CN1174193C - 冰蓄热型空调器和冰蓄热箱 - Google Patents

Abstract

一种冰蓄热型空调器和冰蓄热箱，其中冰蓄热箱的无用部分减少，增加了它的冰填充比率或防止过量结冰损坏热传导装置。一种在冰蓄热箱1中装有热交换器的冰蓄热型空调器，热交换器具有从冰蓄热装置的底部伸到接近其顶部的高度尺寸，并包括若干以叠层方式在其厚度方向安置的平板形板式热传导装置14。

Description

冰蓄热型空调器和冰蓄热箱

技术领域

本发明关于冰蓄热型空调器，在该空调器中冰通过冷却介质在冰蓄热箱中的热传导装置或装置内的流动制成冰或使其融化，本发明还关于这里所采用的冰蓄热箱。

背景技术

在冰蓄热型空调器中的制冰方法包括两种，一种是静态法，一种是动态法。静态法中，在蓄热箱的热传导装置的表面上形成和生长冰，从而会产生随着冰厚度的增加热传导阻力也增加、因而使制冰效率降低的问题。动态方法中，使低温低压的冷却介质在冰蓄热箱底部的热传导装置内流动，从而制成冰，然后使高温高压的冷却介质流动使已生长的冰从热传导设备的表面上剥离，从而使冰块通过其浮力浮到蓄热箱的上部，以冰块形式的冷气积蓄在蓄热箱中。在日本专利公开公报No.42878/1996年公开了这种动态方法的例子。

在上述公报的现有技术中，提出了一种伴随冰的形成而产生的冰的热阻增大的抑制和增大箱中对水容积下的冰填充比率方法。然而由于在蓄热箱底上用板式蒸发器作为热交换设备，就存在一个冰蓄热箱中的容器空间的冰填充比率(占存比率)减小的问题。另外，由于将冰剥离热交换设备，在操作中的某些时候，它将成为一个蒸发器，这就会存在一个周围的水被加热的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冰蓄热型空调机，其中，减少了在冰蓄热箱中不用于制冰的未使用部分，从而改进冰蓄热箱中的冰填充比率，或防止由于热传导设备的过度冷却而损坏，本发明的目的还在于提供一种这里使用的冰蓄热箱。

本发明提供一种冰蓄热型空调器，包括冰蓄热箱和安装在上述冰蓄热箱内的热交换器，其特征在于：上述热交换器包括若干平板式热传导装置，它们每一个具有从上述冰蓄热箱的底部伸到接近上述冰蓄热箱的顶部的高度尺寸以及矩形横截面，并且它们以迭层方式在其厚度方向以间距为10至50mm安置；在上述冰蓄热箱中包含水，从而使上述热传导装置浸没在水中；冷却介质在上述热传导装置的下部流进而在上述热传导装置的上部流出，由此在上述热传导装置的表面上形成冰并存储冷量。

采用这种布局，作为蒸发器的平板式热传导装置的尺寸大致与冰蓄热箱容器的高度相对应，并以厚度方向迭层方式放在冰蓄热箱中，以减少冰蓄热箱中不用于制冰的未用部分的间隙，从而增大冰填充比率。

本发明还提供一种冰蓄热型空调器，它包括一个冰蓄热箱，蓄热箱包含的水的高度大致达到它的容器的高度，热交换器安置在上述冰蓄热箱中，该空调器包括以厚度方向的迭层方式安置在冰蓄热箱中的若干平板式热传导装置，从而使冰形成并生长在板式热交换设备的表面上。

因此，在制冰时用作蒸发器的这种热交换设备是在其厚度方向以迭层方式放置的平板型的，冰制成并生长在相应热交换设备的表面上，这样制成的冰厚度上不增加，尽管由静态法制冰，热传导阻力还是比所要求的要小。作为制冰未使用部分的不能用的间隙减小了，从而增大了冰填充比率。

本发明还提供一种冰蓄热型空调器，它包括一个蓄热箱，箱内所含水的高度大致等于它的容器的高度，热交换器安装在冰蓄热箱中，该空调器包括厚度为3～10mm的20～60块板式热传导设备，它们以厚度方向的迭层形式间隔为10～50mm装在冰蓄热箱中，其中冰形成并生长在板式热传导设备的表面上。

因此，作为示例，采用圆筒形冰蓄热箱，不能用作制冰的无用部分的间隙减小到能使冰填充比率增加到87％，在先有技术中只有65％左右。

本发明还提供一种冰蓄热型空调器，它包括一个冰蓄热箱，箱中所含的水大致到达它的容器的高度，热交换器装在冰蓄热箱中，以允许冷却介质在其中流动，该空调器包括若干装在冰蓄热箱中在厚度方向以迭层方式安置的若干平板式热传导装置，其中在制冰时，冷却介质在平板式热传导装置的下部流进，在该装置的上部流出。

由于冷却介质在平板式热传导装置的下部流进，从而在平板式热传导装置的下部上开始制冰，在制冰期间，水不受限制流到装置的上部。所以减少了不能用于制冷的部分，增大了冰填充比率，并能避免热传导装置的损坏，这种损坏会由部分受限制的水结冰和膨胀所致。

本发明还提供一种冰蓄热型空调器，它包括一个冰蓄热箱，蓄热箱所含的水大致达到它的容器的高度，热交换器安置在冰蓄热箱中，并包括若干装在冰蓄热箱中在厚度方向以迭层方式安置的若干平板式热传导装置，头部装置连到板式热交换设备上并放在水的外部。

因此，板式热传导装置和构成未用部分的头部装置之间的间隙位于水的外部，这样可增大冰填充比率。

在本发明的一个方面中，若干调整构件安置在板式热传导装置内，从而冷却介质的流动通道以预定的方式分支和汇合。因此使冷却介质很好地混合，从而使制成冰的厚度均匀。

在本发明的进一步的方面中，在板式热传导装置中装有若干带有孔的隔板。因此板式热传导装置和隔板之间的接触部分减小。能够减小从板式热传导装置到在其中流动的冷却介质的热阻并能使热阻均匀。

在本发明的又一个方面中，板式热传导装置做成两块板连在一起在它们之间形成流动通道。因此减少了零件数量。

在本发明的再一个方面中，板式热传导装置做成两块板连在一起在它们之间形成流动通道，在板式热传导装置中装有带不同倾角的不规则的调整构件。因此减少零件数量，能促进冷却介质分流和汇合，使板式热传导设备的压力损失减小。

1.本发明还提供一种冰蓄热箱，具有安装在其中的热交换器，其特征在于：上述热交换器包括若干平板式热传导装置，它们每一个具有从上述冰蓄热箱的底部伸到接近上述冰蓄热箱的顶部的高度尺寸以及矩形横截面，并且它们以迭层方式在其厚度方向以间距为10至50mm安置；在上述冰蓄热箱中包含水，从而使上述热传导装置浸没在水中；冷却介质在上述热传导装置的下部流进而在上述热传导装置的上部流出，由此在上述热传导装置的表面上形成冰并存储冷量。

本发明进一步提供一种冰蓄热箱，其中安装了热交换器，使冷却介质可在其中流动，使蓄热箱包括若干在厚度方向以迭层方式安置的若干板式热传导装置，以及其中冷却介质从热传导装置的下部流进，并从其上部流出。

附图说明

图1表示本发明一个实施例的冰蓄热箱的结构，

图2表示本发明另一个实施例的冰蓄热箱的结构，

图3表示本发明又一个实施例的冰蓄热箱的结构，

图4表示本发明又一个实施例的冰蓄热箱的结构，

图5表示本发明实施例的板式热传导装置，

图6表示本发明另一实施例的板式热传导装置，

图7表示本发明又一实施例的板式热传导装置，

图8表示本发明再一实施例的板式热传导装置，

图9表示本发明又一实施例的板式热传导装置，

图10表示本发明又一实施例的板式热传导装置，

图11表示沿图10的XI-XI线的板式热传导装置的剖视图，

图12表示本发明又一实施例的板式热传导装置，

图13为图12中板式热传导装置的透视图，

图14表示冰蓄热型空调器的基本结构，

图15为先有技术制冰时热传导管的剖视图。

具体实施方式

正如图14所示，冰蓄热式空调器包括：外部设备7，其中压缩机6，外部热交换器4和类似构件装在一起；一个蓄热设备8，其中蓄热箱1、分支管及类似件装在一起；一个内部设备9，它包括一个内部热交换器5。冷却循环主要在夜里利用深夜的电力来进行，这样以冰的形式在冰蓄热箱1中储蓄冷气，该冷气在白天作空调之用。当冷气储蓄在冰蓄热箱1中时，在蓄热箱中的热传导管(热传导装置)3用作冷却循环的冷却器，从而将冰制在它的表面上以储蓄冷气。

在冷却循环中，来自压缩机6的高温高压下的冷却介质穿过外部的作为冷却器的热交换器4、一个开口程度受控制的膨胀阀24a、一个在蓄热箱1内作蒸发器的热传导管3和阀25，然后返回到压缩机6。膨胀阀24a完全关闭。

当储蓄的冷气用作空调时，蓄热箱1中的热交换器用作冷却循环中冷却器的一部分，使高温高压下的冷却介质在热交换器中流动，来自热传导管3的表面制成的冰汇集成冰2从而提供冷气。冷却循环的进行顺序是：压缩机6，用作冷却器的外部热交换器4，蓄热箱1，膨胀阀24a和作为蒸发器的内部热交换器5(阀25完全关闭)。

通常在冰蓄热箱1中用作制冰的热交换管3包括具有圆形截面并弯成之字形的铜管(外径约7～9mm)。从而使铜管表面上形成的冰具有大致如图15所示的圆形截面的管形，在相邻的热传导管(铜管3)部分的垂直和横向上形成的冰体2之间产生未使用部分10。这样，冰的填充比率(冰体积对充水体积之比)最多达65％左右。

为了使蓄热箱1内存有的冰的填充比率增加到65％，厚度为60～70mm的冰2必须形成在热传导管3的表面上，从热传导表面到冰形成的表面整个区域的热阻随着冰2的形成而增大，在制冰完成之前需要长的时间。

另外，当制成冰超过一确定数量时，在相邻传导管3部分上生长出的冰限制水的流出，然后就有可能使未使用部分10中的水结冰膨胀，从而在热传导管上产生裂纹。

在图1中，圆柱形冰蓄热箱1a做成若干垂直板式热传导装置14垂直放在蓄热箱中，它们以厚度方向迭层形式泡浸在蓄热箱中。采用这样的布局，不用于制冰的在相邻传导装置14之间形成的未使用部分10，以及冷却介质入口侧头部11和出口侧头部12周围的间隙可以避免，从而改进了冰的填充比率。例如，对于充以1.520m³水的圆柱形蓄热箱(φ1100×1175)来说，具有圆形截面的铜管(管径为φ8，总长为208m)形式的热传导装置提供0.988m3的冰，冰填充比率约为65％，对于同样尺寸的冰蓄热箱来说，若装上5mm厚的板式热传导装置14的43块板，它们以间距为25mm在它们的厚度方向以迭层形式放置，其冰填充比率能增加到87％。对于具有方形截面的蓄热箱来说，板式热传导装置14可安置成使它们之间的间隙更小一些，从而能进一步增加冰填充比率。

正如图1所示，冷却介质入口侧头部11和出口侧头部12放在板式热传导装置14的上方，所以只要将板式热传导装置14从圆柱形蓄热箱1 a上方插入就行，从而能改进制造性能。

由于进口侧头部11不沉浸在水中，就可防止引起热传导管损坏的冰不均匀地形成在进口侧头部11上。另外在热传导管具有圆形截面的情况下，围绕管形成的冰也将具有圆形截面，随着蓄热的增加而增大了热阻。然而如图1所示的这种板式热传导装置14使热阻与形成的冰的厚度成比例，从而能缩短蓄热所需要的时间。

在这种冰蓄热箱中，在制冰时当在板式热传导装置14的下部流动的冷却介质向上流动时，在板式热传导装置14和圆柱形冰蓄热箱1a之间的水由于冷却介质13挥发而失去热量，因此存在着蒸汽-液体两相的流动状态，在板式热传导装置14的高度方向干燥度产生变化。有鉴于此，要求在板式热传导装置14内提供呈现小的压力损失的调整构件，从而在板式热传导装置14的宽度方向上为冷却介质提供较好的混合，使形成的冰的厚度均匀。

在现有的冰蓄热型空调机中，要求采用类别为HFC 407C的无共沸点混合物的冷却介质作为冷却介质，这种无共沸点混合物的冷却介质具有一个特征，它在挥发过程中挥发温度上升。这样，在流体介质从板式热传导装置14的下部朝上流时，由于冷却介质的挥发温度随着挥发过程而升高，在板式热传导装置14的下部形成的冰较多，而在上部则较少。因此，在制冰过程中，板式热传导装置14之间的水不受限制，可流到装置的上部，从而可避免由于水受限制而使热传导装置的损坏。

参见图2，具有方形截面的大量的板式热传导装置14在圆柱形蓄热箱1a的高度方向垂直放置，沉浸在箱子的水中。每个板式热传导装置14的宽度并不与相应安装位置一致，然而仅有两种热传导装置14a和14b，它们的基本宽度分别为a和b，这两种装置高密度地组合起来填充蓄热箱1a。

在这种方式中，不必按照各种蓄热箱制备板式热传导装置14而只将具有若干基本宽度的板式热传导装置14高密度地组合起来，增加了通用零件，大大地降低了成本。

另外，当板式热传导装置14与方形蓄热箱1b组合成如图3所示时，它们的放置密度能比圆柱形蓄热箱1a中的情况要大，这样进一步增大了冰填充比率。另外由于头部位于箱子上部的中心，就可能通过从现有的蓄热箱中去掉一组之字形的热传导管代之以箱内的板式热传导装置14，从而能增大现有蓄热箱的冰填充比率。

参见图4，不仅具有方形截面的板式热传导装置14，而且具有弯曲的板式热传导装置14c也能以组合方式装在圆柱形冰蓄热箱1a内、沉浸到箱子的水中。因此冰占据了靠近圆柱形冰蓄热箱1a内壁的空间，因此增大了占据率，从而能增大总的冰填充比率。

图5所示的板式热传导装置14做成将大量的盘形调整构件15a装在罩19内。由于盘形调整构件15a的两侧在其边缘上具有切口，因此即使调整构件15a相互接触地装在一起，其切口部分仍能保证冷却介质13的流动通道。因此能使冷却介质13混合得较好，从而能使形成的冰的厚度均匀。由于板式热传导装置14和调整构件15a的罩19并不要求相互制成整体或在具有冷却介质流动通道23的间隙时没有固定，因此改进了加工性能。

参见图6，大量的软绳状的调整构件15b装在板式热传导装置14的罩19内，并且包装比率改变以确保按罩19的尺寸的冷却介质的流动通道23。另外，还在板式热传导装置14的高度方向改变软绳状调整构件15b的包装比率，这样就能很容易地按蒸汽-液体两相流体的成分来改变冷却介质流动通道23的尺寸。

参见图7，在板式热传导装置14的两个热传导面的内侧装有大量的菱形的调整构件15，它们在安装位置上移动，从而不相互重迭。在图5的布局中，冷却介质13仅在板式热传导装置14的高度和宽度方向混合，而在图17所示的布局中，冷却介质在板式热传导装置14的厚度方向以及高度和宽度方向上混合，这就能改进蒸汽-液体两相流动的冷却介质的均匀度。

参见图8，在板式热传导装置14的罩19内装置的高度和宽度方向上装有带孔21的大量的隔板20，它们构成冷却介质流动通道23的调整构件15。采用如图7所示的布局，与图5所示的布局比较，板式热传导装置14的罩19和调整构件15之间的接触部分可以减少，就能够减小从板式热传导装置14的外部的水到流动在板式热传导装置14内的冷却介质的热阻，并可使热传导表面的热阻更为均匀。

参见图9，用以将介质13引入板式热传导装置14的冷却介质输入管16在一个方向(图中罩的厚度方向)上是扁平的，从而使管和罩之间的间隙变小，其中管子用作起调整构件15作用的隔板20。另外在相应的冷却介质管16上提供收缩部分22，用作冷却流体的流动通道23。因此可省去将冷却介质管16连到板式热传导装置14上的连接工作，而用扁平的冷却介质管16代替隔板20与图8所示的布局相比可减少零件的数量。

参见图10，构成热传导装置的板27a和27b连接在一起形成冷却介质管16和冷却介质流动通道23。板27a的一块上具有若干朝连接面凸出的凸起26。因此结构部件大大减少，省去了图7布局中要求的连接工作、切割操作或固定调整构件的所进行的类似工作。另外凸起26的板的厚度能做成等于板的其余部分的厚度，从而能防止凸起26附近的热阻增大。

最好在板式热传导装置14的下部按需要安装油料返回管17，该管允许压缩机6中的润滑剂18，混在冷却介质中，再返回到压缩机6，由于所有的冷却剂输入管16、板式热传导装置14、冷却剂输出管28和油料返回管17均做成整体连接在一起，所以这种板式热传导装置14和冷却介质输入管16能与连接部分分散开，这样能防止腐蚀，提高可靠性。

参见图12，构成热传导装置的板27连在一起形成与图10中所示同样的和板27形成整体的冷却介质输入管16。为了使冷却介质分流和流到一起，具有不同倾斜角度的不规则形的调整构件28固定在板27的内部，它们交替地安置在冷却介质13的流动方向上。冷却介质13流过它的管状流动通道23(具有长方形截面)，该通道是由调整构件28的不规则性和板27的内壁确定的。

一个接一个交替地安置在冷却介质流动方向的不规则形状的调整构件28安装成如图13所示相互相对偏置。因此冷却介质从不规则形状调整构件28流到下游的调整构件28时就可分开流动或流到一起。

另外，由于在不规则形状的调整构件28之间具有合适的间隙，能促进冷却介质分流和流到一起。因此，沿不规则形状的调整构件28流动的冷却介质13在相应阶段的一个方向进行调整，从而使板27之间的压力损失能保持在比图5和7所示布局要低的较低水平。另外，不规则形状的调整构件28可按相应阶段整体制成，以此减少零件数量(或减少加工步骤)。

按照本发明，用作制冰时的蒸发器的板式热传导装置具有的基本尺寸一直伸到接近冰蓄热箱的容器的顶部，并以迭层方式在厚度方向上装在冰蓄热箱内，以减小冰蓄热箱内不能用于制冰的无用部分的间隙，从而可以得到一种冰蓄热型空调机，其中冰蓄热箱的冰填充比率能增大。

另外，按照本发明，热传导装置是扁平式的，它们在厚度方向以迭层方式放置，使冰在相应热传导装置的表面上生长，这样可得到一种冰蓄热型空调机，其中冰的厚度不增加，尽管用静态法制冰，可使热传导阻力比要求的要小。

另外，按照本发明，厚度为3～10mm的20～60块板式热传导装置以迭层方式在其厚度方向以间距为10～50mm放置在冰蓄热箱中，制成的冰形成并生长在板式热传导装置的表面上，从而可得到一种冰蓄热型空调器，其中不能用于制冰的无用部分的间隙减少了，从而将冰填充比率增大到87％。

另外，按照本发明，若干扁平板式热传导装置以迭层方式在其厚度方向上安置在冰蓄热箱中，冷却介质从板式热传导装置的下部流入并在其上部流出，这样在板式热传导装置的下部开始制冰、朝箱子上部在水不受限制的状态进行。因此可得到一种冰蓄热型空调器，其中可以避免由于受限制的水的结冰和膨胀而引起的对板式热传导装置的损坏。

另外，按照本发明，若干扁平板式热传导装置以迭层方式在其厚度方向安置在冰蓄热箱中，头部装置放在水外，板式热传导装置和头部装置之间的间隙位于水外，这样就可得到一种冰蓄热型空调器，其中增大了冰的填充比率。

另外，按照本发明，若干扁平式热传导装置的高度尺寸从冰蓄热箱的底部一直伸到接近箱子容器的顶部，它们以迭层方式在其厚度方向安置，从而可得到一种冰蓄热箱，其中不能用于制冰的无用部分减少了，增大了冰填充比率。

另外，按照本发明，若干扁平板式热传导装置以迭层方式在其厚度方向上安置，冷却介质在板式热传导装置的下部流进，从其上部流出制冷工作是在水不受限制的状态下朝板式热传导装置的上部进行，这样就可得到一种冰蓄热箱，它不会由于受限制的水的结冰和膨胀而引起对板式热传导装置的损坏。

Claims (5)

1.一种冰蓄热型空调器，包括冰蓄热箱和安装在上述冰蓄热箱内的热交换器，其特征在于：上述热交换器包括若干平板式热传导装置，它们每一个具有从上述冰蓄热箱的底部伸到接近上述冰蓄热箱的顶部的高度尺寸以及矩形横截面，并且它们以迭层方式在其厚度方向以间距为10至50mm安置；在上述冰蓄热箱中包含水，从而使上述热传导装置浸没在水中；冷却介质在上述热传导装置的下部流进而在上述热传导装置的上部流出，由此在上述热传导装置的表面上形成冰并存储冷量。

2.如权利要求1所述的冰蓄热型空调器，其特征在于，在上述平板式热传导装置中设置具有孔的若干隔板。

3.如权利要求1所述的冰蓄热型空调器，其特征在于，上述平板式热传导装置通过将两块板连接在一起、并在它们之间形成流动通道而制成，而且在上述平板式热传导装置中装有若干具有不同倾斜角度的不规则调整构件。

4.一种冰蓄热箱，具有安装在其中的热交换器，其特征在于：上述热交换器包括若干平板式热传导装置，它们每一个具有从上述冰蓄热箱的底部伸到接近上述冰蓄热箱的顶部的高度尺寸以及矩形横截面，并且它们以迭层方式在其厚度方向以间距为10至50mm安置；在上述冰蓄热箱中包含水，从而使上述热传导装置浸没在水中；冷却介质在上述热传导装置的下部流进而在上述热传导装置的上部流出，由此在上述热传导装置的表面上形成冰并存储冷量。

5.如权利要求4所述的冰蓄热箱，其特征在于，上述平板式热传导装置包括具有某种标准宽度的装置的组合。

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