阅读说明：本技术 一种紧凑直接蒸发式可蓄冷蓄热的系统 (Compact direct evaporation type cold and heat storage system ) 是由 陈明彪 宋文吉 冯自平 于 2021-06-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种紧凑直接蒸发式可蓄冷蓄热的系统,包括热泵装置、换热装置以及往复运动装置；所述热泵装置和换热装置相连接,用于为换热装置提供热量；整个所述换热装置置于蓄能介质中,换热装置内部装有工质；蓄冷时,所述往复运动装置用于将换热装置表面的固体层刮落；蓄热时,所述往复运动装置用于扰动蓄能介质。把换热装置直接置于蓄能槽中,工质经过壁面与蓄能槽中的蓄能介质进行间接换热。这样避免了因增加中间级循环导致的高能耗问题,同时也避免了换热器的热损问题。通过刮削的方法不断将换热器壁面的固体层刮落,从而达到连续制冰的目的。(The invention discloses a compact direct evaporation type cold and heat storage system, which comprises a heat pump device, a heat exchange device and a reciprocating motion device, wherein the heat pump device is arranged on the heat exchange device; the heat pump device is connected with the heat exchange device and is used for providing heat for the heat exchange device; the whole heat exchange device is arranged in an energy storage medium, and working media are filled in the heat exchange device; when cold accumulation is carried out, the reciprocating motion device is used for scraping off a solid layer on the surface of the heat exchange device; during heat storage, the reciprocating device is used for disturbing the energy storage medium. The heat exchange device is directly arranged in the energy storage tank, and the working medium indirectly exchanges heat with the energy storage medium in the energy storage tank through the wall surface. Thus, the problem of high energy consumption caused by the addition of intermediate stage circulation is avoided, and the problem of heat loss of the heat exchanger is also avoided. The solid layer on the wall surface of the heat exchanger is continuously scraped by a scraping method, so that the aim of continuously making ice is fulfilled.)

一种紧凑直接蒸发式可蓄冷蓄热的系统

技术领域

本发明涉及蓄能

技术领域

，具体涉及一种紧凑直接蒸发式可蓄冷蓄热的系统。

背景技术

目前，蓄能在各个行业有广阔的应用前景。但是很多的蓄能装置只是针对蓄冷或者蓄热。而我国大部分地区，都是需要夏季蓄冷冬季蓄热。因此发明一种即可以蓄冷也可以蓄热的两用蓄冷方法。

目前蓄冷时的普遍采用冰蓄冷和水蓄冷。冰蓄冷的制冰的方法主要分为静态制冰和动态制冰两种。静态制冰方法由于固态冰热阻较大，使得制冰能耗较高。在动态制冰方法中，刮削法存在机械磨损，过冷水法容易导致堵塞，而其他方法诸如流化床法、直接接触法等，目前大多在研究阶段，商业化程度较低。刮削法虽然存在机械磨损，但是由于其结构简单、性能稳定，不会出现冰堵现象，因此目前商业应用较广。

然而，无论是静态制冰还是动态制冰方法，通常采用乙二醇等载冷剂作为中间级循环冷却，与直接蒸发冷却方法相比，载冷剂冷却方法其能耗相对较高。并且由于多增加了一个中间循环，所以系统结构也相对复杂。

此外，传统的制冰方法，换热器大多放置在空气中，通过泵驱动的方式使不同液体流经换热器。该传统方法不但增加了泵功的消耗，也增加管路布置的工程量。而且，换热器放置于空气中，必然存在冷量损失，使得系统性能降低。

而对于液体蓄热而言，由于蓄热介质各个区域的温度分布不均匀，导致换热性能差、蓄热效率低的系统性问题。

发明内容

为了解决上述背景技术所存在的至少一技术问题，本发明的目的旨在提供一种紧凑直接蒸发式可蓄冷蓄热的系统。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种紧凑直接蒸发式可蓄冷蓄热的系统，包括热泵装置、换热装置以及往复运动装置；

所述热泵装置和换热装置相连接，用于为换热装置提供热量；

整个所述换热装置置于蓄能介质中，换热装置内部装有工质；

蓄冷时，所述往复运动装置用于将换热装置表面的固体层刮落；

蓄热时，所述往复运动装置用于扰动蓄能介质。

进一步地，在蓄冷时，所工质从换热装置的一工质端口进入，液态工质吸收蓄能介质中的热量后发生相变变为气态，气态工质通过从换热装置的另一工质端口返回至热泵装置；在蓄热时，工质从换热装置的一工质端口流入，从另一工质端口流出，以使得工质在换热装置中与蓄能介质交换热量。

进一步地，所述换热装置由一根或多根换热管组成；当换热装置是由多根换热管组成时，所有的换热管相互连通。

进一步地，所述热泵装置包括四通阀、换热器、节流阀以及压缩机；

所述四通阀的四个端口中，两个是和压缩机的进、出端口相连接，一个是和换热装置的一工质端口相连接，一个是和换热器的一工质端口相连接；

所述换热器的另一工质端口通过所述节流阀和换热装置的另一工质端口相连接。

进一步地，所述换热装置被放置在蓄能槽的底部，被被蓄能介质所淹没。

进一步地，所述往复运动装置包括刮削片以及驱动刮削片往复运动的驱动机构；所述驱动机构包括导轨、连杆以及电机，所述刮削片安装在导轨上，由电机通过连杆来驱动刮削片在导轨上往复移动。

进一步地，蓄冷时，当蓄能介质达到相变温度时，液态蓄能介质会在换热装置表面固化，固体层被往复运动装置剥离，实现相变蓄能。

进一步地，所述刮削片是板式结构，为塑料或金属材料。

进一步地，所述蓄能介质为溶液

本发明的有益效果在于：

为了减少蓄能过程中的能量消耗，简化结构设计，本发明设计了新的蓄能系统，即把换热装置直接置于蓄能槽中，工质经过壁面与蓄能槽中的蓄能介质进行间接换热。这样避免了因增加中间级循环导致的高能耗问题，同时也避免了换热装置的热损问题。通过刮削的方法不断将换热器壁面的固体层刮落，从而达到连续制冰的目的。此外，在冰蓄冷领域，蓄冷时水侧管道直径较大，管路布置复杂而且占据较大空间。本发明由于把换热器直接置于蓄能槽中，省去水侧管路的布置，因此减轻了蓄能的工程量，节省了蓄能的初始投资成本。同时，通过强化扰动的方法进行强化换热，增强蓄热介质的温度均匀性，对于提升系统的蓄热效率有很大的帮助。

附图说明

图1为本发明实施例提供的紧凑直接蒸发式可蓄冷蓄热的系统组成示意图；

图2为多根换热管所组成的换热装置；

图中：100、热泵装置；200是换热装置；101、四通阀，102、换热器，103、节流阀，104压缩机；201、换热管；301、电机；302、导轨；303、刮削片。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

参阅图1所示，本实施例提供的紧凑直接蒸发式可蓄冷蓄热的系统主要包括热泵装置100(虚线框)、换热装置200(虚线框)以及往复运动装置。

其中，该热泵装置100和换热装置200相连接，用于为换热装置200提供低温或高温热量；整个换热装置200置于蓄能槽中，以被蓄能介质所淹没，换热装置200内部装有工质；本系统蓄冷时，该往复运动装置用于将换热装置200表面的固体层刮落；蓄热时，该往复运动装置用于扰动蓄能介质。

在本系统中，由于整个换热装置置于蓄能介质中的工质经过壁面与蓄能槽中的蓄能介质进行间接换热。这样避免了因增加中间级循环导致的高能耗问题，同时也避免了换热装置的热损问题。通过刮削的方法不断将换热器壁面的固体层刮落，从而达到连续制冰的目的。此外，在冰蓄冷领域，蓄冷时水侧管道直径较大，管路布置复杂而且占据较大空间。本系统由于把换热器直接置于蓄能槽中，省去水侧管路的布置，因此减轻了蓄能的工程量，节省了蓄能的初始投资成本。

具体地，上述的所述热泵装置100包括四通阀101、换热器102、节流阀103以及压缩机104；该四通阀101的四个端口中，两个是和压缩机104的进、出端口相连接，一个是和换热装置200的顶部工质端口相连接，一个是和换热器102的一工质端口相连接；该换热器102的另一工质端口通过节流阀103和换热装置200的底部工质端口相连接。

在蓄冷时，工质从换热装置200的底部的工质端口进入，液态工质吸收蓄能介质中的热量后发生相变变为气态，气态工质通过从换热装置200的顶部工质端口返回至热泵装置；在蓄热时，通过四通阀101进行切换工质从换热装置的顶部工质端口流入，从底部工质端口流出，以使得工质在换热装置中与蓄能介质交换热量。

上述的往复运动装置包括刮削片303以及驱动刮削片301往复运动的驱动机构；该驱动机构包括导轨302、连杆以及电机301，该刮削片303安装在导轨302上，由电机301通过连杆来驱动刮削片303在导轨上往复移动。具体地，该刮削片303是板式结构，换热装置穿过刮削片，刮削片303可以为一层或多层，可以是塑料或金属材料

上述的换热装置是管式结构，由一根或多根换热管组成，相邻的管之间有一定的间隙，当换热装置是多根管组成时，换热管底部和顶部分别通过一根或多根管使换热管相互连通。换热管横截面形状可为圆形，也可以是其他形状；换热管的上部被固定装置所固定，以刮削片303的刮削。

在蓄冷时，当水槽温度达到相变点时，往复运动装置开始运转，刮片将沿着换热管的轴向方向上下运动，将换热管表面固体层刮落。蓄热时，往复运动装置间歇性启动，通过往返扰动水流，强化换热。

具体地，该蓄能介质，包括水、污水或其他水溶液，该换热装置200可以是直立的，也可以是倾斜的或平躺的。

在其他的一些实施中，该换热装置也可以是一个或多个套筒结构。套筒内部有流动工质。套筒底部和顶部分别连接热泵装置(制冷系统)。当换热装置是多个套筒组成时，换热套管底部和顶部分别通过一根或多根管使换热管相互连通。套筒换热器整个浸没在蓄能介质中。所述的套筒内侧安装有往复运动装置。往复运动装置紧贴套筒内壁面，套筒内侧的往复运动装置，可以是采用行星轮式的刮削方法。行星轮由电机驱动。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。