一种蓄冰蒸发器用壳程内循环装置
技术领域
本实用新型涉及建筑供冷、供热技术设备领域，具体涉及一种蓄冰蒸发器用壳程内循环装置。
背景技术
1、夏季冰蓄冷
蓄冷空调是利用夜间谷价电制冷蓄冷，白天将所储存冷量释放出来，降低峰价电时段空调用电负荷和用电量，减少电费，减少空调机组的装机容量，它代表着当今世界中央空调的发展方向。
现有蓄冷方式分为水蓄冷和冰蓄冷两种，由于水的比热约为4.2KJ/kgK，冰水相变潜热约为335KJ/kg，若水蓄冷的蓄冷温差(与空调供回水温差相同)为8℃，其单位蓄冷量约33.6KJ/kg，仅为冰蓄冷方式的10％左右，在蓄冷量相同的前提下，水蓄冷水池容积约为冰蓄冷水池容积的7-8倍左右。尽管水蓄冷的制冷能效比(EER≈5.0)较高，但鉴于建筑面积和工程造价等因素的限制，工程上常采用冰蓄冷方式蓄冷，以提高蓄冷量，降低运行成本。
选用冰蓄冷时，提高机组制冷能效比，是目前需要解决的技术问题。
常规冰蓄冷主要采用含乙二醇的防冻液体作为载冷剂，从热泵机组蒸发器中得到低于0℃的循环流体，通入蓄冰盘管，对蓄冰槽内的水进行制冷结冰，并蓄存于盘管上。在白天峰价电时段，将蓄存的冰融化，对外供冷。
现有技术1：专利申请号为CN201621088947.3，公开了一种双蒸发器冷水机组，包括冷凝器、压缩机、油箱、第一蒸发器、第二蒸发器、引射器组件等组成。在该双蒸发器冷水机组中，第一蒸发器、第二蒸发器分别为作为制冷蒸发器和制冰蓄冷蒸发器，其中：第一蒸发器的进出管道内的冷冻介质为水，第二蒸发器的进出管道为含乙二醇的防冻液体。
上述公开的技术代表了制冷和制冰蓄冷双工况热泵机组的典型技术，依赖含乙二醇的抗冻液体，从热泵机组的第二蒸发器中制备出-5.6℃以下的低温液体，通入蓄冰盘管与管外水进行换热，实现制冰蓄冷。在蓄冷制冰时，含乙二醇的抗冻液体回到第二蒸发器的温度约为-2.8℃，按照第二蒸发器传热温差5℃计算，此时，第二蒸发器内制冷剂的蒸发温度约为-9.3℃，若此时热泵机组的冷凝温度为38℃，按照机组效率73％计算，其制冷能效比EER＝3.2左右，比相同工况水蓄冷的机组制冷能效比EER低约37％左右。由于采用含乙二醇的载冷液，在制冰时需要设置载冷液的循环泵，另外增加泵送功耗约占机组功耗的7％；若蓄冰盘管放置在不承压的水槽或水池内，在释冷时需要通过板换换热给供冷管道，再增加二次泵送功耗约占机组功耗的7％，因此，现有技术1的冰蓄冷方式制冰、蓄冷和释冷的综合能效比EERb较低(EERb＝2.6-2.8左右),仅为水蓄冷的机组制冷能效比的52-58％左右。
2、制冷剂直接制冰蓄冷
现有技术2：授权公告号为：CN2606284Y的专利公开了一种直接蒸发式蓄冷空调装置，属于蓄冷空调技术领域。它是由压缩机、风冷换热器、高压贮液器、节流机构、气液分离器、外融冰蓄冰槽、盘管换热器构成的室外机组和由空调末端、水泵构成的空调水回路组成。根据压缩机与水泵的不同状态，具有冷机蓄冰、冰槽融冰供冷、冷机与冰槽边蓄边供供冷、冷机供冷四种运行模式。该装置有效克服了现有风冷式冷水机组在低空调负荷时出现频繁启/停、空调系统的快速响应性差以及结构复杂等缺陷，在其取冷过程中，不需要开启压缩机，直接从蓄冰槽中取冷，省去了二次换热环节，减少了调节阀件，降低了装置成本和运行费用，其可靠性得到了提高；对推进蓄冷空调设备小型化及电力系统大规模“移峰填谷”有重要的意义。
上述公开的技术方案的外融冰蓄冰槽在夏天作为冷水机组的蒸发器，利用制冷剂直接蒸发制冷和制冰蓄冰是对制冰蓄冷热泵机组的重大改进，但是由于只采用空气源作为冷热源，其外融冰蓄冰槽在冬季只能作冷凝器供热用，只能适用于小型家庭制冷空调，不适用于大中型建筑能源站使用。
现有技术3：授权公告号为：CN104930740B的专利公开了一种双蒸发器制冷制冰系统，包括制冷压缩机、油分离器、冷凝器、第二蒸发器、制冰蒸发器、低压循环桶、回油引射泵以及制冷剂供液泵组成；
现有技术3中采用板式换热器，非容积式结构，只能制冰不能蓄冷；由于板式制冰蒸发器不能连续工作，需要采用高温气体融化脱冰。其冷量损耗大，制冷量较低。
3、冬季低温取热
在现有技术中：热泵机组蒸发器为了提高传热系数，减少换热面积，通常选择满液式蒸发器。所述满液式蒸发器是指换热管外(壳程)介质是制冷剂液体，管内(管程)介质为水的蒸发器。对于水源热泵机组的冬季供热，由于受水冰点温度的限制，防止蒸发器被冻结而损坏，蒸发器中制冷剂的蒸发温度最低设定在2℃左右，小于该设定温度，机组将自动停机。由于蒸发器的传热温差一般取5℃，因而蒸发器的出水温度一般控制在4℃以上，进水温度(水源温度)一般在8-9℃以上，小于上述温度，热泵机组将不能有效供热。常规解决方法是增加辅助热源直接供热，如电、天然气、煤等辅助热源，由于辅助热源的供热能效比小于1，因而造成冬季供热能效比极低，经济性差。
由于地表水的温度随气候温度变化而变化。以长江在2017年和2018年武汉段的冬季水温为例：江水温度低于8℃的时段约1个月，江水最低温度为4.3℃。
为了满足低温水源热泵冬季供热需要，现有技术4，专利公告号CN106091077A，公开了一种冰源热泵供能系统，包括冰水混合物制备装置及冷凝器；冰水混合物制备装置与所述冷凝器通过热量输送装置连接，使所述冰水混合物制备装置得到的相变潜热热量传输给冷凝器，该专利中的冰源热泵，可以利用江河湖海等地表水、地下水、城市中水、污水以及建筑内蓄存水的相变潜热作为热泵的低温热源为用户提供生活热水、采暖用热源以及供冷用冷源。解决冬天地表水温度过低易造成常规热泵机组蒸发器结冰而无法使用的问题。不但可以大大减少冬季热泵供热所需的低温热源水量，保护了环境，而且实现了冬季利用室外近冰点低温水源进行生活热水供应以及冬季采暖，节约了能源。
现有技术4提出了一个很好的概念，即采用冰水混合物制备装置，可解决冬季低温取热问题，其热泵机组的工作原理和形式与现有技术1相似，也采用蒸发器通过类似乙二醇防冻液介质对冰水混合物制备装置提供冷源，实现低温取热，但是该专利没有考虑含乙二醇溶液防冻剂对机组能效比降低的问题，也没有说明冰水混合物制备装置连续脱冰的方式，难以实现低温水源的连续供热功能。
4、制冰蓄冷和低温取热特点
制冰蓄冷工况和低温取热工况，两者共同点均是蒸发换热，均需要在0℃及以下的低温工况下工作，只要装置的结构合理，可以作为一个合用装置使用；但两者区别在于：
1)工作时换热管内的温度不同，在制冰蓄冷时随着冰厚逐渐增加，管外热阻逐渐增加，其传热温差逐渐增加，管内温度逐渐降低；在低温取热时由于水源温度相对稳定，管内温度也相对稳定；可通过机组的减压膨胀阀自动调节装置的蒸发温度，实现制冰蓄冷或低温取热。
2)管外流态不同，在制冰蓄冷时管外水可以是静止的，在低温取热时管外水需要一定的水流速度，保持相应的传热系数。
但是，现有技术中尚未提出增加壳程水的流量和流速，提升换热管的传热系数的设备。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种能够有效增加壳程水的流量和流速，进而提高换热管的传热系数的蓄冰蒸发器用壳程内循环装置，已解决背景技术中所提及的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种蓄冰蒸发器用壳程内循环装置，包括电机、电机座、联轴器、轴承装置、传动轴、轴流桨叶、支撑套管、中心支撑管和整流罩，所述电机安装在电机座上，所述电机的输出轴通过联轴器与传动轴一侧进行连接，所述传动轴另一侧与轴流桨叶进行连接，所述支撑套管下端部安装在整流罩内，所述支撑套管上端部与中心支撑管的上端部进行法兰连接，所述整流罩位于轴流桨叶的流向后方。
进一步的，所述轴承装置包括上轴承、下轴承、轴承套和轴承座，所述上轴承安装在轴承座和轴承套之间，所述下轴承安装在支撑套管端部的内壁中。
进一步的，所述传动轴穿出中心支撑管的端部的轴承座部位安装有机械密封装置，所述轴承座与中心支撑管端部之间还安装有密封圈。
进一步的，所述机械密封装置选用一种旋转机械的轴封装置。
进一步的，所述整流罩内还安装有下轴承支撑管，所述下轴承支撑管与中心支撑管内壁配合连接，所述下轴承支撑管与中心支撑管之间还安装有周向设置的轴向整流叶板。
进一步的，所述中心支撑管上开设有通孔，所述通孔开设在轴流桨叶的两侧，且通孔与壳程相贯通。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型通过电机带动轴流桨叶的转动，从而推动壳程水内循环流动，从而增加了壳程水的流量和流速，进而大幅度提高了换热管的传热系数。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为包含本实用新型的蓄冰蒸发器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示为本实用新型的结构示意图，一种蓄冰蒸发器用壳程内循环装置，包括电机41、电机座411、联轴器42、轴承装置、传动轴47、轴流桨叶410、支撑套管48、中心支撑管6和整流罩49，电机41安装在电机座411上，电机41的输出轴通过联轴器42与传动轴47一侧进行连接，传动轴47另一侧与轴流桨叶410进行连接，支撑套管48安装在传动轴47的外表面，支撑套管48下端部安装在整流罩49内，整流罩49安装在中心支撑管6的流道内，整流罩49位于轴流桨叶410的前端部，整流罩49设有外管和内管，在外管与内管之间设有周向设置的轴向整流叶板。
支撑套管48上端部与中心支撑管6的上端部进行法兰连接。本实用新型通过电机41带动轴流桨叶410的转动，从而推动壳程水内循环流动，从而增加了壳程水的流量和流速，进而大幅度提高了换热管的传热系数。
轴承装置包括上轴承44、下轴承413、轴承套43和轴承座45，上轴承44安装在轴承座45和轴承套43之间，下轴承413安装在支撑套管48端部的内壁中。
传动轴47穿出中心支撑管6的端部的轴承座45部位安装有机械密封装置46，轴承座45与中心支撑管6端部之间还安装有密封圈412，机械密封装置46一种旋转机械的轴封装置，是本领域技术人员公知的密封装置，这边不做详细概述。本实用新型通过安装密封圈412和机械密封装置46，提高密封性能。
整流罩49内还安装有下轴承支撑管，下轴承支撑管与中心支撑管6内壁配合连接，下轴承支撑管与中心支撑管6之间还安装有周向设置的轴向整流叶板。中心支撑管6上开设有通孔414，通孔414开设在轴流桨叶410的两侧，通孔414与壳程相贯通。
本实用新型中的壳程内循环装置是专门用于制造蓄冰蒸发器使用的，包括壳体12、壳程进水管10、壳程出水管13、换热管11、支撑板5、壳程内循环装置4、管程出水管2、管程进水管9、管程出口管箱8、管程进口管箱1、中心支撑管6、上管板3和下管板7，换热管11安装在壳体12内端部，壳程内循环装置4安装在中心支撑管6内，中心支撑管6的外端部安装有支撑板5，换热管11管束为螺旋缠绕管束，且通过支撑板5进行固定，中心支撑管6的上下两端部分别设有上管板3和下管板7，上管板3、下管板7分别与换热管11、中心支撑管6、壳体12进行焊接，壳体12上下两端部分别安装有壳程进水管10和壳程出水管13，上管板3外侧设置有管程进口管箱1和管程进水管9，下管板7外侧设置有管程出口管箱8和管程出水管2。换热管11的管内介质为制冷剂，换热管11的管外介质为水，在螺旋换热管11管内制冷剂低于0℃时，可与换热管11管外水蒸发换热，实现结冰蓄冷或低温取热。
支撑板5包括内层管支撑板51和外层管支撑板52，支撑板5为S型结构，内层管支撑板51和外层管支撑板52均为“[”结构，内层管支撑板51与外层管支撑板52的一端焊接，形成S型结构的支撑板5，内层管支撑板51和外层管支撑板52的侧边均匀开设有凹槽53，凹槽53用于放置换热管11。通过支撑板5结构的设置，实现了相邻的螺旋换热管之间存有蓄冰空间，以满足谷价电时段蓄冰容量的需求。
本实用新型生产制备得到的蓄冰蒸发器是将夏季制冰蓄冷装置兼作为冬季低温取热装置使用，解决冬季低温取热问题，避免了辅助热源的使用，减少了设备投入，大幅度降低了能源消耗和环境污染，降低运行成本，提高经济性。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。
