CN1256541C - 潜热型空调系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用冰水混合物或者其他固液混合物的潜热来制冷的潜热型空调系统。本发明所述的潜热型空调系统，水冷式冷凝器与水冷式蒸发器连接并经压缩机构成循环回路；水冷式冷凝器与冷却塔连接并构成循环回路；水冷式蒸发器经初级水泵与制冰器连接并构成循环回路；制冰器经次级水泵与空调末端换热设备连接并构成循环回路。本发明能够连续制取100μm～1mm的冰晶，并可以根据需要制取不同含冰率的冰水混合物以满足输送量的要求，提高换热效率和整个空调系统的制冷能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种空调系统，特别是涉及一种利用冰水混合物或者其他固液混合物的潜热来制冷的潜热型空调系统。
背景技术
通常，中央空调系统是由制冷机制取7℃左右的冷冻水，输送到空调末端设备进行制冷，也就是说，在制冷主机与空调末端设备之间管道流动的介质体是冷冻水，该类空调通过冷冻水吸热来冷却空气，没有相变潜热的过程。在上述基础上还有一类空调，称为“冰蓄冷空调”，它是非峰值电价期间(夜里)启动制冷机制冷，将水冻成冰，将冷量以冰的形式储存起来；在峰值电价期间(白天)电价贵的时段融冰，冷却冷冻水，冷冻水输送到空调末端设备去冷却空气。冰蓄冷空调的冰只是利用潜热进行蓄冷，冰并没有在末端管道流动，管道流动的仍然是液体。
近年来，作为被输送的用于末端制冷的载冷剂——冰水混合物的制取一直没有突破性的进展，在设备制取小颗粒的冰晶后，没有有效的分离方法，导致冰晶越来越大，无法有效连续制取100μm~1mm的冰晶，而大的冰晶又不适合管道输送。另外，冰晶被剥落后没有有效的处理方法，导致冰晶积聚形成大冰块，同样不适合管道输送。
现有的一些空调系统，如“直接接触气体水合蓄冷槽及蓄冷空调系统(申请号：95107268.4)”、“改进的冷却设备的集管箱和盘管结构(申请号：96111651.X)”、“一种冰蓄冷用冰槽与换热器集成装置(申请号：02117332.X)”等，它们都仅仅是揭示了如何结冰和融冰，而没有涉及如何实现直接输送固液混合物。人们迫切需要改进现有的空调系统，希望能够提供使液体变成含有小冰晶的冰水混合物的制冷系统，并能将冰水混合物输送到空调末端设备或其它需要用冷的地方。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种潜热型空调系统，该空调系统能够连续制取100μm~1mm的冰晶，并可以根据需要制取不同含冰率的冰水混合物以满足输送量的要求，提高换热效率和整个空调系统的制冷能力。
本发明所述的潜热型空调系统，水冷式冷凝器与水冷式蒸发器连接并经压缩机构成循环回路；水冷式冷凝器与冷却塔连接并构成循环回路；水冷式蒸发器经初级水泵与制冰器连接并构成循环回路；制冰器经次级水泵与空调末端换热设备连接并构成循环回路。
所述的水冷式冷凝器与水冷式蒸发器之间的输液管道上装有节流阀。
所述的空调末端换热设备与制冰器的回流管道上装有冰渣过滤器。
所述的水冷式蒸发器的不冻液出口处装有不冻液出口温度传感器；水冷式蒸发器的不冻液入口的连接管道上装有不冻液入口温度传感器。
所述的制冰器的冷冻水入口处装有冷冻水入口温度传感器；制冰器的冷冻水出口处装有冷冻水出口温度传感器。
所述的制冰器为壳——壳式结构，金属内筒套在外筒里，由右端板、左端板在两端焊接密封，形成内腔和夹套；在内腔中心安装刮冰器，刮冰器外端安装刮冰刀和弹簧，在刮冰器的左端连接皮带轮；在制冰器分别设置个连接口，冷冻水入口和冷冻水出口与内腔相连通，不冻液入口和不冻液出口与夹套相连通。
所述的刮冰刀由弹簧张紧安装，使刮冰刀紧贴内筒的壁面。
所述的冰渣过滤器是在过滤器筒体上嵌装粗过滤网和细滤网，过滤器筒体两端分别开设有筒体入口和筒体出口。
所述的粗过滤网位于距离筒体入口三分之一的位置，所述的细过滤网位于距离筒体出口三分之一的位置。
所述的筒体入口位于筒体中心线以上，筒体出口位于筒体中心线以下。
相比于现有技术，本发明所述的潜热型空调系统具有以下优点：
(1)能够连续制取100μm~1mm的冰晶，具有冰水混合物制取功能，并且能够将冰水混合物直接输送到空调末端制冷，并可以根据需要制取不同含冰率的冰水混合物以满足输送量的要求。
(2)应用了一种新型制冰器，该设备能使生成的小冰晶有效的脱离，脱离后不会在换热壁面23上留下一层薄薄的冰，这样冷冻水可以与金属换热壁面23接触，提高换热效率和整个空调系统的制冷能力。
(3)采用动态的制冰方式，抑制剥落的冰晶结合，使冰晶分散在溶液中。传统的制冰方式是冰在换热表面越结越厚，或者剥落后停留在系统的某个容器中，或者进一步的处理方式是在盛冰的容器安装搅拌器。本发明所述的动态的制冰方式是冰被剥落后落入溶液中，溶液是不断流动的，冰的浓度占5-50％，不会造成高浓度的堆积。
(4)能确保阻止含大冰晶(如粒径大于400μm冰晶)的冷冻水进入制冰器，因为大冰晶进入制冰器会很快得到冷却，生成大的冰粒，影响整个空调系统的后续运行。本发明避免了这种情形的发生。
(5)本发明能够高效制取冰水混合物，并且能够直接输送，缩小输送管道的尺寸，节省泵功率，节能效果明显。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中的制冰器的结构示意图；
图3是图2中的A-A剖视图；
图4是图1中的冰渣过滤器的结构示意图；
图5是图4中的B-B剖视图。
具体实施方式
本发明所述的潜热型空调系统，如图1所示，水冷式冷凝器1与水冷式蒸发器3连接并经压缩机2构成循环回路；水冷式冷凝器1与冷却塔14连接并构成循环回路；水冷式蒸发器3经初级水泵5与制冰器8连接并构成循环回路；制冰器8经次级水泵10与空调末端换热设备13连接并构成循环回路。
如图1所示，压缩机2的吸气口与水冷式蒸发器3的制冷剂出口3a相连接，压缩机2的排气口与水冷式冷凝器1的制冷剂入口1c相连接，水冷式冷凝器1的制冷剂出口1d与节流阀12入口相连接，节流阀12出口与水冷式蒸发器3的制冷剂入口3b相连接，冷却塔14与水冷式冷凝器1的进水口1a、出水口1b相连接。
如图1所示，水冷式蒸发器3的不冻液出口3c与初级水泵5入口连接，初级水泵5出口与制冰器8的不冻液入口24连接，制冰器8的不冻液出口16与水冷式蒸发器3的不冻液入口3d连接，制冰器8的冷冻水出口15与次级水泵10入口连接，次级水泵10出口与空调末端换热设备13总入口连接，空调末端换热设备13总出口与冰渣过滤器7的入口29连接，冰渣过滤器7的出口33与制冰器8的冷冻水入口18连接。
如图1所示，水冷式蒸发器3的不冻液出口3c的连接管道上装有不冻液出口温度传感器4；制冰器8的冷冻水入口18的连接管道上装有冷冻水入口温度传感器6；制冰器8的冷冻水出口15的连接管道上装有冷冻水出口温度传感器9；水冷式蒸发器3的不冻液入口3d的连接管道上装有不冻液入口温度传感器11。
本发明所述的潜热型空调系统，由制冷循环部分、制冰及输送循环部分构成。本发明有一种制冷剂和两种载冷剂参与循环，制冷剂在压缩机2和水冷式蒸发器3之间循环，不冻液作为第一载冷剂在水冷式蒸发器3和制冰器8之间循环，冷冻水为第二载冷剂在制冰器8和空调末端换热设备13之间循环。热迁移流程是：制冷剂吸取不冻液的热量，不冻液吸取冷冻水的热量，含冰晶的冷冻水吸取室内房间空气的热量。不冻液是在水中添加乙二醇、乙烯乙二醇、无机盐等，即使溶液温度低于零度也不会结冰。
本发明的制冷工作流程是：液体制冷剂在水冷式蒸发器3中汽化，吸取低冰点溶液(例如乙二醇溶液、乙烯乙二醇溶液、无机盐溶液等)的热量，吸收大量热量的制冷剂蒸汽被吸入压缩机2，压缩成高温、高压气体排入水冷式冷凝器1，将热量传给冷却水，从水冷式冷凝器1出来的中温高压液体制冷剂流经节流阀12节流成低温低压的含有部分气体的液态制冷剂再进入水冷式蒸发器3，如此循环。还有冷却水在水冷式冷凝器1加热后被送到冷却塔14冷却。
制冰及输送循环系统工作流程：低冰点溶液又称初级冷冻水，它流经水冷式蒸发器3被冷却到-5℃左右，进入制冰器8吸取次级冷冻水的热量，再进入水冷式蒸发器3；次级冷冻水被泵入制冰器8内冷却，在冷冻壁面23形成一层薄冰，通过制冰器8内的旋转刮冰器25将薄冰刮下，刮落的碎冰随着次级冷冻水流出制冰器8，通过冰冻水管道输送到各空调末端换热设备13进行换热，固态冰融解成水并且升温后再回到制冰器8。
本发明可通过控制压缩机2的吸气量来控制制冷量，压缩机2的能力可以是25％、50％、75％、100％，也可以是连续可调的，根据冷冻水入口温度传感器6反馈的温度，控制压缩机的输出能力，使制冰器8冷冻水出口15的溶液含冰率在50％以下。另一方面，调节蒸发压力使水冷式蒸发器3出口不冻液的温度控制在-5℃左右，该温度范围的不冻液有利冰层的生成，而且生成的冰层厚度适合。当不冻液的温度过低时，制冷机组的制冷量和能效比将降低，控制水冷式蒸发器3出口不冻液温度是很有必要的。本发明可通过调节蒸发压力使水冷式蒸发器3出口不冻液的温度控制在-5℃左右，获得较高的制冷量和能效比。
根据空调的设计需要，溶液的含冰率可以在5～50％之间变化。
本发明所述的制冰器8，如图2、图3所示，为壳-壳式结构，金属内筒20套在外筒19里，由右端板27、左端板28在两端焊接密封，形成内腔21a和夹套21；在内腔21a中心安装刮冰器25，刮冰器25外端安装刮冰刀22和弹簧26，在刮冰器的左端连接皮带轮17；在制冰器8分别设置四个连接口，冷冻水入口18和冷冻水出口15与内腔21a相连接，不冻液入口24和不冻液出口16与夹套21相连通。
制冰器8的工作原理：内腔21a流动着冷冻水，夹套21内流动着不冻液，由皮带带动刮冰器25旋转，刮冰刀22在弹簧26的张紧力作用下始终与内筒壁23接触，刮冰刀将刚在内筒壁23生成的薄冰刮落，刮冰刀22过后冷冻水又在壁面生成新的薄冰，又被刮落，如此反复。由于弹簧26的张紧，刮冰刀22与内筒壁23紧密接触，冰被刮下，不会残留一层薄冰，刮冰刀22与壁面23之间没有冰层，热阻小了，换热效率高了。因为冰和水是良好的润滑剂，在此装置中刮冰刀22与壁面23接触不会有大的磨损。
不冻液从不冻液入口24进入由外筒体19和内筒体20组成的夹套21中，吸取热量后从不冻液出口16出来；冷冻水从冷冻水入口18进入内筒体20，在内筒体20的壁面23上结冰，被刮冰器25上的刮冰刀22刮落，随冷冻水一起从冷冻水出口15流出。刮冰器25端部安装皮带轮，由皮带带动旋转。刮冰刀22安装在刮冰器25，它由弹簧24张紧，该安装方式优点是：第一，保证上的刮冰刀22始终与内筒体20的壁面23紧密接触，把冰刮干净，提高换热效率；第二，要求刮冰器25安装精度低，尽管刮冰器25安装有些偏心，通弹簧调整空间尺寸，仍能正常运转：第三，自动补偿磨损量，当刮冰刀22磨损后，由弹簧往外推，刮冰刀22还是与内筒体20的壁面23接触；第四，避免卡壳，若壁面23有大冰块，在冰块的推力作用下，弹簧24被压缩，刮冰刀22顺利通过。
本发明所述的冰渣过滤器，如图4和图5所示，冰渣过滤器7是在过滤器筒体30上嵌装粗过滤网31和细滤网32，过滤器筒体30两端开设有筒体入口29和筒体出口33。筒体入口29位于筒体中心线以上，筒体出口33位于筒体中心线以下。
如图4所示，粗过滤网31位于距离筒体入口29三分之一的位置，所述的细过滤网32位于距离筒体出口33三分之一的位置。
如果从空调末端换热设备13回来的冷冻水含有冰渣，将在冰渣过滤器7过滤掉400μm以上的冰晶。它有两重过滤网，第一重粗过滤网28滤去粗的冰晶，第二重细过滤网29滤去400μm以上的冰晶，过滤下来的冰晶浮在冰渣过滤器7上侧，与流回的冷冻水热交换融化掉。
Claims (10)
1、潜热型空调系统，其包括水冷式冷凝器(1)和水冷式蒸发器(3)，水冷式冷凝器(1)与水冷式蒸发器(3)之间的输液管道上装有节流阀(12)，其特征在于，该水冷式冷凝器(1)与水冷式蒸发器(3)连接并经压缩机(2)构成循环回路；水冷式冷凝器(1)与冷却塔(14)连接并构成循环回路；水冷式蒸发器(3)经初级水泵(5)与制冰器(8)连接并构成循环回路；制冰器(8)经次级水泵(10)与末端换热设备(13)连接并构成循环回路，该制冰器(8)为壳-壳式结构，形成有内腔(21a)和夹套(21)，在内腔(21a)安装有刮冰器(25)，制冰器(8)分别设置四个连接口，冷冻液入口(18)和冷冻液出口(15)与内腔(21a)相连通，不冻液入口(24)和不冻液出口(16)与夹套(21)相连通。
2、根据权利要求1所述的潜热型空调系统，其特征在于，该制冰器(8)由金属内筒(20)套在外筒(19)里，由右端板(27)、左端板(28)在两端焊接密封，形成内腔(21a)和夹套(21)的壳-壳式结构。
3、根据权利要求1所述的潜热型空调系统，其特征在于，该刮冰器(25)外端安装刮冰刀(22)和弹簧(26)，在刮冰器的左端连接皮带轮(17)。
4、根据权利要求3所述的潜热型空调系统，其特征在于，该刮冰刀(22)由弹簧(26)紧张安装，使刮冰刀(22)紧贴内筒(20)的壁面(23)。
5、根据权利要求1所述的潜热型空调系统，其特征在于，该末端换热设备(13)与制冰器(8)的回流管道上装有冰渣过滤器(7)。
6、根据权利要求5所述的潜热型空调系统，其特征在于，该冰渣过滤器(7)是在过滤器筒体(30)上嵌装粗过滤网(31)和细过滤网(32)，过滤器筒体(30)两端分别开设有筒体入口(29)和筒体出口(33)。
7、根据权利要求6所述的潜热型空调系统，其特征在于，该粗过滤网(31)位于距离筒体入口(29)三分之一的位置，所述的细过滤网(32)位于距离筒体出口(33)三分之一的位置。
8、根据权利要求6所述的潜热型空调系统，其特征在于，该筒体入口(29)位于筒体中心线上，筒体出口(33)位于筒体中心线下。
9、根据权利要求1所述的潜热型空调系统，其特征在于，该水冷式蒸发器(3)的不冻液出口(3c)处装有不冻液出口温度传感器(4)；水冷式蒸发器(3)的不冻液入口(3d)处装有不冻液入口温度传感器(11)。
10、根据权利要求1所述的潜热型空调系统，其特征在于，该制冰器(8)的冷冻液入口(18)处装有冷冻液入口温度传感器(6)；制冰器(8)的冷冻液出口(15)处装有冷冻液出口温度传感器(9)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: GUANGZHOU XINYU ENERGY STORAGE TECHNOLOGY CO., LTD Free format text: FORMER OWNER: GUANGZHOU INSTITUTE OF ENERGY CONVERSION,CAS Effective date: 20100526 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 510640 GUANGZHOU INSTITUTE OF ENERGY CONVERSION, CAS, NO.1, NENGYUAN ROAD, WUSHANYUAN DISTRICT, GUANGZHOU CITY, GUANGDONG PROVINCE TO: 510640 NO.2 NENGYUAN ROAD, WUSHAN, TIANHE DISTRICT, GUANGZHOU CITY |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20100526 Address after: 510640 Guangzhou city Tianhe District Wushan energy road No. 2 Patentee after: GUANGZHOU SENYO THERMAL STORAGE TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: Energy road Guangzhou City, Guangdong province 510640 Wushan Park No. 1 Guangzhou Institute of Energy Conversion.CAS Patentee before: Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 518026 Guangdong city of Shenzhen province Futian District Lotus Street, Shennan Road CGN building 13 floor North Building Patentee after: Cnpec Xinyu energy storage technology (Shenzhen) Co.,Ltd. Address before: 510419 Guangzhou high tech Industrial Development Zone, Guangzhou, Guangdong Province, Science City Avenue, No. four, 101 105 rooms Patentee before: Zhongguang Nuclear Xinyu Energy Storage Technology (Guangzhou) Co.,Ltd. Address after: 510419 Guangzhou high tech Industrial Development Zone, Guangzhou, Guangdong Province, Science City Avenue, No. four, 101 105 rooms Patentee after: Zhongguang Nuclear Xinyu Energy Storage Technology (Guangzhou) Co.,Ltd. Address before: Guangzhou City, Tianhe District Wushan energy road No. 2 Patentee before: GUANGZHOU SENYO THERMAL STORAGE TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20060517 |
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| CX01 | Expiry of patent term |