专利名称：复式套管的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种复式套管，属于一种设置于储冰系统中用以储存储冰介质的容器。
由于工商发达，在世界各地的空调使用量不断增加，而电厂设立又受到环保及各项问题的困扰无法即刻完成，故电力供应相当吃紧，尤其在每年夏季炎热季节，人们大量采用空调，因而常需采取限电措施，影响产业及民生，诸多电力问题均有待解决。
在一些国家及地区，近年来已采取许多措施，期望改善电力供应，如汽电共生、储冰空调，吸收式冰水机等方案，其中尤以储冰式空调最具经济效益，不但可以解决尖峰用电时间电力不足的问题，同时可提高离峰电力的有效利用。
现有的储冰式空调设备的储冰种类虽有全冻结式、冰盘管式、制冰滑落式、低温共融式、容器式(冰球、冰泡)等，种类虽然繁多，但各有其使用上的因素限制，近年来由于容器式储冰介质的储冰系统使用简便，价格合理，经济效益高，逐渐被普遍采用，但现有的容器式储冰介质计有以下的缺点1.容器膨胀收缩问题现有容器式储冰介质所遭遇到的最大问题在于为克服水结冰、溶冰时，因相变化所导致体积膨胀、收缩，因而在构造上必须有伸缩折箱、伸缩囊或凹凸构造以承受容器内压力变化，故必须采用聚乙烯(以下简称PE)等塑料材质，不但制造上复杂厚薄不均、容易变形，且热传导不佳，无论结冰、溶冰速率缓慢，造成能源浪费，无法迅速提供冷气，且长期做膨胀、收缩动作，其伸缩部位久而久之即会产生弹性疲劳或材质龟裂而损毁，大大减少其使用寿命。
2.结冰、溶冰效率、速率问题；现有容器式储冰介质除上述膨胀收缩问题影响使用寿命外，结冰、溶冰效率及速率亦是另一有待改善的问题；由冷冻原理得知，结冰、溶冰的效率及速率关键在于介质的外壳材质及结冰厚度；现有的容器式储冰介质如冰球式其外壳材质为PE等塑料材质，其热传导率较差，并且在结冰过程中以低温卤水为冷媒介环绕于冰球容器外，将冰球内水溶液由外往中心方向冷冻结冰，在结冰过程中，冰逐渐加厚，热阻加大，效率愈差，同一厚度的结冰量所需时间愈久，压缩机用电量愈大；某些储冰介质虽然插入金属蕊心，但改善效果有限，溶冰过程中，以较高温卤水(约10～12℃)与冰球内0℃冰由外往内单向溶冰，溶冰速率缓慢，常无法提供冷气负荷需求急速变化。
3.储存空间问题储冰系统必须增加储冰槽的储存空间是不可避免的事实，同时储存容积大的储存热损失也愈大，造成能源浪费；在都市中土地空间取得困难，如何让储存占用空间减小，亦是当前需克服的重要问题；在同一储冰容量所需占用空间大小，可由冰在储槽空间所占容积比率(Ice Packing Factor以下简称为IPF)来表示，现有的容器式介质其IPF约为50～60％，也有待改善。
4.比重问题冰球等容器式储冰介质使用上是安装于储冰槽中，冰球以外充满卤水溶液，在结冰时冰球体积膨胀、比重降低，其比重约在0.9～0.92间，低于周围卤水溶液比重1.04～1.048，故结冰后呈漂浮现象，在储冰槽中，上层冰球浮出液面，失去热交换功能，下层冰球浮离槽底，造成卤水流体旁通，损失不少热交换效果，又成为目前使用上的一大缺点。
本实用新型的目的在于提供一种复式套管，可克服水溶液结冰、溶冰时体积膨胀收缩的问题，并可增大储冰槽的容积比率IPF，防止储冰容器结冰后的漂浮现象，以使管体内部所充填的水溶液能够在更短的时间内结冰、溶冰，而可达更佳的运用效率，以进而达到节约能源的目的。
本实用新型的目的是以如下方式达到的一种复式套管，其为一种运用于储冰系统中的储冰介质容器，包括两端以端板封闭的金属管体，并于管体的两端面间设有相贯穿的金属内管；在管体与内管间充填作为储冰介质的水溶液，其中注入适量的水溶液，并将适当的空间预留为水溶液结冰时体积膨胀之用。
本实用新型的目的还可以如下方式来达到所述的复式套管，其中管体的端板上可设置一逆止阀，该逆止阀中组装有活塞及弹簧，并于逆止阀外侧配合一密封垫圈来套设一护罩。
本实用新型所提供的复式套管，其中设置于管体两端面间相贯穿的内管可依需要设置为一根或一根以上。
本实用新型的优点在于，管体不会有膨胀收缩的体积变化，因而不会对储冰槽的设计造成困扰，亦可解决现有容器，因长期使用而弹性疲劳所造成的损坏问题；再者，本实用新型所提供的复式套管以优异的结构设计，可令管体中的水溶液以极薄的结冰厚度来提供运用，因而得以令结冰、溶冰的效率及速率更大幅提升，令整体在运用时达到更佳的效率，而可达节约能源的功效；又本实用新型将储冰槽中的IPF提升至约87％，而可将储冰槽的运用效率大幅提升，而可以较小的储冰槽空间提供更高的效率；同时本实用新型以金属为材质，可以克服现有容器漂浮及导热不良的问题，而可令整体的效率更为提高，因而可令整体储冰系统达到更高的效率。
以下结合附图进一步说明本实用新型的结构特征及目的。
附图简要说明
图1为本实用新型的复式套管外观示意图。
图2、3为本实用新型的复式套管结冰时的剖面示意图。
图4为本实用新型的复式套管溶冰时的剖面示意图。
图5为本实用新型的复式套管于储冰槽中排列状况示意图。
图6为本实用新型的逆止阀剖面结构示意图。
图7为本实用新型另一实施例外观示意图。
图8为本实用新型储冰系统应用实施例配置示意图。
图9为本实用新型的复式套管与具金属蕊心的冰球及简单型冰球或冰泡分别置于－5℃及＋7℃的卤水恒温槽中作结冰、溶冰的温度及时间比较图。
请参阅
图1所示，其为本实用新型的复式套管外观示意图，由此图中可以见到本实用新型呈一管状结构的管体10，而于管体10的两端分别以端板11来加以封闭，于管体10的两端间设有贯穿的内管20，因而可在管体10与内管20间的封闭空间中充填储冰溶液，该内管20用以供卤水通过，以提高热交换效率。
在本实用新型的管体10中充填储冰溶液(即水溶液40)时，可通过设在端板11上的逆止阀30进行，其注入的水溶液容量为其空间容量的80％～88％，其馀部份的空间预留为水溶液结冰时体积膨胀之用，故本实用新型的容器储冰介质在结冰完成时外型体积保持不变；另为避免结冰时体积膨胀所造成空气压缩的内压力，故于充填完成后，预先将其抽至适当程度的真空，使应用于储冰系统在结冰完成时内压力接近于常压，且在管体10本身可承受压力的限度内，令管体10不会因受压而有泄漏之虞。
于图2、3中所示，则为本实用新型的复式套管结冰时的剖面示意图，由此图中即可看出本实用新型所提供的复式套管设计与现有此类结构的最大差异处，由于本实用新型的管体10中央设有贯穿两端的内管20，因而在卤水通过时，会由管体10的外侧及内管20中央通过，因而充填于管体10中的水溶液40，可由管体10及内管20周围来与管外的卤水进行热交换，以进行结冰及溶冰，当开始结冰时即如图2中所示，由管体10管壁周围向内结冰41，而内管20亦由管壁周围向外结冰41，随着结冰时间延续，结冰厚度增加，终至内外管的结冰层相结合时，即完成结冰作业(其即如图3中所示)。
由此图中可以可以清晰的了解，本实用新型在进行结冰时，其结冰厚度仅为管体10与内管20间距离的一半，依图中所示，若内管20的直径为管体10的五分之一，亦即实际结冰厚度与管体10外径的比仅为五分之一即可令整个管体10中的储冰溶液完全结满冰；当进行溶冰作业时，如图4中所示，会由管体10外壁内侧及内管20外侧开始溶冰，也是由管体10及内管20的双向直接传热，直至管体10中完全溶为水溶液40，其溶冰的原理与结冰相似，而仅是相变化方向相反；以本实用新型的设计仅需管体10外径五分之一的结冰、溶冰厚度，即可达到完全结冰、溶冰的效果，由于结冰、溶冰厚度愈小，在储冰系统中的速率及效率愈佳，故本实用新型在速率及效率上均较现有容器更为优异。
再由图5来看，其为本实用新型所提供的复式套管于储冰槽50中排列状况示意图，于此图中可以看出本实用新型的管体10在充填完成后，可一支支的整齐叠放排列于储冰槽50中，本实用新型的管体10可依储冰槽50的形状尺寸确定其适当长度，故可适用于各种形状尺寸的储冰槽50中，因而可令本实用新型在使用上更为方便，亦可减少制作上接合的数量，因而可节省材料工时以降低成本，提高经济效益；再者，由于本实用新型以适当的设计，在其结冰、溶冰之间不会有膨胀、收缩的问题，故无须如同现有容器般必须具备伸缩折箱、伸缩气囊或凹凸等构造，因而在使用上不会有膨胀收缩造成弹性疲劳等损坏，且本实用新型以金属为材质，其传热效率远高于塑料材质，其显然较现有容器更具进步性。
倘由图5中所示来计算本实用新型在储冰槽50中的IPF，假设本实用新型的管体10外径为10cm，而内管20管径为2cm，而长度与储冰槽50相同，则其IPF即为图中斜线部份所占的面积比，令D＝管体管径，d＝内管管径，由图中三角形面积为计算单位则三角形面积A1
A1＝［10cm＊(10cm＊
／2］／2＝43.3cm2斜线面积A2A2＝1／2(πD2／4－πd2／4)＝1／2［π(10cm)2／4－π(2cm)2／4］＝37.7cm2容积比率IPFIPF＝A2／A1＝37.7cm2／43.3cm2＝87％由以上的计算结果可知，本实用新型所提供的复式套管储冰介质IPF约为87％，与现有的容器式储冰介质的IPF为50～60％相较，IPF高出27～37％，亦即在同一储冰容量下，本实用新型的储冰介质所需占用空间容积要较现有容器节省45～70％。
图6为本实用新型的逆止阀30的剖面结构，该逆止阀30是固设于本实用新型的端板11上，并在逆止阀30的外侧套设有一护罩33，于图中可以见到在本实用新型的逆止阀30中设有一活塞31及一弹簧32，当由外侧将护罩33取下，并将活塞31向内压而令弹簧32被压缩时，即可使逆止阀30开启，而可方便的将水溶液40充填入管体10中，当充填完成后即可将向内压的活塞31放松，该活塞31即会被原本压缩的弹簧32向外弹出，而将逆止阀30封阻，在将管体10中剩馀空间抽成真空时，亦是以相同的方式进行。
设置于本实用新型的逆止阀30中的弹簧32的弹力必须能够克服真空所施予活塞31的吸力，方能维持本实用新型复式套管的气密效果，另于逆止阀30外侧所套设的护罩33亦可配合一密封垫圈34以加强密封的效果，而有助于逆止阀30的封阻作用；当然本实用新型的管体10亦可直接以机器加工，而成为完作密封的结构，而无须逆止阀30的设置。
于图7中所示，为本实用新型另一实施例外观示意图，由此图中可以见到本实用新型的管体10两端板11间可设置多根内管20，而可令整体热交换的面积更为增大，令其拥有更佳的热交换效率，同时其内管20的直径亦可依需要来作适切的调整，而不会影响到本实用新型的IPF。
至于现有容器所遭遇的比重问题，由于本实用新型的管体10及内管20均是以金属为材质，其比重远大于PE等塑料容器，且无体积膨胀现象，故置放于储冰槽中在结冰、溶冰过程中均无漂浮之虞，可轻易解决比重不足所造成的漂浮问题。
于图8中所示为本实用新型储冰系统应用实施例配置示意图，于图中可以见到本实用新型的管体10整齐排列安置于储冰槽50中，于储冰槽50中加满卤水51，卤水51液位淹盖管体10，卤水储冰泵60于夜间用电离峰时间启动运转通过卤水主机61将卤水51降温至－3℃进入储冰槽50，卤水51与管体10进行热交换，将管体10内的水溶液40降温至低于0℃时，管体10内水溶液40开始结冰，卤水51则经热交换后由－3℃升温至0℃回到卤水主机61再降温后，泵送至储冰槽50，如此循环，储冰槽50内的管体10中的水溶海矗巴全结成冰后完成储冰作业；在日间空调时间启动二次(Secondary)卤水泵70，将卤水51送到空调箱或室内送风机的冷却盘管71，提供冷气72使用，离开冷却盘管71的卤水51温度约10～12℃，经回压控制阀73后回到储冰槽与0℃结冰的管体10中储冰介质作热交换溶冰，卤水51温度降为3～7℃的冰卤水51再经二次卤水泵70送到冷却盘管71使用提供冷气，如此循环，直到管体10内的冰41完全溶为水溶液40时即完成溶冰作业。
于图9中所示，为本实用新型的复式套管与具金属蕊心的冰球及简单型冰球或冰泡分别置于－5℃及＋7℃的卤水恒温槽中作结冰、溶冰的温度及时间比较图，图中纵坐标T表示温度，横坐标H1表示储冰完成时间(单位小时)，H2表示溶冰完成时间(单位小时)，由此图中可以见到a线为本实用新型的复式套管、b线为具金属蕊心的冰球、c线为简单型冰球或冰泡，于此图中可以非常清晰的看出有关本实用新型复式套管与现有具金属蕊心的冰球及简单型冰球或冰泡在恒温槽中结冰及溶冰的温度差及时间差；由此图中可见到本实用新型复式套管结冰成核温度－1℃最高(b线约为－3.5℃；c线约为－5℃)，即压缩的蒸发温度最高，压缩机的运转效率亦最高，以提升蒸发温度4℃计算大约可提高效率13％；再加上金属热传导率远大于PE等塑料材质，故完成结冰时间仅需约4.5小时，溶冰时间亦最快，仅需4小时，与他种储冰介质比较其结冰、溶冰速率约快30～40％，综合速率、效率的改良成果，约可节省用电达40～50％。
权利要求1.一种复式套管，其为一种运用于储冰系统中的储冰介质容器，其特征在于它包括两端以端板封闭的金属管体，并于管体的两端面间设有相贯穿的金属内管；在管体与内管间充填作为储冰介质的水溶液，其中注入适量的水溶液，并将适当的空间预留为水溶液结冰时体积膨胀之用。
2.根据权利要求1所述的复式套管，其特征在于管体的端板上可设置一逆止阀，该逆止阀中组装有活塞及弹簧，并于逆止阀外侧配合一密封垫圈来套设一护罩。
3.根据权利要求1所述的复式套管，其特征在于设置于管体两端面间相贯穿的内管可依需要设置为一根或一根以上。
专利摘要本实用新型涉及一种复式套管，是一种运用于储冰介质的容器，其为一两端封闭的金属管体结构，并于管体的两端面间设有相贯穿的金属内管，在管体与内管间充填水溶液作为储冰介质，由管体及内管的管壁作为热交换界面，而可在储冰系统的结冰过程中提高成核温度，同时令管体内壁与内管外壁同时开始结冰，令结冰的速度更为迅速，而可达提高结冰效率及节约能源的功效。
文档编号F25C5/00GK2154444SQ92205580
公开日1994年1月26日 申请日期1992年4月3日 优先权日1992年4月3日
发明者蔡色兴 申请人:蔡色兴, 郭茂和, 胡兴邦