CN101881492B - 动态冰蓄冷制冷设备 - Google Patents

Abstract

本发明一种动态冰蓄冷制冷设备。它包括制冷机组、蒸发器和蓄冰池，制冷机组的回气管、热气管和供液管分别与蒸发器连通，回气管上设有回气恒压电磁阀，热气管上设有热氟电磁阀，供液管上设有供液电磁阀；蒸发器的板片内具有制冷剂流道，蒸发器安装在蓄冰池的顶部，蓄冰池上安装有温度传感器、高料位开关和低料位开关，蓄冰池外安装有可将蓄冰池内水输送到蒸发器顶部的内部循环泵；蓄冰池上连接有空调出水管和空调回水管，空调出水管上设有空调出水泵，空调出水管与空调回水管之间设有温度比例调节阀，空调回水管与循环水管连通。动态制冰蓄冰模式，运行灵活，结冰厚度达到5-15mm，传热效果好，制冰效率高，蓄冷量大，占地面积小，成本低。

Description

动态冰蓄冷制冷设备

技术领域

本发明涉及冰蓄冷设备技术领域，特别涉及一种动态冰蓄冷制冷设备。

背景技术

冰蓄冷空调系统，是利用夜间电网低负荷期的廉价电力进行制冰，在白天电网供电紧张的情况下，停止制冷机组运行，空调系统利用夜间制冷机组所制的冰作为冷源，提供给需要供冷的场所。移峰填谷，即缓解电网供电紧张，又利用夜间廉价电费，节省空调制冷机组的整体运行成本，因此在世界范围内得到迅速发展。

目前冰蓄冷中央空调系统主要采用“冰球”、“冰盘管”蓄冷系统。

冰球蓄冷系统介绍：冰球外表面为聚乙烯材质，外形为直径100mm左右的圆球，表面设有多个凹坑，球内水结冰膨胀时，结冰时凹坑凸起，防止胀裂。将很多冰球放入装有乙二醇载冷剂的大蓄冰槽中，冰球通过与乙二醇热交换，球内的水结冰蓄冷、融冰吸热，实现冰蓄冷功能。

冰球冰蓄冷系统的一些不足之处如下：冰球蓄冷系统采用乙二醇载冷剂，带有载冷剂的制冷方式均为二次传热制冷方式，即制冷剂与载冷剂先换热，之后载冷剂再与冰球换热，制冷效率低；球内冷水冻结膨胀时，通过球表面凹处凸起缓解应力，凹面反复动作，容易开裂，而且结冰膨胀不一定会在凹处形成；冰球的直径通常为100～120mm，由于冰的热阻大，外部的冷量至少要通过20-30mm厚的冰层才能抵达中心点，冰球越中心的冷水越难结成冰，空间利用率低，蓄冷量低；冰球表层本身使用聚乙烯材质，传热性能差。

冰盘管蓄冷系统介绍：冰盘管即采用不锈钢SUS304材质的管，盘管外表面附带翅片，盘管一般为多组并联，放置在一个装有水的大蓄冰槽内，蓄冰槽内的水与盘管内部的载冷剂热交换，在制冷蓄冷时，冰盘管外表面结成冰，储存冷量；在融冰吸热时，盘管外表面的冰融化，释放冷量，实现冰蓄冷功能。

冰盘管蓄冷系统的一些不足之处如下：冰盘管蓄冷系统采用载冷剂，带有载冷剂的制冷方式均为二次传热制冷方式，即制冷剂与载冷剂先换热，之后载冷剂再与水换热，制冷效率低；冰盘管摆放在蓄冰槽内时，管与管之间的间隙要小，所有用的盘管较多，一般采用价格高昂的SUS304不锈钢管。投入成本高；盘管外部冰结的越厚，传热效果越差，所以冰盘管外部的结冰厚度一般都比较薄，蓄冷能力低；盘管较多，而且放置在蓄冰槽中，发生泄漏，不方便维修。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为了解决常用的冰蓄冷系统结冰厚度不易控制，传热效果差，制冰能力低，蓄冷量低等问题，提供了一种动态冰蓄冷制冷设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种动态冰蓄冷制冷设备，包括制冷机组、蒸发器和盛水的蓄冰池，制冷机组的回气管、热气管和供液管分别与蒸发器连通，回气管上安装有回气恒压电磁阀，热气管上安装有热氟电磁阀，供液管内装有制冷剂，供液管上安装有供液电磁阀；蒸发器为板片式蒸发器，蒸发器的板片内具有制冷剂流道，蒸发器安装在蓄冰池的顶部，蓄冰池上安装有温度传感器、高料位开关和低料位开关，蓄冰池外安装有内部循环泵，内部循环泵通过循环水管与蒸发器顶部连通；蓄冰池上连接有空调出水管和空调回水管，空调出水管上安装有空调出水泵，空调出水管与空调回水管之间设有温度比例调节阀，空调回水管与循环水管连通。

蒸发器上方设置有将水均匀分洒在板片外表面的分水槽。

供液管末端连接有分液器，分液器与蒸发器的制冷剂流道连通。

高料位开关和低料位开关都为阻旋式料位开关。

蓄冰池内安装有冰水过滤网。

温度传感器的设定温度为2℃。

制冷机组设定的预冷蒸发温度为-3℃。

制冷机组设定的制冰蒸发温度为-10℃。

制冷机组设定的制冷蒸发温度为2℃。

本发明的有益效果是：制冰蓄冷时，利用内部循环水与制冷剂直接热交换制冰；融冰吸热时，采用空调回水与冰块直接混合热交换，制冰、融冰过程不采用载冷剂，提高换热效率及制冷效率；

动态制冰模式，板片结冰面结冰厚度达到5-15mm时，利用热氟将板片外的冰块脱落，脱落后的冰直接储存在蓄冰池内，板片蒸发器脱冰后再重新开始制冰，避免在蓄冰过程中，冰层过厚，造成换热效果差，制冰能力低、蓄冷量低等问题，实验证明制造5-15mm厚度的冰块，传热效果最好、制冰的效率最高、系统的运行最经济；

可实现双工况运行：制冰蓄冷模式和冷水机模式，制冰蓄冷模式时制冷机组全负荷运行，蒸发温度-10℃左右，进行制冰蓄冷；冷水机模式下，制冷机组卸载或部分制冷机组停止运行，蒸发温度+2℃，直接将+12℃空调回水温度降低至+7℃；

板片式蒸发器结冰面为开放式，排除蒸发器被冻裂胀裂的可能，制冰脱冰都很方便；

采用动态制冰模式，制冰效率高，蓄冷量大，板片每平方米一天可制造约06～0.8吨的冰，蒸发面积小，占地面积少，成本低；

蒸发器安装在蓄冰池顶部，方便维修。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，一种动态冰蓄冷制冷设备，包括制冷机组、蒸发器1和盛水的蓄冰池2，制冷机组的回气管3、热气管4和供液管5分别与蒸发器1连通，回气管3上安装有回气恒压电磁阀6，热气管4上安装有热氟电磁阀7，供液管5内装有制冷剂，供液管5上安装有供液电磁阀8；蒸发器1为板片式蒸发器，蒸发器1的板片内具有制冷剂流道，蒸发器1安装在蓄冰池2的顶部，蓄冰池2上安装有温度传感器9、高料位开关10和低料位开关11，蓄冰池2外安装有内部循环泵12，内部循环泵12通过循环水管13与蒸发器1顶部连通；蓄冰池2上连接有空调出水管14和空调回水管15，空调出水管14上安装有空调出水泵16，空调出水管14与空调回水管15之间设有温度比例调节阀17，空调回水管15与循环水管13连通。

如图1所示，所述的蒸发器1上方设置有将水均匀分洒在板片外表面的分水槽18；供液管5末端连接有分液器19，分液器19与蒸发器1的制冷剂流道连通，便于将制冷剂均匀输送到制冷剂流道内；蓄冰池2内安装有冰水过滤网20，用于过滤冰块，有利于内部水循环。

本发明中，蒸发器1为开放式板片蒸发器，结冰面在板片表面，排除了蒸发器被胀裂的可能，结冰厚度易控制，厚度一般在5-15mm之间，传热效果好，制冰效率高，也容易脱冰。

如图1所示，动态冰蓄冷制冷设备有四种运行状态。

A、预冷模式，当夜间低谷电时，运行制冷机组，检测温度传感器9，温度传感器9设定值一般为2℃，当蓄冰池2的温度高于2℃时，制冷机组自动转换为预冷模式。预冷模式运行的目的是将蓄冰池2内水温先降低至2℃，也就是接近水的冰点温度，为制冰模式做好准备。预冷模式时，制冷机组开始运行，供液电磁阀8开启，回气恒压电磁阀6开启，制冷机组将蒸发温度恒定为-3℃，即保持有效换热温差，使板片外表面不结冰，保持最高的换热效率，从而迅速的降低水温。制冷机组运行的同时，内循环泵12运行，将蓄冰池2内部的水输送至板片蒸发器顶部的分水槽18内，再均匀的洒在板片蒸发器的外表面，与板片蒸发器制冷剂流道内部蒸发的制冷剂换热，温度降低。不断循环，使水温降低到设定的温度。

回气恒压电磁阀：当回气恒压电磁阀6打开时，阀门全部开启，当回气恒压电磁阀6关闭时，该阀能恒定阀前的压力，恒定的压力可以任意设定，当阀前的压力高于设定值时，阀门开启，当阀前压力低于设定值时，阀门关闭。回气恒压电磁阀的压力设定等于该制冷剂蒸发温度为+5℃时的饱和压力。这样既能使冰融化，又能保证较少的冰融化，提高产冰量。

B、蓄冰模式，夜间低谷电时，动态冰蓄冷制冷设备运行在预冷模式，当水温低于温度传感器9设定的2℃时，制冷机组自动进入蓄冰模式，进入蓄冰模式后，制冷机组的蒸发器降低至-10℃左右，此时水循环继续运行，较大的温差使板片蒸发器外表面开始结冰，经过一定的时间后，板片蒸发器外表面的冰层达到指定厚度，此时关闭供液电磁阀8、回气恒压电磁阀6，开启热氟电磁阀7。高温的热氟进入板片蒸发器的制冷剂流道内，融化板片外部的冰层，之后冰层脱落。当所有冰块脱落后，进入下次的制冰脱冰循环。冰蓄冷模式运行较长时间后，水池内部漂浮着很厚的冰层，冰层厚实而下沉，且蓄冰池2内的水温随之降低，冰层下降到低料位开关11位置后低料位开关11动作，系统停机，蓄冰模式结束。之后，如果空调系统运行，使冰层融化，上浮到高料位开关10位置时，蓄冰模式又开始自动运行，不断的制冰蓄冷。

料位开关一般为阻旋式料位开关，料位开关正常旋转时，料位开关触点闭合，当料位开关的旋转叶片被冰层挡住后，料位开关触点断开。

C、融冰吸热，白天峰值电时，制冷机组停止运行。空调系统运行，空调出水泵16运行，为需供冷的场所提供冷水，空调的回水通过温度比例调节阀17，部分与蓄冰池2内的冷水混合，形成正常的空调供水水温，继续提供给需供冷场所，部分进入板片蒸发器顶部的分水槽18，通过分水槽18分布后，沿板片蒸发器外表面流动后，大面积的洒在蓄冰池2漂浮的冰面上，融化冰层，回水温度也瞬间降低。通过温度比例调节阀17源源不断的提供给需供冷场所需要的冷水。

温度比例调节阀，设定阀前出水温度，当空调出水温度过高时，关小阀门的开启度，减少空调回水的回流量，增大冷水的供水量，从而降低空调出水温度，反之则同理。从而恒定空调的出水温度。

正常情况下，蓄冰池内的水温为0.5℃，空调回水12℃，空调出水(供水)温度：7℃。

D、空调模式，当某天空调运行负荷较大时，融冰吸热运行使冰层全部融化，并且整个蓄冰池2的水温上升到2℃时，为了保证空调的正常使用，动态冰蓄冷设备自动进入空调模式，制冷机组运行，并将蒸发温度恒定为2℃，关闭温度比例调节阀，空调出水泵16继续运行，12℃空调回水全部进入分水槽18，并均布到各个板片蒸发器的外表面，与制冷剂流道内的制冷剂热交换，温度降低至7℃后，进入蓄冰池2内，再由空调出水泵16源源不断的输送至需供冷的场所。

Claims (9)

1.一种动态冰蓄冷制冷设备，包括制冷机组、蒸发器(1)和盛水的蓄冰池(2)，其特征在于：制冷机组的回气管(3)、热气管(4)和供液管(5)分别与蒸发器(1)连通，回气管(3)上安装有回气恒压电磁阀(6)，热气管(4)上安装有热氟电磁阀(7)，供液管(5)内装有制冷剂，供液管(5)上安装有供液电磁阀(8)；蒸发器(1)为板片式蒸发器，蒸发器(1)的板片内具有制冷剂流道，蒸发器(1)安装在蓄冰池(2)的顶部，蓄冰池(2)上安装有温度传感器(9)、高料位开关(10)和低料位开关(11)，蓄冰池(2)外安装有内部循环泵(12)，内部循环泵(12)通过循环水管(13)与蒸发器(1)顶部连通；蓄冰池(2)上连接有空调出水管(14)和空调回水管(15)，空调出水管(14)上安装有空调出水泵(16)，空调出水管(14)与空调回水管(15)之间设有温度比例调节阀(17)，空调回水管(15)与循环水管(13)连通。

2.根据权利要求1所述的动态冰蓄冷制冷设备，其特征是：所述的蒸发器(1)上方设置有将水均匀分洒在板片外表面的分水槽(18)。

3.根据权利要求1所述的动态冰蓄冷制冷设备，其特征在于：所述的供液管(5)末端连接有分液器(19)，分液器(19)与蒸发器(1)的制冷剂流道连通。

4.根据权利要求1所述的动态冰蓄冷制冷设备，其特征在于：所述的高料位开关(10)和低料位开关(11)都为阻旋式料位开关。

5.根据权利要求1所述的动态冰蓄冷制冷设备，其特征在于：所述的蓄冰池(2)内安装有冰水过滤网(20)。

6.根据权利要求1所述的动态冰蓄冷制冷设备，其特征在于：所述的温度传感器(9)的设定温度为2℃。

7.根据权利要求1所述的动态冰蓄冷制冷设备，其特征在于：所述的制冷机组设定的预冷蒸发温度为-3℃。

8.根据权利要求1所述的动态冰蓄冷制冷设备，其特征在于：所述的制冷机组设定的制冰蒸发温度为-10℃。

9.根据权利要求1所述的动态冰蓄冷制冷设备，其特征在于：所述的制冷机组设定的制冷蒸发温度为2℃。