级分叉；所述初始级分叉沿管壁圆周均布的总支数F＝4，第一级分叉的分叉数N＝2，分叉角d＝90°，第一级分叉的长度L1与初始级分叉长度L0之比L1/L0＝N1/2，第一级分叉的宽度w1与初始级分叉的宽度w0之比w1/w0＝N-1/3。
若干换热盘管的进水端与进水总管连接，出水端与出水总管连接，所述进水总管出口、出水总管入口分别与水箱连接，所述水箱上还设有与热泵侧连接的冷冻水进水管，与用户侧连接的冷水供水管。
所述出水总管与水箱的连接管路上还设有循环泵。
水箱上设有通过补水泵连接的外部补水管。
所述相变材料为复合无机盐材料，相变温度为6.3℃。
所述复合无机盐材料成分为33.3％Na2SO4·10H2O、50％Na2HPO4·12H2O和16.7％NH4Cl。
所述复合无机盐材料中还加入有硼砂以减少其过冷度，加入聚丙烯酰胺或羧甲基纤维素抑制相分离程度。
所述箱体的结构包括金属壳体和金属框架，所述金属壳体内壁上覆有保温层，所述保温层包裹在金属框架外壁上；所述金属壳体底部固定连接在底座上。
本发明的有益效果如下：
本发明的分形翅片采用仿生逐级分叉式树状结构翅片，相比于普通平板型翅片结构，换热面积大，更好地将热量传递到远离换热盘管的区域，大大缩短换热时间，提高蓄冷、释冷时间。相对于其他泡沫金属等复杂强化传热形式，结构相对简单，价格低廉，以较少的金属用量得到较好的强化传热效果。
本发明的无机相变材料的相变温度为6.3℃，与空调供冷所需7℃的冷水温度能够很好配合。相变材料中加入硼砂减少其过冷度，加入聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素等抑制相分离程度，从而提高了蓄冷性能。
本发明的箱体结构及换热管和翅片均采用无锈钢材质，能够在保证导热性能的基础上，防止无机盐长期接触导致的金属腐蚀现象。
本发明可作为蓄冷装置模块，通过灵活控制蓄冷模块的数量，调节装置的蓄冷功率，具有效率高、维护方便和占地空间少的优点。本发明适用于在用电成本较低的谷电阶段将冷量储存起来，并在用电成本较高的峰电时期释放冷量进行制冷，降低制冷系统运行成本，起到电力削峰填谷的作用。
附图说明
图1为本发明的俯视结构示意图。
图2为本发明的侧视结构示意图。
图3为本发明单根换热盘管上分形翅片平面布置结构图。
图4为本发明分形翅片的整体布置结构图。
图中：1、底座；2、金属壳体；3、保温层；4、金属框架；5、换热盘管；6、分形翅片；61、初始级分叉；62、第一级分叉；7、相变材料；8、进水总管；9、出水总管；10、水箱；11、循环泵；12、冷冻水进水管；13、冷水供水管；14、补水泵；15、外部补水管。
具体实施方式
以下结合附图说明本发明的具体实施方式。
如图1和图2所示，本实施例的空调用相变蓄冷装置，包括箱体，箱体内设有若干并联连接的换热盘管5，每根换热盘管5沿箱体的长度方向呈S形折弯状延伸，每根换热盘管5管壁上设有分形翅片6，分形翅片6呈沿管壁圆周均布的分叉结构，相邻换热盘管5之间的分叉结构对应相接，形成均匀排布的网状结构；箱体内填充相变材料7。
上述实施例中，如图3和图4所示，分形翅片6成逐级分叉结构，初始级分叉61一端与管壁焊接，另一端形成至少两个第一级分叉62，第一级分叉62在其端部又形成至少两个第二级分叉，依次类推。
分形翅片6焊接在换热盘管5上，大大增加了换热盘管5的换热面积，提高了相变蓄冷装置整体导热系数。分形翅片6采用仿生原理设计的树状分形结构，换热效果较普通平板翅片更优，其分叉结构能够更快地将热量传递到远离换热盘管5的区域。
上述实施例中，如图2所示，每根换热盘管5沿箱体长度方向由上至下、由下至上呈波浪折弯形设置，各换热盘管5沿箱体宽度方向平行设置。
为适应换热盘管5的排布形式，更高效地提升导热效果作为优选形式，如图3所示，分形翅片6的分叉级数k＝1，即包括初始级分叉61和第一级分叉62；初始级分叉61沿管壁圆周均布的总支数F＝4，第一级分叉62的分叉数N＝2，分叉角d＝90°，第一级分叉62的长度L1与初始级分叉61长度L0之比L1/L0＝N1/2，第一级分叉62的宽度w1与初始级分叉61的宽度w0之比w1/w0＝N-1/3。
上述优选形式中，分形翅片6的总支数与分叉级数较小，在增加换热面积的基础上不会过多影响相变材料7的填充量，保证了蓄冷装置的容量。
作为具体形式，若干换热盘管5之间并联连接，每根换热盘管5的进水端与进水总管8连接，出水端与出水总管9连接，进水总管8出口、出水总管9入口分别与水箱10连接，水箱10上还设有与热泵侧连接的冷冻水进水管12，与用户侧连接的冷水供水管13。出水总管9与水箱10的连接管路上还设有提供水循环动力的循环泵11。水箱10上设有通过补水泵14连接的外部补水管15。
箱体中换热盘管5、分形翅片6与相变材料7直接接触。
具体地，本实施例的空调用相变蓄冷装置包括蓄冷和释冷两种工作模式。
蓄冷模式时，开启循环泵11，热泵系统产生的冷冻水由冷冻水进水管12输入水箱10，再由进水总管8流入各换热盘管5中，相变材料7开始放热，由液态变为固态，当相变材料7达到冷冻水供水温度，蓄冷过程结束，冷量储存在相变材料7中以供使用。
释冷模式时，开启循环泵11，温水由进水总管8流入各换热盘管5中，相变材料7开始吸热，由固态变为液态，换热盘管5吸收相变材料7的冷量，当换热盘管5中的水放热至用户侧冷水供水温度时，由出水总管9汇入水箱10中，再通过冷水供水管13输出到用户供气使用。当水箱10内水流量不够时，开启补水泵8，从通过补水管9从外部取水以供使用。
作为具体形式，相变材料为复合无机盐材料，相变温度为6.3℃。
作为优选形式，复合无机盐材料成分为33.3％Na2SO4·10H2O、50％Na2HPO4·12H2O和16.7％NH4Cl。其相变温度为6.3℃，与空调供冷所需7℃的冷水温度能够很好配合，相变材料7中还可加入硼砂减少其过冷度，加入聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素等抑制相分离程度。
作为具体实施形式，如图1所示，箱体的结构包括金属壳体2和金属框架4，金属壳体2内壁上覆有保温层3，保温层3包裹在金属框架4外壁上，相变材料7均匀填充于金属框架4中；金属壳体2底部固定连接在底座1上。
具体地，金属框架4、换热盘管5、分形翅片6均为不锈钢材质，其能够耐无机盐腐蚀。换热盘管5管径为12mm，管壁厚为1mm。金属框架4的内腔表面加工成光滑平整面，将焊接好分形翅片6的换热盘管5放置于金属框架4中，在内腔填充相变材料7，上端开口通过金属板盖上封闭。金属框架4填充相变材料7时需留有一定空隙，不得过满，留有体积应满足其相变材料7受热膨胀时的体积。
本实施例的利用相变材料，在用电成本较低的谷电阶段将冷量储存起来，并在用电成本较高的峰电时期释放冷量进行制冷，降低制冷系统运行成本，起到电力削峰填谷的作用。结构简单，可作为蓄冷装置模块，通过灵活控制蓄冷模块的数量，调节装置的蓄冷功率，具有效率高、维护方便和占地空间少的优点。

Claims (10)

1.一种空调用相变蓄冷装置，包括箱体，其特征在于，所述箱体内设有若干并联连接的换热盘管(5)，每根所述换热盘管(5)沿箱体的长度方向呈S形折弯状延伸，每根所述换热盘管(5)管壁上设有分形翅片(6)，所述分形翅片(6)呈沿管壁圆周均布的分叉结构，相邻换热盘管(5)之间的所述分叉结构对应相接，形成均匀排布的网状结构；所述箱体内填充相变材料(7)。
2.根据权利要求1所述的空调用相变蓄冷装置，其特征在于，所述分形翅片(6)成逐级分叉结构，初始级分叉(61)一端与管壁焊接，另一端形成至少两个第一级分叉(62)，第一级分叉(62)在其端部又形成至少两个第二级分叉，依次类推。
3.根据权利要求2所述的空调用相变蓄冷装置，其特征在于，所述分形翅片(6)的分叉级数k＝1，即包括初始级分叉(61)和第一级分叉(62)；所述初始级分叉(61)沿管壁圆周均布的总支数F＝4，第一级分叉(62)的分叉数N＝2，分叉角α＝90°，第一级分叉(62)的长度L1与初始级分叉(61)长度L0之比L1/L0＝N1/2，第一级分叉(62)的宽度w1与初始级分叉(61)的宽度w0之比w1/w0＝N-1/3。
4.根据权利要求1所述的空调用相变蓄冷装置，其特征在于，若干换热盘管(5)的进水端与进水总管(8)连接，出水端与出水总管(9)连接，所述进水总管(8)出口、出水总管(9)入口分别与水箱(10)连接，所述水箱(10)上还设有与热泵侧连接的冷冻水进水管(12)，与用户侧连接的冷水供水管(13)。
5.根据权利要求4所述的空调用相变蓄冷装置，其特征在于，所述出水总管(9)与水箱(10)的连接管路上还设有循环泵(11)。
6.根据权利要求4所述的空调用相变蓄冷装置，其特征在于，水箱(10)上设有通过补水泵(14)连接的外部补水管(15)。
7.根据权利要求1-6之一所述的空调用相变蓄冷装置，其特征在于，所述相变材料(7)为复合无机盐材料，相变温度为6.3℃。
8.根据权利要求7所述的空调用相变蓄冷装置，其特征在于，所述复合无机盐材料成分为33.3％Na2SO4·10H2O、50％Na2HPO4·12H2O和16.7％NH4Cl。
9.根据权利要求8所述的空调用相变蓄冷装置，其特征在于，所述复合无机盐材料中还加入有硼砂以减少其过冷度，加入聚丙烯酰胺或羧甲基纤维素抑制相分离程度。
10.根据权利要求9所述的空调用相变蓄冷装置，其特征在于，所述箱体的结构包括金属壳体(2)和金属框架(4)，所述金属壳体(2)内壁上覆有保温层(3)，所述保温层(3)包裹在金属框架(4)外壁上；所述金属壳体(2)底部固定连接在底座(1)上。
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