冰蓄冷空调系统技术方案

本发明专利技术公开了一种冰蓄冷空调系统，包括制冷循环系统、供冷循环系统和蓄冷槽，蓄冷槽内装有蓄冷工质，蓄冷工质为带有晶核的相变储能介质，晶核导热性大于相变储能介质，还包括位于蓄冷槽内的输入用换热结构和输出用换热结构，输入用换热结构连接在制冷循环系统中并用于为蓄冷槽提供冷量，输出用换热结构连接在供冷循环系统中并用于输出冷量；其特征在于，晶核为长条形的磁性晶核材料，还包括有设置在蓄冷槽外的电磁装置，蓄冷槽内腔位于电磁装置磁场作用范围内且蓄冷槽内腔内的磁场方向和输入用换热结构以及输出用换热结构相对设置。本发明专利技术具有能够控制提高换热效率进而提高电能利用效率的优点。利用效率的优点。利用效率的优点。

【技术实现步骤摘要】
冰蓄冷空调系统


[0001]本专利技术涉及空调
，具体涉及一种冰蓄冷空调系统。

技术介绍

[0002]随着现代化社会进程的加快，能源消耗持续高速增长，2014 年我国成为世界上第一大能源消费国。随着我国工业化持续推进，城镇化率不断提高，使得生产和生活用电不断增加，并且由于人们昼夜规律性的作息时间，使得电网电力供应出现
ꢀ“
峰谷负荷”现象，昼夜用电的巨大差异，导致电网供电效率低下，电力资源浪费严重。同时在城市的用电结构中，空调系统的电力负荷比例很大。现有一种冰蓄冷空调，能够在夜晚电网用电波谷时将水制成冰，利用冰的相变潜热进行冷量储存，在白天电网用电高峰时再将冰的冷量释放用于空调降温。这样冰蓄冷空调技术可解决能量供给和需求之间不匹配的问题，采用蓄冷空调技术实现电网负荷移峰填谷，不仅能充分利用电力资源，还可以降低制冷设备的容量和配电容量，提高能源利用率。
[0003]冰蓄冷空调通常采用蓄冷槽装置实现储冰蓄冷，故蓄冷槽又称为蓄冰槽，其结构通常包括一个容置体，容置体内腔中盛装有水作为蓄冷工质，容置体内还设置有换热结构实现换热。例如传统的内融冰冰盘管式蓄冰装置中，采用的内融冰式蓄冷槽，即为一密封保温箱体，箱体内设置盘管作为换热结构，盘管内流动设置有载冷剂，载冷剂通常为乙二醇溶液，管外为水。该换热结构的盘管同时作为给蓄冷槽内水供冷使其结冰的换热部件，也作为将冰的冷量向外输送至室内负荷端供冷的换热部件。在蓄冷时通过盘管外部管道上的切换开关控制，将盘管接入到电力端制冷系统中，被电力端制冷系统降温后的低温乙二醇溶液进入盘管 ,盘管外开始结冰蓄冷。在放冷时，将盘管接入到室内负荷端供能系统中，来自室内负荷端的高温乙二醇溶液流过盘管换热,盘管外的冰融解供冷。
[0004]冰蓄冷空调中，以水作为相变材料在相变蓄冷时常常会出现过冷现象，在产生过冷现象时水实际结晶温度低于理论结晶温度，这样会使得制冷系统的蒸发温度要求降低，提高制冷难度，降低制冷效率。
[0005]故怎样考虑提高冰蓄冷空调换热效率成为本领域人员有待考虑解决的问题。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：怎样提供一种能够控制提高换热效率进而提高电能利用效率的冰蓄冷空调系统。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：一种冰蓄冷空调系统，包括制冷循环系统、供冷循环系统和蓄冷槽，蓄冷槽内装有蓄冷工质，蓄冷工质为带有晶核的相变储能介质，晶核导热性大于相变储能介质，还包括位于蓄冷槽内的输入用换热结构和输出用换热结构，输入用换热结构连接在制冷循环系统中并用于为蓄冷槽提供冷量，输出用换热结构连接在供冷循环系统中并用于输出冷量；其特征在于，晶核为长条形的磁性晶核材料，还包括有设置在蓄冷槽外的电磁装置，蓄冷槽内腔
位于电磁装置磁场作用范围内且蓄冷槽内腔内的磁场方向和输入用换热结构以及输出用换热结构相对设置。
[0008]这样，在系统使用时，在换热结构和蓄冷工质交换热量，蓄冷工质冷却结晶过程中，可以先启动电磁装置，由于晶核为具有磁性的长条形，故在电磁装置作用下在相变储能介质中会形成长度方向指向磁场方向的排布。因为磁场方向和换热结构一致，故晶核形成指向换热结构方向排布，能够在相变储能介质内部生成指向换热结构方向的传热路径；进而极大地提高蓄冷工质和换热结构之间的热量传递效率，实现了可控地提高装置换热效率的效果。
[0009]作为优化，所述制冷循环系统包括靠制冷介质循环管路连接的压缩机、冷凝器、储液器、膨胀阀和蒸发器盘管，蒸发器盘管位于蓄冷槽内并形成所述输入用换热结构；所述供冷循环系统包括靠供冷介质循环管路连接的换热盘管、压力泵和负荷端供冷装置，换热盘管位于蓄冷槽内并形成所述输出用换热结构。
[0010]这样具有结构简单，实施便捷的优点；同时输入用换热结构和输出用换热结构分开各自设置，使得制冷循环系统和供冷循环系统各自使用自己的传热介质，利于实施和控制，且传热介质不和蓄冷工质接触流通，可更好地保护蓄冷工质。在其他的实施方式中，可以是输入用换热结构和输出用换热结构共用同一换热盘管，依靠外部管道切换控制使其分别连接到制冷循环系统和供冷循环系统中，这样即形成类似内融冰冰盘管式蓄冰装置的结构。或者也可以是蓄冷槽自身即构成输出用换热结构，即直接将蓄冷槽自身的蓄冷工质接入供冷循环系统作为供冷的换热介质；形成类似外融冰冰盘管式蓄冰装置的结构。
[0011]进一步地，输入用换热结构和输出用换热结构分别设置于蓄冷槽内腔的上下两端端部。
[0012]这样，可以避免蓄冷槽内因为蓄冷工质固态液体的比重不同，导致在蓄冷工质反复冻融过程中对换热结构产生的拉扯力形成破坏，提高了装置使用稳定性，延长了装置的使用寿命。同时因为通过控制磁性晶核材料形成的传热路径，极大地提高了蓄冷工质到换热结构之间的热量传递速率，故不会导致换热效率的降低。使得产品可以在最大程度降低蓄冷工质反复冻融对换热盘管的影响的同时还可以提高蓄冷工质和换热盘管之间的热传递效率。
[0013]进一步地，电磁装置为两个并分别安装在蓄冷槽的上下两端。这样可以更好地保证蓄冷槽内形成均匀稳定的磁场强度，提高热传递均匀性，更好地保护换热盘管，避免因换热盘管受热不均而影响换热效率以及影响使用寿命。
[0014]或者蓄冷槽整体呈圆柱状，电磁装置包括缠绕在蓄冷槽外的电磁线圈。这样，也可以使得蓄冷槽内形成均匀稳定的磁场强度，提高热传递均匀性。
[0015]进一步地，所述相变储能介质为水。
[0016]这样，本装置应用于冰蓄冷空调，可以极大地提高冰蓄冷空调的换热效率。当然实施时，相变储能介质也可以为其他相变材料，本装置也可以应用于其他相变材料储热换热设备。
[0017]进一步地，所述磁性晶核材料为负载有四氧化三铁的碳纳米管。即Fe3O4‑
CNTs复合纳米粒子。
[0018]负载有四氧化三铁的碳纳米管是一种现有的磁性复合粉体材料，通常更多是作为
具有还原效果的吸附剂用于污水处理或者医疗领域。本申请中将其用于相变储能介质的晶核，因为碳纳米管径向尺寸为纳米量级而轴向尺寸为微米量级，故微观角度下整体呈类似丝状的长条形，在电磁场作用下其轴线方向呈沿磁场方向定向排布后，能够更好地沿该方向传递热量。同时碳纳米管自身质量较轻，负载四氧化三铁后能够更方便控制使其以悬浮状态均匀地弥散在相变储能介质中，在液体相变储能材料结晶时起到晶核的作用效果。另外，碳纳米管作为晶核自身传热效率也非常高，能够更好地提高相变储能介质和换热结构之间的传热效率。碳纳米管负载四氧化三铁后粒子呈磁性，在磁场作用下呈现出沿磁场方向定向排布的趋势。这种状态的产生归因于磁性流体中的四氧化三铁纳米粒子组装成链。这种链状结构是由无数个微小磁极所组成，微小磁极之间相互吸引，无数的N
‑
S磁极的叠加显示了强磁性，在磁场作用下磁性复合材料被磁化，使得碳纳米管的两端形成N
‑
S极，故方向会形成沿着磁感应线的方向排布为直线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冰蓄冷空调系统，包括制冷循环系统、供冷循环系统和蓄冷槽，蓄冷槽内装有蓄冷工质，蓄冷工质为带有晶核的相变储能介质，晶核导热性大于相变储能介质，还包括位于蓄冷槽内的输入用换热结构和输出用换热结构，输入用换热结构连接在制冷循环系统中并用于为蓄冷槽提供冷量，输出用换热结构连接在供冷循环系统中并用于输出冷量；其特征在于，晶核为长条形的磁性晶核材料，还包括有设置在蓄冷槽外的电磁装置，蓄冷槽内腔位于电磁装置磁场作用范围内且蓄冷槽内腔内的磁场方向和输入用换热结构以及输出用换热结构相对设置。2.如权利要求1所述的冰蓄冷空调系统，其特征在于，所述制冷循环系统包括靠制冷介质循环管路连接的压缩机、冷凝器、储液器、膨胀阀和蒸发器盘管，蒸发器盘管位于蓄冷槽内并形成所述输入用换热结构；所述供冷循环系统包括靠供冷介质循环管路连接的换热盘管、压力泵和负荷端供冷装置，换热盘管位于蓄冷槽内并形成所述输出用换热结构。3.如权利要求2所述的冰蓄冷空调系统，其特征在于，输入用换热结构和输出用换热结构分别设置于蓄冷槽内腔的上下两端端部；电磁装置为两个并分别安装在蓄冷槽的上下两端。4.如权利要求2所述的冰蓄冷空调系统，其特征在于， 所述相变储能介质为水；所述相变储能介质为水；所述磁性晶核材料为负载有四氧化三铁的碳纳米管。5.如权利要求2所述的冰蓄冷空调系统，其特征在于， 蓄冷工质为包括水、Fe3O4‑
CNTs复合纳米粒子和表面活性剂的混合物，其中表面活性剂和Fe3O4‑
CNTs复合纳米粒子质量比例为的（0.5
‑
3）：1，水和Fe3O4‑
CNTs复合纳米粒子质量比例为（100
‑
1000）：1。6.如权利要求5所述的冰蓄冷空调系统，其特征在于，蓄冷工质由以下方法制备：1）将按照比例要求的表面活性剂加入到水中，在40
‑
60℃水浴条件下超声振荡15
‑
25分钟，得到具有一定浓度的表面活性剂水溶液；2）将按照比例要求的Fe3O4‑
CNTs复合纳米粒子加入到表面活性剂水溶液，搅拌均匀，然后在40
‑
60℃水浴条件下进行超声振荡，超声振荡每5分钟后停止10分钟再继续振荡，直至振荡时间累积超过30分钟，获得蓄冷工质。7.如权利要求5所述的冰蓄冷空调系统，其特征在于，所述Fe3O4‑
CNTs复合纳米粒子由以下步骤获得：a将多壁碳纳米管采用浓硝酸进行酸化处理后洗涤至中性再烘干；b取定量的酸化后多壁碳纳米管加入定量纯水，并使其均匀分散在水中形成碳纳米管分散液；c取一定量FeCl3·
6H2O和FeCl2·
4H2O混合并加入纯水配为铁盐溶液；d将b步骤获得的碳纳米管分散液加入c步骤获得的铁盐溶液，在搅拌状态下加入氨水和十二烷基苯磺酸钠分散剂反应生成四氧化三铁，并使其负载在碳纳米管上；e待反应完毕后，使反应物沉淀并采用纯水反复洗涤呈中性后，干燥得到Fe3O4‑
CNTs复合纳米粒子。8.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢美波，景栋梁，张洪发，贾朝富，王瑞祥，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：