CN1731034A - 空调用相变蓄冷器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空调用相变蓄冷器，包括蓄冷器桶体、相变蓄冷材料、换热管、上集液室和下集液室，一组内装载冷剂的换热管设置在蓄冷器桶体内；上集液室位于换热管的上端，下集液室位于换热管的下端；换热管的上端与上集液室相通，换热管下端与下集液室相通；在蓄冷器桶体上设有与下集液室相通的载冷剂进口和与上集液室相通的载冷剂出口；相变蓄冷材料封装在由蓄冷器桶体、换热管、上端板和下端板所构成的空腔内。本发明传热热阻小、流动阻力小，其蓄、放冷效率高，相变蓄冷材料能够均匀的凝固和熔化。本发明适用于各种制冷空调中，具有广阔的市场前景。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种制冷空调，具体地说是一种空调用相变蓄冷器。
二、背景技术
自改革开放以来，我国的综合国力和人民生活水平都有较大程度的提高。电力工业作为国民经济的基础产业之一，已取得长足发展。但是，电力的增长仍然满足不了国民经济的快速发展和人民生活用电急剧增长的需要，全国缺电局面仍然存在。2005年夏季高峰全国总体电力缺口约3000万千瓦。
目前，电力供应紧张主要表现在下述方面：
(1)电网负荷率低，系统峰谷差加大，高峰电力严重不足，致使电网经常拉闸限电。峰谷差占高峰负荷的比例已高达30％以上。
(2)城市电力消费增长迅速，而城市电网不能适应，造成有电送不出、配不下的局面。夏季高温天气，许多城市都出现配电设备超载运行情况。
解决电力不足的问题，一方面是靠增加对电力的投入，多装机组。另一方面还要通过经济的、技术的、行政的和法律的手段，鼓励用户节约用电，移峰填谷，充分利用现有电力资源，大力开发低谷用电。
为鼓励用户移峰填谷，电力部门已经会同地方制定峰谷电价政策，将高峰电价与低谷电价拉开，使低谷电价只相当高峰电价的1/3-1/5，鼓励用户使用低谷电，这项政策目前已在部分地区实施，并将推广至全国。
在电力供应紧张的情况下，由于峰谷电价政策的实施，为蓄冷空调技术提供了广阔的发展前景。2004年我国房间空调器的产量已达到7047万台，同比增长了42.6％，约有1500万千瓦的新增空调负荷叠加在用电高峰期。2004年夏季空调负荷超过7000万千瓦，约占高峰时段负荷的30％，大中城市和中部、南部地区，比例更高，北京、上海等大城市甚至达到了40％；2005年空调负荷将达8500万千瓦。空调负荷的急剧增长已经成为季节性高峰负荷不断攀升的主要原因之一。
所谓蓄冷空调是指在夜间电网低谷时间(同时也是空调负荷很低的时间)，制冷主机开机制冷并由蓄冷器将冷量储存起来，待白天电网高峰用电时间(同时也是空调负荷高峰时间)，再将冷量释放出来满足高峰空调负荷的需要。这样，制冷系统的大部分耗电发生在夜间用电低峰期，而在白天用电高峰期只有辅助设备在运行，从而实现用电负荷“移峰填谷”。
蓄冷器是蓄冷空调系统中的一个关键设备，其蓄、放冷效率直接影响整个系统的正常运行，蓄冷器是由换热管和相变蓄冷材料构成，相变蓄冷材料是一种熔化时吸热、凝结时放热的材料。目前常用的相变蓄冷材料主要包括无机物和有机物两大类。绝大多数无机物相变蓄冷材料具有腐蚀性而且在相变过程中具有过冷和相分离的缺点，影响了其蓄冷能力；而有机物相变蓄冷材料不仅腐蚀性小、相变潜热大，在相变过程中几乎没有相分离的缺点，且化学性能稳定、价格便宜。但有机物相变蓄冷材料普遍存在导热系数低的缺点，致使其在蓄冷系统的应用中传热性能差、蓄冷利用率低。现有蓄冷器的换热管都采用蛇形盘管或“U”形管结构，这种结构的缺点是：传热热阻大、流动阻力大，相变蓄冷材料在蓄冷器中不能均匀的凝固和熔化，影响了蓄冷空调系统的蓄冷量和蓄冷效率。
三、发明内容
本发明的目的在于克服现有蓄冷器的不足，提供一种新型的空调用相变蓄冷器。该蓄冷器在蓄冷、放冷时，其传热热阻小、流动阻力小，其蓄、放冷效率高；且相变蓄冷材料在蓄冷器中能够均匀的凝固和熔化，它强化了蓄、放冷过程的传热，提高了蓄冷空调系统的蓄冷量和蓄冷效率，改善了蓄冷空调系统的经济性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种空调用相变蓄冷器，其特征在于：它包括蓄冷器桶体、相变蓄冷材料、换热管、上集液室和下集液室，一组内装载冷剂的换热管设置在由保温材料制成的蓄冷器桶体内；上集液室位于换热管的上端，下集液室位于换热管的下端；在上集液室与换热管上端之间设有用来形成上集液室的上端板，换热管的上端固定在上端板上且与上集液室相通，在下集液室与换热管下端之间设有用来形成下集液室的下端板，换热管的下端固定在下端板上且与下集液室相通；在蓄冷器桶体上设有与下集液室相通的载冷剂进口和与上集液室相通的载冷剂出口；相变蓄冷材料封装在由蓄冷器桶体、换热管、上端板和下端板所构成的空腔内。相变蓄冷材料可与换热管内的载冷剂发生热交换。
本发明中，所述一组换热管在上端板和下端板上的排列方式为正三角形叉排，即每相邻三根管中心线的连线构成一个等边三角形。根据蓄冷器的实际情况，一组换热管可以是7个或多个。换热管可采用导热性能好的矩形翅片管或圆形翅片管。矩形翅片或圆形翅片为紫铜片或铝片，厚度为2毫米。换热管是紫铜管或钢管。
本发明所述的相变蓄冷材料可以为冰或其它蓄冷材料。
本发明的蓄冷器桶体可采用圆柱体钢制保温结构。
本发明所述相变蓄冷器在空调系统中工作原理如下：
在夜间电网低谷时间(同时也是空调负荷很低的时间)，空调主机开机制冷并由蓄冷器将冷量储存在相变蓄冷材料中，相变蓄冷材料因储存冷量而凝固成固体；待白天电网高峰用电时间(同时也是空调负荷高峰时间)，再将冷量释放出来满足高峰空调负荷的需要，而蓄冷材料则由固相熔化成液相。这样，空调系统的大部分耗电发生在夜间用电低谷期，而在白天用电高峰期只有辅助设备在运行，从而实现用电负荷“移峰填谷”。
本发明所述的空调蓄冷器由蓄冷器桶体、相变蓄冷材料和换热管三大部分构成，特别是一组换热管采用正三角形叉排，且采用导热性能好的矩形翅片管或圆形翅片管，强化了相变蓄冷材料的导热性能。与现有技术相比，本发明的优点是：1、该蓄冷器在蓄冷、放冷时，其传热热阻小、流动阻力小，其蓄、放冷效率高；2、相变蓄冷材料在蓄冷器中能够均匀的凝固和熔化；3、强化了蓄、放冷过程的传热，提高了蓄冷空调系统的蓄冷量和蓄冷效率，改善了蓄冷空调系统的经济性。
四、附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的A-A视图；
图3是本发明中矩形翅片换热管结构示意图；
图4是图3的俯视图；
图5是本发明中圆形翅片换热管结构示意图；
图6是图5的俯视图。
五、具体实施方式
一种本发明所述的空调用相变蓄冷器，包括蓄冷器桶体1、相变蓄冷材料2、换热管3、上集液室4和下集液室5。一组7个内装载冷剂的换热管3设置在由保温材料6制成的蓄冷器桶体1内；换热管3是紫铜管或钢管，可采用导热性能好的矩形翅片管或圆形翅片管，矩形翅片或圆形翅片为紫铜片或铝片，厚度为2毫米。蓄冷器桶体1采用圆柱体钢制保温结构。上集液室4位于换热管3的上端，下集液室5位于换热管3的下端；在上集液室4与换热管3上端之间设有用来形成上集液室的上端板7，换热管3的上端固定在上端板7上，换热管3的上端开口与上集液室4相通，在下集液室5与换热管3下端之间设有用来形成下集液室的下端板8，换热管3的下端固定在下端板8上，换热管3的下端开口与下集液室5相通。在蓄冷器桶体1下端设有与下集液室5相通的载冷剂进口9，在蓄冷器桶体1上端设有与上集液室4相通的载冷剂出口10。相变蓄冷材料2封装在由蓄冷器桶体1、换热管2、上端板7和下端板8所构成的空腔内。相变蓄冷材料2可与换热管3内的载冷剂发生热交换。相变蓄冷材料2为冰也可以是其它蓄冷材料。
本发明的工作过程如下：见图1，图中省略了载冷剂循环泵和空调机组。
当执行蓄冷循环时(夜间用电负荷低谷期)，载冷剂由空调机组降温冷却后，经载冷剂进口9、下集液室5流经换热管3吸收热量，吸热后的载冷剂液体经上集液室4、载冷剂出口10流出蓄冷器，流出蓄冷器的载冷剂再次进入空调机组降温冷却，该循环不断往复直至达到所要求的蓄冷量；而蓄冷器桶体1内、换热管3外的相变蓄冷材料2因放热而凝固成固态，将冷量以相变潜热的形式储存在蓄冷材料内。
当执行放冷循环时(白天用电负荷高峰期)，循环泵将来自室内机组的高温载冷剂经载冷剂进口9送入下集液室5，然后流经换热管3放出热量，放热降温后的载冷剂液体经上集液室4、载冷剂出口10流出蓄冷器，流出蓄冷器的载冷剂进入室内机组冷却室内空气；而蓄冷器桶体1内、换热管3外的相变蓄冷材料2因吸热而熔化，将储存的冷量释放出来，供用电负荷高峰期使用。
Claims (9)
1、一种空调用相变蓄冷器，其特征在于：它包括蓄冷器桶体(1)、相变蓄冷材料(2)、换热管(3)、上集液室(4)和下集液室(5)，一组内装载冷剂的换热管(3)设置在由保温材料(6)制成的蓄冷器桶体(1)内；上集液室(4)位于换热管(3)的上端，下集液室(5)位于换热管(3)的下端；在上集液室(4)与换热管(3)上端之间设有用来形成上集液室(4)的上端板(7)，换热管(3)的上端固定在上端板(7)上且与上集液室(4)相通，在下集液室(5)与换热管(3)下端之间设有用来形成下集液室(5)的下端板(8)，换热管(3)的下端固定在下端板(8)上且与下集液室(5)相通；在蓄冷器桶体(1)上设有与下集液室(5)相通的载冷剂进口(9)和与上集液室(4)相通的载冷剂出口(10)；相变蓄冷材料(2)封装在由蓄冷器桶体(1)、换热管(3)、上端板(7)和下端板(8)所构成的空腔内。
2、根据权利要求1所述的空调用相变蓄冷器，其特征在于：所述一组换热管(3)在上端板(7)和下端板(8)上的排列方式为正三角形叉排，即每相邻三根管中心线的连线构成一个等边三角形。
3、根据权利要求2所述的空调用相变蓄冷器，其特征在于：所述的换热管(3)采用导热性能好的矩形翅片管。
4、根据权利要求3所述的空调用相变蓄冷器，其特征在于：所述矩形翅片为紫铜片或铝片，厚度为2毫米。
5、根据权利要求2所述的空调用相变蓄冷器，其特征在于：所述的换热管(3)采用导热性能好的圆形翅片管。
6、根据权利要求5所述的空调用相变蓄冷器，其特征在于：所述圆形翅片为紫铜片或铝片，厚度为2毫米。
7、根据权利要求1所述的空调用相变蓄冷器，其特征在于：所述的换热管(3)是紫铜管或钢管。
8、根据权利要求1所述的空调用相变蓄冷器，其特征在于：所述的相变蓄冷材料(2)为冰。
9、根据权利要求1所述的空调用相变蓄冷器，其特征在于：所述蓄冷器桶体(1)为圆柱体钢制保温结构。
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