專利名稱：用于全凍結(jié)儲冰系統(tǒng)的儲冰槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是關(guān)于一種用于全凍結(jié)儲冰系統(tǒng)的儲冰槽。
在夏季時期，由于空調(diào)設(shè)備的使用導(dǎo)致用電尖峰時期過負(fù)荷已為眾所周知的事實。尤其多年來不當(dāng)冷媒的使用已使大氣臭氧層遭到破壞，地球氣候產(chǎn)生溫室效應(yīng)，更加上森林樹木的濫伐、都市高樓毫無節(jié)制的建設(shè)、車輛排放廢氣……等都在逼使空調(diào)設(shè)備的需求量節(jié)節(jié)上升。此外，各種用電設(shè)施之增設(shè)亦大幅增加了電力的需要。對于供電量已非常吃緊的電力供應(yīng)系統(tǒng)而言，確為極大的困擾。
為應(yīng)付此種情況，利用夜間離峰時間(即冷氣用電量最少的時候)將次日白天所需的空調(diào)負(fù)荷藉壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)以冰的形態(tài)儲存起來再于使用冷氣時將冰溶化經(jīng)熱交換以供空調(diào)從而減少尖峰時間的用電量及用電契約容量且節(jié)省電費(fèi)的儲冰系統(tǒng)已廣泛開發(fā)并使用中。


圖1所示的儲冰系統(tǒng)即為已知全凍結(jié)式儲冰系統(tǒng)的典型例，其工作原理是在夜間離峰時段(2230～730)啟動囟水冷卻機(jī)組51使囟水溫度降至－4℃，藉管路L1送入儲冰槽T內(nèi)，使儲冰槽T內(nèi)盤管C外的水結(jié)冰，該囟水因經(jīng)盤管吸收管外水的熱量而升溫至－1℃左右，再經(jīng)管路L2藉泵52A送入囟水冷卻機(jī)組51內(nèi)冷卻降溫至－4℃，再經(jīng)管L1輸入儲冰槽T內(nèi)發(fā)揮結(jié)冰作用，如此周而復(fù)始地循環(huán)，直至儲冰槽內(nèi)的水完全結(jié)冰。
于次日使用空調(diào)時，則令囟水冷卻機(jī)組51及泵52A停止，并啟動泵52B，將儲冰槽T的盤管內(nèi)的0～1℃囟水經(jīng)管路L3送入熱交換器53，與空調(diào)側(cè)的冰水進(jìn)行熱交換，令冰水由12℃降至7℃，囟水本身則升溫至4～5℃，再循管路L4、L1進(jìn)入儲冰槽T內(nèi)，藉槽內(nèi)前夜凍結(jié)的冰使該升溫囟水冷卻至1℃左右，然后由泵52B輸送至熱交換器53，供冷卻空調(diào)側(cè)冰水。如此周而復(fù)始，直至儲冰槽T內(nèi)所凍結(jié)的冰完全溶化。
另一方面，在空調(diào)側(cè)，經(jīng)與前述囟水作熱交換的7℃左右冰水則藉管路L5中的冰水泵54送至室內(nèi)送風(fēng)機(jī)組55，將約24℃的空氣降至14℃左右吹送至室內(nèi)負(fù)載側(cè)，而冰水則升溫至12℃，再進(jìn)入熱交換器53進(jìn)行熱交換，成為7℃冰水。如此反覆即可全日實施空調(diào)而不需在用電尖峰時間啟動壓縮機(jī)，減少此時段的用電量。
上述儲冰系統(tǒng)的儲冰槽T中，有一種為CALMAC系統(tǒng)，該系統(tǒng)是如圖2A所示，在一聚乙烯材質(zhì)制外筒1內(nèi)層設(shè)多層盤管C1、C2、……Cn，每一層盤管C則如圖2B所示由螺旋狀延伸的PE材質(zhì)進(jìn)流管2及回流管3在同一平面上以交替相間方式配置，且兩管體2、3內(nèi)的囟水(即25％乙二醇＋75％水，在－10℃下仍不結(jié)冰)的流動方向相反，并以囟水供應(yīng)管P1連接于進(jìn)流管2的入口2a及回流管3的入口3a進(jìn)行囟水的供應(yīng)，另以囟水回送管P0連接于進(jìn)流管2的出口2b及回流管3的出口3b以回收用過的囟水，整體上形成雙回路反向循環(huán)方式。在結(jié)冰階段，管體2、3內(nèi)的囟水在入口處的溫度約－4℃，出口處的溫度約－2℃，故管體入口前段的結(jié)冰B厚度較大，然后逐漸隨著向接近出口處減少，因此，由以圖2B的D－D橫斷面為例觀察結(jié)冰完成后的每一層盤管的結(jié)冰層E厚度時，即形成如圖2C所示的形狀，亦即，每一結(jié)冰層E是由直徑不同的螺旋狀冰條B2、B3相連排列而成。上下二層冰層E1、E2間則構(gòu)成如圖2D的關(guān)系，而相鄰的四條結(jié)冰B2、B2、B3、B3所圍成的空間(交差線區(qū)域)Z為較難結(jié)冰的區(qū)域，其理由在各管體2、3外周隨著結(jié)冰B2、B3厚度的增加，逐漸降低熱傳能力，當(dāng)各管體2、3外周的結(jié)冰B至接近最大程度時，管體內(nèi)的囟水極不容易對該區(qū)域Z內(nèi)的冰水進(jìn)行冷凍結(jié)冰，換言之，該區(qū)域Z內(nèi)冰水的結(jié)冰耗時極長，缺乏效率。
另一種稱為BIN系統(tǒng)，是如圖3A所示，在一不銹鋼外筒1′中層設(shè)多層銅質(zhì)盤管C′1、C′2……C′n，每一層盤管C′則如圖3B所示地由螺旋狀延伸的銅質(zhì)進(jìn)流管2′及回流管3′在同一平面上交替相間配置，且令回流管3′的前端藉由接頭J連接于進(jìn)流管2′的后端，然后反向盤旋延伸于兩進(jìn)流管2′、2′之間。于進(jìn)流管2′的囟水流動方向是與回流管3′相反，同時囟水供應(yīng)管P1、回送管P0分別連接于進(jìn)流管2′的入口2a′與回流管3′之出口3b′，整體而言，形成單回路反向循環(huán)方式。此外，該系統(tǒng)復(fù)設(shè)有空氣泵K可將槽外空氣經(jīng)由筒底打氣管H送入外筒內(nèi)以攪拌冰水，促進(jìn)其熱效率。此系統(tǒng)可利用銅質(zhì)盤管提高熱傳導(dǎo)效率，不銹鋼外筒可提高耐用壽命，且廢料可回收。然而其每兩層盤管的結(jié)冰層E′1、E′2間亦會形成類如上述圖2D所示的區(qū)域Z′(如圖3C)，而有結(jié)冰效率欠佳的缺點。
發(fā)明人為此種儲冰系統(tǒng)的專業(yè)廠商，經(jīng)長期對該等系統(tǒng)所用儲冰槽制造、施工、研究的結(jié)果，深覺尚有進(jìn)一步改善的余地。亦即，上述進(jìn)流管與回流管的配置方式除上述者外，尚可形成單向順循環(huán)方式，而獲得結(jié)冰效率佳、盤管表面結(jié)冰厚度均勻及減少加工接點的效果。再者，如在儲冰槽內(nèi)水液面上方形成有空間，并將該空間內(nèi)的冷空氣抽取并打入儲冰槽的水液中，對水液施以攪拌，有進(jìn)一步提高水液的熱傳導(dǎo)效率的功效。
根據(jù)本實用新型，提供了一種用于全凍結(jié)儲冰系統(tǒng)的儲冰槽，是在儲冰槽用外筒內(nèi)層設(shè)多層由盤旋狀進(jìn)流管與回流管所構(gòu)成的結(jié)冰盤管，其特征在于回流管是自進(jìn)流管后端沿著兩進(jìn)流管間的上方延伸，令進(jìn)流管的入口與回流管的出口分別連接于囟水供應(yīng)管與囟水回送管，而構(gòu)成單向順循環(huán)高低溫交錯配置方式。
根據(jù)本實用新型的用于全凍結(jié)儲冰系統(tǒng)的儲冰槽，其中，連接于進(jìn)流管的回流管是與進(jìn)流管為同一管體。
根據(jù)本實用新型的用于全凍結(jié)儲冰系統(tǒng)的儲冰槽，其中，進(jìn)流管、回流管直徑為5／8″時，兩水平盤繞進(jìn)流管軸心間的距離為70mm±5mm，上下配置回流管與進(jìn)流管軸心間的距離為52.5mm±5mm。
根據(jù)本實用新型的用于全凍結(jié)儲冰系統(tǒng)的儲冰槽，其中，在外筒內(nèi)下部設(shè)置打氣管，且該外筒頂部與冰水液面間形成有一空間，上述的打氣管用供氣配管是經(jīng)由氣泵而連通于該空間。
根據(jù)本實用新型的用于全凍結(jié)儲冰系統(tǒng)的儲冰槽，其中，該供氣配管設(shè)有與氣泵并聯(lián)的泄壓閥。
以下參照附圖詳細(xì)說明本實用新型的實施例，以便公眾更具體明了本實用新型的目的，技術(shù)構(gòu)成及功效。
圖1為全凍結(jié)式儲冰系統(tǒng)的整體構(gòu)成及流程圖。
圖2為已知CALMAC系統(tǒng)儲冰槽的說明圖，其中，圖2A是儲冰槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)的縱斷面示意圖，圖2B為盤管盤繞方式平面示意圖，圖2C為自圖2B的D－D線觀察單一結(jié)冰層形態(tài)的縱斷面圖，圖2D為兩結(jié)冰層間的相互關(guān)系說明圖。
圖3為已知BIN系統(tǒng)儲冰槽的說明圖，其中，圖3A是儲冰槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)縱斷面示意圖，圖3B是盤管盤繞方式的平面示意圖，圖3C是自圖3B的D′－D′線觀察兩結(jié)冰層間的相互關(guān)系說明圖。
圖4為本實用新型儲冰槽的說明圖，其中，圖4A是儲冰槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)的縱斷面示意圖，圖4B是盤管盤繞方式的平面示意圖，圖4C為進(jìn)流管與回流管的相對位置關(guān)系說明圖，圖4D是自圖4B的D″－D″線觀察兩結(jié)冰層間的相互關(guān)系說明圖。
圖5為本實用新型儲冰槽的結(jié)冰層形態(tài)與已知儲冰槽的結(jié)冰形態(tài)的比較圖。
如圖4B所示，本實用新型的全凍結(jié)式儲冰槽T是在PE質(zhì)外筒1″將銅質(zhì)進(jìn)流管2″在槽內(nèi)以順時鐘方向盤繞，繞至外筒1″之大致中央部時，直接將該進(jìn)流管2″之后續(xù)管體提高，并以相同的順時鐘方向盤繞于進(jìn)流管2″上方作為回流管3″，形成單向順循環(huán)回路，亦即，進(jìn)流管2″及回流管3″中的囟水流動方向相同，而囟水溫度較高的回流管3″在囟水溫度較低的兩進(jìn)流管2″上方中間(如圖4C、4D)，形成高低溫交錯配置方式。
其次，如圖4C所示，上述進(jìn)流管2″與回流管3″的上下配置有一定的相對關(guān)系，亦即，以5／8英寸盤管為例，令兩進(jìn)流管2″、2″的軸心間的水平間隔設(shè)定在70±5m／m，回流管3″與進(jìn)流管2″的軸心間的垂直距離設(shè)定在52.5±5m／m時，以獲得最佳結(jié)冰速度。
又如圖4A所示，具有上述特點的盤管C″(由進(jìn)流管2″與回流管3″所構(gòu)成)亦與已知技術(shù)同樣在外筒1″內(nèi)層設(shè)多層C″1、C″2……C″n，并使各進(jìn)流管2″的前端入口2a″連接于囟水供應(yīng)管P1，各回流管3″的后端出口3b″連接于囟水回送管P0，該等囟水供應(yīng)管P1及囟水回送管P0是分別連接于
圖1所示的管路L1、L2。
于本實用新型儲冰槽T的外筒1″中，頂部10″與冰水面F間保留有一適當(dāng)空間S，于最下層盤管C″n與外筒1″的底部11″間則橫向裝設(shè)一打氣管H″，該打氣管H″具有許多孔洞可供管內(nèi)空氣打入外筒1″內(nèi)的水液W中以攪拌水液。上述上方空間S與下方打氣管H″間經(jīng)由一空氣管路4相連通，并在近上方空間S處裝設(shè)一氣泵40，且于近打氣管H″處設(shè)置一逆止閥41以防止水液流入管路4內(nèi)。此外，再在該空氣管路4上裝設(shè)與氣泵40并聯(lián)的泄壓閥42。
本實用新型的技術(shù)構(gòu)成已如上述，以下說明其使用及功效。
具有上述構(gòu)成的本實用新型儲冰槽T是用于
圖1的全凍結(jié)式儲冰系統(tǒng)，在結(jié)冰期間(夜間用電離峰時段)，是經(jīng)由上述囟水供應(yīng)管P1供應(yīng)－4℃左右的低溫囟水，令此等囟水自入口2a″流入由進(jìn)流管2″及回流管3″所構(gòu)成的各盤管C″1、C″2……C″n而達(dá)囟水回送管P0。在流經(jīng)盤管C″期間，吸收水液的熱量，如此周而復(fù)始即可冷凍儲冰槽T內(nèi)的水液W全部成為冰。另一方面，外筒1″上方空間S的空氣則藉由氣泵40予以抽吸，再經(jīng)由打氣管H″噴入水液W內(nèi)，對水液W產(chǎn)生攪拌作用，以提高熱傳導(dǎo)效率。當(dāng)筒內(nèi)水液W因各盤管C″內(nèi)囟水的冷卻而開始結(jié)冰時，空氣打入水液的阻力漸增，于氣泵40前后段壓差至某程度時，則泄壓閥42動作，排出部分冷空氣。結(jié)冰量增加，泄壓量亦增大，使氣泵吐出側(cè)的溫度升高，此時即可利用溫度開關(guān)43令空氣泵40自動停止。
依上述進(jìn)流管2″與回流管3″以單向順循環(huán)高低溫交錯配置方式所構(gòu)成的每一層盤管C″1、C″2……C″n所獲致的結(jié)冰層E″的斷面形態(tài)為如圖4D所示，由下方進(jìn)流管2″所形成的結(jié)冰B″2直徑較大，位于兩進(jìn)流管2″、2″間上方的回流管3″所形成的結(jié)冰B3直徑較小，且結(jié)冰B3是嵌落于兩結(jié)冰B2、B2間的上方，并在三結(jié)冰B2、B2、B3間形成緩慢結(jié)冰區(qū)域Z″。
若將依本實用新型盤管的單向順循環(huán)高低溫交錯配置方式所獲致的冰層(如圖5A)與已知CALMAC系統(tǒng)與BIN系統(tǒng)所形成的結(jié)冰層(如圖5B)相比較，則顯然本實用新型是由于直徑較小的結(jié)冰B″3嵌落于直徑較大的兩結(jié)冰B″2、B″2間的上方，故緩慢結(jié)冰區(qū)域Z″斷面積遠(yuǎn)小于已知系統(tǒng)由四個結(jié)冰B2、B2、B3、B3所圍成的慢結(jié)冰區(qū)域Z。因而，依本實用新型的盤管盤繞配置方式，結(jié)冰速度可以加快。如將進(jìn)流管與回流管間的位置關(guān)系予以計算并設(shè)定，更可減少緩慢結(jié)冰區(qū)域的斷面積，而獲得最佳結(jié)冰速率。根據(jù)發(fā)明人實驗，以100噸冷能能力為例，。已知者約需8小時，本實用新型則只要6小時，亦即，結(jié)冰速度加快了1／4。
其次，本實用新型的回流管與進(jìn)流管是由同一管體構(gòu)成，故可減少加工接點，降低加工時間與成本。
此外，本實用新型是將外筒內(nèi)的空氣抽氣用來攪拌水液，以促進(jìn)熱傳導(dǎo)速度，與自筒外抽氣攪拌水液的情況相比較，并無外部熱量自筒外帶入水液中，故有促進(jìn)結(jié)冰的功效。
權(quán)利要求1.一種用于全凍結(jié)儲冰系統(tǒng)的儲冰槽，是在儲冰槽用外筒內(nèi)層設(shè)多層由盤旋狀進(jìn)流管與回流管所構(gòu)成的結(jié)冰盤管，其特征在于回流管是自進(jìn)流管后端沿著兩進(jìn)流管間的上方延伸，令進(jìn)流管的入口與回流管的出口分別連接于囟水供應(yīng)管與囟水回送管，而構(gòu)成單向順循環(huán)高低溫交錯配置方式。
2.如權(quán)利要求1所述的用于全凍結(jié)儲冰系統(tǒng)的儲冰槽，其特征是連接于進(jìn)流管的回流管是與進(jìn)流管為同一管體。
3.如權(quán)利要求1所述的用于全凍結(jié)儲冰系統(tǒng)的儲冰槽，其特征是進(jìn)流管、回流管直徑為5／8″時，兩水平盤繞進(jìn)流管軸心間的距離為70mm±5mm，上下配置回流管與進(jìn)流管軸心間的距離為52.5mm±5mm。
4.如權(quán)利要求1所述的用于全凍結(jié)儲冰系統(tǒng)的儲冰槽，其特征是在外筒內(nèi)下部設(shè)置打氣管，且該外筒頂部與冰水液面間形成有一空間，上述的打氣管用供氣配管是經(jīng)由氣泵而連通于該空間。
5.如權(quán)利要求1所述的用于全凍結(jié)儲冰系統(tǒng)的儲冰槽，其特征是該供氣配管設(shè)有與氣泵并聯(lián)的泄壓閥。
專利摘要本實用新型提供了一種用于全凍結(jié)儲冰系統(tǒng)的儲冰槽，該儲冰系統(tǒng)于夜間用電高峰時間藉冷凍壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，令水結(jié)成冰，使空調(diào)所需的冷卻能力以冰的形態(tài)儲存，而于次日需使用冷氣時，將冰溶化并行熱交換以供冷氣空調(diào)之用，以降低高峰時間的冷氣用電量且節(jié)省電費(fèi)。本實用新型的特點在用以流通鹵水的進(jìn)流管與回流管是以單向順循環(huán)回路組成并以高低溫交錯方式配置，不但可避免盤管表面結(jié)冰厚度不均勻的缺點，同時可減少加工接頭，且可獲得最高結(jié)冰效率。
文檔編號F25C5/00GK2187764SQ93248230
公開日1995年1月18日 申請日期1993年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月30日
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