CN208579447U - 一种复合相变蓄冷介质的蓄冷器及空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及制冷技术领域，尤其涉及一种复合相变蓄冷介质的蓄冷器及空调系统，包括：壳体、内翅片空心管、上散流器和下散流器，所述上散流器设置在壳体内部的上端，上散流器的入水口穿过壳体上端的通孔，所述下散流器设置在壳体内部的下端，下散流器的入水口穿过壳体下端的通孔，所述壳体内部纵向阵列设置有若干根内翅片空心管，若干根内翅片空心管均通过水平设置的固定支架与壳体内壁连接，所述壳体的侧壁上同侧设置有第一出水口和第二出水口，第一出水口和第二出水口分别设置在壳体的上、下两端，提高了蓄冷量，导热系数高，解决了现有的采用单一相变材料的蓄冷器蓄冷量低、蓄冷率低的问题。

Description

一种复合相变蓄冷介质的蓄冷器及空调系统

技术领域

本实用新型涉及制冷技术领域，尤其涉及一种复合相变蓄冷介质的蓄冷器及空调系统。

背景技术

近年来，随着现代化进程的不断加快和社会经济的高速腾飞，空调系统成为了城市生活中不可或缺的重要组成部分，但也使城市电力系统峰谷差急剧增加，造成了巨大的能源浪费。而蓄冷空调能够有效缩减电网容量，是国家大力推广的节能措施之一。水蓄冷和冰蓄冷是目前蓄冷空调用两种主要方法，但都无法很好的满足用户需求。水蓄冷存在着蓄冷密度小，占用空间大的问题。冰蓄冷虽然蓄冷密度大，但由于相变温度较低，会导致机组制冷系数(COP)较传统空调相比低约35％左右，并且内部结构复杂，不利于维护维修。新型的相变材料是解决上述弊端的关键。由于无机相变材料稳定性差，无法长期使用，且存在过冷度，使得蒸发温度进一步减小，降低了机组COP，所以现集中工况下的蓄冷器多采用有机相变材料，但有机相变材料相变潜热较小，导热系数低，且造价昂贵，为满足空调7℃的供水温度，在采用单一相变材料时，能够满足该相变温度的相变材料多为有机物，有机物的相变潜热小且导热性差，使得相变密度变小，即单位体积蓄冷量减小，且蓄冷速率低，影响蓄冷器的整体性能，少数符合这一相变温度的无机相变材料潜热值也很低，且相变潜热衰减性大；

采用单一相变材料，很难满足即符合集中空调工况又具备高蓄冷量、蓄冷率且稳定的要求，同时单一相变材料具有相变潜热小、导热系数低的问题，占用空间大，能量浪费多。

实用新型内容

本实用新型克服了上述现有技术的不足，提供了一种复合相变蓄冷介质协同换热的多温域蓄冷器，采用组合式蓄冷器，且多种相变材料按不同比例混合，可以扩宽集中工况与蓄冷介质匹配的窗口温度，解决了现有的采用单一相变材料的蓄冷器蓄冷量低、蓄冷率低的问题。

本实用新型的技术方案：

一种复合相变蓄冷介质的蓄冷器，包括：壳体、内翅片空心管、上散流器和下散流器，所述上散流器设置在壳体内部的上端，上散流器的入水口穿过壳体上端的通孔，所述下散流器设置在壳体内部的下端，下散流器的入水口穿过壳体下端的通孔，所述壳体内部纵向阵列设置有若干根内翅片空心管，若干根内翅片空心管均通过水平设置的固定支架与壳体内壁连接，所述壳体的侧壁上同侧设置有第一出水口和第二出水口，第一出水口和第二出水口分别设置在壳体的上、下两端；

所述内翅片空心管包括：外空心管、内空心管、导液通道、波纹翅片和隔板翅片，所述外空心管套接在内空心管的外侧，且外空心管和内空心管同轴设置，外空心管和内空心管之间形成的空间两端密封后构成筒状腔体，筒状腔体内沿轴向设置有若干个隔板翅片形成若干个相变材料腔，每个相变材料腔内均设置有若干个波纹翅片，所述波纹翅片呈波纹状，波纹翅片的一端与外空心管的内壁连接，波纹翅片的另一端与内空心管的外壁连接，若干个所述波纹翅片以外空心管和内空心管的轴线为圆心呈放射状环形阵列设置，每个所述的相变材料腔均与一根导液通道的一端连接，若干个导液通道的另一端均连接至内翅片空心管的上端。

进一步地，所述的壳体包括：外壳体、内壳体和保温层，所述外壳体套接在内壳体的外部，内壳体和外壳体之间填充有保温层。

进一步地，每个所述的相变材料腔的侧面上端均设置有排气孔，所述排气孔为设置在所述的外空心管侧壁上的通孔。

进一步地，所述的内翅片空心管的下端还设置有托盘，托盘上设置有若干个通孔，托盘的下表面外沿与环形肋板相接触，环形肋板与壳体的内壁固定连接。

一种复合相变蓄冷介质的蓄冷器的空调系统，包括冷水机组、蓄冷模块和用户终端，所述冷水机组的出水口通过第一水泵与G1管路的一端连接，G1管路的另一端通过第一阀体与G2管路的一端连接，G2管路的另一端通过第二水泵与用户终端的入水口连接，用户终端的出水口与G6管路的一端连接，G6管路的另一端通过第二阀体与G5管路的一端连接，G5管路的另一端与冷水机组的入水口连接，所述G1管路上设置有分支G3管路， G3管路与蓄冷器的下端入水口连接，且G1管路上设置有第三阀体，所述G2管路上设置有分支G4管路，G4管路与蓄冷器的下端出水口连接，且G4管路上设置有第四阀体，所述G6管路上设置有分支G8管路，G8管路与蓄冷器的上端入水口连接，且G8管路上设置有第五阀体，所述G5管路上设置有分支G7管路，G7管路与蓄冷器的上端出水口连接，且G7管路上设置有第六阀体。

进一步地，所述冷水机组包括：压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器和循环水箱，所述压缩机的制冷剂出口与冷凝器的制冷剂入口连接，冷凝器的制冷剂出口通过节流阀与蒸发器的制冷剂入口连接，蒸发器的制冷剂出口与压缩机的制冷剂入口连接构成制冷剂循环回路；所述蒸发器的冷水出口与循环水箱的冷水入口连接，循环水箱的冷水回水出口与蒸发器的冷水回水入口连接，所述循环水箱的循环水出口与第一水泵的入口连接，循环水箱的循环水回水口与G5管路连接。

一种复合相变蓄冷介质的蓄冷器的载冷剂布置方法，包括以下步骤：

步骤a：将内翅片空心管内的相变材料腔沿轴向分成三段，形成三个相变材料腔，保证底端相变材料腔体积占三个相变材料腔总体积的30-50％；

步骤b：分别从一个导液通道向一个相变材料腔注入一种相变材料，将三个相变材料腔沿轴向由下往上依次注满，并按照三种相变材料的相变温度由小到大的顺序注入；

步骤c：注入完成后采用防水胶将导液通道进行密封。

进一步地，所述步骤a中分成的三个相变材料腔从下到上的体积比为2:2:1。

进一步地，所述步骤b中的三种相变材料包括：有机相变材料和无机相变材料，所述有机相变材料中添加有纳米金属氧化物，所述无机相变材料中添加有成核剂与表面活性剂。

进一步地，所述三种相变材料相变潜热分别为205kJ/kg、213kJ/kg、271.2kJ/kg，由氯化钠、硝酸钾、氯化铵、十二烷、十四烷、辛酸、环乙醇、二氧化硅、硼砂、二氧化钛、聚丙烯酸钠和乙二醇中的两种或多种组合而成，并采用超声震动进行混合。

本实用新型的有益效果为：

1)本实用新型的内翅片空心管的，筒状腔体内沿轴向设置有若干个隔板翅片形成若干个相变材料腔，由此结构可以实现在内翅片空心管内添加多种相变材料，相对于现有的单一相变材料的蓄冷器具有相变潜热大、导热系数高、大大提高了单位体积的蓄冷量，节约空间且提高了蓄冷率。

2)本实用新型外空心管套接在内空心管的外侧，外空心管和内空心管之间形成的空间两端密封后构成筒状腔体，由此结构使换热流体能够从内空心管流过进行换热，解决了管状相变材料存储结构与换热流体换热时，管中央的相变材料由于导热热阻过大，导致的蓄冷时间过长的问题。

3)本实用新型的每个相变材料腔内均设置有若干个波纹翅片，波纹翅片呈波纹状，波纹翅片的一端与外空心管的内壁连接，波纹翅片的另一端与内空心管的外壁连接，若干个波纹翅片以外空心管和内空心管的轴线为圆心呈放射状环形阵列设置，由此结构，可以使热量沿波纹翅片部分快速进入到空心管内部，增加了空心管的换热面积，进一步加强了换热。

附图说明

图1为一种复合相变蓄冷介质的蓄冷器的立体结构示意图；

图2为一种复合相变蓄冷介质的蓄冷器的整体结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为图2中的内翅片空心管的结构示意图；

图5为图4的俯视图；

图6为图2中的固定支架的结构示意图；

图7为图2中的托盘的结构示意图；

图8为一种复合相变蓄冷介质的蓄冷器的空调系统的结构示意图。

图中：1-壳体；2-内翅片空心管；3-上散流器；4-下散流器；5-固定支架；6-第一出水口；7-第二出水口；8-托盘；9-冷水机组；10-蓄冷模块；11-外壳体；12-内壳体；13-保温层；21-外空心管；22-内空心管；23-导液通道；24-波纹翅片；25-隔板翅片；91-第一水泵；92-第二水泵；93-压缩机；94-冷凝器；95-节流阀；96-蒸发器；97-循环水箱；100-用户终端；101-第一阀体；102-第二阀体；103-第三阀体；104-第四阀体；105-第五阀体；106- 第六阀体；200-蓄冷器；251-排气孔。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型进行详细说明：

具体实施方式一：

结合图1至图7所示，本实施例公开的一种复合相变蓄冷介质的蓄冷器，包括：壳体1、内翅片空心管2、上散流器3和下散流器4，所述上散流器3设置在壳体1内部的上端，上散流器3的入水口穿过壳体1上端的通孔，所述下散流器4设置在壳体1内部的下端，下散流器4的入水口穿过壳体1下端的通孔，所述壳体1内部纵向阵列设置有若干根内翅片空心管2，若干根内翅片空心管2均通过水平设置的固定支架5与壳体内壁连接，所述壳体1的侧壁上同侧设置有第一出水口6和第二出水口7，第一出水口6和第二出水口7 分别设置在壳体1的上、下两端，壳体内在各个出入水口处和内翅片空心管上均设置有温度传感器，用于把数据传输到控制端电脑上；

所述内翅片空心管2包括：外空心管21、内空心管22、导液通道23、波纹翅片24 和隔板翅片25，所述外空心管21套接在内空心管22的外侧，且外空心管21和内空心管22同轴设置，外空心管21和内空心管22之间形成的空间两端密封后构成筒状腔体，筒状腔体内沿轴向设置有若干个隔板翅片25形成若干个相变材料腔，每个相变材料腔内均设置有若干个波纹翅片24，所述波纹翅片24呈波纹状，波纹翅片24的一端与外空心管 21的内壁连接，波纹翅片24的另一端与内空心管22的外壁连接，若干个所述波纹翅片 24以外空心管21和内空心管22的轴线为圆心呈放射状环形阵列设置，波纹翅片上设置有导液小孔，可以使相变材料注满每一个空腔，保证相变材料的液面与空腔顶部留有间隙，防止相变材料凝固时撑破管道，每个所述的相变材料腔均与一根导液通道23的一端连接，若干个导液通道23的另一端均连接至内翅片空心管2的上端，用于注入相变材料，采用导管与小孔结构，使得相变材料充注方便，且便于更换，相变材料储存器可以重复使用，节约成本。

具体地，所述的壳体1包括：外壳体11、内壳体12和保温层13，所述外壳体11套接在内壳体12的外部，内壳体12和外壳体11之间填充有保温层13，外壳体与内壳体均为不锈钢结构，由厚度为两毫米的不锈钢板焊接而成，保温层为玻璃聚氨脂泡沫保温材料；外壳体和内壳体的内侧均粘连挤塑聚乙烯保温板，起到保护保温层及内部物品的作用。

具体地，每个所述的相变材料腔的侧面上端均设置有排气孔251，所述排气孔251为设置在所述的外空心管21侧壁上的通孔。

具体地，所述的内翅片空心管2的下端还设置有托盘8，托盘8上设置有若干个通孔，托盘8的下表面外沿与环形肋板相接触，环形肋板与壳体1的内壁固定连接。

蓄冷量大，换热效率高，普遍适用于存在峰谷电价差地区的集中空调系统，可为使用者带来良好的经济效益。

采用两种或两种以上的相变材料按照一定比例的组合，使得蓄冷器出口温度也保持在 7℃左右，两种或两种以上的相变材料中包括相变温度低于7℃的相变材料和相变温度高于7℃的相变材料，释冷时换热流体先与相变温度高于7℃的相变材料换热，再与相变温度低于7℃的相变材料换热，最后在出口处变成7℃的冷水供给用户，由于采用组合后的多组相变材料的平均相变温度控制在7℃，使得组合式蓄冷器不局限于使用相变温度为7℃左右的相变材料，增加了可选择的相变材料的种类，而允许采用蓄冷量大的相变材料，与单一相变材料相比，增加力蓄冷量。

具体实施方式二：

结合图8所示，本实施例公开的一种复合相变蓄冷介质的蓄冷器的空调系统，包括冷水机组9、蓄冷模块10和用户终端100，所述冷水机组9的出水口通过第一水泵91与G1 管路的一端连接，G1管路的另一端通过第一阀体101与G2管路的一端连接，G2管路的另一端通过第二水泵92与用户终端100的入水口连接，用户终端的出水口与G6管路的一端连接，G6管路的另一端通过第二阀体102与G5管路的一端连接，G5管路的另一端与冷水机组的入水口连接，所述G1管路上设置有分支G3管路，G3管路与蓄冷器200 的下端入水口连接，且G1管路上设置有第三阀体103，所述G2管路上设置有分支G4 管路，G4管路与蓄冷器200的下端出水口连接，且G4管路上设置有第四阀体104，所述 G6管路上设置有分支G8管路，G8管路与蓄冷器200的上端入水口连接，且G8管路上设置有第五阀体105，所述G5管路上设置有分支G7管路，G7管路与蓄冷器200的上端出水口连接，且G7管路上设置有第六阀体106。

具体地，所述冷水机组9包括：压缩机93、冷凝器94、节流阀95、蒸发器96和循环水箱97，所述压缩机93的制冷剂出口与冷凝器94的制冷剂入口连接，冷凝器94的制冷剂出口通过节流阀95与蒸发器96的制冷剂入口连接，蒸发器96的制冷剂出口与压缩机93的制冷剂入口连接构成制冷剂循环回路；所述蒸发器96的冷水出口与循环水箱97 的冷水入口连接，循环水箱97的冷水回水出口与蒸发器96的冷水回水入口连接，所述循环水箱97的循环水出口与第一水泵91的入口连接，循环水箱97的循环水回水口与G5 管路连接。

结构简单紧凑，可在同一空调系统内并联多组蓄冷器，使其可以根据负荷的变化而改变开启个数。

首先将装有相变材料的内翅片空心管装入蓄冷器内，盖上上盖。从循环水箱97出来的G1管路上安装一个三通，指出一条G3管路，G3管路与蓄冷器的下端的进水口相连，并在G3管路上设置第三阀体103，从蓄冷器200上端的出水口接出G7管路，G7管路与 G5管路通过三通相连，并在G7管路上安装第六阀体106，G5管路与循环水箱97冷水回水口相连，循环水箱97下端的出水口与G4管路相连，G4管路通过三通与G2管路相连，并在G4管路上安装第四阀体104，G2管路与用户终端100相连，从用户终端100出来的回水G6管路，从G6管路支出一根G8管路与蓄冷器上端的入水口相连，并在G8管路上设置第五阀体105，并且G1管路与G2管路相连，中间设置第一阀体101，G5管路与G6 管路相连，中间设置第二阀体102。

蓄冷过程为：冷水机组9开启，第一阀体101、第四阀体104、第二阀体102和第五阀体105关闭，第三阀体103和第六阀体106开启，冷水从循环水箱97中出来，通过第一水泵91经管G1管路与G3管路打入蓄冷器200，与内翅片空心管内相变材料进行换热，再通过G7管路与G5管路回到循环水箱97内。当内翅片换热管中的相变材料完全凝固时，其可有管内的温度传感器测得，停止蓄冷，关闭冷水机组9。

释冷过程为：冷水机组9关闭，第二阀体102、第六阀体106、第三阀体103和第一阀体101关闭，第四阀体104和第五阀体105开启，蓄冷器200中的冷水，通过下端的出水口经G4管路与G2管路通过第二水泵92输送给用户终端100，用户终端100的回水通过G6管路与G8管路回到蓄冷器200内，并与内翅片空心管的固态相变材料换热，回水温度降低，再通过蓄冷器下端的出水口被送至给用户终端100，直至内翅片空心管内的所有相变材料融化，其可有管内的温度传感器测得，释冷停止。

冷水机组9与蓄冷器200同时供冷时：第六阀体106和第三阀体103关闭，第二阀体102、第五阀体105、第四阀体104和第一阀体101开启，冷水机组9开启，循环水箱97 里的冷水与蓄冷器200中的冷水通过G1管路与G4管路汇合到G2管路通过第二水泵92 一同送给用户终端100。用户终端100回水通过G6管路、G8管路和G5管路回到蓄冷器 200与循环水箱97内，完成循环。

冷水机组9供冷的同时蓄冷：第四阀体104与第五阀体105关闭，第一阀体101、第二阀体102、第三阀体103和第六阀体106开启。从G1管路出来的冷水通过G3管路被送入蓄冷器200内，与其中的相变材料换热，完成蓄冷。同时冷水通过G2管路被送给用户终端100，实现供冷。

冷水机组9单独供冷：第三阀体103、第四阀体104、第五阀体105和第六阀体106 关闭，第一阀体101和第二阀体102打开，实现冷水机组9单独供冷，对蓄冷器200进行维修时可采用该种模式。

具体实施方式三：

本实施公开的一种复合相变蓄冷介质的蓄冷器的载冷剂布置方法，包括以下步骤：

步骤a：将内翅片空心管2内的相变材料腔沿轴向分成三段，形成三个相变材料腔，保证底端相变材料腔体积占三个相变材料腔总体积的30-50％；

步骤b：分别从一个导液通道23向一个相变材料腔注入一种相变材料，将三个相变材料腔沿轴向从下往上依次注满，并按照三种相变材料的相变温度由小到大的顺序注入；

步骤c：注入完成后采用防水胶将导液通道23和排气孔251进行密封。

具体地，所述步骤a中分成的三个相变材料腔从下到上的体积比为2:2:1。

具体地，所述步骤b中的三种相变材料包括：有机相变材料和无机相变材料，所述有机相变材料中添加有纳米金属氧化物，所述无机相变材料中添加有成核剂与表面活性剂。具有较高的相变潜热，达到271.2kJ/kg，同时具有良好的稳定性和较低的过冷度，达到相变100次无相分离，过冷度仅为0.5摄氏度，解决了现有无机相变材料稳定性差，易发生相分离，无法长期使用的问题。通过添加成核剂减小过冷度，使相变材料更容易凝结，同时表面活性剂可减小相变材料的相分离度，使其更加稳定。

具体地，所述三种相变材料相变潜热分别为205kJ/kg、213kJ/kg、271.2kJ/kg，由氯化钠、硝酸钾、氯化铵、十二烷、十四烷、辛酸、环乙醇、二氧化硅、硼砂、二氧化钛、聚丙烯酸钠和乙二醇中的任意两种或多种组合而成，并采用超声震动进行混合，使不同的材料均匀的混合，增大了导热系数，强化了换热。

以上实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (6)

1.一种复合相变蓄冷介质的蓄冷器，其特征在于，包括：壳体(1)、内翅片空心管(2)、上散流器(3)和下散流器(4)，所述上散流器(3)设置在壳体(1)内部的上端，上散流器(3)的入水口穿过壳体(1)上端的通孔，所述下散流器(4)设置在壳体(1)内部的下端，下散流器(4)的入水口穿过壳体(1)下端的通孔，所述壳体(1)内部纵向阵列设置有若干根内翅片空心管(2)，若干根内翅片空心管(2)均通过水平设置的固定支架(5)与壳体内壁连接，所述壳体(1)的侧壁上同侧设置有第一出水口(6)和第二出水口(7)，第一出水口(6)和第二出水口(7)分别设置在壳体(1)的上、下两端；

所述内翅片空心管(2)包括：外空心管(21)、内空心管(22)、导液通道(23)、波纹翅片(24)和隔板翅片(25)，所述外空心管(21)套接在内空心管(22)的外侧，且外空心管(21)和内空心管(22)同轴设置，外空心管(21)和内空心管(22)之间形成的空间两端密封后构成筒状腔体，筒状腔体内沿轴向设置有若干个隔板翅片(25)形成若干个相变材料腔，每个相变材料腔内均设置有若干个波纹翅片(24)，所述波纹翅片(24)呈波纹状，波纹翅片(24)的一端与外空心管(21)的内壁连接，波纹翅片(24)的另一端与内空心管(22)的外壁连接，若干个所述波纹翅片(24)以外空心管(21)和内空心管(22)的轴线为圆心呈放射状环形阵列设置，每个所述的相变材料腔均与一根导液通道(23)的一端连接，若干个导液通道(23)的另一端均连接至内翅片空心管(2)的上端。

2.根据权利要求1所述的一种复合相变蓄冷介质的蓄冷器，其特征在于，所述的壳体(1)包括：外壳体(11)、内壳体(12)和保温层(13)，所述外壳体(11)套接在内壳体(12)的外部，内壳体(12)和外壳体(11)之间填充有保温层(13)。

3.根据权利要求1所述的一种复合相变蓄冷介质的蓄冷器，其特征在于，每个所述的相变材料腔的侧面上端均设置有排气孔(251)，所述排气孔(251)为设置在所述的外空心管(21)侧壁上的通孔。

4.根据权利要求1所述的一种复合相变蓄冷介质的蓄冷器，其特征在于，所述的内翅片空心管(2)的下端还设置有托盘(8)，托盘(8)上设置有若干个通孔，托盘(8)的下表面外沿与环形肋板相接触，环形肋板与壳体(1)的内壁固定连接。

5.一种包含权利要求1、2、3或4所述的一种复合相变蓄冷介质的蓄冷器的空调系统，其特征在于，包括冷水机组(9)、蓄冷模块(10)和用户终端(100)，所述冷水机组(9)的出水口通过第一水泵(91)与G1管路的一端连接，G1管路的另一端通过第一阀体(101)与G2管路的一端连接，G2管路的另一端通过第二水泵(92)与用户终端(100)的入水口连接，用户终端的出水口与G6管路的一端连接，G6管路的另一端通过第二阀体(102)与G5管路的一端连接，G5管路的另一端与冷水机组的入水口连接，所述G1管路上设置有分支G3管路，G3管路与蓄冷器(200)的下端入水口连接，且G1管路上设置有第三阀体(103)，所述G2管路上设置有分支G4管路，G4管路与蓄冷器(200)的下端出水口连接，且G4管路上设置有第四阀体(104)，所述G6管路上设置有分支G8管路，G8管路与蓄冷器(200)的上端入水口连接，且G8管路上设置有第五阀体(105)，所述G5管路上设置有分支G7管路，G7管路与蓄冷器(200)的上端出水口连接，且G7管路上设置有第六阀体(106)。

6.根据权利要求5所述的空调系统，其特征在于，所述冷水机组(9)包括：压缩机(93)、冷凝器(94)、节流阀(95)、蒸发器(96)和循环水箱(97)，所述压缩机(93)的制冷剂出口与冷凝器(94)的制冷剂入口连接，冷凝器(94)的制冷剂出口通过节流阀(95)与蒸发器(96)的制冷剂入口连接，蒸发器(96)的制冷剂出口与压缩机(93)的制冷剂入口连接构成制冷剂循环回路；所述蒸发器(96)的冷水出口与循环水箱(97)的冷水入口连接，循环水箱(97)的冷水回水出口与蒸发器(96)的冷水回水入口连接，所述循环水箱(97)的循环水出口与第一水泵(91)的入口连接，循环水箱(97)的循环水回水口与G5管路连接。