CN2932245Y - 旋流式融冰装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种旋流式融冰装置，包括一蓄冰筒、至少一盘绕在蓄冰筒内的制冷盘管以及至少三个轴向间隔设置在蓄冰筒内的中空导管，其中，每个中空导管在面向蓄冰筒的轴心线一侧的管壁上和/或在背离蓄冰筒的轴心线一侧的管壁上开设一排斜向孔，每排斜向孔包括沿中空导管轴向分布的至少十个向斜下方倾斜的斜向孔，各个斜向孔的开口方向与中空导管的横截面之间的夹角可以为30度～60度；本实用新型的旋流式融冰装置可以进一步包括一融冰旁通机构，该融冰旁通机构包括一分别与中空导管的下端连通的下集箱、旁路管道以及用以开闭旁路管道的电磁阀，其中，旁路管道连通下集箱与供水口。

Description

旋流式融冰装置

技术领域

本实用新型涉及一种融冰装置，尤其涉及一种直接接触式旋流融冰装置。

背景技术

随着我国经济的不断发展，城镇电力供应的峰谷差距不断增大，为了保障我国国民经济能持续、稳定、快速发展，改善和缓解电力供应的紧张状况，国家计委和电力部门已经做出了近期和长远的全国电网移峰填谷的规划要求。其中，融冰蓄冷技术是实现电网移峰填谷的重要措施之一。

目前，常用的融冰蓄冷装置体积均十分庞大，只能应用在大型制冷系统中，难以应用到中小型系统中。类型主要有：盘管式、封装式、动态冰片滑落式等多种。其中，盘管式和封装式冰蓄冷装置的结构比较简单，但蓄冰率较低。动态冰片滑落式冰蓄冷装置的结构较为复杂，但造价比较昂贵。

如中国专利第98204012号所揭示的一种内融冰式冰盘管设备，主要包括冰槽和放在其内的冰盘管两大部分。其中：蓄冰时，制冷液体在蛇形冰盘管内流动使冰盘管外壁结冰；融冰时，吸冷液体也在蛇形冰盘管内流动并将冰盘管外壁的冰融化。但是，第98204012号专利揭示的这种内融冰式冰盘管设备采用间接融冰方式，因此其融冰效率较低；此外，远离冰盘管外壁的冰难以融化；而且，冷热水同管使用也不方便。

又如中国专利第200420017434号所揭示的一种套管式内外融冰蓄冰筒，它包括筒体、套管、盘管、封板、底板、内封板、内底板。其中，套管两端分别与内封板、内底板连接，内封板、内底板与套管连接处开有与套管端面相同形状和尺寸的孔；筒体内壁与内封板、内底板连接；筒体两端分别与封板、底板连接；筒体上连接有外出水口、内出水口、内进水口、外进水口；盘管支管穿入每根套管内；盘管与制冷剂出液管和制冷剂进液管连接形成制冷剂通道；上述结构形成内融冰冷冻水通道和外融冰冷冻水通道。但是，第200420017434号专利揭示的这种套管式内外融冰蓄冰筒结构复杂，而且仍然没有充分提高融冰效率。

因此，提供一种融冰效率高、结冰均匀无死角、结构简单、成本较低、并且可以实现制冷机组小型化的融冰装置成为业界目前需要解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种融冰效率高、结冰均匀无死角的旋流式融冰装置。

本实用新型的一种技术方案是：提供一种旋流式融冰装置，包括一蓄冰筒、至少一盘绕在蓄冰筒内的制冷盘管以及至少三个轴向间隔设置在蓄冰筒内的中空导管，其中，每个中空导管在面向蓄冰筒的轴心线一侧的管壁上和/或在背离蓄冰筒的轴心线一侧的管壁上分别开设一排斜向孔，每排斜向孔包括沿中空导管轴向分布的至少三个向斜下方倾斜的斜向孔，各个斜向孔的开口方向与中空导管的横截面之间的夹角为30度～60度，各个斜向孔的开口方向与过蓄冰筒的轴心线和中空导管的轴心线的纵截面之间的夹角为30度～60度。

其中，蓄冰筒内部形成蓄冰空间，蓄冰筒底部开设一供水口，制冷盘管用于流通冷却剂以将进入蓄冰空间的水凝固成冰，中空导管用于在冰制成后流通高温系统回水以将冰融化成水。中空导管内的高温系统回水通过斜向孔射入蓄冰空间内，并在各个中空导管面向蓄冰筒的轴心线的一侧与冰之间形成顺时针或逆时针涡流，和/或，在各个中空导管背离蓄冰筒的轴心线的一侧与冰之间形成逆时针或顺时针涡流，高温系统回水与冰融化后的冰水混合成冷水经由供水口流出蓄冰筒。

其中，斜向孔的直径为中空导管的直径的二十分之一到五分之一之间，优选地是十五分之一到四分之一之间。具体地，中空导管的直径选用DN20～DN40毫米，每排斜向孔以中空导管的轴向中点为界分为上下两部分，位于上部的斜向孔直径选用3～5毫米，位于下部的斜向孔直径选用2～4毫米。各个斜向孔的开口方向与中空导管的横截面之间的夹角为30度～60度，并且各个斜向孔的开口方向与过蓄冰筒的轴心线和中空导管的轴心线的纵截面之间的夹角为30度～60度。

优选地，每个中空导管上的斜向孔为两排，一排设置在面向蓄冰筒中心轴线的侧壁上，一排设置在背离蓄冰筒中心轴线的侧壁上。斜向孔的轴向间距为斜向孔直径的1～10倍，优选地是2倍以上。而且，每个中空导管上的两排斜向孔在轴向高度上一一对应，比如，两排斜向孔中的从上到下的第三个斜向孔位于中空导管的同一横截面上。更优选地，每个中空导管上的两排斜向孔分别位于过中空导管轴心线的平面与中空导管的管壁相交的两条交线上。

可供选择地，每排斜向孔的中心点位于中空导管的管壁的同一母线上。每排斜向孔的各个斜向孔之间等间隔分布。每排斜向孔可以分为三段或者三段以上，每段包括至少一个斜向孔且同段的斜向孔直径相同，从上到下各段的斜向孔直径呈级差分布，且位于上段的斜向孔直径大于位于下段的斜向孔直径。

具体地，旋流式融冰装置包括等间隔分布在以蓄冰筒的中轴线为中心线的同一圆柱面上的4～16个中空导管，每个中空导管包括两排斜向孔，且每个中空导管的结构均相同，只是在蓄冰筒内的布置不同。比如，对于4个中空导管的情况，将其中一个中空导管绕蓄冰筒的中轴线旋转90度就成了与其相邻的另一个中空导管。每个中空导管面向蓄冰筒的轴心线一侧的管壁上的每个斜向孔开口方向相对中空导管的圆周面向逆时针方向倾斜，每个中空导管背离蓄冰筒的轴心线一侧的管壁上的每个斜向孔开口方向相对中空导管的圆周面向顺时针方向倾斜。

其中，旋流式融冰装置优选地包括在蓄冰筒的径向方向上间隔设置的两层制冰盘管，较大制冰盘管从上到下盘绕在蓄冰筒的内壁附近，较小制冰盘管从上到下盘绕在蓄冰筒的中轴线附近。各个中空导管轴向地等间隔分布在两层制冰盘管之间的环形间隙内。

进一步地，各个中空导管的上端分别与一上集箱连通，上集箱进一步与一进水口连通。在蓄冰筒的底部装有集水管，集水管上开有若干个用于汇聚冷水的小孔，集水管进一步连通到供水口。冷水经供水口输送到制冷终端向外界制冷。

进一步地，制冷盘管的两端进一步连接位于蓄冰筒上部的冷却剂入口和位于蓄冰筒下部的冷却剂出口。

可选择地，可以循环使用系统回水。具体地，冷水经制冷终端向外界制冷后变成温水，温水通过进水口直接进入上集箱，然后均匀地进入各个中空导管开始融化冰，温水和冰水混合后又变成了冷水从供水口输送到制冷终端开始下一个循环。

使用过程是：在用电低谷的夜间，向蓄冰筒内蓄满水后，向两个制冰盘管内输送冷却剂将水冷却为冰。在用电高峰的白天，开启旋流式融冰装置，使冰融化获得冷水通过制冷终端向外界制冷。

为了保证稳定运行，旋流式融冰装置进一步包括一融冰旁通机构，融冰旁通机构包括一分别与中空导管的下端连通的下集箱、旁路管道以及用以开闭旁路管道的电磁阀，旁路管道连通下集箱与供水口。当旋流式融冰装置刚开始运行时，由于蓄冰筒内都是冰晶，中空导管上的斜向孔处于堵塞状态。此时，电磁阀被打开，高温系统回水经由中空导管的中心孔、下集箱、旁路管道、电磁阀、供水口，最后输送到制冷终端。随着换热过程的进行，斜向孔周围的冰晶不断溶化，高温系统回水逐渐开始由斜向孔喷出，此时将逐渐关小电磁阀，直至最终完全关掉，使高温系统回水全部由中空导管上的斜向孔喷出，并与冰晶形成复杂的涡旋流动，高温系统回水与冰水充分混合冷却后进入蓄冰筒的底部，经集水管统一引出，经由供水口供给制冷终端。

可供选择地，每个中空导管的直径可以不同；每个中空导管的两排斜向孔的直径可以不同，比如面向蓄冰筒中心轴线的一排较小，背离蓄冰筒中心轴线的一排较大；每个中空导管的每排斜向孔的各个斜向孔的直径可以不同，比如从上到下为递减级差分布。

可供选择地，每排斜向孔的各个斜向孔之间的间隔可以不同、可以相同、可以呈级差分布。可供选择地，每排斜向孔的每个斜向孔的直径可以相同。

可供选择地，高温系统回水、水、冷水可以为其它液体，比如水溶液。

可供选择地，可以采用三层或者三层以上的制冰盘管，并采用两组或者两组以上的中空导管，其中每组中空导管包括至少三个设有若干斜向孔的中空导管。其中，每组中空导管布置在相邻的两层制冰盘管之间的环形间隙内。

可供选择地，可以改变斜向孔的倾斜方向，使外层制冰盘管附近的冰水混合物成逆时针涡旋流动，使内层制冰盘管附近的冰水混合物成顺时针涡旋流动。还可选择地，两层漩涡的流动方向相同。

可供选择地，可以不采用上集箱、下集箱、集水管、融冰旁通机构，则各个中空导管上端分别与进水口相连通，各个中空导管下端分别封闭。高温系统回水经过进水口、中空导管、斜向孔射入蓄冰空间开始融冰，获得的冷水经过供水口流向制冷终端。

本实用新型的有益效果是：中空导管上开有特殊排列的斜向孔，回水喷射出时将带动外层冷却盘管附近的冰水混合物形成顺时针涡旋流动，带动内层冷却盘管附近的冰水混合物形成逆时针涡旋流动，极大强化了传热效率，有效克服了现有技术的间接溶冰方式随着盘管外水层增厚而导致制冷系数降低的缺点；采用融冰旁通装置保证了系统能够可靠地启动，避免了系统运行压力过高；采用直接接触溶冰方式，热阻小，效率高，结构紧凑，使系统小型化成为可能；制冷剂通过两层盘管均匀引入蓄冰筒，使结冰均匀、无死角；充分利用冷水密度大的特点，冷水由底部集水管集中引出，出水均匀，换热充分合理；在中空导管上下开有不同直径的斜向孔，使上端喷出的回水量大于下端喷出的回水量，充分利用冰晶密度小易上浮的特点，使整个蓄冰筒在高度方向上形成均匀换热，进一步提高融冰效率。

以下结合附图和实施例，来进一步说明本实用新型，但本实用新型不局限于这些实施例，任何在本实用新型基本精神上的改进或替代，仍属于本实用新型权利要求书中所要求保护的范围。

附图说明

图1是本实用新型的旋流式融冰装置的结构示意图。

图2是本实用新型的旋流式融冰装置俯视结构示意图。

图3是本实用新型的旋流式融冰装置的中空导管的剖视示意图。

具体实施方式

实施例1

本实用新型的旋流式融冰装置用于中小型空调系统以实现错峰用电，其主要包括融冰机构、制冰机构、融冰旁通机构。其中，融冰机构包括蓄冰筒10、进水口11、上集箱12、八个中空导管14、集水管16、以及供水口17；制冰机构包括冷却剂入口22、两个制冷盘管24和26、以及冷却剂出口28；融冰旁通机构包括下集箱31、旁通管道33、以及电磁阀35。

蓄冰筒10内部形成一蓄冰空间，在用电低谷的夜间向所述蓄冰筒10的蓄冰空间内注入水。

在本实施例中，制冰盘管包括较大的外层制冰盘管24和较小的内层制冰盘管26。较大制冰盘管24从上到下盘绕在蓄冰筒10的内壁附近，较小制冰盘管26从上到下盘绕在蓄冰筒10的中轴线附近。冷却剂通过冷却剂入口22分别进入外层制冰盘管24和内层制冰盘管26，冷却剂吸收蓄冰筒10内的水的热量使其凝固成冰晶后，冷却剂从冷却剂出口28返回制冷机中。

旋流式融冰装置包括等间隔分布在以蓄冰筒10的中轴线为中心线的同一圆柱面上的八个中空导管14，而且，八个中空导管14等间隔分布在内外两层制冰盘管26、24之间的环形间隙的中央，每个中空导管14设有若干个斜向孔144。八个中空导管14的上端分别与上集箱12连通，上集箱12进一步与进水口11连通。集水管16装在蓄冰筒10的底部，集水管16上开有若干个用于汇聚冷水的小孔166，集水管16与供水口19连通。

具体地，高温系统回水通过进水口11直接进入上集箱12，然后均匀地进入各个中空导管14从斜向孔144射入蓄冰空间在冰中形成涡流，冰融化后形成的温度较低的冷水经过集水管16从供水口19输送到制冷终端向外界制冷，此时冷水又变成了高温系统回水，将再次从进水口11进入蓄冰筒10进行换热。

八个中空导管14的结构均相同，只是在蓄冰筒10内的布置不同。比如，将其中一个中空导管14绕蓄冰筒10的中轴线在蓄冰筒10内顺时针或者逆时针旋转45度就成了与其相邻的另一个中空导管14。因此，这里主要以其中一个中空导管14为例进行介绍。中空导管14为多孔管状，每个中空导管14在面向蓄冰筒10的轴心线一侧的管壁上开设一排斜向孔144，在背离蓄冰筒10的轴心线一侧的管壁上开设另一排斜向孔144。每排斜向孔144包括沿中空导管14轴向分布的二十个向斜下方倾斜的斜向孔144。中空导管14的直径选用DN20～DN40毫米，每排斜向孔14以中空导管14的轴向中点为界分为上下两部分，位于上部的十个斜向孔144的直径选用3～5毫米，位于下部的十个斜向孔144的直径选用2～4毫米。而且，各个斜向孔144的开口方向与中空导管14的横截面之间的夹角为30度～60度，比如可选择45度。各个斜向孔144的开口方向与过蓄冰筒10的轴心线和中空导管14的轴心线的纵截面之间的夹角为30度～60度，比如可选择45度，而且，每个中空导管14面向蓄冰筒10的轴心线一侧的管壁上的每个斜向孔144的中心线是相对上述纵截面向逆时针方向偏移，每个中空导管14背离蓄冰筒10的轴心线一侧的管壁上的每个斜向孔144的中心线是相对上述纵截面向顺时针方向偏移。

当高温系统回水从这些斜向孔144射向蓄冰空间时，在蓄冰筒10中形成了一个虚拟圆筒体，虚拟圆筒体的外壁与八个中空导管14的最外侧内切，虚拟圆筒体的内壁与八个中空导管14的最内侧外切。在虚拟圆筒体的外壁和冰之间产生顺时针涡流，在虚拟圆筒体的内壁和冰之间产生逆时针涡流。

每排斜向孔144的各个斜向孔144之间为等间隔分布。每排斜向孔144的相邻两个斜向孔144之间的轴向间距为斜向孔144直径的一倍以上，优选地是二倍以上，比如可以选择五倍。而且，每个中空导管14上的两排斜向孔144在轴向高度上一一对应，比如，两排斜向孔中的从上到下的第三个斜向孔位于中空导管的同一横截面上。此外，每个中空导管14上的两排斜向孔144的开口中心点分别位于过中空导管144轴心线的平面与中空导管144的管壁相交的两条交线上。

使用过程是：在用电低谷的夜间，向蓄冰筒10内蓄满水后，向两个制冰盘管24、26内输送冷却剂将水冷却为冰。在用电高峰的白天，开启旋流式融冰装置，使冰融化获得冷水通过制冷终端向外界制冷。

为了保证稳定运行，旋流式融冰装置进一步包括融冰旁通机构。其中，下集箱31分别与八个中空导管14的下端连通，旁路管道33连通下集箱31与供水口19，电磁阀35设置在旁路管道33中用于开/闭旁路管道33，且电磁阀35位于集水管16与供水口19连通处的前端。也就是，当电磁阀35关闭后并不影响集水管16与供水口19之间的连通。

当旋流式融冰装置刚开始运行时，由于蓄冰筒10内都是冰晶，中空导管14上的斜向孔144处于堵塞状态。此时，电磁阀35被打开，高温系统回水经由中空导管14的中心孔、下集箱31、旁路管道33、电磁阀35、供水口19，最后输送到制冷终端。随着换热过程的进行，斜向孔144周围的冰晶不断溶化，高温系统回水逐渐开始由斜向孔144喷出，此时将逐渐关小电磁阀35，直至最终完全关掉，使高温系统回水全部由中空导管14上的斜向孔144喷出，并与冰晶形成复杂的涡旋流动，高温系统回水与冰水充分混合冷却后形成冷水进入蓄冰筒10的底部，经集水管16统一引出，经由供水口19供给制冷终端。

实施例2

作为本实用新型的可选择的实施方式，在本实施例中，旋流式融冰装置用于冰槽或者其他制冷终端的融冰。

可供选择地，可以只在每个中空导管14在面向蓄冰筒10的轴心线一侧的管壁上开设一排斜向孔，在各个中空导管14面向蓄冰筒10的轴心线的一侧与媒介冰之间(即在虚拟圆筒体的内壁和冰之间)既可以形成逆时针涡流也可以形成顺时针涡流。

可供选择地，也可以只在背离蓄冰筒10的轴心线一侧的管壁上开设一排斜向孔14，而且，在各个中空导管14背离蓄冰筒10的轴心线的一侧与媒介冰之间(即在虚拟圆筒体的外壁和冰之间)既可以形成顺时针涡流也可以形成逆时针涡流。

可供选择地，每排斜向孔144的各个斜向孔144之间的间隔可以呈级差分布。

可供选择地，可以采用三层或者三层以上的制冰盘管24、26。可以采用两组或者两组以上的中空导管14，其中每组中空导管14包括至少三个设有若干斜向孔144的中空导管14。每组中空导管14布置在相邻的两层制冰盘管之间的环形间隙内。

可供选择地，每个中空导管14的两排斜向孔144的直径可以不同，比如面向蓄冰筒10中心轴线的一排较小，背离蓄冰筒10中心轴线的一排较大；每个中空导管14的每排斜向孔144的各个斜向孔144的直径可以不同，比如从上到下为递减级差分布。

Claims (10)

1.一种旋流式融冰装置，包括一蓄冰筒、至少一盘绕在所述蓄冰筒内的制冷盘管以及至少三个轴向间隔设置在所述蓄冰筒内的中空导管，其特征在于，每个所述中空导管在面向所述蓄冰筒的轴心线一侧的管壁上和/或在背离所述蓄冰筒的轴心线一侧的管壁上开设一排斜向孔，每排所述斜向孔包括沿所述中空导管轴向分布的至少三个向斜下方倾斜的斜向孔，所述各个斜向孔的开口方向与所述中空导管的横截面之间的夹角为30度～60度，所述各个斜向孔的开口方向与过所述蓄冰筒的轴心线和所述中空导管的轴心线的纵截面之间的夹角为30度～60度。

2.如权利要求1所述的旋流式融冰装置，其特征在于，所述斜向孔的直径为所述中空导管的直径的二十分之一到五分之一之间。

3.如权利要求1所述的旋流式融冰装置，其特征在于，每个所述中空导管的横截面积大于每个所述中空导管上所有的所述斜向孔面积之和的两倍。

4.如权利要求1所述的旋流式融冰装置，其特征在于，所述斜向孔为两排，一排设置在面向所述蓄冰筒中心轴线的侧壁上，一排设置在背离所述蓄冰筒中心轴线的侧壁上，所述斜向孔的轴向间距为所述斜向孔直径的一倍以上。

5.如权利要求1所述的旋流式融冰装置，其特征在于，所述旋流式融冰装置包括等间隔分布在以所述蓄冰筒的中轴线为中心线的同一圆柱面上的4～16根所述中空导管，每个所述中空导管面向所述蓄冰筒的轴心线一侧的管壁上的每个斜向孔开口方向相对所述中空导管的圆周面向逆时针方向倾斜，每个所述中空导管背离所述蓄冰筒的轴心线一侧的管壁上的每个斜向孔开口方向相对所述中空导管的圆周面向顺时针方向倾斜。

6.如权利要求1所述的旋流式融冰装置，其特征在于，所述旋流式融冰装置包括在所述蓄冰筒的径向方向上间隔设置的两层制冰盘管，所述至少三个中空导管轴向等间隔分布在所述两层制冰盘管之间的间隙内。

7.如权利要求1所述的旋流式融冰装置，其特征在于，所述中空导管的上端分别与一上集箱连通，所述上集箱进一步与一进水口连通。

8.如权利要求1所述的旋流式融冰装置，其特征在于，所述旋流式融冰装置进一步包括一融冰旁通机构，所述融冰旁通机构包括一分别与所述中空导管的下端连通的下集箱、旁路管道以及用以开闭所旁路管道的电磁阀，所述旁路管道连通所述下集箱与所述供水口。

9.如权利要求1所述的旋流式融冰装置，其特征在于，每排所述斜向孔的直径是不相同的，其中上部斜向孔的直径大于下部斜向孔的直径。

10.如权利要求1所述的旋流式融冰装置，其特征在于，在所述蓄冰筒的底部装有集水管，所述集水管上开有若干个用于汇聚冷水的小孔。

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