CN105180543A - 一种具有冷量回收机构的过冷水式动态制冰系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有冷量回收机构的过冷水式动态制冰系统，包括蓄冰槽、预热器、过冷水板式换热器、冰晶防传播器、促晶器和制冷主机，所述蓄冰槽、预热器的冷侧通道、过冷水板式换热器的热侧通道、冰晶防传播器、促晶器依次首尾连接形成第一循环系统，所述过冷水板式换热器的冷侧通道和制冷主机首尾连接形成第二循环系统；还包括节流阀、制冷压缩机和冷量回收器，所述预热器的热侧通道出口通过节流阀与冷量回收器的冷侧通道入口连接，所述冷量回收器的冷侧通道出口通过制冷压缩机与预热器的热侧通道入口连接，所述冷量回收器的热侧通道与第二循环系统连接。本发明减少了预热过程中所伴随的大量冷量损失，提高了节能效益。

Description

一种具有冷量回收机构的过冷水式动态制冰系统

技术领域

本发明涉及空调制冷技术，具体来说是一种具有冷量回收机构的过冷水式动态制冰系统。

背景技术

空调是现代建筑的必备功能，是为满足人员的舒适性或设备的安全性而提供空气环境恒温恒湿的必要手段。在夏季，空调所消耗的电力给电网供给系统带来了巨大的压力。由于电网的负荷在昼夜之间存在明显的“峰、谷矛盾”，即白天用电负荷高，夜晚用电负荷低。为鼓励夜间用电，全国各地均有不同的峰谷电价政策。对于各类中央空调用户来说，在中央空调系统中增加建设冰蓄冷装置，然后利用夜间低价电制冰蓄冷，白天高价电时段则融冰放冷，这种利用冰蓄冷系统实现以低价电部分或全部代替高价电的中央空调运行手段可以为用户带来明显的电费节省效益，另一方面，冰蓄冷在空调行业的普遍应用又能对解决电网负荷的峰谷矛盾产生显著的积极影响。

过冷水式动态制冰系统是冰蓄冷应用技术中的新兴技术，具有能效高的显著优势，工程应用日益普遍。过冷水式动态制冰技术采用板式换热器制取过冷水(低于0℃的水)，然后再异地把过冷水转变为冰浆。这种制冰工艺无论在传热系数、运行能耗、或是制冰速度等方面都明显优于传统的各类静态制冰技术。

过冷水式动态制冰系统中存在一个重要的环节——预热，即从蓄冰槽抽取的0℃冷水在被送入过冷水板式换热器中进行换热之前必须首先被预热到0.5℃。该预热环节的目的是为了把冷水中夹带的微小冰晶融化掉，否则这些微小冰晶一旦进入板式换热器，将会成为其中过冷水的良好促晶核，从而迅速诱发过冷水在板换中结冰，最终导致板换堵塞，制冰进程终止。目前的预热技术手段普遍利用制冷主机冷却水作为热源，通过换热器把待制冰的冷水温度从0℃预热到0.5℃，0.5℃的冷水再被送入过冷水板式换热器被冷却到-2℃的过冷状态，最后在促晶器中被绝热解除过冷，变成冰浆。在上述预热过程中，制冷主机输出到过冷水中的总冷量有20％被预热损失了((0.5-0)/[0.5-(-2)])，而该部分损失的冷量没有被直接回收利用，仅仅是排放到冷却水中，其因降低了少许冷却水温而被制冷循环系统间接回收的比例极小。因此，采用冷却水预热的方法存在很大的冷量浪费问题。

发明内容

本发明的目的在于克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单，可减少冷量浪费的具有冷量回收机构的过冷水式动态制冰系统。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种具有冷量回收机构的过冷水式动态制冰系统，包括蓄冰槽、预热器、过冷水板式换热器、冰晶防传播器、促晶器和制冷主机，所述蓄冰槽、预热器的冷侧通道、过冷水板式换热器的热侧通道、冰晶防传播器、促晶器依次首尾连接形成第一循环系统，所述过冷水板式换热器的冷侧通道和制冷主机首尾连接形成第二循环系统；还包括节流阀、制冷压缩机和冷量回收器，所述预热器的热侧通道出口通过节流阀与冷量回收器的冷侧通道入口连接，所述冷量回收器的冷侧通道出口通过制冷压缩机与预热器的热侧通道入口连接，所述冷量回收器的热侧通道与第二循环系统连接。

优选的，所述的具有冷量回收机构的过冷水式动态制冰系统还包括第一泵和第二泵，所述第一泵和预热器串联于第一循环系统中，即所述蓄冰槽的出口通过第一泵与预热器的冷侧通道入口连接，所述预热器的冷侧通道出口与过冷水板式换热器的热侧通道入口连接；所述第二泵和冷量回收器串联于第二循环系统中，即所述过冷水板式换热器的冷侧通道出口通过第二泵与冷量回收器的热侧通道入口连接，所述冷量回收器的热侧通道出口与制冷主机连接。

优选的，所述预热器的冷侧通道出口与过冷水板式换热器的热侧通道入口之间设有温度传感器。

优选的，所述的具有冷量回收机构的过冷水式动态制冰系统还包括第一泵和第二泵，所述第一泵和预热器并联于第一循环系统，即所述蓄冰槽的出口通过第一主管与第一泵的入口连接，所述第一泵的出口通过第二主管与过冷水板式换热器的热侧通道入口连接，所述预热器的冷侧通道出口通过第一支管与第一主管连接，所述预热器的冷侧通道入口通过第二支管与第二主管连接；所述第二泵和冷量回收器并联于第二循环系统，即所述过冷水板式换热器的冷侧通道出口通过第三主管与第二泵的入口连接的，所述第二泵的出口通过第四主管与制冷主机连接，所述冷量回收器的热侧通道出口通过第三支管与第三主管连接，所述冷量回收器的热侧通道入口通过第四支管与第四主管连接。

优选的，所述第二主管设有温度传感器，此温度传感器位于第二支管连接于第二主管的连接处和过冷水板式换热器之间。

优选的，所述第二支管和第四支管均设有比例调节阀。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

1、本发明在现有技术的基础上增加主要由节流阀、制冷压缩机和冷量回收器构成的冷量回收机构，预热器吸收自蓄冰槽出来的0℃冷水的冷量，然后预热器吸收的冷量被冷量回收器回收，而冷量回收器将回收后的冷量再释放，这些释放的冷量通过制冷主机送至过冷水板式换热器供冷；与传统的采用制冷主机冷却水预热方式相比，预热过程中所伴随的大量冷量损失得到有效的回收利用，提高了节能效益。

2、本发明中主要由节流阀、制冷压缩机和冷量回收器构成的热泵系统结构简单，方便安装及维护。

附图说明

图1是实施例1的具有冷量回收机构的过冷水式动态制冰系统的整体结构示意图。

图2是实施例2的具有冷量回收机构的过冷水式动态制冰系统的整体结构示意图。

上述图中的标号和名称如下：

1	蓄冰槽	2	促晶器
				3	冰晶防传播器	4	过冷水板式换热器
5	第二循环系统	6	制冷主机
				7	冷量回收器	8	第二泵
9	制冷压缩机	10	温度传感器
				11	节流阀	12	预热器
13	第一循环系统	14	第一泵
				15	第四支管	16	比例调节阀
17	第三支管	18	第四主管
				19	第二支管	20	第一支管
21	第一主管	22	第二主管
				23	第三主管

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1所示，本具有冷量回收机构的过冷水式动态制冰系统，包括蓄冰槽1、预热器12、过冷水板式换热器4、冰晶防传播器3、促晶器2和制冷主机6，所述蓄冰槽1、预热器12的冷侧通道、过冷水板式换热器4的热侧通道、冰晶防传播器3、促晶器2依次首尾连接形成第一循环系统13，所述过冷水板式换热器4的冷侧通道和制冷主机6首尾连接形成第二循环系统5；还包括节流阀11、制冷压缩机9和冷量回收器7，所述预热器12的热侧通道出口通过节流阀11与冷量回收器7的冷侧通道入口连接，所述冷量回收器7的冷侧通道出口通过制冷压缩机9与预热器12的热侧通道入口连接，所述冷量回收器7的热侧通道与第二循环系统5连接。

具体的，预热器12为一种换热器，其可以为板式换热器或壳管式换热器或其他类型的换热器。制冷压缩机为变频制冷压缩机。

所述的具有冷量回收机构的过冷水式动态制冰系统还包括第一泵14和第二泵8，所述第一泵和预热器12串联于第一循环系统13中，即所述蓄冰槽1的出口通过第一泵14与预热器12的冷侧通道入口连接，所述预热器12的冷侧通道出口与过冷水板式换热器4的热侧通道入口连接；所述第二泵8和冷量回收器7串联于第二循环系统5中，即所述过冷水板式换热器4的冷侧通道出口通过第二泵8与冷量回收器7的热侧通道入口连接，所述冷量回收器7的热侧通道出口与制冷主机6连接。

所述预热器12的冷侧通道出口与过冷水板式换热器4的热侧通道入口之间设有温度传感器10。温度传感器10的作用是实时监测进入过冷水板式换热器热侧入口的水温，从而及时调节预热能力，以确保预热水温在设定目标值(0.5℃)的允许波动范围内(比如±0.1℃)。

本具有冷量回收机构的过冷水式动态制冰系统的工作过程为：

预热器的热侧通道为制冷剂冷凝通道，蓄冰槽的0℃冷水被由第一泵抽取出来，这些0℃冷水通过预热器的冷侧通道时，0℃冷水的冷量被通过预热器的热侧通道的制冷剂吸收，则0℃冷水被预热至0.5℃后再进入过冷水板式换热器的热侧通道，从而以免诱发过冷水板式换热器内的过冷水结冰。升温到0.5℃后的冷水进入过冷水板式换热器的热侧通道，与冷侧通道内来自于制冷主机的低温乙二醇溶液进行热交换后被冷却到-2℃但仍保持液态的过冷水状态，过冷水再经过防传播器后进入促晶器，在绝热的情况下转化为冰水混合物即冰浆，冰浆通过管道被送回蓄冰槽。

而吸收了冷量的制冷剂自预热器的热侧通道经节流阀降压后回流到冷量回收器的冷侧通道中蒸发吸热，即当制冷剂从冷量回收器冷侧通道流出时，制冷剂在预热器中吸收0℃冷水的冷量会被冷量回收器的热侧通道中的低温乙二醇溶液吸收，这些低温乙二醇溶液吸收制冷剂传过来的冷量后，再从冷量回收器的热侧通道流出，回到制冷主机中。这些被乙二醇溶液储存的回收冷量在不额外消耗制冷主机能耗的条件下而经制冷主机被送往过冷水板式换热器的冷侧通道，并被释放给过冷水板式换热器热侧通道中的过冷水，从而最终充分回收利用预热时的冷量损失，提高了节能效益。相对于传统的无回收预热技术，本过冷水式动态制冰系统因预热而损失的冷量的最终净回收率为35％-90％，其节能效益十分显著。

实施例2

如图2所示，本实施例的具有冷量回收机构的过冷水式动态制冰系统除以下技术特征外同实施例1：所述的具有冷量回收机构的过冷水式动态制冰系统还包括第一泵14和第二泵8，所述第一泵14和预热器12并联于第一循环系统13，即所述蓄冰槽1的出口通过第一主管21与第一泵14的入口连接，所述第一泵14的出口通过第二主管22与过冷水板式换热器4的热侧通道入口连接，所述预热器12的冷侧通道出口通过第一支管20与第一主管21连接，所述预热器12的冷侧通道入口通过第二支管19与第二主管22连接；所述第二泵8和冷量回收器7并联于第二循环系统5，即所述过冷水板式换热器4的冷侧通道出口通过第三主管23与第二泵8的入口连接的，所述第二泵8的出口通过第四主管18与制冷主机6连接，所述冷量回收器7的热侧通道出口通过第三支管17与第三主管23连接，所述冷量回收器7的热侧通道入口通过第四支管15与第四主管18连接。

所述第二主管22设有温度传感器10，此温度传感器10位于第二支管19连接于第二主管22的连接处和过冷水板式换热器4之间。

所述第二支管19和第四支管15均设有比例调节阀16。

本实施例中，预热器、第一支管和第二支管形成旁通回路，并在第二支管设置比例调节阀。则从蓄冰槽经第一泵抽出的0℃冷水不必全部流经预热器，而只需从第一泵的出口分流出一部分冷水经第二支管送入预热器的冷侧通道即可。被预热后的这部分具有较高温度的冷水(高于0.5℃)通过第一支管再汇入第一泵的入口主管中，与主管中的0℃冷水在流动中勾兑到目标预热温度(比如0.5℃)。在本方式中，被直接预热的分流冷水依靠第一泵出口和入口之间的压力差驱动实现在预热器中循环换热。显然，本实施方式降低了第一循环系统中0℃冷水在预热器中的流动阻力，水力系统更加优化。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具有冷量回收机构的过冷水式动态制冰系统，包括蓄冰槽、预热器、过冷水板式换热器、冰晶防传播器、促晶器和制冷主机，所述蓄冰槽、预热器的冷侧通道、过冷水板式换热器的热侧通道、冰晶防传播器、促晶器依次首尾连接形成第一循环系统，所述过冷水板式换热器的冷侧通道和制冷主机首尾连接形成第二循环系统；其特征在于：还包括节流阀、制冷压缩机和冷量回收器，所述预热器的热侧通道出口通过节流阀与冷量回收器的冷侧通道入口连接，所述冷量回收器的冷侧通道出口通过制冷压缩机与预热器的热侧通道入口连接，所述冷量回收器的热侧通道与第二循环系统连接。

2.根据权利要求1所述的具有冷量回收机构的过冷水式动态制冰系统，其特征在于：还包括第一泵和第二泵，所述第一泵和预热器串联于第一循环系统中，即所述蓄冰槽的出口通过第一泵与预热器的冷侧通道入口连接，所述预热器的冷侧通道出口与过冷水板式换热器的热侧通道入口连接；所述第二泵和冷量回收器串联于第二循环系统中，即所述过冷水板式换热器的冷侧通道出口通过第二泵与冷量回收器的热侧通道入口连接，所述冷量回收器的热侧通道出口与制冷主机连接。

3.根据权利要求2所述的具有冷量回收机构的过冷水式动态制冰系统，其特征在于：所述预热器的冷侧通道出口与过冷水板式换热器的热侧通道入口之间设有温度传感器。

4.根据权利要求1所述的具有冷量回收机构的过冷水式动态制冰系统，其特征在于：还包括第一泵和第二泵，所述第一泵和预热器并联于第一循环系统，即所述蓄冰槽的出口通过第一主管与第一泵的入口连接，所述第一泵的出口通过第二主管与过冷水板式换热器的热侧通道入口连接，所述预热器的冷侧通道出口通过第一支管与第一主管连接，所述预热器的冷侧通道入口通过第二支管与第二主管连接；所述第二泵和冷量回收器并联于第二循环系统，即所述过冷水板式换热器的冷侧通道出口通过第三主管与第二泵的入口连接的，所述第二泵的出口通过第四主管与制冷主机连接，所述冷量回收器的热侧通道出口通过第三支管与第三主管连接，所述冷量回收器的热侧通道入口通过第四支管与第四主管连接。

5.根据权利要求4所述的具有冷量回收机构的过冷水式动态制冰系统，其特征在于：所述第二主管设有温度传感器，此温度传感器位于第二支管连接于第二主管的连接处和过冷水板式换热器之间。

6.根据权利要求4所述的具有冷量回收机构的过冷水式动态制冰系统，其特征在于：所述第二支管和第四支管均设有比例调节阀。