[發明專利]一種基于相變微膠囊液漿儲冷裝置的冷卻系統及運行方法

有效

• 申請號: 201710600876.3
• 申請日: 2017-07-21
• 公開（公告）號: CN107421030B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 余慶華;趙鵬程;史凱旋
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: F24F5/00
• 分類號: F24F5/00;F24F11/65;F24F11/89;F24F13/30;F28D20/02
• 代理公司: 42222 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 張火春

本發明公開了一種基于相變微膠囊液漿儲冷裝置的冷卻系統及運行方法，該系統主要由主制冷機、儲漿罐、用戶終端、兩臺液漿泵和若干閥門組成。在此冷卻系統中，相變微膠囊液漿既被作為存儲介質儲存冷能，又被作為輸運介質傳輸冷能。相變微膠囊液漿的使用在大幅增加了能量儲存密度的同時，顯著提高了能量傳輸效率，能夠使得整個系統更為緊湊和小型化。該系統具備五種不同儲冷供冷運行模式，基于監測點的反饋下，通過泵與閥門的啟停或開閉實現相互靈活切換。該系統在較好適應冷負荷波動的同時，實現對電力負載削峰填谷，達到提高系統運行效率的目的。

技術領域

本發明屬于節能減排設計領域，涉及一種集成了蓄冷裝置的制冷技術，該技術是一種將相變微膠囊液漿作為冷能存儲介質和傳輸介質并構成具有多運行模式的冷卻系統，具體涉及一種基于相變微膠囊液漿儲冷裝置的冷卻系統及運行方法。

背景技術

近年來，住宅和辦公樓因使用空調所產生的能源消耗不斷增加，從節能和減少二氧化碳排放兩個角度來看，急需更先進的技術解決此現狀。與此同時，空調負載也很大程度上影響著電力負荷，峰值負載可能導致電量需求過大甚至電力中斷，嚴重影響電網運行安全和成本。因此有必要在空調系統中集成儲冷裝置，對電力負荷實現削峰填谷。此外，冷能存儲亦可很大程度上提升空調系統的性能。事實上通常在夜間通過制冷機向存儲介質輸送冷能，而夜晚環境溫度較低，因而制冷機可以較低的冷凝溫度運行，進而能夠增加系統COP?，F已有使用水或冰等作為冷能存儲介質的儲冷空調系統獲得應用。

使用冷凍水進行冷能儲存時，制冷機可以在高蒸發溫度下運行，因而具有高的性能系數(COP)。但由于冷凍水使用的是水溫變化對應的顯熱儲冷，其儲能密度與使用相變潛熱儲冷的冰相比非常小，因而需要系統配備大容量的儲罐和大功率的水泵，因而制約了水蓄冷的廣泛應用。雖然專利97116453.3公開了一種大溫差水蓄冷節電調荷系統，提出大溫差水蓄冷的方法，但對儲冷密度的提升仍然十分有限，而且對各個換熱裝置的設計和制造提出了更高的要求。

而若使用純固態冰或冰漿作為儲冷介質，蒸發溫度至少為-5℃以克服水凝固成冰的過冷度，而如此低的蒸發溫度會導致制冷設備COP很低，因而系統功耗很高。對于純固態冰，如專利201410851756.7公開了一種使用不同相變材料的冰蓄冷空調系統，由于其無法在空調系統內輸送，在儲冷或放冷過程中必須依靠二次載冷劑攜帶冷能才能加以利用，因而會致使系統更為復雜且存在大量的冷能傳遞損失；而對于冰漿，由于密度差異，冰顆粒將傾向于在水中漂浮，并且傾向于聚集成更大的顆粒，因而可能會在供給泵輸送冰漿時堵塞通道，而且制造冰漿的系統構成十分復雜，如專利201410568499.6所示的系統。

在空調使用的溫度范圍(約)內，如果能找到一種介質具有較高單位冷能存儲能力，且類似于水能適用于泵輸運，則可顯著提升集成了儲冷裝置的空調系統的節能效果、緊湊性以及調峰能力。專利201210236712.4公開了一種以四丁基溴化銨水合物漿作為蓄冷材料的蓄冷式空調系統。該系統運行時需要對溫度進行精確控制以生成蓄熱密度高的水合物生成和抑制蓄熱密度低的水合物的生成，而且需要攪拌器、帕爾帖元件和靜態混合器等過冷解除裝置。專利201310178031.1公開了一種以二氧化碳水合物漿作為蓄冷介質的蓄冷釋冷式中央空調裝置。該裝置需要配備壓縮機、膨脹機和水合反應釜等眾多設備以構成制冷循環在蓄冷過程中制備二氧化碳水合物漿，且在蓄冷過程中要不斷地給壓縮機輸入功耗，最終會影響系統運行的總體效率。以上兩種以水合物漿為蓄冷介質的系統，皆是利用吸熱水合反應來存儲冷能，話句話說，在系統運行的過程中，既要控制傳熱過程也要控制水合反應的進行，系統穩定性和簡易度面臨著較大的挑戰。尋找一種無須發生反應、儲冷密度高且為流態的蓄冷介質來代替水合物漿十分有必要。