CN2305594Y - 可脱冰排管蓄冷空调冷水装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于空调制冷装置,适用于冰蓄冷空调系统。该装置蓄冷时水在由蓄冷排管的多孔管和箱体内空间、水箱、循环泵形成的通道内循环流动,在箱体内的排管上结冰,并可脱冰后继续结冰;供冷时冷回水由多孔管均匀喷洒,与箱体内的冰管进行直接接触融冰,并可开动循环泵进一步强化融冰效果。它热经济性较高,能提供温度低达0℃～1℃的冷水,而且融冰量能在一定范围内适应空调负荷的变化,用于某些空调系统时可取消板换和膨胀水箱。

Description

可脱冰排管蓄冷空调冷水装置

本实用新型涉及一种以蓄冷排管进行结冰蓄冷和融冰放冷的可脱冰排管蓄冷空调冷水装置，属于空调制冷装置。

冰蓄冷空调冷水装置在夜间低谷用电时段运行时，在蓄冷器内结冰蓄冷，在白天高峰用电时段运行时，蓄冷器内的冰融化，为空调目标供应冷量，从而减少高峰用电量，实现移峰填谷。蓄冷器是冰蓄冷空调冷水装置的关键部件，以水为蓄冷介质的冰蓄冷空调冷水装置的原理流程和性能主要取决于冰蓄冷器的结构类型和性能。如中国专利CN2183538公开了一种“高效通心齿球蓄冷器”，它主要由罐体、冷介质、分配孔板及齿球构成，冷介质包容在齿球内，在齿球的表面有凹坑，齿球内填充满冷介质液体。当冷介质液体结冰体积膨胀时，齿球表面的凹坑鼓起。在结冰蓄冷时，装满水的齿球内部的蓄冷介质不能流动，与固体壁面进行热交换的方式为自然对流，蓄冷介质侧较大的热阻成为制约热交换效果的主要因素，使高效通心齿球蓄冷器结冰蓄冷时的热交换效果较差。而该蓄冷器在融冰放冷时，随着融冰放冷过程的进行，在球内冰块与球内壁面之间会形成越来越厚的水层，水与冰块表面及水与球内壁面之间进行的热交换都是自然对流换热，加上水层的热阻，在融冰放冷时蓄冷介质侧的热阻比结冰蓄冷时更大，使该蓄冷器融冰放冷时的热交换效果更差。另外，由于高效通心齿球蓄冷器的结构特点，其在结冰蓄冷时的冷却介质和在融冰放冷时的被冷却介质都必须使用在0℃以下不冻结的载冷剂，目前常用的是乙二醇水溶液。由于上述原因，使得以高效通心齿球蓄冷器进行结冰蓄冷和融冰放冷的冰蓄冷空调冷水装置性能较差，或者为空调系统的空气处理设备提供温度较高的乙二醇水溶液，或者在专设的板换中用乙二醇水溶液再冷却空调冷回水，而且该装置在融冰放冷过程中的融冰放冷量对空调目标逐时负荷变化的适应性较差。

本实用新型的目的是针对现有技术中的缺点，而提供一种以蓄冷排管进行结冰蓄冷和融冰放冷的可脱冰蓄冷空调冷水装置，它具有良好的结冰蓄冷和融冰放冷性能，能为空调系统的空气处理设备提供温度较低的冷水，而且该装置在融冰放冷过程中的融冰放冷量能在一定范围内较好地适应空调目标逐时负荷的变化。

本实用新型的目的是这样实现的：由下端堵死、上端固定在管板上的外管组成上端开口的排管，每根管子都要与管板垂直，排管呈三角形错排排列，固定在上封头上的每根内管插入排管的每根外管内形成套管，内管的下端与外管底部留有适当的尺寸，设有隔板的上封头与管板连接并构成几个密封空间，工质进口和出口与上封头外的内管相连，内管、内管与外管形成的套管、上封头与管板构成的密封空间形成了载冷剂的流动通道，在管板下面的排管间布置有多孔管，多孔管的孔位于管壁的下半周，箱体与管板连接，形成一个封闭空间，空间的下部布置有冰管定位网，多孔管、箱体内的封闭空间形成了蓄冷介质及空调冷水的流动通道，在箱体上部设有均压管接口及与多孔管连接的工质进口，在箱体下部设有工质出口。这样就组成了蓄冷排管。以蓄冷排管进行结冰蓄冷的可脱冰排管蓄冷空调冷水装置在夜间低谷用电时段运行时，由制冷压缩机、冷凝器、第二节流阀和第二蒸发器形成制冷循环，载冷剂在由第二蒸发器的载冷剂侧、蓄冷排管的载冷剂侧、载冷剂泵、载冷剂循环管形成的循环流动通道内循环流动，将第二蒸发器内制冷剂蒸发时的冷量载给蓄冷介质水，水箱和箱体下部一定体积的蓄冷介质水在循环泵推动下经循环管由多孔管均匀喷淋到排管的外壁面，在排管的外壁面形成一层流动的水膜，将热量传递给载冷剂，部分蓄冷介质水在排管外壁面结冰蓄冷，未结冰的蓄冷介质水落入箱体下部继续循环，随着在排管外壁面结冰量的逐渐增加，水箱和箱体下部的蓄冷介质水逐渐减少，装在水箱上的液位显示仪表显示的液位逐渐下降，因此，由液位显示仪表显示的水位变化就可以知道排管外壁面的结冰量，当结冰量达到设计值时，关闭制冷压缩机，延时一段时间后，装在载冷剂循环管上的二个阀门同时关闭，切断载冷剂进出第二蒸发器的管路，同时，装在冷却水箱中的加热盘管进出管路上的二个阀门开启，载冷剂在由蓄冷排管的载冷剂侧、载冷剂泵、加热盘管的载冷剂侧形成的循环流动通道内循环流动，被冷却水箱中温度较高的冷却水加热，并将冷却水的热量载给结在排管外壁面上的冰，使冰与排管外壁面脱离而落到箱体下部，冰管定位网使落下的冰管在箱体内规则排放。随着冰的脱落，水箱与箱体下部的水位上升，由液位显示仪表显示的水位变化就可以知道脱冰情况，当脱冰量达到设计值时，装在冷却水箱中的加热盘管进出管路上的二个阀门关闭，将载冷剂进出加热盘管的管路切断，同时，装在载冷剂循环管上的二个阀门开启，而将其进出第二蒸发器的管路重新接通，重新开启制冷压缩机，可脱冰排管蓄冷空调冷水装置继续进行结冰蓄冷运行，达到需要的蓄冷量时停止蓄冷运行。因为载冷剂和蓄冷介质在热交换表面二侧进行的都是强迫对流换热，热交换的传热系数较高，而且随着排管外结冰厚度的增大，蓄冷介质可以利用的热交换面积也不断增大，良好的热交换效果保证了可脱冰排管蓄冷空调冷水装置脱冰蓄冷的正常运行及良好的结冰蓄冷性能。以蓄冷排管进行融冰放冷的可脱冰排管蓄冷空调冷水装置在白天高峰用电时段运行时，由制冷压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器形成制冷循环，冷回水先进入蒸发器的冷水侧被初步冷却降温，然后进入蓄冷排管从多孔管喷出，与冰进行均匀的直接接触混合热交换，冷回水与蓄冷介质水合二而一，无以区分，达到使用要求的空调冷水由冷水供水管供给空调系统，当供冷量大于需要的冷量时，可将从蒸发器出来的一部分冷回水由装有流量调节阀的旁通管旁通，当需要多融冰放冷时，可启动循环泵进一步强化水与冰的直接接触混合热交换，并通过控制循环泵的流量来改变热交换的强化程度。由于冰蓄存的冷量是用低谷用电时段的较廉价电制得，所以可脱冰排管蓄冷空调冷水装置可通过对融冰放冷量的控制，使冰能够最大限度地融化而放出所蓄存的冷量，通过装在水箱上的液位显示仪表和融冰放冷量的降低程度可以监测融冰放冷过程中所剩余的冰量，溢流管和补水管可以保证可脱冰排管蓄冷空调冷水装置在融冰放冷过程结束时水箱和箱体下部的水量，以满足下一运行周期结冰蓄冷运行对水量的要求。因为水与冰进行均匀的直接接触混合热交换，热交换效果非常好，使可脱冰排管蓄冷空调冷水装置能为空调系统提供可达到0℃～1℃的低温冷水，因为可以由旁通管和循环泵来调节融冰放冷量，保证了可脱冰排管蓄冷空调冷水装置良好的融冰放冷性能，也保证了该装置的融冰放冷量能在一定范围内较好地适应空调目标逐时负荷的变化。

本实用新型由于在融冰放冷时空调冷回水在蓄冷排管内与蓄冷冰水进行直接接触混合热交换，蓄冷介质水与冷回水合二而一，无以区分，所以能消除载冷剂融冰时造成的热交换能量损失；由于能为空调系统提供冷水，与空气处理设备的设计工质相同，所以本实用新型为空调系统提供的冷水即可以在专设的板换中冷却空气处理设备的冷回水，也可以直接供给空气处理设备使用，从而取消专设的板换，减少换热造成的能量损失；由于采用了可脱冰结构，减少了结冰蓄冷时的换热表面积，节省了材料，蓄冷器的净重量较轻；由于采用独立的水箱，增加了设备布置时的灵活性，对于有些冰蓄冷空调系统，本实用新型的水箱还可兼做膨胀水箱，从而取消专门的膨胀水箱；由于融冰放冷时非常好的热交换效果，融冰放冷结束时的残余冰量非常小，可以减小冰蓄冷空调设计时蓄冷器体积的安全附加余量。

本实用新型的具体结构由以下的实施例及其附图给出。

图1是根据本实用新型提出的可脱冰排管蓄冷空调冷水装置的原理流程图。

图2是蓄冷排管的结构剖面示意图。

图3是蓄冷排管的俯视半剖面图。

图4是蓄冷排管的A-A剖面图。

下面结合附图详细说明依据本实用新型提出的具体装置的细节及工作情况。

图2中，由下端堵死、上端固定在管板(34)上的外管(32)构成上端开口的排管，每根外管(32)都要与管板(34)垂直，排管呈三角形排列，排管的管间距最好在40～100毫米之间，固定在上封头(33)上的每根内管(31)插入排管的每根外管(32)内形成套管，内管(31)的下端与外管(32)底部留有适当的尺寸，设有隔板(38)的上封头(33)与管板(34)连接并构成几个密封空间，工质进口(39)和工质出口(40)与上封头(33)外的内管(31)相连，内管(31)、内管(31)与外管(32)形成的套管、上封头(33)与管板(34)构成的密封空间形成了载冷剂的流动通道，内管(31)的内径最好为10～25毫米，外管(32)的外径最好为20～45毫米，在管板(34)下面的排管间布置有多孔管(36)，多孔管(36)的孔位于管壁的下半周，多孔管的孔中心线与水平方向的夹角最好在15°～75°之间，箱体(35)与管板(34)连接，形成一个封闭空间，其下部布置有冰管定位网(37)，多孔管(36)、箱体(35)内的封闭空间形成了蓄冷介质及空调冷水的流动通道，在箱体(35)的上部设有平衡管接口(41)及与多孔管(36)连接的工质进口(42)，在箱体(35)的下部设有工质出口(43)。这样就组成了本装置的蓄冷排管(9)。

本装置由制冷压缩机(1)、冷凝器(2)分别与第二节流阀(3)、第二蒸发器(4)和节流阀(5)、蒸发器(6)形成交替工作的二个制冷循环，二个交替工作的制冷循环由阀门(7)、(8)进行转换；由冷凝器(2)的冷却水侧、冷却水泵(28)、冷却水箱(29)与冷却塔(27)形成冷却水的循环流动通道；蓄冷排管(9)的载冷剂侧、载冷剂泵(10)分别与第二蒸发器(4)的载冷剂侧和装在冷却水箱(29)中的加热盘管(30)的载冷剂侧形成交替工作的二个载冷剂循环流动通道，二个交替工作的载冷剂循环流动通道由阀门(11)、(12)、(13)、(14)进行转换，加热盘管(30)也可装在冷却水循环通道的任意位置；蓄冷排管(9)的蓄冷介质侧、水箱(15)、循环泵(18)、装有止回阀(19)的循环管(20)形成蓄冷介质的循环流动通道；蒸发器(6)的冷水侧、蓄冷排管(9)的冷水侧、水箱(15)形成空调冷水流动通道；水箱(15)上设有液位显示仪表(24)、溢流管(16)、装有阀门(23)的补水管(17)、冷水出水管(25)、平衡管(26)，平衡管(26)与蓄冷排管(9)的平衡管接口(41)相接。

本装置在夜间低谷用电时段运行时，阀门(7)呈开启状态，阀门(8)呈关闭状态，制冷压缩机(1)、冷凝器(2)、第二节流阀(3)、第二蒸发器(4)形成的制冷循环工作，阀门(11)、(12)开启，阀门(13)、(14)关闭，载冷剂在由蓄冷排管(9)的载冷剂侧、载冷剂泵(10)与第二蒸发器(4)的载冷剂侧形成的载冷剂循环流动通道内循环流动，将第二蒸发器(4)内制冷剂蒸发时的冷量载给蓄冷介质水，水箱(15)和箱体(35)下部一定体积的蓄冷介质水在循环泵(18)推动下经循环管(20)由多孔管(36)均匀喷淋到排管的外壁面，在排管的外壁面形成一层流动的水膜，将热量传递给载冷剂，部分蓄冷介质水在排管的外壁面结冰蓄冷，未结冰的蓄冷介质水落入箱体(35)的下部继续进行循环，随着在排管上结冰量的逐渐增加，水箱(15)和箱体(35)下部的蓄冷介质水逐渐减少，装在水箱(15)上的液位显示仪表(24)显示的液位逐渐下降，因此，由液位显示仪表(24)显示的水位变化就可以知道排管外壁面的结冰量，当结冰量达到设计值时，关闭制冷压缩机(1)，延时一段时间后，阀门(11)、(12)同时关闭，阀门(13)、(14)同时开启，切断载冷剂进出第二蒸发器(4)的管路，载冷剂在蓄冷排管(9)的载冷剂侧、载冷剂泵(10)、加热盘管(30)的载冷剂侧形成的循环流动通道内循环流动，载冷剂被冷却水箱(29)中温度较高的冷却水加热温度升高，将冷却水的热量载给结在排管上的冰，使冰与排管的外壁面脱离而落到箱体(35)的下部，冰管定位网(37)使落下的冰管在箱体(35)内规则排放；随着冰的脱落，水箱(15)与箱体(35)下部的水位上升，由液位显示仪表(24)显示的水位变化就可以知道脱冰情况，当脱冰量达到设计值时，阀门(13)、(14)同时关闭，阀门(11)、(12)同时开启，将载冷剂进出加热盘管(30)的管路切断，载冷剂重新在蓄冷排管(9)的载冷剂侧、载冷剂泵(10)、第二蒸发器(4)的载冷剂侧形成的循环流动通道内循环流动，重新开启制冷压缩机(1)，本装置继续进行结冰蓄冷运行，达到需要的蓄冷量时停止蓄冷运行。

本装置在白天高峰用电时段运行时，阀门(7)关闭，阀门(8)开启，制冷压缩机(1)、冷凝器(2)、节流阀(5)和蒸发器(6)形成的制冷循环工作，冷回水先进入蒸发器(6)的冷水侧被初步冷却降温，然后进入蓄冷排管(9)从多孔管(36)喷出，与冰进行均匀的直接接触混合热交换，冷回水与蓄冷介质水合二而一，无以区分，达到使用要求的空调冷水供给空调系统使用。当供冷量大于需要的冷量时，可将从蒸发器(6)出来的一部分冷水由装有流量调节阀(21)的旁通管(22)旁通，当需要多融冰放冷时，可启动循环泵(18)进一步强化水与冰的直接接触混合热交换，并通过控制循环泵(18)的流量来改变热交换的强化程度。如果在融冰放冷过程结束时可脱冰排管蓄冷空调冷水装置水箱(15)和箱体(35)下部的水量少于设计值，开启阀门(23)补水，以满足下一个运行周期结冰蓄冷运行对蓄冷介质水量的要求。

Claims (4)

1. 一种以蓄冷排管(9)进行结冰蓄冷和融冰放冷的可脱冰排管蓄冷空调冷水装置，该装置由制冷压缩机(1)、冷凝器(2)分别与第二节流阀(3)、第二蒸发器(4)和节流阀(5)、蒸发器(6)形成二个交替工作的制冷循环，二个交替工作的制冷循环由阀门(7)、(8)进行转换，由冷凝器(2)的冷却水侧、冷却水泵(28)、冷却水箱(29)与冷却塔(27)形成冷却水的循环流动通道，其特征在于：

a．所述蓄冷排管(9)由内管(31)、外管(32)、设有隔板(38)的上封头(33)、管板(34)、箱体(35)、多孔管(36)、冰管定位网(37)组成，下端堵死、上端固定在管板(34)上的外管(32)构成上端开口的排管，每根外管(32)都要与管板(34)垂直，排管呈三角形排列，固定在上封头(33)上的每根内管(31)插入排管的每根外管(32)内形成套管，内管(31)的下端与外管(32)底部留有适当的尺寸，设有隔板(38)的上封头(33)与管板(34)连接并构成几个密封空间，工质进口(39)和工质出口(40)与上封头(33)外的内管(31)相连，内管(31)、内管(31)与外管(32)形成的套管、上封头(33)与管板(34)构成的密封空间形成了载冷剂的流动通道，在管板(34)下面的排管间布置有多孔管(36)，多孔管(36)的孔位于管壁的下半周，箱体(35)与管板(34)连接，形成一个封闭空间，空间的下部布置有冰管定位网(37)，多孔管(36)、箱体(35)内的封闭空间形成了蓄冷介质及空调冷水的流动通道，在箱体(35)的上部设有平衡管接口(41)及与多孔管(36)连接的工质进口(42)，在箱体(35)的下部设有工质出口(43)；

b．蓄冷排管(9)的载冷剂侧、载冷剂泵(10)分别与第二蒸发器(4)的载冷剂侧和装在冷却水箱(29)中的加热盘管(30)的载冷剂侧形成交替工作的二个载冷剂循环流动通道，二个交替工作的载冷剂循环流动通道由阀门(11)、(12)、(13)、(14)进行转换，蓄冷排管(9)的蓄冷介质侧、水箱(15)、循环泵(18)、装有止回阀(19)的循环管(20)形成蓄冷介质的循环流动通道，蒸发器(6)的冷水侧、蓄冷排管(9)的冷水侧、水箱(15)形成空调冷水流动通道，水箱(15)上设有液位显示仪表(24)、溢流管(16)、装有阀门(23)的补水管(17)、冷水出水管(25)、平衡管(26)，平衡管(26)与蓄冷排管(9)的平衡管接口(41)相接。

2．根据权利要求1所述的装置，其特征是在蓄冷排管(9)的冷水入口(42)与水箱(15)的冷水出口管(25)之间设有旁通管(22)，旁通管(22)上装有流量调节阀(21)。

3. 根据权利要求1或2所述的装置，其特征是加热盘管(30)装在冷却水循环通道的任意位置。

4．根据权利要求3所述的装置，其特征是内管(31)的直径最好为10～25毫米，外管(32)的直径最好为20～45毫米，排管的管间距最好为40～100毫米，多孔管的孔中心线与水平方向的夹角最好在15°～75°之间。

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