CN201599883U - 一种蓄冰设备及蓄冰空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种蓄冰设备及蓄冰空调系统，其中蓄冰设备为一种可开启承压蓄冷罐，主要部件包括可开启承压蓄冷罐体、环状布水器、单管双螺旋蓄冰盘管、外保温。蓄冷罐体由直段罐体与圆形封头法兰连接而成；蓄冰盘管为单管双螺旋，整体外形为圆形，每根蓄冰管与蓄冰管集管只有两个接口，接口数量少且位于蓄冰盘管外侧检修方便；环状布水器位于蓄冰盘管两侧，供融冰取冷时均匀布水之用。蓄冰盘管与蓄冷罐体有很好的形状配合，单位体积蓄冷量大。蓄冷罐采用可开启式，使设备生产、检修容易从而更加适合实际应用。本蓄冰设备可与双蒸发器双工况冷机组成蓄冰空调系统，系统不需换热器，蓄冷泵流量、扬程低且白天不需开启，系统综合经济指标优异。

Description

一种蓄冰设备及蓄冰空调系统

技术领域

本实用新型涉及中央空调系统中一种蓄冰设备及应用该设备的蓄冰空调系统。

背景技术

自从改革开放到现在，我国的综合国力和人民生活水平都有很大程度的提高，电力工业作为国民经济的基础产业之一，已取得长足的发展。我国近年来的总装机容量飞速增长，1996年发电装机容量已居世界第二位。但是，电力的增长仍然满足不了每年用电量5％～7％增长的要求，全国缺电的局面仍未得到根本的改变。特别是近年来城市化进程的不断发展，城市建筑能耗呈现加速增长的趋势，使得电力系统峰谷差急剧增加，电网负荷率明显下降。据统计，城市空调的用电负荷已占到城市高峰电力总负荷的40％以上，而空调的负荷特性与电力负荷特性基本相同，是造成电网峰谷荷差逐步加大的最主要原因。为此许多地方电力公司纷纷实行了峰谷分时电价政策，并特别制定了针对蓄能空调技术推广使用的各种优惠政策，由此为蓄能空调广泛推广带来了契机。

所谓蓄冷空调系统，即在夜间电网低谷时间(同时也是空调负荷很低的时间)，制冷主机制冷并由蓄冷设备将冷量储存起来，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或生产工艺用冷的需求。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，从而实现用电负荷的“移峰填谷”。

目前比较成熟的蓄冷技术包括水蓄冷和冰蓄冷，其中冰蓄冷应用较为广泛。常用的冰蓄冷设备有盘管类蓄冰装置、封装类蓄冰装置、动态蓄冰装置等，前两种蓄冰装置应用占绝大部分。

采用盘管类蓄冰装置可以为内融冰系统，也可以为外融冰系统，但不管采用何种系统形式在蓄冰系统供冷时都需要通过二次换热才能向末端供冷，系统中间换热损失大且水泵、冷机运行功耗高。同时用于中间换热的换热器由于两侧温差很小导致换热面积很大投资很高。

封装类蓄冰装置组成的系统和盘管类蓄冰装置组成的系统比较类似，蓄冰空调系统供冷时都需要通过中间换热才能向末端用户供冷。

以上目前常用蓄冰空调系统存在的问题在一定程度上阻碍了蓄冷系统的推广。

发明内容

针对前述现有蓄冰系统存在的不足，本实用新型具有针对性的提出解决方案。解决的重点是把蓄冰设备设计为可承压设备并具备实际应用条件，同时根据本蓄冰设备的结构特点配置相应的蓄冰空调系统，具体实施如下实现：

一种可开启承压蓄冷罐，主要部件包括可开启承压蓄冷罐体、环状布水器、单管双螺旋蓄冰盘管、外保温。

蓄冷罐体为可开启封闭承压罐体，由直段罐体、上封头、下封头、法兰、连接螺栓、冷冻水出口、冷冻水进口、载冷剂进口、载冷剂出口组成。直段罐体一端与下封头焊接连接，另一端与上封头通过可拆卸的法兰连接，罐体封头上有冷冻水、载冷剂进出口接口，罐体直径范围为Φ1000mm～Φ2500mm，罐体长度范围为2500mm～7500mm。罐体可以立式、卧式安装。蓄冷罐体内两侧有进水环状布水器，出水环状布水器，布水器为取冷时冷冻水均匀布水之用。两个布水器分别连接至冷冻水进口、冷冻水出口。

蓄冷罐内环状布水器之间为单管双螺旋蓄冰盘管，蓄冰管自外向内螺旋至中心后向下弯至下层，然后自内向外螺旋，每根蓄冰管进出口分别接至蓄冰管集管，两个蓄冰管集管再分别与罐体封头上的载冷剂进出口接口连接，蓄冷罐内形成两个流道，一个是单管双螺旋蓄冰盘管外表面与可开启承压蓄冷罐体内表面之间的冷冻水流道，另一个是单管双螺旋蓄冰盘管的载冷剂流道。蓄冰盘管整体外形为圆柱形。单管双螺旋蓄冰盘管蓄冰管管径为Φ15mm～Φ25mm，螺旋盘管管外皮间距为20mm～50mm。蓄冰盘管由位于蓄冰盘管中心无管区域的盘管支撑管、盘管固定定位孔、径向支撑固定，盘管支撑管内穿冷冻水出水管。1个盘管支撑管和六个径向支撑固定1根盘管，盘管整体固定由穿越盘管固定定位孔的数根拉杆固定。

由该可开启承压蓄冷罐、双蒸发器双工况冷机、蓄冷泵、冷冻泵可以组成无换热器蓄冰空调系统。运行特征为：蓄冷时开启蓄冷泵、双蒸发器双工况冷机对蓄冷罐蓄冷，载冷剂由蓄冷泵输送至双蒸发器双工况冷机的蓄冷蒸发器降温后进入蓄冷罐内的单管双螺旋蓄冰盘管进行蓄冷；放冷时开启冷冻泵、双蒸发器双工况冷机，从末端用户回来的冷冻水回水先进入双蒸发器双工况冷机的空调蒸发器初步降温后然后进入蓄冷罐继续降温，经由冷冻泵输送至末端用户。

本实用新型蓄冰设备的优点

1.蓄冷罐采用外保温，防水由钢制罐体防水，防水保温效果好，优于现有蓄冰设备。

2.单管双螺旋蓄冰盘管采用双层螺旋型，上层供水，下层回水，冰厚度互相补充。盘管内部没有接口，为整管螺旋，只有在与蓄冰管集管连接处有接口，盘管连接点少，而且接口位于盘管外侧，便于检修。

3.蓄冷罐可以立式，可以卧式(双层叠放)，可以充分利用机房空间高度，蓄冷罐的占地面积较小。

4.蓄冷罐内冷冻水进出水设置环状布水器，出水环状布水器位于蓄冷罐上方，进水环状布水器位于蓄冷罐下方，由于冰漂浮于蓄冷罐上部，进水环状布水器位于下方可以有效避免融化后的碎冰堵塞布水器吸入口。同时在冰全部融化完毕后，上下布水器又具有水蓄冷的特点，可以充分利用蓄冷罐内水的显热。

本实用新型蓄冰空调系统的优点

1.制冷机组采用双蒸发器双工况冷机，蓄冷回路和冷冻水回路完全分开；

2.系统不设置换热器，节省换热器投资；

3.蓄冷泵扬程较目前常用蓄冰空调系统要低，水泵投资降低，且白天蓄冰空调系统供冷时蓄冷泵不用开启，可以节省运行费用；

4.系统载冷剂用量降低；

5.蓄冷泵装机功率大大降低，节省配电系统投资；

6.蓄冷管路简单，无需复杂的控制，管道施工、控制系统投资降低；

7.系统投资比目前常用蓄冰空调系统投资低；

8.系统运行费用比目前常用蓄冰空调系统低10％以上；

9.由本实用新型蓄冰设备组成的蓄冰空调系统能够充分利用蓄冷罐内冷冻水的潜热和显热。

10.机房内省去了换热器，机房空间整齐且占用空间小。

11.从末端用户回来的冷冻水先进入双蒸发器双工况冷机然后直接进入蓄冷罐内融冰取冷，取冷温度稳定且取冷速率大，可以轻松实现冷冻水大温差供冷，系统投资、运行费用进一步降低。目前常用蓄冰空调系统要想实现大温差供冷，系统的换热器、蓄冰设备投资将增加，因为两侧温差减小导致换热器面积增加，为保证冷冻水有稳定的低温供水，蓄冰设备容量也需要增加。

本实用新型蓄冰设备是一种圆柱形可开启承压蓄冷罐体(17)和圆柱形单管双螺旋蓄冰盘管(18)的良好形状配合体，其他采用圆柱形可开启承压蓄冷罐体(17)和圆柱形与本实用新型单管双螺旋蓄冰盘管(18)外形类似的蓄冰盘管的组合体属于本实用新型基本构思。以下结合附图和具体实施方式进一步说明本实用新型，有些附图是采用示意图形式表示的，任何在本实用新型基本构思上作出的改进、深化仍属于本实用新型权利要求书中所要求的保护范围。

附图说明

图1单根蓄冰管螺旋示意图

图2单管双螺旋蓄冰盘管示意图

图3进水环状布水器平面图

图4出水环状布水器平面图

图5蓄冷罐外观立面图

图6蓄冷罐外观平面图

图7图6的A-A剖面图

图8蓄冰空调系统示意图

具体实施方式

附图中各部件名称、编号如下：

1.蓄冰管，2.蓄冰管集管，3.盘管支撑管，4.盘管固定定位孔，5.径向支撑，6.进水环状布水器，7.出水环状布水器，8.法兰，9.螺栓，10.上封头，11.直段罐体，12.下封头，13.冷冻水出口，14.冷冻水进口，15.载冷剂进口，16.载冷剂出口，17.蓄冷罐体，18.单管双螺旋蓄冰盘管，19.末端用户，20.蓄冷泵，21.冷冻泵，22.蓄冷蒸发器，23.空调蒸发器，24.双蒸发器双工况冷机，25.蓄冷罐，26.调节阀，27.旁通调节阀。

具体实施方式请参阅说明书附图1～附图8，以下将逐条介绍单根蓄冰管(1)、由数十根单根蓄冰管组成的单管双螺旋蓄冰盘管(18)、进水环状布水器(6)、出水环状布水器(7)、可开启承压蓄冷罐体(17)、由前面所列部件组成的蓄冷罐(25)，以及由本蓄冷罐(25)组成的蓄冰空调系统。

单根蓄冰管(1)结构可参阅说明书附图1单根蓄冰管螺旋示意图，蓄冰管(1)自外向内螺旋至中心后向下弯至下层，然后自内向外螺旋，每个螺旋管进出口分别接至蓄冷管集管(2)，蓄冰管(1)管径为Φ15mm～Φ25mm，螺旋盘管管外皮间距为20mm～50mm。

单管双螺旋蓄冰盘管(18)结构可参阅说明书附图2单管双螺旋蓄冰盘管示意图，蓄冰盘管整体外形为圆柱形，单管双螺旋蓄冰盘管(18)由位于蓄冰盘管中心无管区域的盘管支撑管(3)、盘管固定定位孔(4)、径向支撑(5)固定，盘管支撑管(3)内穿冷冻水出水管。1个盘管支撑管(3)和六个径向支撑(5)固定1根盘管，盘管整体固定由穿越盘管固定定位孔(4)的数根拉杆固定。

进水环状布水器(6)可参阅说明书附图3进水环状布水器平面图，进水环状布水器(6)外形为六边形，也可以为圆形或其他多边形，在环状管上开孔作为冷冻水从蓄冷罐(25)均匀进入布水器融冰取冷的通道。进水环状布水器(6)连接至冷冻水出口(13)。

出水环状布水器(7)可参阅说明书附图4出水环状布水器平面图，出水环状布水器(7)外形为六边形，也可以为圆形或其他多边形，在环状管上开孔作为冷冻水从布水器均匀进入蓄冷罐(25)融冰取冷的通道。出水环状布水器(7)连接至冷冻水进口(14)。

可开启承压蓄冷罐体(17)外形结构可参阅说明书附图5蓄冷罐外观立面图、图6蓄冷罐外观平面图、图7蓄冷罐A-A剖面图。蓄冷罐体(17)为封闭可承压罐体，由直段罐体(11)、上封头(10)、下封头(12)、法兰(8)、连接螺栓(9)、冷冻水出口(13)、冷冻水进口(14)、载冷剂进口(15)、载冷剂出口(16)组成。直段罐体(11)一端与下封头(12)焊接连接，另一端与上封头(10)通过法兰连接，罐体直径范围为Φ1000mm～Φ2500mm，罐体长度范围为2500mm～7500mm。罐体可以立式、卧式安装。蓄冷罐体(17)接口包括冷冻水出口(13)、冷冻水进口(14)、载冷剂进口(15)、载冷剂出口(16)，均位于上封头(10)，冷冻水出口(13)可位于上封头(10)，也可位于下封头(12)。

蓄冷罐(25)是由前面所述部件组成的，单管双螺旋蓄冰盘管(18)位于蓄冷罐内，接口位于蓄冷罐两端的上封头(10)、下封头(12)。蓄冰盘管(18)内为载冷剂通道，蓄冰盘管(18)外为冷冻水通道。蓄冷罐做外保温，安装时根据现场条件可以立式安装也可以卧式安装。蓄冰时，低温载冷剂由载冷剂进口(15)进入蓄冰管集管(2)然后进入蓄冰管(1)进行换热，最后进入载冷剂出口(16)。同时蓄冰管(1)外的水在蓄冰管内低温载冷剂的作用下结冰。融冰工况时，载冷剂回路停止工作，由末端用户(19)回来的温度较高的冷冻水进入出水环状布水器(7)，直接冲刷冰层后进入进水环状布水器(6)，然后供给末端用户(19)，调节蓄冷罐(25)冷冻水进口调节阀(26)、旁通调节阀(27)的开度比列可以调节蓄冷罐(25)的供冷量。

由本蓄冷罐(25)组成的蓄冰空调系统示意图可参阅说明书附图8蓄冰空调系统示意图，从系统配置可以看出，制冷机组采用双蒸发器双工况冷机(24)，蓄冷回路和冷冻水回路完全分开；系统不设置换热器；蓄冷泵扬程只需克服蓄冷蒸发器(22)、蓄冷罐(25)内单管双螺旋蓄冰盘管(18)的阻力，扬程较低，且白天蓄冰空调系统供冷时蓄冷泵不用开启，可以节省运行费用。由本实用新型蓄冰设备组成的蓄冰空调系统能够充分利用蓄冷罐(25)内冷冻水的潜热和显热，蓄冷罐(25)内水温可以利用到12度(目前常用的空调回水温度)。经初步估算，系统投资比目前常用蓄冰空调系统投资低，且系统运行费用低10％以上。

Claims (8)

1.一种蓄冰设备，是一种可开启承压蓄冷罐，主要部件包括可开启承压蓄冷罐体(17)、进水环状布水器(6)、出水环状布水器(7)、单管双螺旋蓄冰盘管(18)、外部保温，其特征在于：可开启承压蓄冷罐体(17)的一端封头为可拆卸的法兰连接，罐体封头上有冷冻水、载冷剂进出口接口，蓄冷罐内两侧有进出水环状布水器，分别与罐体封头上的冷冻水进出口接口连接，蓄冷罐内环状布水器之间是单管双螺旋蓄冰盘管(18)，蓄冰盘管上的两个蓄冰管集管分别与罐体封头上的载冷剂进出口接口连接，蓄冷罐内形成两个流道，一个是单管双螺旋蓄冰盘管(18)外表面与可开启承压蓄冷罐体(17)内表面之间的冷冻水流道，另一个是单管双螺旋蓄冰盘管(18)载冷剂流道。

2.根据权利要求1所述的一种蓄冰设备，其特征在于：蓄冷罐体(17)为封闭可承压罐体，由直段罐体(11)、上封头(10)、下封头(12)、法兰(8)、连接螺栓(9)、冷冻水出口(13)、冷冻水进口(14)、载冷剂进口(15)、载冷剂出口(16)组成；直段罐体(11)一端与下封头(12)焊接连接，另一端与上封头(10)通过法兰连接，罐体直径范围为Φ1000mm～Φ2500mm，罐体长度范围为2500mm～7500mm；罐体可以立式、卧式安装。

3.根据权利要求1或2所述的一种蓄冰设备，其特征在于：蓄冷罐体(17)接口包括冷冻水出口(13)、冷冻水进口(14)、载冷剂进口(15)、载冷剂出口(16)，位于上封头(10)；冷冻水出口(13)可位于上封头(10)，也可位于下封头(12)。

4.根据权利要求1或2所述的一种蓄冰设备，其特征在于：蓄冷罐体(17)内两侧有进水环状布水器(6)，出水环状布水器(7)，布水器为取冷时冷冻水均匀布水之用，两个布水器分别连接至冷冻水出口(13)、冷冻水进口(14)。

5.根据权利要求1所述的一种蓄冰设备，其特征在于：蓄冷罐(25)内蓄冰盘管为单管双螺旋蓄冰盘管(18)，蓄冰管(1)自外向内螺旋至中心后向下弯至下层，然后自内向外螺旋，每根蓄冰管(1)进出口分别接至蓄冰管集管(2)；蓄冰盘管整体外形为圆柱形。

6.根据权利要求1或5所述的一种蓄冰设备，其特征在于：蓄冷罐(25)内单管双螺旋蓄冰盘管(18)蓄冰管(1)管径为Φ15mm～Φ25mm，螺旋盘管管外皮间距为20mm～50mm；蓄冰管(1)材质可以为金属管，也可以是塑料类管。

7.根据权利要求1或5所述的一种蓄冰设备，其特征在于：蓄冷罐(25)内单管双螺旋蓄冰盘管(18)由位于蓄冰盘管中心无管区域的盘管支撑管(3)、盘管固定定位孔(4)、径向支撑(5)固定，盘管支撑管(3)内穿冷冻水出水管，1个盘管支撑管(3)和六个径向支撑(5)固定1根盘管，盘管整体固定由穿越盘管固定定位孔(4)的数根拉杆固定。

8.一种使用权利要求1到7任一所述的蓄冰设备的蓄冰空调系统，包括可开启承压蓄冷罐(25)、双蒸发器双工况冷机(24)、蓄冷泵(20)、冷冻泵(21)，其特征在于：可以组成无换热器蓄冰空调系统，蓄冷罐(25)的载冷剂出口(16)与蓄冷泵(20)连接，载冷剂进口(15)与双蒸发器双工况冷机(24)的蓄冷蒸发器(22)连接，组成蓄冷循环回路；蓄冷罐(25)的冷冻水出口(13)与冷冻泵(21)连接，冷冻水进口(14)与双蒸发器双工况冷机(24)的空调蒸发器(23)连接，组成释冷循环回路。

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