一种蓄冰盘管的排列方法与流程

本发明属于空调领域，尤其是涉及一种蓄冰盘管的排列方法。

背景技术：

蓄冰设备通常用于中央空调系统。在用电低谷期间，将制冷机制出的低温冷冻液通入蓄冰设备，使蓄冰设备蛇形盘管外的水结成冰；在用电高峰期间，冷冻液流经蛇形盘管，通过换热，带走蛇形盘管外冰的冷量，直接送到空调末端或通过换热器将冷量送到空调末端。使用该设备，可以提高空调品质，降低空调运行费用。

目前已有的蓄冰设备排列方法主要有以下5种：

1、等距叉排，如图1所示，a/b≈2

2、正方形排列，如图2所示，a/b≈1

3、正六边形排列，如图3所示，

4、不等间距双列搭接排列，如图4a和图4b所示，a/(b1+b2)≈1

5、椭圆管单列搭接排列，如图5a和图5b所示，a/b≈1

图中尺寸a为蛇形盘管弯头中心直径，b为相邻蛇形盘管之间的间距，虚线为冰环外表面。

以上方法均没有充分考虑蛇形盘管上冰层厚度随着冷冻液流动方向减小的问题。其中方法1与方法2结冰率太低；方法3当盘管上冰层厚度在各段上一致时结冰率理论上达到了最大，因靠近进液总管处的同一蛇形盘管的相邻处冰环厚度大，实际搭接严重；方法4一方面为了提高蓄冰率，另一方面为了避免整个蓄冰设备内盘管上结冰后相互挤压，将蛇形盘管之间的排列设计成不等间距，从而将结冰搭接限制在两盘一组蛇形盘管之间，但冰层一旦搭接后冰厚随着冰量增加而增加得更快，且冰层外表面积不再随着冰厚的增加而增加，如图4b所示，导致传热效率迅速降低，影响制冰效率，同时相邻两层盘管之间冰的挤压仍然存在，对蓄冰设备的使用寿命存在着影响；方法5与方法4类似，为了提高蓄冰率和避免整个蓄冰设备内盘管上结冰后相互挤压，将蛇形盘管设计成椭圆形，在排列上使制冰后期结冰搭接限制在一根蛇形盘管上，如图5b所示，与方法4类似，此排列同样会降低传热效率和影响盘管使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种蓄冰盘管的排列方法。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种蓄冰盘管的排列方法，所述蓄冰盘管的排列方法包括：将任意两个相邻的蛇形盘管之间采用逆向排列，蛇形盘管的截面分布使得同一根蛇形盘管中相邻两层管的冰环在制冰结束时刚好相切，相邻蛇形盘管中相邻两层管的冰环也在制冰结束时刚好相切；根据蛇形盘管的回程数将蛇形盘管沿着从冷冻液流动的方向分为n层，制冰期间内冰环不搭接的情况下，各层蛇形盘管的冰环外径分别为d1、d2、……、dn-1、dn，同一根蛇形盘管上相邻两层管的的中心距为a，相邻两根蛇形盘管之间的横向间距为b，相邻两根蛇形盘管中相邻两层管的中心距为c；为使得同一根蛇形盘管上冰环厚度最大的相邻两个冰环不搭接，得到a的最小值为(d1+d2)/2；由于任意两个相邻的蛇形盘管之间采用逆向排列，那么一层蛇形盘管中外径为d1的冰环与相邻一层蛇形盘管中外径为dn的冰环相邻，同理地，该蛇形盘管中外径为d2的冰环与相邻一层蛇形盘管中外径为dn-1的冰环相邻，以此类推；通过热交换的计算，(d1+dn)≈(d2+dn-1)≈(d3+dn-2)≈……≈(dn-1+d2)≈(dn+d1)，为使得相邻两根蛇形盘管中相邻两层管的冰环之间不搭接，那么c的最小值为(d1+dn)/2；根据勾股定理以及a和c的最小值，得到b的最小值为：

实际上，在同一直管段(也即同一层)上的冰厚沿着冷冻液流动方向逐渐减小，即冰厚的变化是连续的，为了便于设计与制造，把蛇形盘管做了离散处理，即假定在同一直管段同一时间上冰厚度相等，冰厚的变化仅出现在不同的直管段；当然由于任意两个相邻的蛇形盘管之间为逆向排列的，因此，离散化得到的结果是可以经连续处理得到实际情形下的蓄冰过程的。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：

当蓄冰盘管设置在内融冰系统内时，a/b的比值范围为1.22～1.42。

当蓄冰盘管设置在外融冰系统内时，a/b的比值范围为1.15～1.30。

本发明提供一种蓄冰盘管的排列方法，按照此种方法的排列，蓄冰设备在结冰没有搭接之前的制冰率是最高的，各管之间的搭接时间几乎同步，在接近搭接时，系统停止制冰，因此，在整个制冰过程中无冰环搭接现象产生，制冰效率高于其他排列方式，并且避免了因冰环搭接造成蓄冰盘管之间相互挤压而对蓄冰设备寿命产生影响。

附图说明

图1为等距叉排盘管的截面示意图；

图2为正方形排列盘管的截面示意图；

图3为正六边形排列盘管的截面示意图；

图4a为不等间距双列搭接排列盘管的截面示意图；

图4b为不等间距双列搭接排列盘管在融冰时的截面示意图；

图5a为椭圆管单列搭接排列盘管的截面示意图；

图5b为椭圆管单列搭接排列盘管在融冰时的截面示意图；

图6为蓄冰设备内蛇形盘管的布置示意图；

图7为本发明所提供的蓄冰盘管的排列方法应用于内融冰系统时的截面示意图；

图8为本发明所提供的蓄冰盘管的排列方法应用于外融冰系统时的截面示意图。

具体实施方式

参照附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述。

一种蓄冰盘管的排列方法，所述蓄冰盘管的排列方法包括：将任意两个相邻的蛇形盘管之间采用逆向排列，蛇形盘管的截面分布使得同一根蛇形盘管中相邻两层管的冰环在制冰结束时刚好相切，相邻蛇形盘管中相邻两层管的冰环也在制冰结束时刚好相切；根据蛇形盘管的回程数将蛇形盘管沿着从冷冻液流动的方向分为n层，制冰期间内冰环不搭接的情况下，各层蛇形盘管的冰环外径分别为d1、d2、……、dn-1、dn，同一根蛇形盘管上相邻两层管的的中心距为a，相邻两根蛇形盘管之间的横向间距为b，相邻两根蛇形盘管中相邻两层管的中心距为c；为使得同一根蛇形盘管上冰环厚度最大的相邻两个冰环不搭接，得到a的最小值为(d1+d2)/2；由于任意两个相邻的蛇形盘管之间采用逆向排列，那么一层蛇形盘管中外径为d1的冰环与相邻一层蛇形盘管中外径为dn的冰环相邻，同理地，该蛇形盘管中外径为d2的冰环与相邻一层蛇形盘管中外径为dn-1的冰环相邻，以此类推；通过热交换的计算，(d1+dn)≈(d2+dn-1)≈(d3+dn-2)≈……≈(dn-1+d2)≈(dn+d1)，为使得相邻两根蛇形盘管中相邻两层管的冰环之间不搭接，那么c的最小值为(d1+dn)/2；根据勾股定理以及a和c的最小值，得到b的最小值为：

通常蛇形盘管管径约27mm左右，一根蛇形盘管长度约90m左右，制冰时盘管进口温度约-6℃，出口温度约-3℃，制冰时间约8小时，如果将蛇形盘管分成20层，根据模拟，每段的平均厚度约为91、90、89……74、73、72，

根据前述公式：

a＝(d1+d2)/2＝90.5

a/b≈1.33

实际项目中，由于管径、管长、制冰温度、制冰时间等各不相同，因此，要达到相同容积下冰环相切时蓄冰量最大的目的，a/b的值也略有差异，本专利保护范围内融冰盘管a/b＝1.22～1.42，外融冰a/b＝1.15～1.30均与现有同类产品不一样。

在制冰时，低温冷冻液从进液总管流经蛇形盘管，从出液总管流出经制冷后再进入进液总管完成连续的循环，如图6所示，相邻的蛇形盘管之间的流向相反。当低温冷冻液流经蛇形盘管时，蛇形盘管外表面结冰。根据本发明的盘管排列方法，能提高蓄冰设备的制冰率以及传热效率。

当该蓄冰盘管设置在内融冰系统内时，高温冷冻液从进液总管流经蛇形盘管，从出液总管流出经空调末端或换热器换热后再进入进液总管完成连续的循环，如图6所示，相邻的蛇形盘管之间的流向相反。当高温冷冻液流经蛇形盘管时，蛇形盘管外表面冰融化带走蓄冰设备的冷量。根据本发明的盘管排列方法，制冰结束时，冰环最多达到相切，水池中还有少量液态水，当冰环与盘管表面因融冰脱落后会因水的浮力使冰环始终与盘管保持接触，增加传热效率，提高融冰速率。蓄冰盘管设置在内融冰系统内时的布置示意图如图7所示。当蓄冰盘管设置在内融冰系统内时，a/b的比值范围为1.22～1.42。

当该蓄冰盘管设置在外融冰系统内时，高温水直接进入水池中，与冰环外表面接触换热，带走冷量后流经空调末端或换热器换热后再进入水池完成连续的循环。本发明蓄冰设备设计成外融冰时，相邻蛇形盘管之间的间距与内融冰蓄冰设备相比增加5～15mm，如图8所示，保证水流通道。当蓄冰盘管设置在外融冰系统内时，a/b的比值范围为1.15～1.30。在蓄冰设备底部还可设置压缩空气分布管，通入压缩空气对水池中水的扰动，增加换热效率。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。