[发明专利]用于强化结冰/融冰相变传热的金属切削丝扩展表面技术

说明书

技术领域

本发明涉及强化结冰/融冰相变传热的金属切削丝扩展表面技术，属节能技术领域。

背景技术

冰蓄冷是在电网用电低谷时，充分利用低谷低电价的特殊政策，通过蓄能装置或系统，将能量(冷量)以结冰的形式储存起来，在电网高峰期高电价时，再将冷量释放给用户，以达到电网用电负荷的均衡，降低用户的运行费用，而且用户可避免用电高峰期时对用电的限制，同时可大大提高国家能源宏观利用率。

冰蓄冷的蓄冷方式，目前有两类。一种是静态制冰，常规的有盘管式、直管式制冰、冰球蓄冷等，而且国内外广泛应用的就是这两种；另一类是动态制冰，如冰盘制冰和冰晶或冰浆制冰等。

盘管式和直管式蓄冰过程，是由来自制冷系统的冷冻液(-7℃左右)流经管内，与管外的水或冰进行热交换并释放冷量，使管外的水逐渐形成冰柱，经过低谷用电的7个小时完成蓄冰过程。融冰释冷时，管内流动的冷媒液温度为10℃左右，与管外的冰柱进行热交换获取冷量，同时冷冻液的温度逐渐降低并传输给空调用户，这一热交换过程使管外的冰层逐渐融化。冰球制冰和融冰的方式是，低谷用电蓄冷时，低温冷冻液流经充满水的密封塑料球，使球内的水逐渐结冰，电力高峰时，高温冷冻液流过冰球进行取冷。这三种结冰方式有一个共同的缺陷，随着冰层的增厚，结冰过程越来越慢，从传热学角度来讲，在冰-水的相变过程中，由于冰的导热系数本身就很小，冰层增厚，导致冰层热阻随之增大，造成整个蓄冰传热过程减弱，结冰速率减慢。有人对冰球制冰方式提出了一种内置金属芯的结构设计，以强化结冰的传热过程，加装金属芯后可有效地提高结冰量。通过加装扩展表面(翅片或肋片)，可有效地提高装置的传热量即强化结冰过程，但由于静态结冰装置的最大特点是，结构简单、投资小，而通过机械加装扩展表面，一定会成倍地增加初投资成本，同时使蓄冰装置结构复杂，也正因为这个技术经济对比反差明显的原因，极少有人对盘管式或直管式蓄冰装置进行传热强化的研究，但有人提出将金属管改为非金属的聚乙烯(PE)管，因为聚乙烯(PE)管可进一步降低成本，同时其结冰量与金属管相比没有太大的显著差异。

发明内容

本发明的目的是，提供一种经济实用的静态强化蓄冰传热，增加结冰量的技术，通过低成本的投入，达到强化蓄冰传热、增加结冰量的效果。

本发明是通过下述技术方案实现的，利用机床加工工件切削所废弃的金属丝(如铜丝、铝丝或不锈钢丝等)，以某种简单的方式将这些金属丝与蓄冷装置的外管壁(或冰球内壁)稳定的固定。结冰过程中，管内流动的冷冻液通过对流和管壁导热，将冷量传输到管外，由于外管壁与0℃水的温差在5度左右，管外壁逐渐形成冰层，如果管外没有金属丝，冷量则必须通过冰层导热方式传输，由于冰的导热系数仅为2.24w/m·k左右，随着冰层的增厚，结冰速率越来越小；而当管外装有金属丝作为扩展表面时，由于金属丝的导热系数可达20-100w/m·k，是冰的10到50倍，根据传热学理论，显然通过金属切削丝的导热可以强化蓄冰或融冰传热过程，提高蓄冰率或融冰率。

本发明利用机床加工工件切削所废弃的金属丝，通过包裹在蓄冰换热器盘管外壁上的金属丝网，将金属切削丝稳定的固定于蓄冰换热器盘管外壁，以缠绕在其上的金属切削丝作为传热的扩展面，实现强化结冰/融冰。

如附图所示，本发明在蓄冷装置或制冰装置换热器结冰盘管或直管(1)的管外，直接包裹并固定金属丝内层丝网(3)，内层丝网与蓄冰盘管或直管(1)紧密固定，再将金属切削丝(2)均匀的固定敷设在内层丝网(3)上，并保证挂住靠近管壁的第一层金属切削丝，同时还要保证敷设安装时所敷设的所有金属切削丝不坠落，金属切削丝(2)的材料可以是铜、铝和不锈钢等金属材料，并且金属切削丝(2)是机床加工切削所形成的金属丝。金属切削丝敷设的多少与应用条件有关，一般金属切削丝的敷设厚度为2mm-4mm。再在金属切削丝最外层，敷设一层金属丝外层丝网(4)，用来固定金属切削丝，内、外层丝网均由铜、铝或不锈钢丝编织而成。

本发明与现有技术相比较的有益效果是，采用在在蓄冷装置或制冰装置换热器蓄冰盘管或直管外敷设金属内层丝网和金属切削丝的方法，可以大大提高传热效果，通过金属切削丝的导热可以强化蓄冰或融冰传热过程，提高蓄冰率或融冰率，达到节约能源的效果；本发明方法中利用金属切削加工中产生的金属切削丝作为传热介质，充分利用了资源。

附图说明

附图1为金属切削丝扩展表面技术强化蓄冰/结冰传热的结构竖管布置图

附图2为金属切削丝扩展表面技术强化蓄冰/结冰传热的结构横管布置图