CN105509206B - 一种具有双温段放冷功能的水蓄冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有双温段放冷功能的水蓄冷系统，包括蓄冷水槽、制冷主机、高温板换组件、低温板换组件、上布水组件、下布水组件、移动布水组件、滑动装置和温度传感器组件。本发明克服了现有水蓄冷系统的技术缺陷，使得高温板换组件和低温板换组件无论是同时运行，还是单独运行，均不会令中温水层与高温水层之间发生紊乱或串流，以避免冷量的品位降低和浪费，提高了冷量的利用效率；同时，还提高了水蓄冷系统的综合效率。

Description

一种具有双温段放冷功能的水蓄冷系统

技术领域

本发明涉及蓄冷技术，具体来说是一种具有双温段放冷功能的水蓄冷系统。

背景技术

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。对于各类制冷低温系统，如中央空调和工业冷却等系统，在原系统基础上增加建设蓄冷装置，然后利用夜间低价电蓄冷，白天高价电时段则释放储存的冷量，这种利用蓄冷系统实现以低价电部分或全部代替高价电的制冷运行手段可以为用户带来明显的电费节省经济效益，另一方面，蓄冷系统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。

水蓄冷是应用极为广泛的蓄冷技术之一，其中自然分层式水蓄冷系统以其优异的效率在水蓄冷技术中占据主流地位。常规的自然分层式水蓄冷采用在蓄冷水槽内布置上布水组件、下布水组件的方式实现不同密度的高、低温水层在槽内稳定分层储存。在蓄、放冷过程中，高、低温水层之间的温度过渡层——斜温层——应保持尽可能的薄，因为斜温层内的水所储存的冷量因温度较高而品位较低，从而难以被再次利用。

通常的水蓄冷系统只需满足一种用冷温度段(即冷负荷需求端只需要一个确定的冷冻水送水温度和一个确定的冷冻水回水温度)，因此蓄冷水槽只需上、下各一套布水组件即可。但在许多工艺冷却场合，冷负荷需求侧可能需要两种不同的温度段以满足不同的生产工艺要求，在此种情况下，常规水蓄冷系统在放冷过程中往往难以同时满足两种不同温度需求的冷负荷的供冷要求。例如，向较低温度段冷负荷(低温板换)放冷之后的冷冻水为中温水，向较高温度冷负荷(高温板换)放冷之后的冷冻水为高温水，如果前述高、中温水均通过传统的上布水组件送回蓄冷水槽，则蓄冷水槽的上部必然出现水温和水层的紊乱，斜温层大大加厚。中温水中储存的剩余冷量本来能够满足较高温度冷负荷需求的，但因与高温水在上布水组件出口附近混和后温度上升，冷源品位下降而不再能满足，从而造成部分蓄冷量的浪费。

为防止蓄冷量浪费，低温板换组件和高温板换组件通过串联方式接受蓄冷水槽的放冷，即冷冻水从低温板换出来后直接进入高温板换，其间的中温水不再回到蓄冷水槽。这样，蓄冷水槽内仅存在低温和高温两种水层，采用传统的只具有上下两套布水组件的蓄冷水槽能够正常应对这种特殊情况下的双温度段冷负荷用冷需求。但此方式需要高、低温冷负荷必须同时运行，且二者的负荷大小保持恒定不变或者同步等比例变化。这对应用场合的要求很高，而实际的使用场合中极少会高、低温冷负荷同时运行或始终同时运行，当只需要其中的高温冷负荷或低温冷负荷单独运行时就会出现前述水温和水层紊乱，斜温层大大加厚，从而造成蓄冷量浪费的问题，故无法从根本上解决技术问题。

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，提供了一种具有双温段放冷功能的水蓄冷系统，包括蓄冷水槽、制冷主机、高温板换组件、低温板换组件、上布水组件和下布水组件，所述上布水组件和下布水组件分别固定于蓄冷水槽内的上端和下端；所述下布水组件通过第一管道与低温板换组件的冷侧入口连接，所述上布水组件通过第二管道与高温板换组件的冷侧出口连接，所述低温板换组件的冷侧出口通过第三管道与高温板换组件的冷侧入口连接，所述制冷主机的入口通过第四管道与第二管道连接，所述制冷主机的出口通过第五管道与第一管道连接；还包括移动布水组件、滑动装置和温度传感器组件，所述移动布水组件通过滑动装置安装于蓄冷水槽内，所述温度传感器组件安装于蓄冷水槽内，所述移动布水组件通过第六管道与第三管道连接，所述温度传感器组件与滑动装置信号连接。

优选的，所述移动布水组件包括伸缩管、第一连接管、至少一个第一布水器，所述第一连接管通过伸缩管与第六管道连接，且所述第一连接管的一端与滑动装置连接，所述第一布水器安装于第一连接管。

优选的，所述滑动装置包括丝杆、套筒和电机，所述丝杆安装于蓄冷水槽，所述第一连接管的一端通过套筒与丝杆连接，所述电机与丝杆的一端连接，所述电机与温度传感器组件信号连接。

优选的，所述温度传感器组件包括多个温度传感器，多个温度传感器于蓄冷水槽中自上而下均匀分布。

优选的，所述上布水组件包括第二连接管和至少一个第二布水器，所述第二连接管的一端与第二管道连接，所述第二布水器安装于第二连接管；

优选的，所述下布水组件包括第三连接管和至少一个第三布水器，所述第三连接管的一端与第一管道连接，所述第三布水器安装于第三连接管。

优选的，所述第一管道设有第一阀门和第一水泵，所述第一阀门和第一水泵沿蓄冷水槽至低温板换组件方向依次分布，且所述第五管道与第一管道之间的连接处位于第一阀门与蓄冷水槽之间。

优选的，所述第二管道设有第二阀门，所述第四管道与第二管道之间的连接处位于第二阀门与蓄冷水槽之间；所述第三管道设有第二水泵，所述第六管道与第三管道之间的连接处位于第二水泵与低温板换组件之间。

优选的，所述第四管道设有第三阀门和第三水泵，第三阀门和第三水泵沿水流方向依次分布。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

1、本具有双温段放冷功能的水蓄冷系统增加了移动布水组件和温度传感器组件，则低温板换组件和高温板换组件无论是同时运行，还是分别单独运行，均不会使中温水层和高温水层发生紊乱，避免浪费中温水层中的冷量，提高了冷量的利用效率。

2、本具有双温段放冷功能的水蓄冷系统增加了移动布水组件和温度传感器组件，则移动布水组件可根据温度传感器组件的检测实时调整到适合的位置，使水蓄冷系统可以同时提供两种不同温度段的放冷冷源(低温水层的水和中温水层的水)，既能确保低温板换组件所需要的冷源品位(低温水层的水)，又能使高温板换组件充分利用低温板换组件放冷之后的残余低品位冷量及中温水层的水，这提高了水蓄冷系统的综合效率。

3、本具有双温段放冷功能的水蓄冷系统采用了移动布水组件，则可使蓄冷水槽内的低温、中温和高温三个温度带水层稳定分布，故相邻两个温度带水层之间的斜温层可以得到很好的控制，确保蓄冷水槽能够实现较大的蓄冷温差，从而提高了蓄冷水槽的蓄冷密度，也可减小蓄冷水槽的体积。

附图说明

图1是本发明一种具有双温段放冷功能的水蓄冷系统的结构示意图。

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。

如图1所示，本具有双温段放冷功能的水蓄冷系统，包括蓄冷水槽1、制冷主机2、高温板换组件3、低温板换组件4、上布水组件5和下布水组件6，所述上布水组件5和下布水组件6分别固定于蓄冷水槽1内的上端和下端；所述下布水组件6通过第一管道7与低温板换组件4的冷侧入口连接，所述上布水组件5通过第二管道8与高温板换组件3的冷侧出口连接，所述低温板换组件4的冷侧出口通过第三管道9与高温板换组件3的冷侧入口连接，所述制冷主机2的入口通过第四管道10与第二管道8连接，所述制冷主机2的出口通过第五管道11与第一管道7连接；还包括移动布水组件12、滑动装置13和温度传感器组件14，所述移动布水组件12通过滑动装置13安装于蓄冷水槽1内，所述温度传感器组件14安装于蓄冷水槽1内，所述移动布水组件12通过第六管道15与第三管道9连接，所述温度传感器组件14与滑动装置13信号连接。通过温度传感器组件14检测蓄冷水槽1中各个高度中冷水的温度，并将温度值实时反映给滑动装置13，则滑动装置13带动移动布水组件12移动到适应高度，即适合温度的中温水层中，确保自移动布水组件12中出来的中温水量不会与高温水层的水量发生串扰，避免了冷量的损失。同时，如果只是高温板换组件3运行时，可直接通过移动布水组件12吸取中温水层的水量为高温板换组件3提供冷量，而不需要通过下布水组件6抽取蓄冷水槽1下层的高品位低温水为高温板换组件3提供冷量，从而避免浪费高品位冷量。

所述移动布水组件12包括伸缩管121、第一连接管122、至少一个第一布水器123，所述第一连接管122通过伸缩管121与第六管道15连接，且所述第一连接管122的一端与滑动装置13连接，所述第一布水器123安装于第一连接管122。此移动布水组件12的结构简单，伸缩管121可保证第一布水器123上、下移动的距离，故第一布水器123可根据温度传感器提供的检测结果而通过滑动装置及时移动到适应的高度，即使第一布水器位于中温水层，避免了中温水和高温水量之间的串扰从而造成冷量的浪费。具体的，第一连接管123水平设置，而第一布水器123的数量为多个，本实施例中第一布水器123的数量为3个，此3个第一布水器123均匀的安装于第一连接管122，从而可在中温水层均匀的排水或吸水，同时也保证了移动布水组件12的工作效率。第一布水器123的数量根据实际工程应用中蓄冷水槽的大小而决定。

所述滑动装置13包括丝杆、套筒和电机，所述丝杆安装于蓄冷水槽，所述第一连接管的一端通过套筒与丝杆连接，所述电机与丝杆的一端连接，所述电机与温度传感器组件信号连接。

所述温度传感器组件14包括多个温度传感器141，多个温度传感器141于蓄冷水槽1中自上而下均匀分布。多个温度传感器141可确定各个高度的水的温度的准确值，从而保证了第一布水器123位于更适合的位置。

所述上布水组件5包括第二连接管51和至少一个第二布水器52，所述第二连接管51的一端与第二管道8连接，所述第二布水器52安装于第二连接管51；所述下布水组件6包括第三连接管61和至少一个第三布水器62，所述第三连接管61的一端与第一管道7连接，所述第三布水器62安装于第三连接管61。本实施例中，第二布水器52和第三布水器62的的数量均为3个，且3个第二布水器52均匀安装于第二连接管51，3个第三布水器62均匀安装于第三连接管61，这保证排放、抽取水量的均匀性，也可保证了工作效率。同时，第二布水器52和第三布水器62的数量根据实际工程应用中蓄冷水槽的大小而决定。且第一布水器123、第二布水器52和第三布水器62的数量相等。

所述第一管道7设有第一阀门16和第一水泵17，所述第一阀门16和第一水泵17沿蓄冷水槽1至低温板换组件4方向依次分布，且所述第五管道11与第一管道7之间的连接处位于第一阀门16与蓄冷水槽1之间。所述第二管道8设有第二阀门18，所述第四管道10与第二管道8之间的连接处位于第二阀门18与蓄冷水槽1之间；所述第三管道9设有第二水泵19，所述第六管道15与第三管道9之间的连接处位于第二水泵19与低温板换组件4之间。所述第四管道10设有第三阀门20和第三水泵21，第三阀门20和第三水泵21沿水流方向依次分布。设置好相应的阀门及水泵，从而可有效控制管道的通闭，保证水蓄冷系统的有效进行。

本具有双温段放冷功能的水蓄冷系统的工作过程如下所述：

当低温板换组件和高温板换组件的负荷需求均在设计参数下稳定不变且同步运行时，经低温板换组件放冷后从低温板换组件出来后的中温水恰好等于高温板换组件所需的中温水量，则低温板换组件出来的中温水全部经第三管道流入高温板换组件，而经第六管道、伸缩管和移动布水组件分流回蓄冷水槽中的中温水层的水量为零，此时蓄冷水槽内移动布水组件附近的中温水层厚度保持不变，高温水层厚度逐渐增加，低温水层厚度逐渐减小，中温水层整体逐渐下移，移动布水组件则根据温度传感器组件的检测由滑动装置驱动自动追踪定位到设定的目标温度中温水层内；

当低温板换组件的负荷增大或高温板换组件的负荷降低时，经低温板换组件放冷后从低温板换组件出来的中温水量将大于高温板换组件所需的中温水量，此时低温板换组件出来的中温水除一部分经第三管道流入高温板换组件外，剩余流量则经第六管道、伸缩管和移动布水组件分流回蓄冷水槽中的中温水层，此时蓄冷水槽内移动布水组件附近的中温水层厚度将逐渐增大，低温水层厚度逐渐减小，高温水层厚度逐渐增大，移动布水组件则根据温度传感器组件的感测由滑动装置驱动自动追踪定位到设定的目标温度中温水层内；

当低温板换组件的负荷降低或高温板换组件的负荷增大时，经低温板换组件放冷后从低温板换组件出来的中温水量将小于高温板换组件所需的中温水量，此时除了低温板换组件出来的中温水须全部流向高温板换组件外，还需要经移动布水组件、伸缩管和第六管道从回蓄冷水槽中的中温水层抽取一部分中温水汇入高温板换组件，以满足高温板换组件的负荷需求；此时蓄冷水槽内移动布水组件附近的中温水层厚度将逐渐减小，甚至直至消失，而低温水层厚度逐渐减小，高温水层厚度逐渐增大，移动布水组件则根据温度传感器组件的感测由滑动装置驱动自动追踪定位到设定的目标温度中温水层内；

当低温板换组件单独运行时(即高温板换组件停止)，经低温板换组件放冷后从低温板换组件出来的中温水是全部经第六管道、伸缩管和移动布水组件后流回蓄冷水槽中形成中温水层。随着低温板换组件的继续运行的进展，中温水层厚度逐渐增大，低温水层厚度逐渐降低，高温水层厚度保持为0或不变，移动布水组件则根据温度传感器组件的感测由滑动装置驱动自动追踪定位到设定的目标温度中温水层内；

当高温板换组件单独运行时(即低温板换组件停止)，高温板换组件所需的中温水量全部取自蓄冷水槽内中温水层的水量，蓄冷水槽内的中温水量依次通过移动布水组件、伸缩管、第六管道后流入高温板换组件。随着高温板换组件运行的进展，中温水层厚度逐渐减小，高温水层厚度逐渐增大，低温水层厚度保持不变，移动布水组件则根据温度传感器组件的感测由移动布水组件滑动装置自动追踪定位到设定的目标温度中温水层内。但当中温水层的厚度减小到0后，移动布水组件将自动变换为追踪定位低温水层，此时相当于高温用冷端直接使用较高品位的低温水。

本具有双温段放冷功能的水蓄冷系统在进行上述的运行时，中温水量不会如传统的水蓄冷系统一样从上布水组件直接排放到高温水层，从而避免冷量的浪费，同时，这既能确保低温板换组件所需要的冷源品位，又能使高温板换组件充分利用低温负荷放冷之后的残余低品位冷量，且高温板换组件既可直接使用蓄冷水槽内中温水层的水量，也可直接使用蓄冷水槽内低温水层的水量，这样既提高了水蓄冷系统的综合效率又保障了高温板换组件的用冷安全性。

同时，上述中的高温的具体温度因具体用冷工艺需求的不同而不同，一般来说12～25℃均为工业冷却领域的常用温度范围。上述中的低温的具体温度也因具体用冷工艺需求的不同而不同，一般来说4～10℃为较广泛的应用范围。上述中的中温的温度范围侧居于前述高温和低温之间。

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 (8)

1.一种具有双温段放冷功能的水蓄冷系统，包括蓄冷水槽、制冷主机、高温板换组件、低温板换组件、上布水组件和下布水组件，所述上布水组件和下布水组件分别固定于蓄冷水槽内的上端和下端；所述下布水组件通过第一管道与低温板换组件的冷侧入口连接，所述上布水组件通过第二管道与高温板换组件的冷侧出口连接，所述低温板换组件的冷侧出口通过第三管道与高温板换组件的冷侧入口连接，所述制冷主机的入口通过第四管道与第二管道连接，所述制冷主机的出口通过第五管道与第一管道连接；其特征在于：还包括移动布水组件、滑动装置和温度传感器组件，所述移动布水组件通过滑动装置安装于蓄冷水槽内，所述温度传感器组件安装于蓄冷水槽内，所述移动布水组件通过第六管道与第三管道连接，所述温度传感器组件与滑动装置信号连接。

2.根据权利要求1所述的具有双温段放冷功能的水蓄冷系统，其特征在于：所述移动布水组件包括伸缩管、第一连接管、至少一个第一布水器，所述第一连接管通过伸缩管与第六管道连接，且所述第一连接管的一端与滑动装置连接，所述第一布水器安装于第一连接管。

3.根据权利要求2所述的具有双温段放冷功能的水蓄冷系统，其特征在于：所述滑动装置包括丝杆、套筒和电机，所述丝杆安装于蓄冷水槽，所述第一连接管的一端通过套筒与丝杆连接，所述电机与丝杆的一端连接，所述电机与温度传感器组件信号连接。

4.根据权利要求1所述的具有双温段放冷功能的水蓄冷系统，其特征在于：所述温度传感器组件包括多个温度传感器，多个温度传感器于蓄冷水槽中自上而下均匀分布。

5.根据权利要求1所述的具有双温段放冷功能的水蓄冷系统，其特征在于：所述上布水组件包括第二连接管和至少一个第二布水器，所述第二连接管的一端与第二管道连接，所述第二布水器安装于第二连接管；

所述下布水组件包括第三连接管和至少一个第三布水器，所述第三连接管的一端与第一管道连接，所述第三布水器安装于第三连接管。

6.根据权利要求1所述的具有双温段放冷功能的水蓄冷系统，其特征在于：所述第一管道设有第一阀门和第一水泵，所述第一阀门和第一水泵沿蓄冷水槽至低温板换组件方向依次分布，且所述第五管道与第一管道之间的连接处位于第一阀门与蓄冷水槽之间。

7.根据权利要求1所述的具有双温段放冷功能的水蓄冷系统，其特征在于：所述第二管道设有第二阀门，所述第四管道与第二管道之间的连接处位于第二阀门与蓄冷水槽之间；所述第三管道设有第二水泵，所述第六管道与第三管道之间的连接处位于第二水泵与低温板换组件之间。

8.根据权利要求1所述的具有双温段放冷功能的水蓄冷系统，其特征在于：所述第四管道设有第三阀门和第三水泵，第三阀门和第三水泵沿水流方向依次分布。