CN107860080A - 一种低循环倍率过冷水冰浆连续制取装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低循环倍率过冷水冰浆连续制取装置，包括制冷循环系统和制冰循环系统；制冷循环系统由压缩机、冷凝器和过冷却器构成；制冰循环系统由蓄冰槽、循环水泵、阀门、流量计、过冷却器和过冷解除装置构成；过冷却器是联结制冷循环系统和制冰循环系统的换热器。制冰循环系统流量变化时，开环调节器根据流量信号调整冰浆发生器管内挡板角度，强制改变流动条件，实现冷水单次循环后的最大制冰率。若发生器管内冰堵，该装置通过可调挡板的大幅度动作，破坏成块冰晶，恢复流动。本发明所述装置能够降低维持蓄冰槽含冰率所需的冷水循环倍率，减少循环水泵耗功。

Description

一种低循环倍率过冷水冰浆连续制取装置

技术领域

本发明属于暖通空调领域，尤其涉及一种低循环倍率过冷水冰浆连续制取装置，适用于冰浆蓄冷空调系统。

背景技术

冰蓄冷技术是近几年来逐渐得到重视的一项新技术，冰蓄冷空调系统是冰蓄冷技术的典型应用实例。冰蓄冷属于潜热蓄冷技术，系统的释冷和蓄冷过程利用了水相变过程的潜热：结冰时放出热量、存储冷量，融冰时吸收热量、提供冷量。这种蓄冷方式的系统结构与传统水蓄冷系统类似，但是利用相变能产生更大的蓄冷能力。冰蓄冷技术按制冰方式不同可分为静态冰蓄冷和动态冰蓄冷。动态冰蓄冷方式包括：片冰滑落式、冰晶式和冰浆式。

冰浆式蓄冷是一种新型动态冰蓄冷方式，其储能介质是冰浆，也即固态冰晶颗粒与液态冷水组成的固、液两相混合物。蓄冰槽出流的冷水流经过冷却器和过冷解除装置，采用过冷法形成冰浆回到蓄冰槽储存。利用冰浆储存冷量的系统运行稳定，可以使用户侧连续获取冷量，满足制冷需求。

冰浆蓄冷空调系统在夜晚用电的低谷时期消耗较多电能进行蓄冷，在白天用电高峰期间，释放夜间储存的冷量，满足用户的用冷需求。冰浆蓄冷空调系统的冷量储存和释放过程分为2个循环回路分别进行，该系统可以提高电力资源的利用率，缓解用电高峰时期电力紧缺现象，对于电力系统的“削峰填谷”作用十分显，对区域供冷具有重要意义。

在该领域中，如何更高效率的制取冰浆，提高系统运行经济性和稳定性是研究的热点。

冰浆蓄冷空调系统蓄冷时的耗功主要发生在循环水泵、压缩机，在不考虑制冷循环出力变化时，系统运行的经济性取决于使得蓄冰槽内含冰率达到要求时循环水泵的耗功量。提高冰浆蓄冷空调系统蓄冷时的运行经济性，主要在于降低循环水泵耗功，即提高冷水单次循环流动后的制冰率，降低工质循环倍率，并在工质流量发生变化时通过控制手段维持循环倍率在较低水平。

利用过冷法制取冰浆时，由于流体内含有杂质或流动受到过大扰动，流动剪切力不足以携带产生的较大冰块，流道内容易发生冰堵。如何避免冰堵现象，保证冰浆蓄冷空调系统连续运行，也是当今研究的热点所在。

发明内容

发明目的：针对上述现有存在的问题和研究热点，本发明的目的在于提供一种结构简明、实现自动调节、经济性好、可靠性高的低循环倍率过冷水冰浆连续制取装置，用以连续、稳定地以低循环倍率制取冰浆。在发生冰堵现象时，能及时发现并通过挡板动作消除流道堵塞，恢复系统正常运行。

技术方案：

本发明提供一种低循环倍率过冷水冰浆连续制取装置，其特征在于，包括制冷循环系统和制冰循环系统；

制冷循环系统由压缩机、冷凝器和过冷却器构成；

压缩机的出口与冷凝器的制冷剂进口相连，冷凝器的制冷剂出口与过冷却器的进口相连，过冷却器的出口与压缩机的进口相连；

制冷剂在过冷却器处定压气化吸热后，进入压缩机在绝热状态下被压缩，压缩机出口的高压制冷剂蒸气温度高于饱和温度，随后进入冷凝器向环境介质等压放热，冷凝器内过热的制冷剂蒸气降温、冷凝成饱和液状态后，再次进入过冷却器气化吸热，完成一次制冷循环。

制冰循环系统由蓄冰槽、循环水泵、阀门、流量计、过冷却器和过冷解除装置构成；

蓄冰槽中设有过滤装置，位于蓄冰槽的出口处，蓄冰槽的出口与循环水泵的进口相连，循环水泵的出口与阀门的进口相连，阀门的出口与过冷却器的进口相连，过冷却器的出口与过冷解除装置的进口相连，过冷解除装置的出口与蓄冰槽的进口相连；在阀门和过冷却器之间设置有流量计，可输出流量信号至开环调节器，从而控制过冷解除装置；

循环冷水在过冷却器处放热给制冷剂成为过冷水，进入过冷解除装置，经物理碰撞释放吉布斯自由能，解除过冷状态成为冰浆，冰浆流入蓄冰槽储存，蓄冰槽内一部分冰浆受循环水泵的驱动，经过滤装置将冰晶颗粒滤去成为循环冷水，流经阀门、流量计，再次进入过冷却器放热，完成一次制冰循环；

过冷却器是联结2个循环回路的换热器，为套管式换热器、板式换热器、板管式换热器和壳式换热器的一种或几种形式的组合；

过冷解除装置为卧式壳管式冰浆发生器，发生器内有m根方形管，m为大于等于2的正整数，每根管内装有n组角度可调的挡板，n为大于等于2的正整数；m根方形管中n组可调挡板的角度由开环调节器控制，一般根据同一控制量调节为同一角度，亦可根据需要调节为不同的角度；开环调节器的控制量输出由流量计传送的制冰循环系统中冷水流量信号与过冷解除装置中挡板角度的最优关系确定，并以该关系作为运行指导施加给执行机构。

由于冰浆蓄冷空调系统在实际应用中应优先满足用户侧冷负荷需求，故制冰循环系统中的冷水流量受到用户侧制约，通常不能维持恒定。依据冷水流量调节过冷解除装置挡板开度，能够保持系统在不同流量时均有较高的制冰率和较低的能量开销。假定制冷循环系统出力固定，制冰循环系统中冷水流量较大时，由于流速较快，冷水流经过冷却器获得的过冷度较小，亚稳态过冷水具有较低的吉布斯自由能，过冷水流经过冷解除装置时，由于高流速流体自身具有的较大动能，在相同的挡板阻隔条件下能获得较大的相变驱动力，过冷水受到扰动结冰，制冰率高，同时由于流动剪切力大，冰浆裹挟冰块流动能力强，流道内不易产生冰堵；而冷水流量较小时，由于工质管内流速较慢，冷水流经过冷却器时能获得较大的过冷度，虽然该工况下亚稳态过冷水具有更高的吉布斯自由能，但与大流量时过冷水的吉布斯自由能相差不大，过冷水流经过冷解除装置时，由于流体自身动能较小，挡板开度一定时由于受挡板阻隔而获得的相变驱动力较小，导致小流量时制冰效率低下，同时由于流动剪切力较小，难以携带产生的冰块一同流动，容易发生冰堵现象。

冷水流量较大时，流体自身动能允许过冷解除装置提供较少的阻隔作用，因此卧式壳管式冰浆发生器方形管中挡板角度可设置较大，在维持制冰效率的前提下，减少流动的节流损失并防止冰堵。冷水流量较小时，若想获得高制冰率，降低工质循环倍率，需要将挡板开度关小，但通流面积减小会增加发生冰堵的可能性，因而挡板开度随流量信号的变化存在最优值，使得冰浆蓄冷空调系统能连续、高效地制取冰浆。该装置以流量计测得的流量信号在未主动调节循环冷水流量时是否快速衰减判断制冰循环系统是否发生冰堵，若发生冰堵，则控制过冷解除装置内挡板进行大幅度动作，破坏流道内已形成的大块冰晶，消除冰堵，恢复流道正常工况。

有益效果：本发明的优点在于，利用流量计测得的流量信号，以流量与挡板角度的最优关系为运行指导，通过开环控制器调节卧式壳管式冰浆发生器方形管中的挡板角度大小，使得冰浆蓄冷空调系统的制冰侧在不同流量工况下都能保持较高的制冰率，并降低冰堵发生的可能性，即使发生冰堵也能及时消除。与现有冰浆制取装置相比，本发明提供的一种低循环倍率过冷水冰浆连续制取装置能有效提高循环冷水单次循环后的制冰率，降低工质循环倍率，减少系统耗功，降低运行成本，提升系统运行稳定性。

附图说明

图1为本发明的一种实施例的结构示意图。

图2为本发明的一种实施例中过冷却器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明公开了一种低循环倍率过冷水冰浆连续制取装置，包括制冷循环系统和制冰循环系统。制冷循环系统由压缩机、冷凝器和过冷却器构成。压缩机的出口与冷凝器的制冷剂进口相连，冷凝器的制冷剂出口与过冷却器的进口相连，过冷却器的出口与压缩机的进口相连，制冰循环系统由蓄冰槽、循环水泵、阀门、流量计、过冷却器和过冷解除装置构成。蓄冰槽中设有过滤装置，位于蓄冰槽的出口处，用于过滤蓄冰槽出水中的冰晶。蓄冰槽的出口与循环水泵的进口相连，循环水泵的出口与阀门的进口相连，阀门的出口与过冷却器的进口相连，过冷却器的出口与过冷解除装置的进口相连，过冷解除装置的出口与蓄冰槽的进口相连；在阀门和过冷却器之间设置有流量计，测量流入过冷却去的冷水流量，输出流量信号至开环调节器。过冷却器是联结2个循环回路的换热器，为套管式换热器。过冷解除装置为卧式壳管式冰浆发生器，发生器内有2根方形管，每根管内装有4组角度可调的挡板。

经过滤装置过滤后的冷水，从蓄冰槽由循环水泵泵送至制冰循环系统，流经阀门时受到节流；冷水进而流经流量计，其流量信号被获取并送出；冷水随后流经过冷却器吸收制冷循环提供的冷量成为过冷水；冷水进一步流经过冷解除装置，通过挡板碰撞扰动形成冰浆，进入蓄冰槽储存。

考虑制冷循环提供的冷量不变，且制冰循环系统中的水流量发生变化时，流量计测得的流量信号发生改变，流量信号送至开环调节器，开环调节器根据流量信号输出不同的控制量，调节冰浆发生器管内挡板角度，强制改变管内流动条件，改变过冷水在管内流道的碰撞剧烈程度。针对不同流量工况，开环调节器将过冷解除器2根方形管内的8组挡板开度调节至同一最优值，获得不发生冰堵时系统运行的最低循环倍率和最大制冰效率，达到稳定、节能的效果。

若流量计测得的流量信号在未主动调节循环冷水流量时急剧衰减至前一采样时刻的40％以下，说明冰浆发生器管内发生冰堵，则及时通过开环调节器控制可调挡板大幅度动作，破坏流道内已成形的冰块，恢复管内正常流动工况。

由此，使用本发明提供的冰浆制取装置的冰浆蓄冷空调系统能够稳定、连续、经济地工作。

Claims (4)

1.一种低循环倍率过冷水冰浆连续制取装置，其特征在于，包括制冷循环系统和制冰循环系统；

制冷循环系统由压缩机、冷凝器和过冷却器构成；

压缩机的出口与冷凝器的制冷剂进口相连，冷凝器的制冷剂出口与过冷却器的进口相连，过冷却器的出口与压缩机的进口相连；

制冰循环系统由蓄冰槽、循环水泵、阀门、流量计、过冷却器和过冷解除装置构成；

蓄冰槽中设有冰晶过滤装置，位于蓄冰槽的出口处；蓄冰槽的出口与循环水泵的进口相连，循环水泵的出口与阀门的进口相连，阀门的出口与过冷却器的进口相连，过冷却器的出口与过冷解除装置的进口相连，过冷解除装置的出口与蓄冰槽的进口相连；在阀门和过冷却器之间设置有流量计，可输出流量信号至开环调节器，从而控制过冷解除装置；

过冷却器是联结制冷循环系统和制冰循环系统的换热器。

2.根据权利要求1所述的低循环倍率过冷水冰浆连续制取装置，其特征在于，过冷却器为套管式换热器、板式换热器、板管式换热器和壳式换热器的一种或几种的组合。

3.根据权利要求1或2所述的低循环倍率过冷水冰浆连续制取装置，其特征在于，过冷解除装置为卧式壳管式冰浆发生器，发生器内有m根方形管，m为大于等于2的正整数，每根方形管内装有n组角度可调的挡板，n为大于等于2的正整数；

所述m根方形管中的n组可调挡板的角度由开环调节器控制，n组可调挡板的角度根据需要可调节为同一角度或调节为不同的角度；所述开环调节器控制量输出由流量计传送的流量信号确定。

4.根据权利要求1或2或3所述的低循环倍率过冷水冰浆连续制取装置，其特征在于，判断发生冰堵的依据为在未主动调节循环冷水流量时，其实际流量急剧下降。