专利名称：水合物浆蓄热装置、蓄热方法以及水合物蓄热式空调系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水合物浆蓄热装置、水合物浆蓄热方法，还涉及一种水合物蓄热式空调系统，该水合物蓄热式空调系统可在蓄热槽内生成水合物实现冷热能贮存的蓄冷运行和利用蓄热槽内水合物的冷热能的冷热利用供冷运行之间进行切换。
背景技术：
一直以来所使用的蓄热式空调系统，其具有的制冷剂回路可在深夜利用夜间电力生成蓄热材料实现冷热能贮存的蓄冷运行和将贮存在这些蓄热材料中的冷热能用于白天供冷的冷热利用供冷运行之间进行切换。在这种蓄热式空调系统中，具有压缩机和热源侧 热交换器的热源单元和具有利用侧热交换器的利用单元，通过蓄热装置连接在一起。而且，蓄热装置，包括具有贮存蓄热材料的蓄热槽、以及使蓄热槽内的蓄热材料与制冷剂进行热交换的蓄热式热交换器。这种蓄热式空调系统，使用水或冰作为蓄热材料，利用夜间电力贮存冷水或冰，再通过这些冷水、冰实现白天时段的供冷的水蓄热空调系统和冰蓄热空调系统。可是，用水蓄热时，由于水的显热密度为4. 2kJ/kg · K，为达到规定的蓄热量，必须增大蓄热装置的容量以加大蓄热材料的循环量。而用冰蓄热时，由于可利用冰-水的潜热，同利用水的显热的水蓄热情形相比，能够减小蓄热装置的容量。但在冰蓄热系统中，由于制冰所需的运行温度较低，会导致系统整体的效率下降。而且，由于冰是固态，无法以固体状态在空调系统内进行输送，其冷热能最终只能转化为低温冷水的显热方能加以利用。因此，使用可在高于冰的温度下生成、蓄热密度较高的四丁基溴化铵(TBAB)水合物浆作为蓄热材料的蓄热装置应运而生。由于TABA为固液二相的浆体，如果固液二相流的输送装置内的固相比重大，则配管的分叉部等部位容易被堵塞。因此，有一种方案提出了在固液二相流的输送路径中，在容易被固相堵塞的部位的上游侧设置气体吹入装置，通过吹入气体避免固液二相流中的固相堵塞，能够输送固相比重高的固液二相流，提高能量输送密度的输送方法，这种方案在日本专利第3391254号中被公开。但是，在固液二相流的输送路径中，设置例如空气等的气体吹入装置时，有必要设置空气压缩机或空气导向阀，装置的结构变得复杂，控制也变得复杂。另一方面，将包含在固液二相流中的固相比例控制成较低，则能量输送密度变低，从输送效率方面看不能令人满意。因此，本领域的技术人员致力于开发一种能解决上述问题的新的技术方案。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是在确保蓄热系统中的蓄热密度的同时，防止固液二相的输送路径被固相堵塞。为实现上述目的，本发明提供了一种水合物浆蓄热方法、蓄热装置以及水合物蓄热式空调系统。一种水合物浆蓄热装置，包括贮存四丁基溴化铵水合物的蓄热槽、具有制冷剂回路的冷热源、蓄热式热交换器、第I输送配管、第2输送配管；所述第I输送配管的一端与所述蓄热槽上部相连接，另一端连接到所述蓄热式热交换器；所述第2输送配管的一端与所述蓄热槽下部相连接，另一端连接到所述蓄热式热交换器；所述第I输送配管上设有从所述蓄热槽的上部向所述蓄热式热交换器输送水合物水溶液的输送泵；所述第2输送配管用于从所述蓄热式热交换器向所述蓄热槽的下部输送水合物浆。
上述的水合物浆蓄热装置，其中，还包括用于检测所述蓄热槽内水合物的固相率的固相率检测部和控制部；所述控制部根据所述固相率检测部的检测结果控制所述输送泵的流量，从而控制水合物浆的固相率；所述控制部与所述固相率检测部以及与所述输送泵电连接。上述的水合物浆蓄热装置，其中，所述第2输送配管配置在距离所述蓄热槽的底面高度O 50%的位置。上述的水合物浆蓄热装置，其中，所述固相率检测部的个数为至少两个，其中，所述第I个固相率检测部配置在所述蓄热槽上与所述第I输送配管高度相对应的位置，所述第2固相率检测部配置在所述蓄热槽上与所述第2输送配管高度相对应的位置。一种水合物浆蓄热方法，其中，包括以下步骤从蓄热槽的上部取出含有四丁基溴化铵的水合物水溶液，输送至蓄热式热交换器，在蓄热式热交换器中，来自冷热源的制冷剂与来自蓄热槽的四丁基溴化铵水溶液或水合物浆之间进行热交换使水合物水溶液冷却从而制造水合物浆；向蓄热槽的下部输送从蓄热式热交换器排出的水合物浆；在蓄热槽的上部生成固相率低于15%的第I浆层，在所述蓄热槽的下部贮存固相率高于40%的第2浆层。上述的水合物浆蓄热方法，其中，还包括以下步骤控制所述蓄热槽与所述蓄热式热交换器之间的水合物输送配管中的水合物的流量，使水合物的流量控制在蓄热槽中水合物自然沉降所需的流量。一种水合物蓄热式空调系统，其中，包括如上所述的水合物浆蓄热装置；制冷剂回路；所述制冷剂回路包括压缩制冷剂的压缩机、至少作为制冷剂的冷凝器而发挥作用的热源侧热交换器、使制冷剂减压的第I及第2膨胀机构、至少作为制冷剂的蒸发器而发挥作用的利用侧热交换器。上述的水合物蓄热式空调系统，其中，其运行状态有以下三种使从所述压缩机排出的制冷剂在所述热源侧热交换器中冷凝、经所述第I膨胀机构减压后在所述蓄热式热交换器中进行蒸发以在所述蓄热槽内生成水合物实现冷热蓄存的蓄冷运行状态；使所述压缩机排出的制冷剂在所述热源侧热交换器中冷凝、接着在所述蓄热式热交换器中进行冷却、经所述第2膨胀机构减压后送入所述利用侧热交换器进行蒸发从而利用所述蓄热槽内水合物的冷热能之冷热利用供冷运行状态；
常规供冷运行状态；并能在三种运行状态之间进行切换。上述的水合物蓄热式空调系统，其中，所述制冷剂回路，通过改变所述制冷剂回路中的制冷剂循环方向，被改造成在供暖用蓄热运行状态、利用蓄热之除霜运行状态以及常规供暖运行三种状态间进行切换的制冷剂回路。上述的水合物蓄热式空调系统，其中，在进行所述冷热利用供冷运行时，从所述蓄热槽的上部向所述蓄热式热交换器输送水合物水溶液，且从所述蓄热式热交换器向所述蓄热槽的下部输送水合物浆。第I技术方案涉及的水合物浆蓄热方法，该方法是，从蓄热槽的上部取出含有四丁基溴化铵的水合物水溶液，输送至蓄热式热交换器，使水合物水溶液在蓄热式热交换器内被冷却变成水合物浆，并向蓄热槽的下部输送从蓄热式热交换器排出的水合物浆，使固相率低的第I浆层在蓄热槽的上部生成，使固相率高的第2浆层在蓄热槽的下部堆积的方 法。在这里，制造作为蓄热材料的四丁基溴化铵水合物浆，与使用水或冰作为蓄热材料时相比，能够获得高性能的冷热输送介质。而且，使固相率低的第I浆层在蓄热槽的上部生成，使固相率高的第2浆层在蓄热槽的下部堆积。另一方面，从蓄热槽的上部取出含有四丁基溴化铵的水合物水溶液输送至蓄热式热交换器，并将从蓄热式热交换器排出的水合物浆输送至蓄热槽的下部。即，在蓄热槽内形成水合物浆固相率的浓度分布层。在蓄热槽的上方生成流动性高的稀薄层，在蓄热槽的下方生成潜热密度高的浓厚层，并通过从蓄热槽的上方取出水合物浆且使其输送至输送配管的下游，既能够确保蓄热密度的同时，能够将配管内浆的固相浓度维持在低水平，可避免压力损失的上升或配管堵塞。第2技术方案涉及的水合物浆蓄热方法，根据第I技术方案的水合物浆蓄热方法中，将第I浆层的固相率控制在15%以下，将第2浆层的固相率控制在40%以上。当蓄热槽上部中第I浆层的固相率高于15%时，不管流量条件如何，附着在配管内面的水合物结晶显著增长，配管内会出现堵塞，配管内的压力损失明显上升。在这里，通过将第I浆层的固相率控制在15%以下，可抑制配管内的压力损失。而且，通过将第2浆层的固相率控制在40%以上，可确保水合物浆制造系统中的潜热密度。第3技术方案涉及的水合物浆蓄热方法，根据第I技术方案或第2技术方案的水合物浆蓄热方法中，控制蓄热槽与蓄热式热交换器之间的水合物输送配管中水合物的流量，使水合物的流量处于蓄热槽中水合物沉降所需的流量。在这里，控制蓄热槽与蓄热式热交换器之间的水合物输送配管中水合物的流量，使蓄热槽中的水合物因密度差而自然沉降，从而在蓄热槽内形成水合物浆固相率的浓度分布。第4技术方案涉及的水合物浆蓄热装置，为制造四丁基溴化铵水合物的水合物浆蓄热装置，其包括贮存四丁基溴化铵水合物的蓄热槽、具有制冷剂回路的冷热源、使来自冷热源的制冷剂与来自蓄热槽的水合物进行热交换的蓄热式热交换器、第I输送配管、第2输送配管。其中，第I输送配管包含从蓄热槽的上部向蓄热式热交换器输送水合物水溶液的输送泵，第2输送配管从蓄热式热交换器向所述蓄热槽的下部输送水合物浆。在蓄热式热交换器中，来自冷热源的制冷剂与来自蓄热槽的四丁基溴化铵水溶液或水合物浆之间进行热交换。而且，通过从蓄热槽的上方取出水合物浆且使其流入输送配管中，既能够确保蓄热密度的同时，可将配管内浆的固相浓度维持在低水平，可避免压力损失的上升或配管堵塞。第5技术方案涉及的水合物浆蓄热装置，根据第4技术方案的水合物浆蓄热装置中，还包括控制输送泵流量的控制部、检测蓄热槽内水合物的固相率的检测部。通过控制部控制输送泵的流量，以使在检测部被测定的水合物的固相率维持在第I浆层的固相率低于15%，第2浆层的固相率高于40%。当蓄热槽上部中第I浆层的固相率高于15%时，任何流量条件下，附着在TBAB输送配管内面的水合物结晶显著增长，TBAB输送配管内出现堵塞，TBAB输送配管内的压力损 失明显上升。在这里，通过将第I浆层的固相率控制在15%以下，可抑制TBAB输送配管内的压力损失。而且，通过将第2浆层的固相率控制在40%以上，可确保水合物浆制造系统中的潜热密度。在固相率检测部测定水合物的固相率，并根据固相率值控制输送泵的流量，由此控制蓄热槽与蓄热式热交换器之间的水合物输送配管中水合物的流量处于能够使蓄热槽中的水合物自然沉降的流量。在这里，通过控制蓄热槽与蓄热式热交换器之间的水合物输送配管中水合物的流量，使蓄热槽中的水合物因密度差自然沉降，从而在蓄热槽内形成水合物浆固相率的浓度分布。第6技术方案涉及的水合物浆蓄热装置，根据第4或第5技术方案的水合物浆蓄热装置中，第2输送配管配置在距离蓄热槽的底面规定高度的位置。在这里，由于蓄热槽的底面积存有固相率高的水合物浆，当第2输送配管与蓄热槽的底面连接时，从蓄热式热交换器输送来的水合物浆凝结在蓄热槽的底面，有可能堵塞从第2输送配管向蓄热槽底面的水合物浆供应部。在这里，通过将向蓄热槽的下部输送水合物浆的第2输送配管配置在距离蓄热槽的底面规定高度的位置，可使从第2输送配管向蓄热槽底面的水合物浆的供应变得顺畅。第7至第9技术方案涉及的水合物蓄热式空调系统，其包括蓄热槽和空调装置的制冷剂回路。在这里，制冷剂回路包括压缩制冷剂的压缩机、至少作为制冷剂的冷凝器发挥功效的热源侧热交换器、对制冷剂进行减压的第I及第2膨胀机构、至少作为制冷剂的蒸发器发挥功效的利用侧热交换器、作为与制造制冷剂及蓄热槽内水合物和水合物浆的水溶液进行热交换的热交换器发挥功效的蓄热式热交换器，其可在热源侧热交换器中冷凝从压缩机排出的制冷剂，并通过第I膨胀机构减压后，使其在蓄热式热交换器中蒸发，在蓄热槽内形成水合物并贮存冷热能的蓄冷运行、在热源侧热交换器中冷凝从压缩机排出的制冷剂，且进一步在蓄热式热交换器中使其冷却或在蓄热式热交换器中冷凝从压缩机排出的制冷齐U，并通过第2膨胀机构减压后，使其在利用侧热交换器中蒸发从而利用蓄热槽内水合物的冷热的冷热利用供冷运行、及常规的供冷运行之间进行切换。而且，由蓄热槽与蓄热式热交换器构成第4 第6的任意一个技术方案涉及的水合物浆蓄热装置。
该水合物蓄热式空调系统中，可在蓄冷运行、冷热利用供冷运行及常规的供冷运行之间进行切换，通过可在深夜利用夜间电力生成蓄热材料实现冷热能贮存的蓄冷运行和将贮存在这些蓄热材料中的冷热能用于白天供冷的冷热利用供冷运行之间进行切换，可有效利用能源。该水合物蓄热式空调系统的制冷剂回路可以在蓄冷运行、冷热利用供冷运行以及常规供冷运行三种状态中进行切换，不过通过改变制冷剂回路的制冷剂循環方向，还可以改造成在供暖用蓄热运行状态、利用 蓄热之除霜运行状态以及常规供暖运行三种状态间进行切换的制冷剂回路。而且，由蓄热槽及蓄热式热交换器构成第4 第6的任意一个技术方案涉及的水合物浆蓄热装置。即、通过从蓄热槽的上方取出水合物浆，且使其流向输送配管的下游，既能够确保蓄热密度的同时，又能够将配管内的水合物浆的固相浓度维持在低水平，可避免压力损失的上升或配管堵塞。第10技术方案涉及的水合物蓄热式空调系统，根据第7技术方案记载的水合物蓄热式空调系统中，蓄热利用供冷运行时，从蓄热槽的上部向蓄热式热交换器输送水合物水溶液，且从蓄热式热交换器向蓄热槽的下部输送水合物浆。通常，进行水合物浆的蓄热利用运行时，从蓄热槽的下部取出固相比重高的水合物浆，并输送至蓄热式热交换器。此时，另外设置有由于防止输送配管堵塞的装置。该水合物蓄热式空调系统中，不管是在制造水合物浆时，还是进行蓄热利用运行时，都是从蓄热槽的上部向蓄热式热交换器输送水合物水溶液，且从蓄热式热交换器向蓄热槽的下部输送水合物浆。在这里，通过从蓄热槽的上方取出水合物浆，并使其流入下方，确保蓄热密度的同时，可将配管内浆的固相浓度维持在低水平，可避免压力损失的上升或配管堵塞。本发明可实现以下效果在蓄热槽内形成水合物浆固相率的浓度分布层。在蓄热槽的上方生成流动性高的稀薄层，在下方生成潜热密度高的浓厚层，并通过从蓄热槽的上方取出水合物浆/水合物水溶液且使其流入下方，确保蓄热密度的同时，可将配管内浆的固相浓度维持在低水平，可避免压力损失的上升或配管堵塞。
图I是本发明水合物浆的蓄热装置；图2是本发明蓄热槽内水合物浆的浓度与温度间关系的坐标图；图3是本发明向蓄热槽内的水合物浆供应浓度与配管内压力损失间关系的坐标图；图4是本发明水合物蓄热式空调系统的常规供冷运行中的动作说明略图；图5是本发明的一个较佳实施例的水合物蓄热式空调系统涉及的蓄冷运行中的动作说明略图；图6是本发明水合物蓄热式空调系统的冷热利用供冷运行中的动作说明略图。
具体实施例方式以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。<水合物浆蓄热装置>图I所表示的水合物浆蓄热装置I为制造四丁基溴化铵(TBAB)水合物浆的装置，其主要包括蓄热槽100、具有制冷剂回路的冷热源300、蓄热式热交换器400、以及设置在蓄热式热交换器400与蓄热槽100之间的供应泵102、设置在蓄热槽上检测水合物固相率的第I传感器105、第2传感器106。蓄热槽100为容纳作为蓄热材料的TBAB水合物以及/或者TBAB水溶液的容器，具有TBAB输送配管101。TBAB输送配管包括与蓄热槽100上部相连的第I输送配管101a、与蓄热槽100的下部相连的第2输送配管101b。第I输送配管IOla上设有用于将蓄热槽100内的TBAB水合物以及/或者TBAB水溶液输送至蓄热式热交换器400的供应泵102。在蓄热式热交换器400中，冷热源300的制冷剂与来自蓄热槽100的水合物进行热交换。冷热源300具有制冷机301及制冷剂配管302。在蓄热式热交换器400中，制冷剂 配管302内的制冷剂与TBAB配管内的TBAB水合物以及/或者TBAB水溶液进行热交换。从蓄热式热交换器400流出的TBAB水合物浆通过第2输送配管IOlb输送至蓄热槽100的下部。在这里，第I传感器105配置在与蓄热槽的第I输送配管IOla高度相对应的位置，第2传感器106配置在与蓄热槽的第2输送配管IOlb高度相对应的位置。第I传感器105、第2传感器106、水合物供应泵200分别与控制部500电连接。<水合物浆的蓄热方法>首先，将TBAB水溶液容纳在蓄热槽100内。制冷机301启动后，在制冷机301冷却的制冷剂(例如，冷水)经由制冷剂配管302输送至蓄热式热交换器400。另一方面，一旦供应泵102启动，来自蓄热槽100上部的TBAB水溶液通过第I输送配管IOla输送至蓄热式热交换器400，与制冷剂配管302内的制冷剂进行热交换。从第I输送配管IOla输送来的TBAB水溶液在蓄热式热交换器400中被冷却后，水合物内产生相变而生成水合物浆。水合物浆通过第2输送配管IOlb输送至蓄热槽100。通过重复进行该循环，且TBAB水合物进一步被冷却，水合物浆的固相率则上升。如图2所示，在TBAB水溶液的初期浓度为10% 30%的任意一个浓度范围内，一旦冷却TBAB水溶液，水合物浆的固相率则上升。固相率上升的水合物浆通过第2输送配管IOlb输送至蓄热槽100的下部，因密度差水合物浆开始自然沉降，在蓄热槽100内形成浓度分布。在这里，通过控制部500控制供应泵102的流量来控制蓄热槽100的水合物的沉降情况。而且，通过控制TBAB配管内水合物的流量，使由配置在与蓄热槽的第I输送配管IOla高度相对应的位置上的第I传感器105检测的固相率维持在15%以下，由配置在与蓄热槽的第2输送配管IOlb高度相对应的位置上的第2传感器106检测的固相率维持在40%以上,如图I所示，A表示固相率< 15%, B表示固相率> 40%。其结果，在蓄热槽100的下部贮存有用图2中H所表示的水合物浆的固相率在40% 60%范围内且潜热密度高的第I浆层。另一方面，在蓄热槽100的上部形成用图2中L所表示的固相率低于15%且流动性高的第2浆层，并可向TBAB配管内供应该流动性高的水合物浆。图3表示第I输送配管IOla入口处水合物浆的浓度、供应流量与配管内压力损失的上升之间的关系。如图3所示，开始生成水合物浆的初期阶段，在任意流量条件下，TBAB输送配管101内的压力损失是固定的。一旦进一步生成水合物浆，第I输送配管IOla入口中水合物浆的浓度超过10%，TBAB输送配管101内的压力损失则上升。此时，TBAB输送配管内水溶液/水合物流量为5kg/min的状态下配管内压力损失的上升低于TBAB输送配管内水溶液/水合物流量为15kg/min的状态下配管内压力损失的上升。但是，一旦第I输送配管IOla入口中水合物浆的浓度超过15%，任意流量条件下，配管101内的压力损失显著上升。即、一旦第I输送配管IOla入口中水合物浆的浓度超过15%，附着在配管101内面的水合物结晶显著增长，容易出现配管堵塞的现象。该实施例中，将第I输送配管IOla入口中水合物浆的浓度控制在15%以下，可避免TBAB输送配管内压力损失的上升或配管的堵塞。而且，通过在蓄热槽100的下部，将水合物浆的固相率维持为40% 60%范围的潜热密度高的层，可确保蓄热密度。而且，通过将第2输送管IOlb与蓄热槽100的连接位置配置在从蓄热槽100的地面远离规定高度的位置，可使被蓄热式热交换器冷却的水合物浆容易返回蓄热槽100。作为其中一例，采用高度为1600mm的蓄热槽100，将第2输送配管IOlb与蓄热槽100的连接位 置配置在从蓄热槽100的底面远离300mm的位置。<水合物蓄热式空调系统的构成>图4为本发明一较佳实施例所涉及的水合物蓄热式空调系统10的概要图。该水合物蓄热式空调系统10主要包括热源单元2、利用单元4、位于热源单元2与利用单元4之间的水合物浆蓄热装置I、连接热源单元2、水合物浆蓄热装置I和利用单元4的液态制冷剂连络配管7、以及气态制冷剂连络配管8。本实施例中，液态制冷剂连络配管7，具有连接热源单元2和水合物浆蓄热装置I的液态制冷剂连络配管7a、以及连接利用单元4和水合物浆蓄热装置I的液态制冷剂连络配管7b。而且，气态制冷剂连络配管8，具有连接热源单元2和水合物浆蓄热装置I的气态制冷剂连络配管8a、以及连接利用单元4和水合物浆蓄热装置I的气态制冷剂连络配管8b。〈利用单元〉利用单元4通过埋设或吊设于室内天棚，或者悬挂于室内墙面等方式进行设置。利用单元4通过制冷剂连络配管7b、8b与水合物浆蓄热装置I以及热源单元2相连接。利用单元4主要包括第2利用侧膨胀阀41 (第2膨胀机构)、以及利用侧热交换器42。利用侧膨胀阀41与利用侧热交换器42的液体侧相连接、其为可对利用侧制冷剂回路IOa内流动的制冷剂进行减压的电动膨胀阀。利用侧热交换器42为使制冷剂与室内空气进行热交换、作为制冷剂蒸发器或者制冷剂冷凝器而发挥作用的热交换器。<热源单元>热源单元2设置于室外等部位，通过制冷剂连络配管7a、8b与水合物浆蓄热装置I以及利用单元4相连接。热源单元2主要包括压缩机21、四通切换阀22、热源侧热交换器23、液体侧闭锁阀24、气体侧闭锁阀25。四通切换阀22为可对热源侧制冷剂回路IOc内制冷剂的流路进行切换的阀门，当把热源侧热交换器23作为冷凝器使用时(以下，称为供冷运行切换状态)使压缩机21的排出侧与热源侧热交换器23的气体侧相连接，当把热源侧热交换器23作为蒸发器使用时(以下，称为供暖运行切换状态)使压缩机21的吸入侧与热源侧热交换器23的气体侧相连接。更具体一点说，就是四通切换阀22的第I端口 22a与压缩机21的排出侧连接，第2端口 22b与热源侧热交换器23的气体侧连接，第3端口 22c与压缩机21的吸入侧连接，第4端口 22d与气体侧闭锁阀25连接，在连接第I端口 22a和第2端口 22b的同时使第3端口 22c与第4端口 22d相连接(对应供冷运行切换状态)，或者切换成在连接第2端口 22b和第3端口 22c的同时使第I端口 22a和第4端口 22d相连接(对应供暖运行切换状态)。热源侧热交换器23为通过使制冷剂与作为热源的室外空气或冷却水进行热交换、而作为制冷剂蒸发器或者制冷剂冷凝器发挥功效的热交换器。液体侧闭锁阀24和气体侧闭锁阀25为设置于外部机器配管(具体说来是指制冷剂连络配管7a、8a)的接口中的阀门。液体侧闭锁阀24与热源侧热交换器23连接。气体侧闭锁阀25与四通切换阀22的第4端口 22d连接。<蓄热侧制冷剂回路>水合物浆蓄热装置I设置于室外等部位，通过制冷剂连络配管7a、7b、8a、8b与热源单元2以及利用单元4相连接。蓄热槽100、蓄热式热交换器400、过冷却解除装置200、 供应泵102，其结构同上所述，省略其说明。蓄热侧制冷剂回路60主要包括第I管 第6管以及第I电磁阀 第5电磁阀。第I管60a，其两端连接于液态制冷剂连络配管7a、7b，第I电磁阀62设置于第I管60a内。第2管60e蓄热式热交换器400和第6管60h连接在一起。第2电磁阀66设置于第2管60e内。第3管60g将蓄热式热交换器400与第5管60 j的连接部和第I管60a (具体而言，第I电磁阀62的液态制冷剂连络配管7a侧部分)连接在一起。第3电磁阀68设置于第3管60g内。第4管60c，将与第5管60 j的连接部、与第7管60i的连接部以及第I管60a (具体而言，第I电磁阀62的液态制冷剂连络配管7b侧部分)连接在一起。蓄热侧膨胀阀64为设置于第4管60c、可对流经蓄热式热交换器400的制冷剂进行减压的电动膨胀阀。第5管60j的一端与蓄热式热交换器400以及第3管60g连接，另一端与第4管60c以及第7管60i连接。第6管60h的两端与气态制冷剂连络配管8a、Sb连接，第6电磁阀63设置于第6管60h内。第7管60i的一端与蓄热式热交换器400以及第2管60e连接，另一端与第5管
60j以及第4管60c连接。<水合物蓄热式空调系统的运行>(不利用冷热的常规运行)在这种水合物蓄热式空调系统I中，如图4所示，使四通切换阀22处于供冷运行切换状态，将自压缩机21排出的制冷剂在热源侧热交换器23中冷凝，经利用侧膨胀阀41减压后，在利用侧热交换器42中进行蒸发，再使其返回至压缩机21，即可实现供冷运行。(蓄冷运行和冷热利用供冷运行)在水合物蓄热式空调系统I中，可以在蓄热槽100内生成水合物实现冷热贮存的蓄冷运行和利用蓄热槽100内水合物的冷热能的蓄冷利用供冷运行之间进行切换。在这里，蓄冷运行，如图5所示，将压缩机21排出的制冷剂在热源侧热交换器23中冷凝，经蓄热侧膨胀阀64减压，之后在蓄热式热交换器400中蒸发，在蓄热槽100内生成水合物以实现冷热贮存。另外，冷热利用供冷运行，如图6所示，将压缩机21排出的制冷剂在热源侧热交换器23中进行冷凝，接着在蓄热式热交换器400冷却，经利用侧膨胀阀41减压后，在利用侧热交换器42中蒸发，从而完成对蓄热槽100内水合物的冷热利用运行。在这里，图5所表示的蓄冷运行中，四通切换阀22为供冷运行切换状态，利用侧膨胀阀41以及第3电磁阀68为全闭状态，而第I电磁阀62以及第2电磁阀66、第5电磁阀67j、蓄热侧膨胀阀64为全开状态，以形成将蓄热式热交换器400作为制冷剂蒸发器使用的回路结构。而且，图6所表示的冷热利用供冷运行中，四通切换阀22为供冷运行切换状态、第I电磁阀62以及第2电磁阀66为全闭状态,而第3电磁阀68、第6电磁阀63、第7电磁阀65以及蓄热侧膨胀阀64为全开状态，以形成将蓄热式热交换器400作为制冷剂过冷却器使用的回路结构。蓄冷运行是指，例如利用夜间廉价电力在蓄热槽100中生成水合物以实现冷热贮存的运行状态。首先，结合图5说明一下蓄冷运行时的动作。在这里，图5为显示蓄冷运行中空调装置动作的制冷剂回路略图。蓄冷运行时的制冷剂流动情况，请参照图5制冷剂回 路中的箭头方向。具体说来，四通切换阀22被切换至供冷运行切换状态(图5中的四通切换阀22为实线所示的状态)，热源侧热交换器23被用作冷凝器。而且，利用侧膨胀阀41以及第3电磁阀68为全闭状态，第I电磁阀62以及第2电磁阀66为全开状态，蓄热式热交换器400被用作制冷剂的蒸发器。蓄热侧膨胀阀64，例如基于冷蓄热式热交换器400出口侧制冷剂的过热度变化执行开度控制。在这种结构中，压缩机21吸入侧的低压气态制冷剂，在压缩机21中被压缩，排出后变为高压气态制冷剂，被输送至四通切换阀22。随后，被输送至四通切换阀22的高压气态制冷剂经由四通切换阀22的第I端口 22a和第2端口 22b，被输送至热源侧热交换器23。之后，被输送至热源侧热交换器23的高压气态制冷剂在热源侧热交换器23中，通过与作为热源的室外空气或冷却水进行热交换被冷凝。接下来，在热源侧热交换器23中被冷凝的制冷剂经由液体侧闭锁阀24、34被输送至液态制冷剂连络配管7a中进行合流，之后被输送至水合物浆蓄热装置I的蓄热侧制冷剂回路60。接下来，被输送至水合物浆蓄热装置I中的制冷剂，经由第I电磁阀62被输送至蓄热侧膨胀阀64中减压。经该蓄热侧膨胀阀64减压后的制冷剂在蓄热式热交换器400中与自蓄热槽100输送来的TBAB水溶液进行热交换,被蒸发的同时冷却自蓄热槽100输送来的TBAB水溶液，生成水合物。被蒸发的制冷剂经由第2电磁阀66被输送至气态制冷剂连络配管8a，随后被输送至热源单元2。另一方面，被输送至热源单元2的制冷剂经气体侧闭锁阀25、四通切换阀22的第4端口 22d和第3端口 22c返回到压缩机21的吸入侧。如上所述，完成蓄冷运行时的制冷剂循環动作，在蓄热槽100内生成水合物，实现冷热的贮存。该蓄冷运行中，通过控制部500控制供应泵102的流量，使被配置在与蓄热槽的第I输送配管IOla高度相对应的位置上的第I传感器105检测出的固相率维持在15%以下，使被配置在与蓄热槽的第2输送配管IOlb的高度相对应的位置上的第2传感器检测出的固相率维持在40%以上。〈冷热利用供冷运行〉冷热利用供冷运行是指，例如在白天等电力需求高峰期，利用蓄热槽100内生成的水合物的冷热实现的供冷运行状态。以下，结合图6就冷热利用供冷运行时的动作加以说明。冷热利用供冷运行时，四通切换阀22被切换至供冷运行切换状态，使热源侧热交换器23作为冷凝器发挥功效。另外，第I电磁阀62以及第2电磁阀66为全闭状态，蓄热侧膨胀阀64以及第3电磁阀68为全开状态，蓄热式热交换器400作为制冷剂的过冷却器发挥功效。而且、利用侧膨胀阀41执行开度控制，以使例如利用侧热交换器42出口侧的制冷剂保持一定的过热度。在这种结构中，压缩机21吸入侧的低压气态制冷剂，经压缩机21压缩、排出后变为高压气态制冷剂，被输送至四通切换阀22。接下来，被输送至四通切换阀22的高压气态制冷剂经四通切换阀32的第I端口 22a以及第2端口 22b被输送至热源侧热交换器23。随后，被输送至热源侧热交换器23的高压气态制冷剂在热源侧热交换器23中以与作为热源的室外空气、冷却水等进行热交换的方式被冷凝。接下来，在热源侧热交换器23中被冷凝的制冷剂经液体侧闭锁阀24被输送至液态制冷剂连络配管7a进行合流，随后被输送至水合物浆蓄热装置I的蓄热侧制冷剂回路60。接下来，被输送至水合物浆蓄热装置I的制冷剂经第3电磁阀68被输送至蓄热式热交换器400。被输送至蓄热式热交换器400的制冷剂，在蓄热式热交换器400中以与蓄热 槽100内水合物之间进行热交换的方式被过冷却的同时加热蓄热槽100内的水合物，经由蓄热侧膨胀阀64被输送至液态制冷剂连络配管7b，随后被输送至利用单元4。被输送至利用单元4的制冷剂被输送至利用侧膨胀阀41进行减压。经利用侧膨胀阀41减压后的制冷剂在利用侧热交换器42中与室内空气进行热交换，在被蒸发的同时，使室内空气得到冷却。该蒸发的制冷剂被输送至气态制冷剂连络配管8b，合流后经由水合物浆蓄热装置I的蓄热侧制冷剂回路60 (具体说来，是指第6管60h)被输送至气态制冷剂连络配管8a。而且，热源侧的制冷剂经由气体侧闭锁阀25、35、四通切换阀22的第4端口 22d以及第3端口 22c返回到压缩机21的吸入侧。如上所述，完成冷热利用供冷运行时的制冷剂循環动作，实现蓄热槽100内水合物的冷热利用。该冷热利用运行时，滞留在蓄热槽100上部的固相率为15%以下的水合物浆，经由第I输送配管IOla被供应泵102输送至蓄热式热交换器400,与制冷剂配管302内的制冷剂进行热交换。在这里，通过控制部500控制供应泵102的流量，使被配置在与蓄热槽的第I输送配管IOla高度相对应的位置上的第I传感器105检测出的固相率维持在15%以下，可抑制TBAB输送配管内压力损失的上升。在这里，在压缩机21中被压缩且被排出的高压气体制冷剂，在热源侧热交换器23中被冷凝，之后在蓄热式热交换器中被过冷却的运行进行了说明，但也可以考虑省略热源侧热交换器23中的冷凝过程，在蓄热式热交换器中冷凝的运行方法。使用本发明，可在蓄热槽的上方生成流动性高的稀薄层，在下方生成潜热密度高的浓厚层。而且，可将本方法生成的TBAB水合物应用于水合物蓄热式空调系统。以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
权利要求
1.一种水合物浆蓄热装置，其特征在于，包括贮存四丁基溴化铵水合物的蓄热槽、具有制冷剂回路的冷热源、蓄热式热交换器、第I输送配管、第2输送配管；所述第I输送配管的一端与所述蓄热槽上部相连接，另一端连接到所述蓄热式热交换器；所述第2输送配管的一端与所述蓄热槽下部相连接，另一端连接到所述蓄热式热交换器；所述第I输送配管上设有从所述蓄热槽的上部向所述蓄热式热交换器输送水合物水溶液的输送泵；所述第2输送配管用于从所述蓄热式热交换器向所述蓄热槽的下部输送水合物浆。
2.如权利要求I所述的水合物浆蓄热装置，其特征在于，还包括用于检测所述蓄热槽内水合物的固相率的固相率检测部和控制部；所述控制部根据所述固相率检测部的检测结果控制所述输送泵的流量，从而控制水合物浆的固相率；所述控制部与所述固相率检测部以及与所述输送泵电连接。
3.如权利要求I或2所述的水合物浆蓄热装置，其中所述第2输送配管配置在距离所述蓄热槽的底面高度O 50%的位置。
4.如权利要求2所述的水合物浆蓄热装置，其特征在于，所述固相率检测部的个数为至少两个，其中，所述第I个固相率检测部配置在所述蓄热槽上与所述第I输送配管高度相对应的位置，所述第2固相率检测部配置在所述蓄热槽上与所述第2输送配管高度相对应的位置。
5.一种水合物浆蓄热方法，其特征在于，包括以下步骤从蓄热槽的上部取出含有四丁基溴化铵的水合物水溶液，输送至蓄热式热交换器，在蓄热式热交换器中，来自冷热源的制冷剂与来自蓄热槽的四丁基溴化铵水溶液或水合物浆之间进行热交换使水合物水溶液冷却从而制造水合物浆； 向蓄热槽的下部输送从蓄热式热交换器排出的水合物浆； 在蓄热槽的上部生成固相率低于15%的第I浆层，在所述蓄热槽的下部贮存固相率高于40%的第2浆层。
6.如权利要求5所述的水合物浆蓄热方法，其特征在于，还包括以下步骤控制所述蓄热槽与所述蓄热式热交换器之间的水合物输送配管中的水合物的流量，使水合物的流量控制在蓄热槽中水合物自然沉降所需的流量。
7.一种水合物蓄热式空调系统，其特征在于，包括 如权利要求I至4中任一权利要求所述的水合物浆蓄热装置； 制冷剂回路；所述制冷剂回路包括压缩制冷剂的压缩机、至少作为制冷剂的冷凝器而发挥作用的热源侧热交换器、使制冷剂减压的第I及第2膨胀机构、至少作为制冷剂的蒸发器而发挥作用的利用侧热交换器。
8.如权利要求7所述的水合物蓄热式空调系统，其特征在于， 其运行状态有以下三种 使从所述压缩机排出的制冷剂在所述热源侧热交换器中冷凝、经所述第I膨胀机构减压后在所述蓄热式热交换器中进行蒸发以在所述蓄热槽内生成水合物实现冷热蓄存的蓄冷运行状态； 使所述压缩机排出的制冷剂在所述热源侧热交换器中冷凝、接着在所述蓄热式热交换器中进行冷却、经所述第2膨胀机构减压后送入所述利用侧热交换器进行蒸发从而利用所述蓄热槽内水合物的冷热能之冷热利用供冷运行状态；常规供冷运行状态； 并能在三种运行状态之间进行切换。
9.如权利要求8所述的水合物蓄热式空调系统，其特征在于，所述制冷剂回路，通过改变所述制冷剂回路中的制冷剂循环方向，被改造成在供暖用蓄热运行状态、利用蓄热之除霜运行状态以及常规供暖运行三种状态间进行切换的制冷剂回路。
10.根据权利要求8所述的水合物蓄热式空调系统，其特征在于，在进行所述冷热利用供冷运行时，从所述蓄热槽的上部向所述蓄热式热交换器输送水合物水溶液，且从所述蓄热式热交换器向所述蓄热槽的下部输送水合物浆。
全文摘要
本发明公开了一种水合物浆蓄热装置、水合物浆蓄热方法，还涉及一种水合物蓄热式空调系统，通过控制蓄热槽与蓄热式热交换器之间的水合物输送配管中水合物的流量，使水合物的流量处于蓄热槽中水合物沉降所需的流量在蓄热槽内形成水合物浆固相率的浓度分布层。在蓄热槽的上方生成流动性高的稀薄层，在蓄热槽的下方生成潜热密度高的浓厚层，并通过从蓄热槽的上方取出水合物浆且使其输送至输送配管的下游，既能够确保蓄热密度的同时，能够将配管内浆的固相浓度维持在低水平，可避免压力损失的上升或配管堵塞。该水合物蓄热式空调系统可在蓄热槽内生成水合物实现冷热能贮存的蓄冷运行和利用蓄热槽内水合物的冷热能的冷热利用供冷运行之间进行切换。
文档编号F28F27/00GK102798309SQ20121028743
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月13日 优先权日2012年8月13日
发明者张鹏, 石新杰, 马志伟, 古井秀治 申请人:上海交通大学, 大金工业株式会社