CN105423618B - 一种工业用冷水机组综合节能系统及其智能控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工业用冷水机组综合节能系统及其智能控制方法，所述工业用冷水机组综合节能系统，包括制冷循环系统，废热回收系统，废热再升温系统，低环境温度机组无耗能运行系统；所述用于上述工业用冷水机组综合节能系统的智能控制方法，包括设置采集单元、输入单元、通讯单元、CPU处理单元、驱动单元、输出单元、低压电源以及选择工作模式；该工业用冷水机组综合节能系统及其智能控制方法能有效的利用机组综合性能，既能满足工业冷却、冷冻的需求，同时又能进行废热回收，废热再升温，利用环境温度机组进行无耗能运行，满足使用温度，提高机组的效率，扩大机组的使用条件；且提高机组的能效比，节约能耗，降低经济成本。

Description

一种工业用冷水机组综合节能系统及其智能控制方法
技术领域
本发明涉及冷水机组节能控制技术领域，尤其是一种工业用冷水机组综合节能系统及其智能控制方法。
背景技术
目前，随着我国工业水平不断提高，在工业生产制造中，尤其是精密的生产制造中，产品生产制造场所和生产制造的设备必须进行恒温处理，以保证产品的质量。在恒温处理中，冷却是其中一个非常重要的工艺步骤；目前广泛采用冷却设备则是工业用冷水机组进行对设备冷却。此类设备需要连续使用，运行时间长，使用频率高；当机组运行到冬季或气温比较低的季节，机组不能根据环境温度进行调节运行，能耗大且不环保。为了解决上述问题一般采用了风冷式制冷装置制取冷水和冷却塔自由冷却制取冷水，而风冷式制冷时，压缩机、风机运行能耗较大，另外冷水机组在供给运行时，由于冷凝温度过低，需要增加调节冷凝压力、风机转速等，使得冷水机组可靠性降低；冷却塔自由冷却时，当冬天室外温度位于零下时候管道易发生结冰，申请号为“200910131509.9”名为“带自然冷却和蓄冷功能的全年供冷冷水机组”，由压缩机、气体连接管、冷凝器、液体连接管、节流装置、蒸发器构成蒸汽压缩式制冷循环；通过开启热管支路上的热管气体阀、与节流装置并联的热管液体阀和蒸发器上的蒸发器液体阀，使蒸发器、气体连接管、冷凝器和液体连接管顺次连接构成冷媒自然循环回路；通过开启热管气体阀、热管液体阀和蓄冷液体阀，使气体连接管、冷凝器、液体连接管和蓄冷槽顺次连接构成冷媒蓄冷自然循环回路。该技术方案采用了分体结构，保留了冷水机组夏季制取空调冷水的功能，同时在过渡季和冬季充分利用室外空气的自然冷却制取冷水并进行蓄冷。
然而，现有技术方案中机组产生的废热不能很好的利用，直接排入大气，即增加温室效应，又造成极大的能源浪费；而且机型相对单一，机组工作效率低，控制比较简单，无法实现智能化，集成化的控制，达不到综合节能效果。
发明内容
本发明的发明目的是，克服现有技术方法的不足，提供了一种能有效的利用机组综合性能，既能满足工业冷却、冷冻的需求，同时又能进行废热回收，废热再升温，利用环境温度机组进行无耗能运行，满足使用温度，提高机组的效率，扩大机组的使用条件；且提高机组的能效比，节约能耗，降低经济成本的工业用冷水机组综合节能系统及其智能控制方法。
为实现上述发明目的，提出了如下技术方案：
一种工业用冷水机组综合节能系统，包括制冷循环系统，废热回收系统，废热再升温系统，低环境温度机组无耗能运行系统；
其中，所述制冷循环系统中制冷压缩机、第一热回收器、第一换热器、第一截止阀、第一电磁阀、第一热力膨胀阀、第二换热器的进出口依次连接，第二换热器的出口与制冷压缩机进口连接，构成制冷循环回路，制冷剂在所述制冷循环回路运行。
所述废热回收系统：第一热回收器、第一中温水箱、第一中温水泵的进出口顺次连接，第一中温水箱、第二中温水泵、与客户使用端进出口顺次连接构成循环回路，循环水在循环回路中运行。
所述废热再升温系统：制热压缩机、第三换热器、第二电磁阀、第一电子膨胀阀、第四换热器、第一气液分离器的进出口顺次连接构成循环回路，制冷剂在该循环回路中运行；所述中温水箱、第三中温水泵、第三换热器、高温水箱进出口顺次连接，高温水箱、第一高温水泵、客户使用端进出口顺次连接，所述中温水箱、第四中温水泵、第四换热器、第三电磁阀进出口顺次连接，所述第四换热器通过地四电磁阀与低温水箱连接；循环水在这些连接结构中运行。
所述低环境温度机组无耗能运行系统：低温水箱、第一低温水泵、第五电磁阀、第二换热器进出口顺次连接；低温水箱、第一低温水泵、第六电磁阀、第五换热器进出口顺次连接；第五换热器、第六换热器、第二低温水泵进出口顺次连接；低温水箱、第三低温水泵、客户使用端进出口顺次连接，循环水在该循环结构中运行。
进一步地，所述第一截止阀与第一电磁阀之间还设有第一过滤器，所述第三换热器与第二电磁阀之间设有第二过滤器；所述过滤器对制冷剂不断地进行过滤处理，保证制冷剂的清洗度。
进一步地，所述的第一换热器是壳管式或翅片式换热器中任一种；第二换热器和第四换热器、第五换热器为壳管式或板式换热器中任一种；第三换热器为板式或套管式任一种，第六换热器为翅片式换热器；膨胀阀为热力膨胀阀、电子膨胀阀或毛细管中任一种；压缩机可以是容积型或速度型；电磁阀为本领域常用的电磁阀。
一种基于上述工业用冷水机组综合节能系统的智能控制方法：
第一，设置智能控制器，包括用于外部信息采集的采集单元、将采集的信息输入到CPU处理单元的输入单元、对输入信号进行诊断后发出指令的CPU处理单元、受CPU处理单元控制的驱动单元、用于发出控制信号的输出单元、向智能控制器的低压原件供电的低压电源。
第二，对控制器通电并启动；监测器件单元，采集单元采集环境信息并输入CPU处理单元，系统正常运行后，手动设置启动模式或由控制程序系统根据输入数据情况自行判断启动模式。
第三，环境温度较高，控制系统选择制冷模式；CPU处理单元发出启动制冷模式，由输出单元将启动信号输出给驱动单元，驱动单元则根据信号启动制冷系统，采集单元循环采集，将采集数据输入CPU处理单元，CPU处理单元根据输入数据，对制冷压缩机进行加卸载输出，由驱动单元执行。
第四，同时需要热回收的中温热水或制热时的高温热水时，控制系统选择冷热模式；CPU处理单元发出启动冷热模式，由输出单元将启动信号输出给驱动单元，驱动单元则根据信号启动冷热系统；采集单元循环采集，将采集数据输入CPU处理单元，CPU处理单元根据输入数据，对制热压缩机进行加卸载输出，由驱动单元执行。
第五，环境温度比较低时，控制系统选择无耗能模式；CPU处理单元发出启动无耗能模式，由输出单元将启动信号输出给驱动单元，驱动单元则根据信号启动无耗能系统，采集单元循环采集，将采集数据输入CPU处理单元，CPU处理单元根据输入数据，对室外冷却系统组别依次启动，由驱动单元执行。
所述采集单元包括温度采集模块、压力采集模块，流量采集模块，模拟量采集模块；输入单元包括输入接口；通信单元包括通讯插头、接口，通讯数据线；CPU处理中心单元包括主模块和辅助模块；驱动单元包括磁力接触器、继电器、热保护器等。输出单元包括输出接口。
上述采集单元中的温度采集模块为PT100或PT1000的任一种；压力采集模块为压力传感器或压力开关的任一种；流量采集模块为流量计；通讯模块为模拟量通讯或R485通讯的任一种；所述低压电源包括整流电路和稳压电路。
该发明的有益效果：
本发明的一种工业冷水机组综合节能系统及智能控制方法，是在普通常规冷水机组上研发而成的专用工业用冷水机组综合节能整套系统，以及此套系统的整体集成化、智能化控制器；既能满足工业用冷水机组的冷却功能，又能对机组产生的废热进行有效的利用，同时再对废热进行提温处理，可以满足工业或食品用的高温清洗使用水，同时可以根据环境温度变化，充分利用外界温度冷却，减少机组运行耗电量。关键是此套系统的集成化、智能化的控制器，机组可以根据不同运行工况自动运行，可根据客户的需求设定进行废热回收和废热再加热功能。完全智能化控制，可实现无人看守，自动运行，自动故障报警等集成化控制。
附图说明
图1是一种工业冷水机组综合节能系统示意图；
图2是智能控制器控制逻辑示意图；
图3是智能控制器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种工业用冷水机组综合节能系统及其智能控制方法作进一步详尽描述：
如图1所示，一种工业用冷水机组综合节能系统，包括制冷循环系统，废热回收系统，废热再升温系统，低环境温度机组无耗能运行系统；
所述制冷循环系统：制冷压缩机16制冷剂出口与第一热回收器17进口连接，第一热回收器17制冷剂出口与第一换热器18进口连接，第一换热器18出口与第一截止阀19进口连接，第一截止阀19制冷剂出口与第一过滤器20进口连接，第一过滤器20出口与第一电磁阀21进口连接，第一电磁阀21出口与第一热力膨胀阀22进口连接，第一热力膨胀阀22制冷剂出口与第二换热器23进口连接，第二换热器23出口与制冷压缩机16进口连接；
所述废热回收系统：第一热回收器17循环水出口与中温水箱10连接，中温水箱10与第一中温水泵32进口连接，第一中温水泵32出口与第一热回收器17循环水进口连接，中温水箱10与第二中温水泵13出口连接，中温水箱10与客户使用端出口连接。
所述废热再升温系统：制热压缩机1制冷剂出口与第三换热器2进口连接，第三换热器2制冷剂出口与第二过滤器3进口连接，第二过滤器3出口与第二电磁阀4进口连接，第二电磁阀4制冷剂出口与第一电子膨胀阀5进口连接，第一电子膨胀阀5出口与第四换热器6进口连接，第四换热器6出口与第一气液分离器7进口连接，第一气液分离器7制冷剂出口与制热压缩机1进口连接；第三换热器2循环水出口与高温水箱9连接，高温水箱9与第一高温水泵12进口连接，第一高温水泵12出口与客户使用端进口连接，客户使用端与高温水箱9连接；第三换热器2循环水进口与第三中温水泵8出口连接，第三中温水泵8进口和中温水箱10连接；第四换热器6循环水进口和第四中温水泵11出口连接，第四中温水泵11循环水进口与中温水箱10连接，第四换热器6循环水出口分别与第三电磁阀14和第四电磁阀15进口连接，第三电磁阀14出口与中温水箱10连接，第四电磁阀15与低温水箱27连接。
所述低环境温度机组无耗能运行系统：低温水箱27出口与第一低温水泵26进口连接，第一低温水泵26出口与第五电磁阀24和第六电磁阀25的进口连接，第五电磁阀24出口与第二换热器23循环水进口连接，第二换热器23出口与低温水箱27连接，第六电磁阀25出口与第五换热器28循环水进口A连接，第五换热器28循环水出口A与低温水箱27连接，第五换热器28循环水出口B与第六换热器30循环水进口连接，第六换热器30循环水出口与第二低温水泵29进口连接，第二低温水泵29出口与第五换热器28进口B连接，第三低温水泵31进口连接低温水箱27，第三低温水泵31出口连接客户使用端进口，客户使用端出口连接低温水箱27进口；
优选地，所述的第一换热器是壳管式或翅片式换热器中任一种；第二换热器和第四换热器、第五换热器为壳管式或板式换热器中任一种；第三换热器为板式或套管式任一种，第六换热器为翅片式换热器；膨胀阀为热力膨胀阀、电子膨胀阀或毛细管中任一种；压缩机1可以是容积型或速度型；电磁阀为本领域常用的电磁阀。
如图2、3所示，一种用于上述工业用冷水机组综合节能系统的智能控制方法，包括设置采集单元、输入单元、通讯单元、CPU处理单元、驱动单元、输出单元、低压电源；所述采集单元用于外部信息的采集；所述输入单元将采集单元采集的信息输入到CPU处理单元；所述CPU处理单元是对输入信号进行诊断后发出指令，驱动单元受CPU处理单元控制；输出单元用于发出控制信号；低压电源向智能控制器的低压原件供电。
所述采集单元包括温度采集模块、压力采集模块，流量采集模块，模拟量采集模块；输入单元包括输入接口；通信单元包括通讯插头、接口，通讯数据线；CPU处理中心单元包括主模块和辅助模块；驱动单元包括磁力接触器、继电器、热保护器等。输出单元包括输出接口。
上述采集单元中的温度采集模块为PT100或PT1000的任一种；压力采集模块为压力传感器或压力开关的任一种；流量采集模块为流量计；通讯模块为模拟量通讯或R485通讯的任一种；所述低压电源包括整流电路和稳压电路。
所述智能控制器的工作过程：首先对控制器通电并启动；控制器启动后进行首次扫描脉冲，检测输入单元、输出单元、通讯单元是否正常；所有检测一切正常，CPU处理单元调用子程序，将程序运行检测；同时采集单元进行工作，采集相应温度、系统压力、水流量等信息。这些信息经过输入单元和通讯单元输入进CPU处理单元，CPU处理单元根据输入数据合理性判断机组是否能正常开启；若数据异常，则CPU处理单元发出报警信号，并在控制屏幕上显示报警信息或故障信息；若所有数据正常，则控制程序处于待命状态，等待启动命令；当客户需求需要启动机组时，则发出启动命令；
在启动命令发出之前，使用方可根据实际情况进行手动设置启动模式，也可由控制程序系统根据输入数据情况自行判断启动模式；
当只需要机组制冷时，而环境温度比较高时，则控制系统选择制冷模式；CPU处理单元发出启动制冷模式，由输出单元将启动信号输出给驱动单元，驱动单元则根据信号启动制冷系统的相应阀门、水泵等其他辅助附件；当驱动单元正常驱动时，则采集单元开始循环采集，将相应采集信息输入到CPU处理单元；CPU处理单元根据输入采集数据，判断制冷压缩机是否启动；CPU处理单元发出启动制冷压缩机信号，由输出单元和通讯单元将信号传输给驱动单元，驱动单元启动制冷压缩机运行；采集单元循环采集，将采集数据输入CPU处理单元，CPU处理单元根据输入数据，对制冷压缩机进行加卸载输出，由驱动单元执行。
当需要机组制冷时，同时需要热回收的中温热水或制热时的高温热水时，则控制系统选择冷热模式；CPU处理单元发出启动冷热模式，由输出单元将启动信号输出给驱动单元，驱动单元则根据信号启动冷热系统的相应阀门、水泵等其他辅助附件；当驱动单元正常驱动时，则采集单元开始循环采集，将相应采集信息输入到CPU处理单元；CPU处理单元根据输入采集数据，判断制冷压缩机是否启动；CPU处理单元发出启动制冷压缩机信号，由输出单元和通讯单元将信号传输给驱动单元，驱动单元启动制冷压缩机运行；采集单元循环采集，将采集数据输入CPU处理单元，CPU处理单元根据输入数据，对制冷压缩机进行加卸载输出，由驱动单元执行；与此同时，CPU处理单元启动热回收系统的阀门、水泵等辅助配件，系统进行废热回收运行；当使用方需求高温热水时，采集单元则开始采集中温水箱的中温水温度；若中温水箱中温水温度不能满足使用时，采集单元将采集数据输入到CPU处理单元；CPU处理单元发出启动高温热水系统信号，由输出单元和通讯单元将执行命令传输到驱动单元，由驱动单元驱动高温热水系统阀门、水泵、电磁阀等辅助部件；当驱动单元正常驱动时，则采集单元开始循环采集，将相应采集信息输入到CPU处理单元；CPU处理单元根据输入采集数据，判断制热压缩机是否启动；CPU处理单元发出启动制热压缩机信号，由输出单元和通讯单元将信号传输给驱动单元，驱动单元启动制热压缩机运行；采集单元循环采集，将采集数据输入CPU处理单元，CPU处理单元根据输入数据，对制热压缩机进行加卸载输出，由驱动单元执行。
当只需要机组制冷时，而环境温度比较低时，则控制系统选择无耗能模式；CPU处理单元发出启动无耗能模式，由输出单元将启动信号输出给驱动单元，驱动单元则根据信号启动无耗能系统的相应阀门、水泵、电磁阀等其他辅助附件；当驱动单元正常驱动时，则采集单元开始循环采集，将相应采集信息输入到CPU处理单元；CPU处理单元根据输入采集数据，判断室外冷却系统是否启动；CPU处理单元发出启动室外冷却系统信号，由输出单元和通讯单元将信号传输给驱动单元，驱动单元启动室外冷却系统运行；采集单元循环采集，将采集数据输入CPU处理单元，CPU处理单元根据输入数据，对室外冷却系统组别依次启动，由驱动单元执行。

Claims (9)

1.一种工业用冷水机组综合节能系统，其特征在于，包括制冷循环系统、废热回收系统、废热再升温系统、低环境温度机组无耗能运行系统；
其中，所述制冷循环系统：制冷压缩机、第一热回收器、第一换热器、第一截止阀、第一电磁阀、第一热力膨胀阀、第二换热器的进出口依次连接，第二换热器的出口与制冷压缩机进口连接，构成制冷循环回路，制冷剂在所述制冷循环回路运行；
所述废热回收系统：第一热回收器、中温水箱、第一中温水泵的进出口顺次连接，中温水箱、第二中温水泵、与客户使用端进出口顺次连接构成循环回路，循环水在循环回路中运行；
所述废热再升温系统：制热压缩机、第三换热器、第二电磁阀、第一电子膨胀阀、第四换热器、第一气液分离器的进出口顺次连接构成循环回路，制冷剂在该循环回路中运行；所述中温水箱、第三中温水泵、第三换热器、高温水箱进出口顺次连接，高温水箱、第一高温水泵、客户使用端进出口顺次连接，所述中温水箱、第四中温水泵、第四换热器、第三电磁阀进出口顺次连接，所述第四换热器通过地四电磁阀与低温水箱连接；循环水在这些连接结构中运行；
所述低环境温度机组无耗能运行系统：低温水箱、第一低温水泵、第五电磁阀、第二换热器进出口顺次连接；低温水箱、第一低温水泵、第六电磁阀、第五换热器进出口顺次连接；第五换热器、第六换热器、第二低温水泵进出口顺次连接；低温水箱、第三低温水泵、客户使用端进出口顺次连接，循环水在该循环结构中运行。
2.根据权利要求1所述的一种工业用冷水机组综合节能系统，其特征在于，所述第一截止阀与第一电磁阀之间设有第一过滤器；所述第三换热器与第二电磁阀之间设有第二过滤器。
3.根据权利要求1所述的一种工业用冷水机组综合节能系统，其特征在于，所述的第一换热器是壳管式或翅片式换热器；第二换热器和第四换热器、第五换热器为壳管式或板式换热器；第三换热器为板式或套管式，第六换热器为翅片式换热器。
4.根据权利要求1所述的一种工业用冷水机组综合节能系统，其特征在于，所述膨胀阀为热力膨胀阀、电子膨胀阀或毛细管。
5.根据权利要求1所述的一种工业用冷水机组综合节能系统，其特征在于，所述压缩机是容积型压缩机或速度型压缩机。
6.根据权利要求2所述的一种工业用冷水机组综合节能系统，其特征在于，所述的第一换热器是壳管式或翅片式换热器；第二换热器和第四换热器、第五换热器为壳管式或板式换热器；第三换热器为板式或套管式，第六换热器为翅片式换热器；所述膨胀阀为热力膨胀阀、电子膨胀阀或毛细管；所述压缩机是容积型压缩机或速度型压缩机。
7.一种基于上述权利要求1-5任一项所述的工业用冷水机组综合节能系统的智能控制方法，其特征在于,
第一，设置智能控制器，包括用于外部信息采集的采集单元、将采集的信息输入到CPU处理单元的输入单元、对输入信号进行诊断后发出指令的CPU处理单元、受CPU处理单元控制的驱动单元、用于发出控制信号的输出单元、向智能控制器的低压原件供电的低压电源；
第二，对控制器通电并启动；监测器件单元，采集单元采集环境信息并输入CPU处理单元，系统正常运行后，手动设置启动模式或由控制程序系统根据输入数据情况自行判断启动模式；
第三，环境温度较高，控制系统选择制冷模式；CPU处理单元发出启动制冷模式，由输出单元将启动信号输出给驱动单元，驱动单元则根据信号启动制冷系统，采集单元循环采集，将采集数据输入CPU处理单元，CPU处理单元根据输入数据，对制冷压缩机进行加卸载输出，由驱动单元执行；
第四，同时需要热回收的中温热水或制热时的高温热水时，控制系统选择冷热模式；CPU处理单元发出启动冷热模式，由输出单元将启动信号输出给驱动单元，驱动单元则根据信号启动冷热系统；采集单元循环采集，将采集数据输入CPU处理单元，CPU处理单元根据输入数据，对制热压缩机进行加卸载输出，由驱动单元执行；
第五，环境温度比较低，控制系统选择无耗能模式；CPU处理单元发出启动无耗能模式，由输出单元将启动信号输出给驱动单元，驱动单元则根据信号启动无耗能系统，采集单元循环采集，将采集数据输入CPU处理单元，CPU处理单元根据输入数据，对室外冷却系统组别依次启动，由驱动单元执行。
8.根据权利要求7所述的智能控制方法，其特征在于，所述采集单元包括温度采集模块、压力采集模块、流量采集模块、模拟量采集模块；通信单元包括通讯插头、接口、通讯数据线；CPU处理中心单元包括主模块和辅助模块；驱动单元包括磁力接触器、继电器、热保护器。
9.根据权利要求8所述的智能控制方法，其特征在于，所述采集单元中的温度采集模块为PT100或PT1000；压力采集模块为压力传感器或压力开关；流量采集模块为流量计；通讯模块为模拟量通讯或R485通讯；所述低压电源包括整流电路和稳压电路。
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