热交换性能增强的基于制冷剂的热学能量存储和冷却系统技术方案

公开了一种增加冷却负荷的方法和装置，其中所述冷却负荷由具有改进的热交换器结构的基于制冷剂的热学能量存储和冷却系统提供。通过循环用作为热学能量存储介质的冰块周围的冷水经过第二热交换器（１６２）而实现这种负载增加，在所述第二热交换器处，冷凝从负载返回的制冷剂蒸气。制冷剂然后被循环通过冰块内的主热交换器（１６０），在这里制冷剂被进一步冷却和冷凝。该系统公知为内部／外部融化系统，以冰块形式存储的热学能量通过主热交换器被内部融化，并且通过第二热交换器从块的周边循环冷水而外部融化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体涉及提供以冰的形式存储的热学能量的系统，并且更具体地讲，涉及冰存储冷却和制冷系统。
技术介绍
随着对于峰值需求电能消耗的增加的要求，冰蓄冷已经被用来转换空调电能负载的非峰值次数和速度。存在这样的需要，不仅针对从峰值周期至非峰值周期的负载转换，还要增加空调能力和效率。当前的、具有能量存储系统的空调单元具有有限的成就，这是因为多种缺陷，包括依赖水冷却器，其仅仅在大型商业建筑物中实用，并且难以获得高效率。为了大型和小型商业建筑中的热学能量存储的商业优点，热学能量存储系统必须具有最小化的生产成本，在不同的操作状态下保持最大化的效率，在制冷剂控制结构中具有简单性，并且在多制冷或空调应用中保持灵活性。用于提供存储的热学能量的系统之前在以下专利公开文献中有所说明，即授权给Harry Fischer的美国专利No.4735064、No.4916916；授权给Fischer等人的美国专利No.5647225；以及Narayanamurthy等人于2004年10月15日提交的美国专利申请No.10/967114。所有这些专利公开文献利用冰蓄冷将空调负载从峰值电费率转换至非峰值电费率，以提供经济的证明，并且因而这些专利公开文献结合在此引作参考。
技术实现思路
本专利技术的实施例可包括基于制冷剂的热学能量存储和冷却系统，其包括冷凝单元，所述冷凝单元包含压缩机和冷凝器；制冷剂控制单元，其连接至所述冷凝单元，所述制冷剂控制单元调节、蓄积并泵送制冷剂；负载热交换器，其连接至所述制冷剂控制单元，其连接至所述制冷剂控制单元，通过增加所述制冷剂的焓而将冷却能提供至冷却负荷；充满适于在液体与固体之间相变的流体的罐，在其中包含主热交换器，所述主热交换器连接至所述制冷剂控制单元，利用来自所述制冷剂控制单元的所述制冷剂冷却所述流体，并且冷冻所述罐中的至少一部分所述流体；以及第二热交换器，其连接至所述负载热交换器，有助于被冷却的所述流体与所述制冷剂之间的热学接触，从而减少所述制冷剂的焓，并且将加温的所述流体返回至所述罐。本专利技术的实施例还可包括用基于制冷剂的热学能量存储和冷却系统提供冷却负荷的方法，其包括以下步骤利用冷凝单元冷凝第一膨胀的制冷剂，以产生第一冷凝的制冷剂；将所述第一冷凝的制冷剂供应至蒸发单元，其中所述蒸发单元限定在充满适于在液体与固体之间相变的流体的罐内；在第一时间阶段的过程中，在蒸发单元内膨胀所述第一冷凝的制冷剂，以冷冻所述罐内的所述流体的一部分，从而产生冷却的流体、冷冻的流体以及第二膨胀的制冷剂；在第二时间阶段中至少一部分冷却的流体通过第二热交换器，以减少第二膨胀的制冷剂的焓，并且形成低焓的制冷剂；循环所述低焓的制冷剂通过位于所述冷冻的流体内的所述蒸发单元，以冷凝所述低焓的制冷剂并且产生第二冷凝的制冷剂；并且膨胀所述第二冷凝的制冷剂，以提供所述冷却负荷。附图说明在附图中图1示出了热交换性能增强的基于制冷剂的热学能量存储和冷却系统的实施例；图2示出了热交换性能增强的基于制冷剂的热学能量存储和冷却系统的实施例；图3示出了具有多个改进的热交换器的基于制冷剂的热学能量存储和冷却系统的实施例；图4示出了利用了共用流体槽的热交换性能增强的基于制冷剂的热学能量存储和冷却系统的实施例；图5示出了利用了共用流体槽的热交换性能增强的基于制冷剂的热学能量存储和冷却系统的实施例。具体实施例方式尽管本专利技术受到多种不同形式的实施例影响，但是在附图中示出并且在此将详细说明本专利技术的特定实施例，应该理解的是，本说明在此应该被认为是本专利技术的原则的示例性说明，并且不限于所述的特定实施例。如图1所示，示出了基于制冷剂的热学能量存储和冷却系统的实施例，其包括限定了系统的五个主要部件。空调单元102利用压缩机110和冷凝器111产生高压液体制冷剂，其通过高压液体供应管线112输送至制冷剂控制单元104。制冷剂控制单元104连接至热学能量存储单元106，其包括充满流体(即，水)的绝缘罐140，以及制冰螺线管142。空调单元102、制冷剂控制单元104以及热学能量存储单元106一致作用以提供给负载单元108高效的多模式的冷却，其中所述负载单元108包括负载热交换器108(室内冷却螺线管组件)，并且因而实现操作系统的主要模式的功能。第二热交换器162的循环回路用于循环并且去分层化(destratify)绝缘罐140中的流体152，并且从离开负载热交换器123的制冷剂吸收热量。如图1进一步所示，在一个时间阶段(造冰)过程中，空调单元102产生高压液体制冷剂，其通过高压液体供应管线112输送至制冷剂控制单元104。高压液体供应管线112穿过油蒸馏(still)/浪涌(surge)容器116，在其中形成热交换器。油蒸馏/浪涌容器116用于三种目的油蒸馏/浪涌容器116被用于浓缩低压制冷剂中的油，其中所述油将通过油返回毛细管148和干吸返回管线114返回至压缩机110；油蒸馏/浪涌容器116被用于在第二时间阶段(冷却模式)过程中存储液体制冷剂；并且油蒸馏/浪涌容器116被用于防止紧随在压缩机110启动之后流体倒溢至压缩机110，这是由于制冷剂在冰冷冻/排放螺线管142和通用制冷剂控制容器146中的快速膨胀。如果没有油蒸馏/浪涌容器116，则油将保持在系统中，并且不返回至压缩机110，最后使得压缩机110由于缺少油而卡住，并且热交换器还由于污垢而变得低效。如果没有油蒸馏/浪涌容器116，则在第二时间阶段(冷却模式)的过程中不可能充分地从冰冷冻/排放螺线管排空液体制冷剂，从而几乎利用冰冷冻/排放螺线管142内的整个热交换表面，以便冷凝从负载热交换器123返回的制冷剂蒸气。冷液体制冷剂与位于油蒸馏/浪涌容器116内的内部热交换器接触，高压(温的)液体位于内部热交换器内。形成蒸气，其上升至油蒸馏/浪涌容器116的顶部，并且流出排出毛细管128(或孔口)，从而重新引入到湿吸返回管线124中。排出毛细管128的长度和内径在造冰时间阶段的过程中限制油蒸馏/浪涌容器116中的压力和油蒸馏/浪涌容器116中的制冷剂的质量。当在第二时间阶段的过程中被激活时，液体制冷剂泵120为泵送式液体供应管线122供应制冷剂液体，其然后运输至热学能量存储和冷却系统的负载单元108中的负载热交换器123的蒸发器螺线管。低压制冷剂从负载热交换器123的蒸发器螺线管经由湿吸返回管线124返回至存储器或通用制冷剂控制容器(URMV)146。同时，富含部分蒸馏的油的制冷剂通过油返回毛细管148流出油蒸馏/浪涌容器116的底部，并且在低压蒸气排出通用制冷剂控制容器146的情况下重新引入到干吸返回管线114中，并返回至空调单元102。油返回毛细管148控制富含油的制冷剂排出油蒸馏/浪涌容器116的速度。还由高压液体供应管线112中的温的高压液体制冷剂加热的油返回毛细管允许油返回至压缩机110中的油池。附加地，湿吸返回管线124与上集管组件154相连，其中所述上集管组件154与二分叉器130相连，以将低压制冷剂从混相调节器132供应至系统。仅仅当在冷凝器111中具有足够量的液体时，混相调节器132通过采用阀(孔口)测量系统中的制冷剂的流动，其中所述阀脉冲式打开，以释放液相(液态)制冷剂。该混相调节器132减少从压缩机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于制冷剂的热学能量存储和冷却系统，其包括：冷凝单元，所述冷凝单元包含压缩机和冷凝器；制冷剂控制单元，其连接至所述冷凝单元，调节、蓄积和泵送制冷剂；负载热交换器，其连接至所述制冷剂控制单元，通过增加所述制冷剂的焓 而将冷却能提供至冷却负荷；充有适于在液体与固体之间相变的流体的罐，在其中包含主热交换器，所述主热交换器连接至所述制冷剂控制单元，利用来自所述制冷剂控制单元的所述制冷剂冷却所述流体，并且冷冻所述罐中的至少一部分所述流体；以及第 二热交换器，其连接至所述负载热交换器，促进冷却的所述流体与所述制冷剂之间的热学接触，从而减少所述制冷剂的焓，并且将加温的所述流体返回至所述罐。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉马钱德兰纳拉亚纳穆尔蒂，罗伯特S希克斯，
申请(专利权)人：冰能有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]