专利名称：一种动态冰蓄冷方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及制冷、蓄冷的方法或系统，尤其涉及一种动态冰蓄冷方法及设备，是有关动态冰蓄冷方法以及制造冰晶的设备的结构设计。
背景技术：
所谓冰蓄冷，是在电力负荷很低的夜间用电低谷期，通过制冷将冷量以冰的形式储存起来。在电力负荷较高的白天用电高峰期，将储存的能量释放出来，以满足建筑物空调负荷的需要。同时，在空调负荷较小的春秋季，减少制冷机的开启，尽量融冰释冷，满足空调负荷。蓄冰空调是“转移用电负荷”或“平衡用电负荷”的有效方法。
动态冰蓄冷则是相对于静态冰蓄冷而言，静态制冰方式，是在冷却管外或盛冰容器内结冰，冰本身始终处于相对静止状态；动态制冰方式，该方式中有冰晶、冰浆生成，且冰晶、冰浆处于运动状态。
静态制冰由于系统简单，现已成为应用中冰蓄冷系统的主流。然而，静态制冰法也有自身的缺点冰层的增厚使热阻增大，导致制冷机的制冷系数(COP)降低；一些静态系统中冰块的相互粘连导致水路堵塞。而且静态冰蓄冷一般需要大量的盘管，以便制冷剂流过，而使管外的载冷剂(水或其他液体)结冰储冷，增加了成本，体积和控制难度。
发明内容
本发明是为了彻底解决静态制冰系统的低效率和高成本，而采用了冷媒直接制取冰晶的方法，结构简单，没有盘管，制冰效率高，采用常规制冷机组运行。
本发明没有采用盘管，避免了盘管外冰层的增厚而使得制冷系数的降低。本发明通过冷媒取冷，冷媒的凝固点低于0℃，且不溶于水，冷媒通过传送管道被输送到热交换器中，热交换器的输入端温度高于0℃，输出端温度低于0℃，流出热交换器的冷媒温度低于0℃，仍然是液态，低于0℃液态的冷媒被输送回储能罐，通过超声雾化喷嘴，冷媒被均匀分散在水层中，冷媒周围的水快速吸收冷媒的冷量，产生结晶现象，这些结晶就称为冰晶，由于冰晶体的比重小而浮于水面，冷媒则由于比重大而逐渐沉于水底。
随着制冷机组的运行，冷媒不断循环携带冷量与水交换，大量的水逐渐结晶而飘浮在水面上形成冰晶或者冰浆(冰水混合物)，这种冰晶可以被泵运输，抽送到其它热交换器中进行热交换。
国外有类似的专利阐述了以上类似的采用冷媒制取冰晶的结构，但是它没有解决管道堵塞的问题，冰晶与水反应产生的大量冰晶很容易聚集在管道口，堵塞管道，影响制冷效率。
本发明采用了一个超声波喷嘴，解决了此问题。超声波喷嘴安装在锥形喷嘴的前端管道壁上，它由驱动电源和多个超声波换能器组成，换能器发出超声波，在管道内的液体中出现超声场并产生空气气泡，使得流经的冷媒活化，颗粒变得微小，增大冷媒与水的交换面积，提高热交换效率；并且使得冷媒中的冰片得以粉碎，避免了阻塞现象；同时防止喷嘴口产生的大量冰晶堵塞喷嘴口；更有利的是超声场还使得冰晶和冷媒迅速分层，冷媒由于比重大而沉入罐底，冰晶由于比重轻而浮在水面，提高冷媒循环效率。
超声波喷嘴的前端，还安装有一个空气泵，它是将储能罐冰晶层之上的冷空气通过空气泵输送到喷嘴口，防止冰晶堵塞喷嘴口，并加速冷媒于水的接触、分离，提高制冷效率。空气的浮力还会带动冰晶迅速浮向水面，使得喷嘴口的冷媒与水充分混合，提高制冷效率。
在储能罐的冰晶层中还装有一个传感器，主要通过感知冰晶的压力来控制制冷系统的运行。当结晶的冰晶数量越来越多，会逐渐产生一个向上的压力，这个压力会随着冰晶的增多而增大，通过这个压力就可以控制制冷机组的运行，从而控制冰晶的数量和压力。
储能罐的底部为锥形或倒梯形结构，有利于冷媒的滑落和聚集。
本发明的原理、装置，可通过以下附图来进一步说明图1动态蓄冰系统的结构2超声波喷嘴的结构3动态冰蓄冷系统的应用图例由图1可见，它的结构简单，没有盘管，采用常规制冷主机运行，核心是冷媒的应用和超声波喷嘴的设计，防止冰晶堵塞管道，提高冷媒与水的接触面积，提高制冷效率。
图2描述了超声波喷嘴的结构图，它由管道、锥形管道口、换能器和法兰盘组成，法兰盘使得安装有换能器的管道的一端连接其它管道，另一端连接储能罐。
图3显示了一个具体的动态蓄冰系统的应用设计图。
具体实施例方式
实施例1图1是通过冷媒4取冷，冷媒4通过传送管道被泵5输送到热交换器11中，热交换器11的输入端9温度高于0℃，输出端10温度低于0℃，由于冷媒的溶点低于0℃，输出端10的冷媒依然呈现为液态，低于0℃液态的冷媒被输送回储能罐1，通过超声雾化喷嘴6，冷媒被均匀分散在水层3中，冷媒周围的水快速吸收冷媒的冷量，产生结晶现象，这些结晶就称为冰晶2，由于冰晶体的比重小而浮于水面，冷媒则由于比重大而逐渐沉于罐底。
随着制冷机组的运行，冷媒不断循环将冷量与水交换，大量的水逐渐结晶而飘浮在水面上形成冰晶2或者冰浆(冰水混合物)，这种冰晶可以被泵运输，抽送到其它热交换器中进行热交换。
冷媒4被抽送到交换器11中取冷，可能会有一些水分3被一起抽送入交换器中，从10交换器中返回储能罐时，这些水分3已经有结晶成为冰片现象，但由于冷媒的存在，不会凝固在交换器11中，而且通过喷嘴6的超声雾化作用被粉碎，与冷媒一起被输送储能罐中，冰晶飘浮于水面，冷媒沉于水底，周而复始，大量冰晶由此而生。
冷媒4是一种结晶温度低于水的化合物，当它取冷返回储能罐1时，通过超声波雾化器6被分解成无数微小的颗粒，与水3充分结合，水分则大量吸收冷媒的冷量而结晶2。
冷媒4在循环制冷的过程中有可能会凝结，一些水分3也会随着冷媒被抽吸入热交换器11中，在交换器中形成冰片，这种冰片有可能会阻塞管道；冷媒在重新返回储能罐的喷嘴口6时，由于冷媒与水的接触产生大量冰晶，容易堵塞喷嘴口；冷媒如果有凝结成团现象，不利于冷媒与水进行热交换，这样部分冷媒的冷量尚未完全释放，就沉入罐底进入下一个冷循环，这会降低制冷效率。因此我们采用超声波喷嘴6，具体结构图2有说明。
实施例2图2超声波喷嘴的结构图，安装在储能罐的中下入口处。超声波喷嘴的结构由管道5、多个超声波换能器2、法兰盘3、锥形喷嘴4和空气泵6组成，换能器2安装在锥形喷嘴4及喷嘴的前端管道壁上，换能器发出的超声波在管道内的液体中出现超声场，产生空气气泡使得流经的冷媒活化，颗粒变得微小，增大冷媒与水的交换面积，提高效率；并且使得冷媒中的冰片得以粉碎，避免了管道阻塞现象；同时防止喷嘴口产生的大量冰晶堵塞喷嘴口；更有利的是，由于超声场的扰动，还使冷媒与冰晶、水迅速分离，完全释放冷量的冷媒沉入罐底，提高了下一次冷循环效率。在喷嘴的前端还加有一个空气泵6，将罐中的冷空气泵送到喷嘴前端，加速冷媒的流动，不让冷媒与水反应产生的结晶聚集在喷嘴口，空气的浮力会带动冰晶迅速飘向水面，提高制冷效率。法兰盘3则使管道一端连接在罐体，另一端与其它管道相接。
实施例3图3是一个蓄冰空调系统的具体应用。制冷机组21，冷凝器20，膨胀阀22和热交换器11构成一个制冷循环，通过热交换器11，冷媒吸收冷量成为低于0℃的低温冷媒，低温冷媒通过超声波喷嘴，在喷嘴口与水充分混合，产生大量冰晶，冰晶由于浮力的作用漂浮在储能罐的水层之上，这些冰晶被水泵31抽送到热交换器32中，而空调负载34则通过水泵33将高温负载水送入热交换器32中进行热交换，完成负载制冷循环。
以上的应用例子只是一小部分，不限于上述两种实施方案。本发明还可包括许多其他的用途。
权利要求
1，一种动态冰蓄冷方法及设备，其特征在于整个系统包含一个储能罐，储能罐的底部为倒梯形或锥形，罐的底部装有低温传送冷媒，冷媒的比重高于水，属液态胶状物，可以流动，溶点低于水的结晶点温度(0℃)，冷媒的上面为水层，用于结晶储冷，冷媒通过热交换器取冷流经超声波喷嘴，超声波喷嘴由换能器、法兰盘、锥形喷嘴、管道和空气泵组成，罐的中部冰晶层内装有一个压力传感器，可以感知冰晶的压力，从而控制制冷机组的运行和控制冰晶的厚度。
2，根据权利要求1所述的动态冰蓄冷方法及设备，其特征在于储能罐为一个倒梯形或锥形结构，有利于冷媒滑落和聚集在罐底，超声波喷嘴安装于罐的水层中下部的壁上。
3，根据权利要求1所述的动态冰蓄冷方法及设备，其特征在于相变材料是一种液态胶状物，凝固点低子0℃，不溶于水，比重大于水。
4，根据权利要求1所述的动态冰蓄冷方法及设备，其特征在于冷媒位于锥形或倒梯形罐底的底部，冷媒的上层是水，作为储冷载体，产生的冰晶由于比重轻于水而浮在水面上。
5，根据权利要求1所述的动态冰蓄冷方法及设备，其特征在于超声波喷嘴由换能器、法兰盘、锥形喷嘴、管道和空气泵组成，换能器产生超声波，法兰盘连接罐和其它管道，锥形喷嘴安装在罐壁上，空气泵连接喷嘴与罐中的冷空气。
6，根据权利要求5所述的动态冰蓄冷方法及设备，其特征在于有一个空气泵将罐中的冷空气吹向超声波喷嘴，空气泵与喷嘴的连接处可以在换能器的前端，也可以在换能器的后端。
7，根据权利要求5所述的动态冰蓄冷方法及设备，其特征在于换能器产生超声波，扰动冷媒和冰片，防止冰片堵塞管道，换能器可以应用于除喷嘴以外的其它管道壁上。
8，根据权利要求7所述的动态冰蓄冷方法及设备，其特征在于超声波的发生可由多个换能器产生，可以安装在喷嘴口，防止冰晶聚集堵塞在喷嘴口，也可以安转在冷媒流经的管道中，消除冰片堵塞管道危险。
9，根据权利1要求所述的动态冰蓄冷方法及设备，其特征在于压力传感器位于冰晶层的中下部，随着冰晶的聚集，会产生一个向上的压力，感知这个压力的大小，就可以控制制冷机组的运行和冰晶的产生。
全文摘要
一种动态冰蓄冷方法及设备，包括一个锥形的储能罐，内装有水和传输冷媒，传输冷媒直接与水混合，但不溶于水。冷媒的比重大于水，沉于罐底部，它是液态胶状物，可以流动，溶点低于水的结晶点温度(0℃)。0℃以上的冷媒从罐底被抽向连接制冷机组的热交换器，经过热交换，冷媒的温度低于0℃，但由于凝固点低于0℃，仍然是液态，取冷后的低于0℃冷媒通过超声波喷嘴被输送回储能罐，喷嘴的位置位于锥形罐体之上底部水层的区域，低于0℃的冷媒使得周围的水产生结晶，结晶的冰晶由于比重低而浮于水面，冷媒则由于比重高而沉于锥形罐底。超声波喷嘴安装在锥形喷嘴的入口管壁上，结构简单，操作方便，体积小，成本低，使用寿命长，它的作用非常重要。它通过电能，在管壁上作机械运动，产生强大空气泡，从而防止冰晶堵塞管道，并使冷媒活化，冷媒颗粒变得微小，提高冷媒与水的热交换效率，提高制冷机组制取冰晶的效率。
文档编号F24F5/00GK1712829SQ20051008892
公开日2005年12月28日 申请日期2005年8月2日 优先权日2005年8月2日
发明者朱上翔, 谢一鹏 申请人:朱上翔, 谢一鹏