[发明专利]一种基于相变微胶囊液浆储冷装置的冷却系统及运行方法

说明书

本发明公开了一种基于相变微胶囊液浆储冷装置的冷却系统及运行方法，该系统主要由主制冷机、储浆罐、用户终端、两台液浆泵和若干阀门组成。在此冷却系统中，相变微胶囊液浆既被作为存储介质储存冷能，又被作为输运介质传输冷能。相变微胶囊液浆的使用在大幅增加了能量储存密度的同时，显著提高了能量传输效率，能够使得整个系统更为紧凑和小型化。该系统具备五种不同储冷供冷运行模式，基于监测点的反馈下，通过泵与阀门的启停或开闭实现相互灵活切换。该系统在较好适应冷负荷波动的同时，实现对电力负载削峰填谷，达到提高系统运行效率的目的。

技术领域

本发明属于节能减排设计领域，涉及一种集成了蓄冷装置的制冷技术，该技术是一种将相变微胶囊液浆作为冷能存储介质和传输介质并构成具有多运行模式的冷却系统，具体涉及一种基于相变微胶囊液浆储冷装置的冷却系统及运行方法。

背景技术

近年来，住宅和办公楼因使用空调所产生的能源消耗不断增加，从节能和减少二氧化碳排放两个角度来看，急需更先进的技术解决此现状。与此同时，空调负载也很大程度上影响着电力负荷，峰值负载可能导致电量需求过大甚至电力中断，严重影响电网运行安全和成本。因此有必要在空调系统中集成储冷装置，对电力负荷实现削峰填谷。此外，冷能存储亦可很大程度上提升空调系统的性能。事实上通常在夜间通过制冷机向存储介质输送冷能，而夜晚环境温度较低，因而制冷机可以较低的冷凝温度运行，进而能够增加系统COP。现已有使用水或冰等作为冷能存储介质的储冷空调系统获得应用。

使用冷冻水进行冷能储存时，制冷机可以在高蒸发温度下运行，因而具有高的性能系数(COP)。但由于冷冻水使用的是水温变化对应的显热储冷，其储能密度与使用相变潜热储冷的冰相比非常小，因而需要系统配备大容量的储罐和大功率的水泵，因而制约了水蓄冷的广泛应用。虽然专利97116453.3公开了一种大温差水蓄冷节电调荷系统，提出大温差水蓄冷的方法，但对储冷密度的提升仍然十分有限，而且对各个换热装置的设计和制造提出了更高的要求。

而若使用纯固态冰或冰浆作为储冷介质，蒸发温度至少为-5℃以克服水凝固成冰的过冷度，而如此低的蒸发温度会导致制冷设备COP很低，因而系统功耗很高。对于纯固态冰，如专利201410851756.7公开了一种使用不同相变材料的冰蓄冷空调系统，由于其无法在空调系统内输送，在储冷或放冷过程中必须依靠二次载冷剂携带冷能才能加以利用，因而会致使系统更为复杂且存在大量的冷能传递损失；而对于冰浆，由于密度差异，冰颗粒将倾向于在水中漂浮，并且倾向于聚集成更大的颗粒，因而可能会在供给泵输送冰浆时堵塞通道，而且制造冰浆的系统构成十分复杂，如专利201410568499.6所示的系统。

在空调使用的温度范围(约)内，如果能找到一种介质具有较高单位冷能存储能力，且类似于水能适用于泵输运，则可显著提升集成了储冷装置的空调系统的节能效果、紧凑性以及调峰能力。专利201210236712.4公开了一种以四丁基溴化铵水合物浆作为蓄冷材料的蓄冷式空调系统。该系统运行时需要对温度进行精确控制以生成蓄热密度高的水合物生成和抑制蓄热密度低的水合物的生成，而且需要搅拌器、帕尔帖元件和静态混合器等过冷解除装置。专利201310178031.1公开了一种以二氧化碳水合物浆作为蓄冷介质的蓄冷释冷式中央空调装置。该装置需要配备压缩机、膨胀机和水合反应釜等众多设备以构成制冷循环在蓄冷过程中制备二氧化碳水合物浆，且在蓄冷过程中要不断地给压缩机输入功耗，最终会影响系统运行的总体效率。以上两种以水合物浆为蓄冷介质的系统，皆是利用吸热水合反应来存储冷能，话句话说，在系统运行的过程中，既要控制传热过程也要控制水合反应的进行，系统稳定性和简易度面临着较大的挑战。寻找一种无须发生反应、储冷密度高且为流态的蓄冷介质来代替水合物浆十分有必要。