專(zhuān)利名稱(chēng)：復(fù)式套管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種復(fù)式套管，屬于一種設(shè)置于儲(chǔ)冰系統(tǒng)中用以?xún)?chǔ)存儲(chǔ)冰介質(zhì)的容器。
由于工商發(fā)達(dá)，在世界各地的空調(diào)使用量不斷增加，而電廠設(shè)立又受到環(huán)保及各項(xiàng)問(wèn)題的困擾無(wú)法即刻完成，故電力供應(yīng)相當(dāng)吃緊，尤其在每年夏季炎熱季節(jié)，人們大量采用空調(diào)，因而常需采取限電措施，影響產(chǎn)業(yè)及民生，諸多電力問(wèn)題均有待解決。
在一些國(guó)家及地區(qū)，近年來(lái)已采取許多措施，期望改善電力供應(yīng)，如汽電共生、儲(chǔ)冰空調(diào)，吸收式冰水機(jī)等方案，其中尤以?xún)?chǔ)冰式空調(diào)最具經(jīng)濟(jì)效益，不但可以解決尖峰用電時(shí)間電力不足的問(wèn)題，同時(shí)可提高離峰電力的有效利用。
現(xiàn)有的儲(chǔ)冰式空調(diào)設(shè)備的儲(chǔ)冰種類(lèi)雖有全凍結(jié)式、冰盤(pán)管式、制冰滑落式、低溫共融式、容器式(冰球、冰泡)等，種類(lèi)雖然繁多，但各有其使用上的因素限制，近年來(lái)由于容器式儲(chǔ)冰介質(zhì)的儲(chǔ)冰系統(tǒng)使用簡(jiǎn)便，價(jià)格合理，經(jīng)濟(jì)效益高，逐漸被普遍采用，但現(xiàn)有的容器式儲(chǔ)冰介質(zhì)計(jì)有以下的缺點(diǎn)1.容器膨脹收縮問(wèn)題現(xiàn)有容器式儲(chǔ)冰介質(zhì)所遭遇到的最大問(wèn)題在于為克服水結(jié)冰、溶冰時(shí)，因相變化所導(dǎo)致體積膨脹、收縮，因而在構(gòu)造上必須有伸縮折箱、伸縮囊或凹凸構(gòu)造以承受容器內(nèi)壓力變化，故必須采用聚乙烯(以下簡(jiǎn)稱(chēng)PE)等塑料材質(zhì)，不但制造上復(fù)雜厚薄不均、容易變形，且熱傳導(dǎo)不佳，無(wú)論結(jié)冰、溶冰速率緩慢，造成能源浪費(fèi)，無(wú)法迅速提供冷氣，且長(zhǎng)期做膨脹、收縮動(dòng)作，其伸縮部位久而久之即會(huì)產(chǎn)生彈性疲勞或材質(zhì)龜裂而損毀，大大減少其使用壽命。
2.結(jié)冰、溶冰效率、速率問(wèn)題；現(xiàn)有容器式儲(chǔ)冰介質(zhì)除上述膨脹收縮問(wèn)題影響使用壽命外，結(jié)冰、溶冰效率及速率亦是另一有待改善的問(wèn)題；由冷凍原理得知，結(jié)冰、溶冰的效率及速率關(guān)鍵在于介質(zhì)的外殼材質(zhì)及結(jié)冰厚度；現(xiàn)有的容器式儲(chǔ)冰介質(zhì)如冰球式其外殼材質(zhì)為PE等塑料材質(zhì)，其熱傳導(dǎo)率較差，并且在結(jié)冰過(guò)程中以低溫鹵水為冷媒介環(huán)繞于冰球容器外，將冰球內(nèi)水溶液由外往中心方向冷凍結(jié)冰，在結(jié)冰過(guò)程中，冰逐漸加厚，熱阻加大，效率愈差，同一厚度的結(jié)冰量所需時(shí)間愈久，壓縮機(jī)用電量愈大；某些儲(chǔ)冰介質(zhì)雖然插入金屬蕊心，但改善效果有限，溶冰過(guò)程中，以較高溫鹵水(約10～12℃)與冰球內(nèi)0℃冰由外往內(nèi)單向溶冰，溶冰速率緩慢，常無(wú)法提供冷氣負(fù)荷需求急速變化。
3.儲(chǔ)存空間問(wèn)題儲(chǔ)冰系統(tǒng)必須增加儲(chǔ)冰槽的儲(chǔ)存空間是不可避免的事實(shí)，同時(shí)儲(chǔ)存容積大的儲(chǔ)存熱損失也愈大，造成能源浪費(fèi)；在都市中土地空間取得困難，如何讓儲(chǔ)存占用空間減小，亦是當(dāng)前需克服的重要問(wèn)題；在同一儲(chǔ)冰容量所需占用空間大小，可由冰在儲(chǔ)槽空間所占容積比率(Ice Packing Factor以下簡(jiǎn)稱(chēng)為IPF)來(lái)表示，現(xiàn)有的容器式介質(zhì)其IPF約為50～60％，也有待改善。
4.比重問(wèn)題冰球等容器式儲(chǔ)冰介質(zhì)使用上是安裝于儲(chǔ)冰槽中，冰球以外充滿鹵水溶液，在結(jié)冰時(shí)冰球體積膨脹、比重降低，其比重約在0.9～0.92間，低于周?chē)u水溶液比重1.04～1.048，故結(jié)冰后呈漂浮現(xiàn)象，在儲(chǔ)冰槽中，上層冰球浮出液面，失去熱交換功能，下層冰球浮離槽底，造成鹵水流體旁通，損失不少熱交換效果，又成為目前使用上的一大缺點(diǎn)。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種復(fù)式套管，可克服水溶液結(jié)冰、溶冰時(shí)體積膨脹收縮的問(wèn)題，并可增大儲(chǔ)冰槽的容積比率IPF，防止儲(chǔ)冰容器結(jié)冰后的漂浮現(xiàn)象，以使管體內(nèi)部所充填的水溶液能夠在更短的時(shí)間內(nèi)結(jié)冰、溶冰，而可達(dá)更佳的運(yùn)用效率，以進(jìn)而達(dá)到節(jié)約能源的目的。
本實(shí)用新型的目的是以如下方式達(dá)到的一種復(fù)式套管，其為一種運(yùn)用于儲(chǔ)冰系統(tǒng)中的儲(chǔ)冰介質(zhì)容器，包括兩端以端板封閉的金屬管體，并于管體的兩端面間設(shè)有相貫穿的金屬內(nèi)管；在管體與內(nèi)管間充填作為儲(chǔ)冰介質(zhì)的水溶液，其中注入適量的水溶液，并將適當(dāng)?shù)目臻g預(yù)留為水溶液結(jié)冰時(shí)體積膨脹之用。
本實(shí)用新型的目的還可以如下方式來(lái)達(dá)到所述的復(fù)式套管，其中管體的端板上可設(shè)置一逆止閥，該逆止閥中組裝有活塞及彈簧，并于逆止閥外側(cè)配合一密封墊圈來(lái)套設(shè)一護(hù)罩。
本實(shí)用新型所提供的復(fù)式套管，其中設(shè)置于管體兩端面間相貫穿的內(nèi)管可依需要設(shè)置為一根或一根以上。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于，管體不會(huì)有膨脹收縮的體積變化，因而不會(huì)對(duì)儲(chǔ)冰槽的設(shè)計(jì)造成困擾，亦可解決現(xiàn)有容器，因長(zhǎng)期使用而彈性疲勞所造成的損壞問(wèn)題；再者，本實(shí)用新型所提供的復(fù)式套管以?xún)?yōu)異的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可令管體中的水溶液以極薄的結(jié)冰厚度來(lái)提供運(yùn)用，因而得以令結(jié)冰、溶冰的效率及速率更大幅提升，令整體在運(yùn)用時(shí)達(dá)到更佳的效率，而可達(dá)節(jié)約能源的功效；又本實(shí)用新型將儲(chǔ)冰槽中的IPF提升至約87％，而可將儲(chǔ)冰槽的運(yùn)用效率大幅提升，而可以較小的儲(chǔ)冰槽空間提供更高的效率；同時(shí)本實(shí)用新型以金屬為材質(zhì)，可以克服現(xiàn)有容器漂浮及導(dǎo)熱不良的問(wèn)題，而可令整體的效率更為提高，因而可令整體儲(chǔ)冰系統(tǒng)達(dá)到更高的效率。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)特征及目的。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明


圖1為本實(shí)用新型的復(fù)式套管外觀示意圖。
圖2、3為本實(shí)用新型的復(fù)式套管結(jié)冰時(shí)的剖面示意圖。
圖4為本實(shí)用新型的復(fù)式套管溶冰時(shí)的剖面示意圖。
圖5為本實(shí)用新型的復(fù)式套管于儲(chǔ)冰槽中排列狀況示意圖。
圖6為本實(shí)用新型的逆止閥剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為本實(shí)用新型另一實(shí)施例外觀示意圖。
圖8為本實(shí)用新型儲(chǔ)冰系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)施例配置示意圖。
圖9為本實(shí)用新型的復(fù)式套管與具金屬蕊心的冰球及簡(jiǎn)單型冰球或冰泡分別置于－5℃及＋7℃的鹵水恒溫槽中作結(jié)冰、溶冰的溫度及時(shí)間比較圖。
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圖1所示，其為本實(shí)用新型的復(fù)式套管外觀示意圖，由此圖中可以見(jiàn)到本實(shí)用新型呈一管狀結(jié)構(gòu)的管體10，而于管體10的兩端分別以端板11來(lái)加以封閉，于管體10的兩端間設(shè)有貫穿的內(nèi)管20，因而可在管體10與內(nèi)管20間的封閉空間中充填儲(chǔ)冰溶液，該內(nèi)管20用以供鹵水通過(guò)，以提高熱交換效率。
在本實(shí)用新型的管體10中充填儲(chǔ)冰溶液(即水溶液40)時(shí)，可通過(guò)設(shè)在端板11上的逆止閥30進(jìn)行，其注入的水溶液容量為其空間容量的80％～88％，其馀部份的空間預(yù)留為水溶液結(jié)冰時(shí)體積膨脹之用，故本實(shí)用新型的容器儲(chǔ)冰介質(zhì)在結(jié)冰完成時(shí)外型體積保持不變；另為避免結(jié)冰時(shí)體積膨脹所造成空氣壓縮的內(nèi)壓力，故于充填完成后，預(yù)先將其抽至適當(dāng)程度的真空，使應(yīng)用于儲(chǔ)冰系統(tǒng)在結(jié)冰完成時(shí)內(nèi)壓力接近于常壓，且在管體10本身可承受壓力的限度內(nèi)，令管體10不會(huì)因受壓而有泄漏之虞。
于圖2、3中所示，則為本實(shí)用新型的復(fù)式套管結(jié)冰時(shí)的剖面示意圖，由此圖中即可看出本實(shí)用新型所提供的復(fù)式套管設(shè)計(jì)與現(xiàn)有此類(lèi)結(jié)構(gòu)的最大差異處，由于本實(shí)用新型的管體10中央設(shè)有貫穿兩端的內(nèi)管20，因而在鹵水通過(guò)時(shí)，會(huì)由管體10的外側(cè)及內(nèi)管20中央通過(guò)，因而充填于管體10中的水溶液40，可由管體10及內(nèi)管20周?chē)鷣?lái)與管外的鹵水進(jìn)行熱交換，以進(jìn)行結(jié)冰及溶冰，當(dāng)開(kāi)始結(jié)冰時(shí)即如圖2中所示，由管體10管壁周?chē)騼?nèi)結(jié)冰41，而內(nèi)管20亦由管壁周?chē)蛲饨Y(jié)冰41，隨著結(jié)冰時(shí)間延續(xù)，結(jié)冰厚度增加，終至內(nèi)外管的結(jié)冰層相結(jié)合時(shí)，即完成結(jié)冰作業(yè)(其即如圖3中所示)。
由此圖中可以可以清晰的了解，本實(shí)用新型在進(jìn)行結(jié)冰時(shí)，其結(jié)冰厚度僅為管體10與內(nèi)管20間距離的一半，依圖中所示，若內(nèi)管20的直徑為管體10的五分之一，亦即實(shí)際結(jié)冰厚度與管體10外徑的比僅為五分之一即可令整個(gè)管體10中的儲(chǔ)冰溶液完全結(jié)滿冰；當(dāng)進(jìn)行溶冰作業(yè)時(shí)，如圖4中所示，會(huì)由管體10外壁內(nèi)側(cè)及內(nèi)管20外側(cè)開(kāi)始溶冰，也是由管體10及內(nèi)管20的雙向直接傳熱，直至管體10中完全溶為水溶液40，其溶冰的原理與結(jié)冰相似，而僅是相變化方向相反；以本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)僅需管體10外徑五分之一的結(jié)冰、溶冰厚度，即可達(dá)到完全結(jié)冰、溶冰的效果，由于結(jié)冰、溶冰厚度愈小，在儲(chǔ)冰系統(tǒng)中的速率及效率愈佳，故本實(shí)用新型在速率及效率上均較現(xiàn)有容器更為優(yōu)異。
再由圖5來(lái)看，其為本實(shí)用新型所提供的復(fù)式套管于儲(chǔ)冰槽50中排列狀況示意圖，于此圖中可以看出本實(shí)用新型的管體10在充填完成后，可一支支的整齊疊放排列于儲(chǔ)冰槽50中，本實(shí)用新型的管體10可依儲(chǔ)冰槽50的形狀尺寸確定其適當(dāng)長(zhǎng)度，故可適用于各種形狀尺寸的儲(chǔ)冰槽50中，因而可令本實(shí)用新型在使用上更為方便，亦可減少制作上接合的數(shù)量，因而可節(jié)省材料工時(shí)以降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益；再者，由于本實(shí)用新型以適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，在其結(jié)冰、溶冰之間不會(huì)有膨脹、收縮的問(wèn)題，故無(wú)須如同現(xiàn)有容器般必須具備伸縮折箱、伸縮氣囊或凹凸等構(gòu)造，因而在使用上不會(huì)有膨脹收縮造成彈性疲勞等損壞，且本實(shí)用新型以金屬為材質(zhì)，其傳熱效率遠(yuǎn)高于塑料材質(zhì)，其顯然較現(xiàn)有容器更具進(jìn)步性。
倘由圖5中所示來(lái)計(jì)算本實(shí)用新型在儲(chǔ)冰槽50中的IPF，假設(shè)本實(shí)用新型的管體10外徑為10cm，而內(nèi)管20管徑為2cm，而長(zhǎng)度與儲(chǔ)冰槽50相同，則其IPF即為圖中斜線部份所占的面積比，令D＝管體管徑，d＝內(nèi)管管徑，由圖中三角形面積為計(jì)算單位則三角形面積A1
A1＝［10cm＊(10cm＊
／2］／2＝43.3cm2斜線面積A2A2＝1／2(πD2／4－πd2／4)＝1／2［π(10cm)2／4－π(2cm)2／4］＝37.7cm2容積比率IPFIPF＝A2／A1＝37.7cm2／43.3cm2＝87％由以上的計(jì)算結(jié)果可知，本實(shí)用新型所提供的復(fù)式套管儲(chǔ)冰介質(zhì)IPF約為87％，與現(xiàn)有的容器式儲(chǔ)冰介質(zhì)的IPF為50～60％相較，IPF高出27～37％，亦即在同一儲(chǔ)冰容量下，本實(shí)用新型的儲(chǔ)冰介質(zhì)所需占用空間容積要較現(xiàn)有容器節(jié)省45～70％。
圖6為本實(shí)用新型的逆止閥30的剖面結(jié)構(gòu)，該逆止閥30是固設(shè)于本實(shí)用新型的端板11上，并在逆止閥30的外側(cè)套設(shè)有一護(hù)罩33，于圖中可以見(jiàn)到在本實(shí)用新型的逆止閥30中設(shè)有一活塞31及一彈簧32，當(dāng)由外側(cè)將護(hù)罩33取下，并將活塞31向內(nèi)壓而令彈簧32被壓縮時(shí)，即可使逆止閥30開(kāi)啟，而可方便的將水溶液40充填入管體10中，當(dāng)充填完成后即可將向內(nèi)壓的活塞31放松，該活塞31即會(huì)被原本壓縮的彈簧32向外彈出，而將逆止閥30封阻，在將管體10中剩馀空間抽成真空時(shí)，亦是以相同的方式進(jìn)行。
設(shè)置于本實(shí)用新型的逆止閥30中的彈簧32的彈力必須能夠克服真空所施予活塞31的吸力，方能維持本實(shí)用新型復(fù)式套管的氣密效果，另于逆止閥30外側(cè)所套設(shè)的護(hù)罩33亦可配合一密封墊圈34以加強(qiáng)密封的效果，而有助于逆止閥30的封阻作用；當(dāng)然本實(shí)用新型的管體10亦可直接以機(jī)器加工，而成為完作密封的結(jié)構(gòu)，而無(wú)須逆止閥30的設(shè)置。
于圖7中所示，為本實(shí)用新型另一實(shí)施例外觀示意圖，由此圖中可以見(jiàn)到本實(shí)用新型的管體10兩端板11間可設(shè)置多根內(nèi)管20，而可令整體熱交換的面積更為增大，令其擁有更佳的熱交換效率，同時(shí)其內(nèi)管20的直徑亦可依需要來(lái)作適切的調(diào)整，而不會(huì)影響到本實(shí)用新型的IPF。
至于現(xiàn)有容器所遭遇的比重問(wèn)題，由于本實(shí)用新型的管體10及內(nèi)管20均是以金屬為材質(zhì)，其比重遠(yuǎn)大于PE等塑料容器，且無(wú)體積膨脹現(xiàn)象，故置放于儲(chǔ)冰槽中在結(jié)冰、溶冰過(guò)程中均無(wú)漂浮之虞，可輕易解決比重不足所造成的漂浮問(wèn)題。
于圖8中所示為本實(shí)用新型儲(chǔ)冰系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)施例配置示意圖，于圖中可以見(jiàn)到本實(shí)用新型的管體10整齊排列安置于儲(chǔ)冰槽50中，于儲(chǔ)冰槽50中加滿鹵水51，鹵水51液位淹蓋管體10，鹵水儲(chǔ)冰泵60于夜間用電離峰時(shí)間啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)通過(guò)鹵水主機(jī)61將鹵水51降溫至－3℃進(jìn)入儲(chǔ)冰槽50，鹵水51與管體10進(jìn)行熱交換，將管體10內(nèi)的水溶液40降溫至低于0℃時(shí)，管體10內(nèi)水溶液40開(kāi)始結(jié)冰，鹵水51則經(jīng)熱交換后由－3℃升溫至0℃回到鹵水主機(jī)61再降溫后，泵送至儲(chǔ)冰槽50，如此循環(huán)，儲(chǔ)冰槽50內(nèi)的管體10中的水溶海矗巴全結(jié)成冰后完成儲(chǔ)冰作業(yè)；在日間空調(diào)時(shí)間啟動(dòng)二次(Secondary)鹵水泵70，將鹵水51送到空調(diào)箱或室內(nèi)送風(fēng)機(jī)的冷卻盤(pán)管71，提供冷氣72使用，離開(kāi)冷卻盤(pán)管71的鹵水51溫度約10～12℃，經(jīng)回壓控制閥73后回到儲(chǔ)冰槽與0℃結(jié)冰的管體10中儲(chǔ)冰介質(zhì)作熱交換溶冰，鹵水51溫度降為3～7℃的冰鹵水51再經(jīng)二次鹵水泵70送到冷卻盤(pán)管71使用提供冷氣，如此循環(huán)，直到管體10內(nèi)的冰41完全溶為水溶液40時(shí)即完成溶冰作業(yè)。
于圖9中所示，為本實(shí)用新型的復(fù)式套管與具金屬蕊心的冰球及簡(jiǎn)單型冰球或冰泡分別置于－5℃及＋7℃的鹵水恒溫槽中作結(jié)冰、溶冰的溫度及時(shí)間比較圖，圖中縱坐標(biāo)T表示溫度，橫坐標(biāo)H1表示儲(chǔ)冰完成時(shí)間(單位小時(shí))，H2表示溶冰完成時(shí)間(單位小時(shí))，由此圖中可以見(jiàn)到a線為本實(shí)用新型的復(fù)式套管、b線為具金屬蕊心的冰球、c線為簡(jiǎn)單型冰球或冰泡，于此圖中可以非常清晰的看出有關(guān)本實(shí)用新型復(fù)式套管與現(xiàn)有具金屬蕊心的冰球及簡(jiǎn)單型冰球或冰泡在恒溫槽中結(jié)冰及溶冰的溫度差及時(shí)間差；由此圖中可見(jiàn)到本實(shí)用新型復(fù)式套管結(jié)冰成核溫度－1℃最高(b線約為－3.5℃；c線約為－5℃)，即壓縮的蒸發(fā)溫度最高，壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率亦最高，以提升蒸發(fā)溫度4℃計(jì)算大約可提高效率13％；再加上金屬熱傳導(dǎo)率遠(yuǎn)大于PE等塑料材質(zhì)，故完成結(jié)冰時(shí)間僅需約4.5小時(shí)，溶冰時(shí)間亦最快，僅需4小時(shí)，與他種儲(chǔ)冰介質(zhì)比較其結(jié)冰、溶冰速率約快30～40％，綜合速率、效率的改良成果，約可節(jié)省用電達(dá)40～50％。
權(quán)利要求1.一種復(fù)式套管，其為一種運(yùn)用于儲(chǔ)冰系統(tǒng)中的儲(chǔ)冰介質(zhì)容器，其特征在于它包括兩端以端板封閉的金屬管體，并于管體的兩端面間設(shè)有相貫穿的金屬內(nèi)管；在管體與內(nèi)管間充填作為儲(chǔ)冰介質(zhì)的水溶液，其中注入適量的水溶液，并將適當(dāng)?shù)目臻g預(yù)留為水溶液結(jié)冰時(shí)體積膨脹之用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)式套管，其特征在于管體的端板上可設(shè)置一逆止閥，該逆止閥中組裝有活塞及彈簧，并于逆止閥外側(cè)配合一密封墊圈來(lái)套設(shè)一護(hù)罩。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)式套管，其特征在于設(shè)置于管體兩端面間相貫穿的內(nèi)管可依需要設(shè)置為一根或一根以上。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種復(fù)式套管，是一種運(yùn)用于儲(chǔ)冰介質(zhì)的容器，其為一兩端封閉的金屬管體結(jié)構(gòu)，并于管體的兩端面間設(shè)有相貫穿的金屬內(nèi)管，在管體與內(nèi)管間充填水溶液作為儲(chǔ)冰介質(zhì)，由管體及內(nèi)管的管壁作為熱交換界面，而可在儲(chǔ)冰系統(tǒng)的結(jié)冰過(guò)程中提高成核溫度，同時(shí)令管體內(nèi)壁與內(nèi)管外壁同時(shí)開(kāi)始結(jié)冰，令結(jié)冰的速度更為迅速，而可達(dá)提高結(jié)冰效率及節(jié)約能源的功效。
文檔編號(hào)F25C5/00GK2154444SQ92205580
公開(kāi)日1994年1月26日 申請(qǐng)日期1992年4月3日 優(yōu)先權(quán)日1992年4月3日
發(fā)明者蔡色興 申請(qǐng)人:蔡色興, 郭茂和, 胡興邦