CN204574314U - 基于超声波的蓄冷空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于超声波的蓄冷空调系统，包括载冷剂泵、制冷机组、冰盘管、换热器、空调冷冻水泵、空调末端、超声波发生器和超声振子；制冷机组的输出端与第一三通调节阀的第一端连接，第一三通调节阀的第二端与冰盘管的输入端连接，第一三通调节阀的第三端与冰盘管的输出端连接；冰盘管的输出端与第二三通调节阀的第一端连接，第二三通调节阀的第二端与第一支路的第一端连接，第一支路的第二端与载冷剂泵的输入端连接，且载冷剂泵的输入端与第二三通调节阀的第三端连接；超声振子安装在冰盘管的下方。本实用新型可提高冰晶核生成速度、减小蓄冰时的过冷度，降低蓄冰与融冰时的传热热阻，为减少冰蓄冷空调运行时的能源消耗提高技术保证。

Description

基于超声波的蓄冷空调系统

技术领域

本实用新型涉及空调领域，特别涉及一种基于超声波的蓄冷空调系统。

背景技术

近年来，迅猛增长的空调需求加剧了电力供应白天(高峰)不足而夜晚(低谷)过剩的矛盾。因此，能够将夜晚电能转移到白天使用的冰蓄冷空调技术受到越来越多的重视。冰蓄冷系统有外融冰盘管，内融冰盘管，密封件，制冰滑落和冰浆五种类型，其中内融式冰盘管蓄冷系统可靠性好、制冰率高等优点，应用最为广泛。与外融式冰盘管蓄冷系统相比，内融式冰盘管蓄冰系统在蓄冰时，蓄冰槽内不需预留空间作为冷水区以便抽水融冰。因而内融式冰盘管蓄冷系统具有制冰率IPF高的优点,可以达到50％以上。

冰盘管在蓄冷和释冷过程中，蓄冰槽内部的水静止不动，只借助在盘管内循环流动的载冷剂的温度变化来实现蓄冷(蓄冰)和释冷(融冰)。蓄冷(蓄冰)时，载冷剂经制冷主机降温，降温后的低温载冷剂在盘管(盘管置于蓄冰槽里)内循环吸热，将蓄冰槽内水的热量带走，使水降温并在盘管外表面结冰。这是由于蓄冰槽内温度不均匀，远离盘管处的水温高于盘管表面温度，所以冰晶最先在盘管外表面上形成、接着向管外的未冻结水中生长。在盘管外结冰过程中，开始管外表面上的冰层较薄，其传热过程很快，随着管外表面上的冰层厚度增加，冰的导热热阻增大，使得盘管外未冻结水的热量传递给管内载冷剂的难度增大，从而增加结冰能耗。融冰(释冷)时，释冷后返回的温度较高的载冷剂在盘管内循环放热给蓄冰槽内的冰层，使冰层由内而外逐步融化，被冷却的载冷剂将冷量送至用冷用户，温度升高后，再回到冰盘管放热给蓄冰槽内冰层，如此方式循环直至蓄冰槽内冰融尽。由于盘管外表面的冰层融化后，在盘管外表面与冰层间出现水层，因而随着融冰过程的进行，盘管外表面与冰之间的水层逐渐变厚(该水层中水是静止的)，因而盘管内载冷剂与管外冰层间的传热热阻不断增大(水的导热热阻比冰大)，使得盘管内载冷剂将热量释放给管外冰层的难度不断增大，盘管出口处的载冷剂温度不断升高，冷量释放的难度不断变 大，尤其是在释冷过程后期，蓄冰槽内的冰难以融化，冷量难以释放。一个大气压下，水的凝固点为0℃，但水只有被冷却到低于-4～-6℃时才开始结冰，这种现象被称为过冷。蓄冰时存在的过冷现象使得制冷机组的蒸发温度低至-8～-10℃，这将降低制冷机组的COP(制冷性能系数)。

虽然冰蓄冷空调可以为电网削峰填谷，从而降低电网负荷压力，但是随着冰盘管蓄冷系统蓄冷(蓄冰)和释冷(融冰)过程的进行，冰水间的热阻不断变大以及结冰存在的过冷现象，使得冰蓄冷空调的能源消耗增加，所以冰蓄冷空调不是一种节能技术。因此，有必要强化蓄冰和融冰的传热过程，降低结冰时的过冷度，以便降低冰蓄冷空调的运行能耗，超声波可以在这方面发挥重要的作用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于超声波的蓄冷空调系统，以提高冰晶核生成速度、减小蓄冰时的过冷度；降低蓄冰与融冰时的传热热阻，为减少冰蓄冷空调运行时的能源消耗提高技术保证。

为解决上述技术问题，作为本实用新型的一个方面，提供了一种基于超声波的蓄冷空调系统，包括载冷剂泵、制冷机组、冰盘管、换热器、空调冷冻水泵、空调末端、超声波发生器和超声振子等，载冷剂泵、制冷机组、冰盘管、换热器的第一支路构成载冷剂回路；空调冷冻水泵、空调末端和换热器的第二支路串联构成空调冷冻水回路；载冷剂泵的输出端通过第一截止阀与制冷机组的输入端连接，载冷剂泵的输出端还通过第二截止阀与制冷机组的输出端连接；制冷机组的输出端与第一三通调节阀的第一端连接，第一三通调节阀的第二端与冰盘管的输入端连接，第一三通调节阀的第三端与冰盘管的输出端连接；冰盘管的输出端与第二三通调节阀的第一端连接，第二三通调节阀的第二端与第一支路的第一端连接，第一支路的第二端与载冷剂泵的输入端连接，且载冷剂泵的输入端与第二三通调节阀的第三端连接；超声振子安装在冰盘管的下方，超声波发生器和超声振子连接。

进一步地，基于超声波的蓄冷空调系统还包括蓄冰槽壳体，冰盘管位于蓄冰槽壳体内，且超声振子粘在蓄冰槽壳体的底部。

由于采用了上述结构，本实用新型可提高冰晶核生成速度、减小蓄冰时的 过冷度；降低蓄冰与融冰时的传热热阻，为减少冰蓄冷空调运行时的能源消耗提高技术保证。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构的示意图。

图1中，1、载冷剂泵；2、第一截止阀；3、第二截止阀；4、制冷机组；5、第一三通调节阀；6、冰盘管；7、蓄冰槽壳体；8、第二三通调节阀；9、换热器；10、空调冷冻水泵；11、空调末端；12、超声发生器；13、超声振子。

具体实施方式

以下对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

请参考图1，本实用新型提供了一种基于超声波的蓄冷空调系统，包括载冷剂泵1、制冷机组4、冰盘管6、换热器9、空调冷冻水泵10、空调末端11、超声发生器12和超声振子13，载冷剂泵1、制冷机组4、冰盘管6、换热器9的第一支路构成载冷剂回路；空调冷冻水泵10、空调末端11和换热器9的第二支路串联构成空调冷冻水回路；载冷剂泵1的输出端通过第一截止阀2与制冷机组4的输入端连接，载冷剂泵1的输出端还通过第二截止阀3与制冷机组4的输出端连接；制冷机组4的输出端与第一三通调节阀5的第一端连接，第一三通调节阀5的第二端与冰盘管6的输入端连接，第一三通调节阀5的第三端与冰盘管6的输出端连接；冰盘管6的输出端与第二三通调节阀8的第一端连接，第二三通调节阀8的第二端与第一支路的第一端连接，第一支路的第二端与载冷剂泵1的输入端连接，且载冷剂泵1的输入端与第二三通调节阀8的第三端连接；超声振子13安装在冰盘管6的下方，超声发生器12和超声振子13连接。

由于采用了上述结构，本实用新型通过超声发生器12发出的超声波能够显著提高冰晶核生成速度，降低水结冰时的过冷度，从而提高制冷机组的蒸发温度；另一方面，在冰水混合物内引发的剧烈搅拌能够极大地改善蓄冰槽内相变时的换热过程。进一步地，还使得冰晶核在远离冰盘管表面的液态水中形成，避免了冰晶紧贴在冰盘管外表面上生长，从而消除紧贴在冰盘管外壁上的冰壳的导热热阻。最后，利用超声波还对冰盘管内载冷剂与冰盘管外未冻结水均具 有剧烈的搅拌作用，从而显著增强冰盘管内外的对流换热。

优选地，基于超声波的蓄冷空调系统还包括蓄冰槽壳体7，冰盘管6位于蓄冰槽壳体7内，且超声振子13粘在蓄冰槽壳体7的底部。

下面，对本实用新型的工作过程进行详细说明：

在融冰供冷运行方式下，系统工作过程描述如下：在载冷剂回路中，载冷剂泵1运行，制冷机组4关闭，第一截止阀2关闭，第二截止阀3打开，第一三通调节阀5的第一端、第二端、第三端均打开，第二三通调节阀8的第一端与第二端打开，第二三通调节阀8的第三端关闭；空调冷冻水回路工作，空调冷冻水泵10运行；超声波发射系统中，打开超声发生器的电源。载冷剂回路中，载冷剂经载冷剂泵1加压后经第二截止阀3到达第一三通调节阀5的第一端，然后部分载冷剂经第一三通调节阀5的第二端进入蓄冰槽壳体7的冰盘管6中取冷(冰盘管外冰层吸收管内载冷剂的热量后融化成水)，接着从冰盘管6流出的已取冷载冷剂与经第一三通调节阀5的第三端流出的未取冷载冷剂进行汇合，汇合后的载冷剂经第二三通调节阀8进入换热器9内载冷剂通道，并在换热器9内将冷量释放给来自空调末端的空调冷冻水，释冷后的载冷剂再从换热器9返回载冷剂泵，进入下一循环。空调冷冻水回路中，空调冷冻水在空调冷冻水泵10加压后进入空调末端11释冷，接着再进入换热器9的冷冻水通道中取冷(冷量来自流经换热器9的载冷剂)，从换热器9出来的冷冻水再返回空调冷冻水泵10，进入下一循环。上述空调冷冻水回路中空调末端11负荷变化时，可通过调节载冷剂回路中的第一三通调节阀5的第二端与第一三通调节阀5的第三端的开度，使进入换热器9中的载冷剂所携带的冷量符合空调末端11负荷的要求；超声波发射系统中，当载冷剂回路处于融冰期间，启动超声发生器12，经超声振子13向蓄冰槽壳体7内冰水混合物间歇施加超声波，相邻两次超声波作用时间间隔为30s，每次超声波持续作用的时间为20s。在蓄冰槽壳体7内冰融化过程中，间歇施加超声波能够在冰盘管外表面与冰层之间的液态水层中引发剧烈的搅拌，从而极大地减小了管内载冷剂热量传递给管外冰层的热阻，使得从冰盘管6流出的载冷剂温度显著降低(在冰盘管内的载冷剂流量相同条件下)；另外也有助于冰晶提前破裂，增强蓄冰槽中液态水的扰动，这将进一步增强管外的对流换热能力，强化融冰时的传热过程。

在蓄冰运行方式下，系统工作过程描述如下：在载冷剂回路中，载冷剂泵1和制冷机组4运行，第一截止阀2打开，第二截止阀3关闭，第一三通调节阀5的第一端与第二端打开，第一三通调节阀5的第三端关闭，第二三通调节阀8的第一端与第三端打开，第二三通调节阀8的第二端关闭；空调冷冻水回路停止工作，空调冷冻水泵10停止运行；超声波发射系统中，打开超声发生器的电源。载冷剂回路中，载冷剂经载冷剂泵1加压后经第一截止阀2进入制冷机组4的载冷剂通道吸收制冷剂的冷量，使其温度降低，然后经第一三通调节阀5的第二端进入置于蓄冰槽壳体7的冰盘管6中，将冷量释放给冰盘管6外侧的液水，使液态水在冰盘管6外降温直至结冰，释放冷量后的载冷剂经第二三通调节阀8的第三端返回载冷剂泵1，进入下一循环。超声波发射系统中，在载冷剂回路中开始蓄冰的同时启动超声发生器12，经超声振子13向蓄冰槽壳体7中的水间歇施加超声波，相邻两次超声波作用时间间隔为30s，每次超声波持续作用的时间为20s。蓄冰过程中，向蓄冰槽壳体7内施加超声波能够显著降低冰晶成核所需的过冷度(提高制冷机组的蒸发温度)，使得大量冰晶核形成于远离冰盘管外表面的过冷水中，避免冰晶紧贴在冰盘管外表面生长，从而消除紧贴在冰盘管外壁上的冰壳的导热热阻；同时，超声波对冰盘管内载冷剂与冰盘管外未冻结水均具有剧烈的搅拌作用，从而显著增强冰盘管内外的对流换热。上述超声波的影响使得冰盘管内低温载冷剂更易于吸收槽内过冷水结冰时的相变潜热，降低蓄冰能耗。

通过上述结构，本实用新型克服了现有技术的缺点，具有以下优点：

1.本实用新型利用超声波在水中引起的剧烈搅拌作用，使液体水与冰盘管外表面间的热边界层减薄，从而显著强化结冰前的液态水与冰盘管外表面间的对流换热，降低结冰前液态水的冷却所需的能耗。

2.本实用新型利用超声波在水中增大过冷水中的冰晶核生成速度，降低蓄冰时的过冷度，这有利于增大蓄冰速度，提高制冷主机的蒸发温度，从而增大制冷机组的COP值(制冷系数)，提高能源的利用效率；

3.本实用新型利用超声波使得冰晶核形成于远离冰盘管外表面的液态过冷水中，接着在远离管外的液态水中生长。虽然水的导热系数比冰小，但是在超声作用下能够避免冰晶紧贴在冰盘管外表面上生长，从而消除紧贴在冰盘管 外壁上的冰壳的导热热阻；同时，超声波对冰盘管内载冷剂与冰盘管外未冻结水均具有剧烈的搅拌作用，从而显著增强冰盘管内外的对流换热(冰盘管外壁与未冻结水间的对流换热、冰盘管外冰与未冻结水间的对流换热、冰盘管内壁与载冷剂间的对流换热)。上述影响使得冰盘管内低温载冷剂更易于吸收槽内过冷水结冰时的相变潜热，降低蓄冰能耗。

4.本实用新型在释冷期间，在冰盘管外表面与冰层之间的液态水层中引发剧烈的搅拌，从而极大地减小了管外冰层吸收管内载冷剂热量时的热阻；另外，超声波在液态水中激发的微射流有助于冰晶提前破裂，增强蓄冰槽中液态水的扰动，提高冰盘管外对流换热强度。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于超声波的蓄冷空调系统，其特征在于，包括载冷剂泵(1)、制冷机组(4)、冰盘管(6)、换热器(9)、空调冷冻水泵(10)、空调末端(11)、超声波发生器(12)和超声振子(13)，所述载冷剂泵(1)、制冷机组(4)、冰盘管(6)、换热器(9)的第一支路构成载冷剂回路；所述空调冷冻水泵(10)、空调末端(11)和所述换热器(9)的第二支路串联构成空调冷冻水回路；

所述载冷剂泵(1)的输出端通过第一截止阀(2)与所述制冷机组(4)的输入端连接，所述载冷剂泵(1)的输出端还通过第二截止阀(3)与所述制冷机组(4)的输出端连接；

所述制冷机组(4)的输出端与第一三通调节阀(5)的第一端连接，所述第一三通调节阀(5)的第二端与所述冰盘管(6)的输入端连接，所述第一三通调节阀(5)的第三端与所述冰盘管(6)的输出端连接；

所述冰盘管(6)的输出端与第二三通调节阀(8)的第一端连接，所述第二三通调节阀(8)的第二端与所述第一支路的第一端连接，所述第一支路的第二端与所述载冷剂泵(1)的输入端连接，且所述载冷剂泵(1)的输入端与所述第二三通调节阀(8)的第三端连接；

所述超声振子(13)安装在所述冰盘管(6)的下方，所述超声波发生器(12)和超声振子(13)连接。

2.根据权利要求1所述的基于超声波的蓄冷空调系统，其特征在于，所述基于超声波的蓄冷空调系统还包括蓄冰槽壳体(7)，所述冰盘管(6)位于所述蓄冰槽壳体(7)内，且所述超声振子(13)粘在所述蓄冰槽壳体(7)的底部。