CN109442639A - 制冰水装置、冰水蓄冷空调及其控制方法 - Google Patents

制冰水装置、冰水蓄冷空调及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种制冰水装置、冰水蓄冷空调及其控制方法，其中，所述制冰水装置，包括：桶形本体，具有进水口、出水口和排气阀；换热器，设置在所述桶形本体内，具有制冷剂进口和制冷剂出口，用于使制冷剂与桶形本体内的水进行换热；以及水位计，设置在所述桶形本体内，所述水位计上设有目标水位、加水位和放水位。本发明制冰水装置、冰水蓄冷空调及其控制方法，提高了空调的制冷量，降低了冷凝器的工作压力及压缩机的功率，提高了制冷能效。

Description

制冰水装置、冰水蓄冷空调及其控制方法
技术领域
本发明涉及空调技术领域，特别涉及一种制冰水装置、冰水蓄冷空调及其控制方法。
背景技术
空调的制冷效果受环境温度的影响非常大。在高温工况下，受换热温差影响，冷凝器的换热能力急剧下降，制冷能力随之下降；同时，由于压缩机的工作压力升高，压缩机的做功增加，使能耗增加，用电量增大。为满足制冷效果，在空调选型上可以考虑较大冷量的空调，但是成本高，且耗电量提高。为了降低耗电量、满足大冷量需求，蓄冷空调技术迅速发展，但是现有的蓄冷空调系统仍然存在体积较大、操作不便、适用范围小等缺陷，因此亟需提出一种新的蓄冷空调系统。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种制冰水装置、冰水蓄冷空调及其控制方法，以降低空调运行成本和耗电量。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种制冰水装置，包括：
桶形本体，具有进水口、出水口和排气阀；
换热器，设置在所述桶形本体内，具有制冷剂进口和制冷剂出口，用于使制冷剂与桶形本体内的水进行换热；以及
水位计，设置在所述桶形本体内，所述水位计上设有目标水位、加水位和放水位。
进一步的，所述的制冰水装置还包括：
温度传感器，设置在所述桶形本体内，用于实时检测水温；
进水阀和出水阀，分别设置在所述进水口和出水口上，用于控制进水口和出水口关闭；以及
保温层，包裹在所述桶形本体的外壁上。
一种冰水蓄冷空调，包括：室内机、室外机、第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀、及所述的制冰水装置；其中，
所述制冰水装置的制冷剂进口与所述室外机的第一端连接；
所述制冰水装置的制冷剂进口经所述第一电磁阀与所述室内机的第一端连接；
所述制冰水装置的制冷剂出口经所述第二电磁阀与所述室内机的第一端连接；
所述制冰水装置的制冷剂出口经所述第三电磁阀分别与所述室内机的第二端、及所述室外机的第二端连接。
进一步的，所述室内机包括蒸发器、内风机和第一电子膨胀阀；
所述制冰水装置的制冷剂进口经所述第一电磁阀与所述室内机的第一电子膨胀阀连接；
所述制冰水装置的制冷剂出口经所述第三电磁阀与所述室内机的蒸发器连接；
所述制冰水装置的制冷剂出口经所述第二电磁阀与所述室内机的第一电子膨胀阀连接。
进一步的，所述室外机包括：压缩机、冷凝器和外风机；
所述制冰水装置的制冷剂进口与所述室外机的冷凝器连接；
所述制冰水装置的制冷剂出口经所述第三电磁阀与所述室外机的压缩机连接。
进一步的，所述制冰水装置包括第二电子膨胀阀；
所述制冰水装置的制冷剂进口经所述第二电子膨胀阀分别与所述室外机的冷凝器、及所述室内机的第一电子膨胀阀连接。
进一步的，所述冰水蓄冷空调的运行模式包括：第一制冷模式、制冰水模式和第二制冷模式；
在第一制冷模式时，所述第一电磁阀打开，第二电磁阀和第三电磁阀关闭，所述制冷剂在室内机与室外机所形成的第一回路中循环；
在制冰水模式下，所述第一电磁阀和第二电磁阀关闭，第三电磁阀打开，所述制冷剂在室外机与制冰水装置所形成的第二回路中循环；
在第二制冷模式下，所述第一电磁阀和第三电磁阀关闭，所述第二电磁阀打开，所述制冷剂在室内机、室外机及制冰水装置所形成的第三回路中循环。
一种冰水蓄冷空调的控制方法，包括：
控制第一电磁阀打开，第二电磁阀，第三电磁阀关闭，进入第一制冷模式，包括：
蒸发器排出制冷剂；
压缩机吸入蒸发器排出的制冷剂，将其压缩后排出；
冷凝器接收压缩机排出的制冷剂，并进行散热冷却；
第一电子膨胀阀对冷凝器排出的制冷剂进行节流；
蒸发器接收经第一电子膨胀阀节流排出的制冷剂，进行蒸发制冷；
和/或控制空调系统第一电磁阀、第二电磁阀关闭，第三电磁阀打开，进入制冰水模式，包括：
制冰水装置排出制冷剂；
压缩机吸入制冰水装置排出的制冷剂并进行压缩后排出；
冷凝器接收压缩机排出的制冷剂并进行散热后排出；
第二电子膨胀阀对冷凝器排出的制冷剂进行节流；
制冰水装置的换热器接收经第二电子膨胀阀节流排出的制冷剂，制冷剂在制冰水装置中吸热，使所述制冰水装置中的温度降低；
和/或控制第一电磁阀、第三电磁阀关闭，第二电磁阀打开，控制器第一电子膨胀阀节流，第二电子膨胀阀全开不节流，进入第二制冷模式；
蒸发器排出制冷剂；
压缩机吸入蒸发器排出的制冷剂，并压缩后排出；
冷凝器接收压缩机排出的制冷剂，并进行散热冷却后排出；
制冰水装置接收冷凝器排出的制冷剂，并进行过冷后排出；
蒸发器接收制冰水装置排出的制冷剂，进行蒸发制冷。
进一步的，在制冰水模式时，且在控制空调系统第一电磁阀、第二电磁阀关闭，第三电磁阀打开的步骤之前，还包括：检测水位，若水位高于放水位时，则打开出水阀，排水至目标水位后关闭；若水位低于加水位时，打开进水阀，加水至目标水位后关闭；若水位在加水位与放水位之间，则保持进水阀和出水阀关闭。
进一步的，所述的控制方法在制冰水模式时还包括：利用温度传感器实时检测桶形本体内的水温，若水温≤0℃，则控制制冰水过程结束。
相对于现有技术，本发明所述的制冰水装置、冰水蓄冷空调及其控制方法具有以下优势：
(1)本发明结构简单，操作方便，体积较小，易于安装，可适用于各种场所。
(2)利用水位计对桶形本体内的水位进行监测，提高了系统的安全性，保证了系统的正常运行。
(3)本发明根据水比热容高的特点，将冷量储藏在冰水中，在空调制冷量不足时，再提取出来辅助制冷，制冰水操作灵活，可以选择空调不需要工作或电费低时进行，经济效益高。
(4)本发明通过制冰水装置的接入，使制冷剂进一步的过冷，提高了制冷剂进入室内机的吸热量，从而提高了空调的制冷量，降低了冷凝器的工作压力及压缩机的功率，提高了制冷能效。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明制冰水装置结构示意图。
图2为本发明制冰水装置另一结构示意图。
图3为本发明冰水蓄冷空调系统原理图。
<符号说明>
1-制冰水装置、2-桶形本体、3-换热器、4-温度传感器、5-水位计、6-保温层、7-进水口、8-出水口、9-进水阀、10-出水阀、11-排气阀、12-制冷剂进口、13-制冷剂出口、a-目标水位、b-加水位、c-放水位、14-冰水蓄冷空调、15-室内机、16-室外机、17-第一电磁阀、18-第二电磁阀、19-第三电磁阀、20-蒸发器、21-内风机、22-第一电子膨胀阀、23-压缩机、24-冷凝器、25-外风机、26-第二电子膨胀阀。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提供了一种制冰水装置。图1为本方明的制冰水装置结构示意图，如图1所示，所述制冰水装置1包括：桶形本体2、换热器3、温度传感器4、水位计5。进一步的，如图2所示，所述制冰水装置1还包括保温层6。
所述桶形本体为圆桶形钢体结构，在桶形本体顶部设置有进水口7，用于对桶形本体进行加水，在桶形本体底部设置有出水口8，用于将桶形本体内的水排出；在所述进水口7和出水口8上分别设置进水阀9和出水阀10，用于控制所述进水口7和出水口8关闭。此外，所述进水口7和出水口8还可以连接水箱，从而制取更多的冷水储藏在水箱内备用。
在所述桶形本体2顶部还设置有排气阀11，当桶形本体内的水被蒸发，造成气压升高时，可以通过所述排气阀11内排出桶形本体2内的水蒸气。
在所述桶形本体2内设置有所述换热器3、所述温度传感器4和所述水位计5，其中，所述换热器3具体为管式换热器，具有制冷剂进口12和制冷剂出口13，用于使制冷剂与桶形本体内的水进行换热；所述温度传感器4用于检测桶形本体内的水温，控制所述换热器3工作。所述水位计5上设有三个水位位置，目标水位a、加水位b和放水位c。由于水结冰后体积增大(约为水的1.1倍)，为防止水结冰后胀桶形本体，可通过所述水位计5对所述桶形本体2内的水位进行监测，从而确保桶形本体内水位不过高。
此外，在所述桶形本体2的外层包裹有保温良好的所述保温层6，以使所述桶形本体2具有良好的保温效果。
本发明制冰水装置结构简单，操作方便，体积较小，易于安装，可适用于各种场所。
本发明制冰水装置可以应用在空调系统中，由此得到冰水蓄冷空调，通过在常规空调上设置制冰水装置，增加冰水蓄冷，可在空调不需要常规制冷使用时，进行制冰水工作。当空调在高温条件下制冷时，制冰水装置作为过冷器使用，制冰水装置内冰水混合物对制冷剂进一步降温，从而提高制冷剂过冷度，提高制冷量，同时降低压缩机功耗。制冰水工作时间可以选择在后半夜进行，此时环境温度较白天低，制冰水运行效果好，功耗低。若使用当地有峰谷电政策，夜晚电费低，则经济效益更高。
如图3所示，所述冰水蓄冷空调14包括：室内机15、室外机16、第一电磁阀17、第二电磁阀18和第三电磁阀19、及所述制冰水装置1；所述制冰水装置与室内机并联。
其中，所述室内机包括蒸发器20、内风机21和第一电子膨胀阀22；所述室外机包括：压缩机23、冷凝器24和外风机25；所述制冰水装置还包括第二电子膨胀阀26。
所述制冰水装置的制冷剂进口依次经所述第二电子膨胀阀、第一电磁阀与所述室内机的第一电子膨胀阀连接；所述制冰水装置的制冷剂进口经所述第二电子膨胀阀与所述室外机的冷凝器连接。
所述制冰水装置的制冷剂出口经所述第三电磁阀与所述室内机的蒸发器连接；所述制冰水装置的制冷剂出口经所述第三电磁阀与所述室外机的压缩机连接；所述制冰水装置的制冷剂出口经所述第二电磁阀与所述室内机的第一电子膨胀阀连接。
本发明冰水蓄冷空调，根据水比热容高的特点，将冷量储藏在冰水中，在空调制冷量不足时，再提取出来辅助制冷，较好的满足了高温制冷需求，降低了能耗。
所述冰水蓄冷空调的运行模式包括：常规制冷模式、制冰水模式和高温制冷模式，各运行模式的详细运行过程如下：
一、常规制冷模式运行
当空调处于常规制冷模式时，控制所述第一电磁阀打开，第二电磁阀和第三电磁阀关闭，所述制冷剂在所述室内机与所述室外机所形成的第一回路中循环。具体的，所述制冷剂在蒸发器内蒸发制冷→压缩机压缩→冷凝器冷却→第一电子膨胀阀节流→蒸发器蒸发吸热，按此循环制冷运行。更具体而言，所述制冷剂在蒸发器中蒸发制冷，之后蒸发器排出低压状态制冷剂；压缩机吸入蒸发器排出的低压状态制冷剂，将其压缩为高压状态制冷剂并排出；冷凝器接收高压状态制冷剂，并使制冷剂散热冷却；第一电子膨胀阀对冷凝器排出的制冷剂进行节流；蒸发器接收经第一电子膨胀阀节流排出的制冷剂并进行蒸发吸热制冷；之后重复此循环过程。
二、制冰水模式运行
当空调不需要制冷时，可进行制冰水运行，控制空调系统按以下方式运行：
1.检测水位
制冰水装置先检查桶形本体内的水位，当水位高于放水位时，出水阀打开，排水至目标水位后关闭；当水位低于加水位时，进水阀打开，加水至目标水位后关闭；当水位在加水位与放水位之间时，保持进水阀和出水阀关闭，不进行加、排水操作。
2.切换流路
在制冰水模式下，控制所述第一电磁阀和第二电磁阀关闭，第三电磁阀打开，所述制冷剂在所述室外机与所述制冰水装置形成的第二回路中循环。具体的，所述制冷剂在桶形本体内换热器吸热蒸发→压缩机压缩→冷凝器冷却→第二电磁膨胀阀节流→桶形本体内换热器中吸热蒸发；按此循环制冰水运行。更具体而言，所述制冷剂在制冰水装置的桶形本体内的换热器中吸热蒸发，之后制冰水装置排出制冷剂，压缩机吸入制冰水装置排出的制冷剂并进行压缩后排出，冷凝器接收压缩机排出的制冷剂并进行散热后排出，第二电子膨胀阀对冷凝器排出的制冷剂进行节流，制冰水装置的换热器接收经第二电子膨胀阀排出的制冷剂，制冷剂在制冰水装置中吸热，使制冰水装置中的温度降低；之后重复此循环过程。
3、制冰水结束
在制冰水过程中，可通过桶形本体内的温度传感器实时检测桶形本体水温，当水温≤0℃时，控制所述制冰水过程结束。
本发明的冰水蓄冷空调，制冰水操作灵活，可以选择空调不需要工作或电费低时进行，经济效益高。
三、高温制冷模式运行
当空调在高温天气下工作时，室外冷凝器内换热能力降低，造成空调系统制冷能力下降，空调功率增加，此时控制制冰水装置接入空调系统中，释放冰水中冷量，有效提高了空调制冷性能。
在高温制冷模式下，控制所述第一电磁阀和第三电磁阀关闭，所述第二电磁阀打开，控制器第一电子膨胀阀节流，第二电子膨胀阀全开不在节流，所述制冷剂在所述室内机、所述室外机及所述制冰水装置形成的第三回路中循环。具体的，所述制冷剂在室内机蒸发器内吸热蒸发→压缩机压缩→冷凝器内冷却→制冰水装置中进一步过冷→蒸发器内吸热蒸发。按此循序制冷运行。更具体而言，所述制冷剂在室内机蒸发器内吸热蒸发后，蒸发器排出制冷剂；压缩机吸入蒸发器排出的制冷剂，并压缩后排出；冷凝器接收压缩机排出的制冷剂，并进行散热冷却后排出；制冰水装置接收冷凝器排出的制冷剂并进行过冷后排出；蒸发器接收制冰水装置排出的制冷剂；制冷剂在室内机蒸发器内吸热蒸发，进行蒸发制冷；之后重复此循环过程。
本发明冰水蓄冷空调，通过制冰水装置的接入，使制冷剂进一步的过冷，提高了制冷剂进入室内机的吸热量，从而提高了空调的制冷量，降低了冷凝器的工作压力及压缩机的功率，提高了制冷能效。
本发明还提供了一种冰水蓄冷空调的控制方法，包括：
S1，控制第一电磁阀打开，第二电磁阀，第三电磁阀关闭，进入常规制冷模式，包括：
(1)蒸发器排出制冷剂；
(2)压缩机吸入蒸发器排出的制冷剂，将其压缩后排出；
(3)冷凝器接收压缩机排出的制冷剂，并进行散热冷却；
(4)第一电子膨胀阀对冷凝器排出的制冷剂进行节流；
(5)蒸发器接收经第一电子膨胀阀节流排出的制冷剂，进行蒸发制冷；循环步骤S1中的(1)～(5)，进行常规制冷。
和/或S2，控制空调系统第一电磁阀、第二电磁阀关闭，第三电磁阀打开，进入制冰水模式，包括：
(1)制冰水装置排出制冷剂；
(2)压缩机吸入制冰水装置排出的制冷剂并进行压缩后排出；
(3)冷凝器接收压缩机排出的制冷剂并进行散热后排出；
(4)第二电子膨胀阀对冷凝器排出的制冷剂进行节流；
(5)制冰水装置的换热器接收经第二电子膨胀阀节流排出的制冷剂，制冷剂在制冰水装置中吸热，使所述制冰水装置中的温度降低；循环步骤S2中的(1)～(5)，进行制冰水。
和/或S3，控制第一电磁阀、第三电磁阀关闭，第二电磁阀打开，及控制器第一电子膨胀阀节流，第二电子膨胀阀全开不节流，进入高温制冷模式，包括：
(1)蒸发器排出制冷剂；
(2)压缩机吸入蒸发器排出的制冷剂，并压缩后排出；
(3)冷凝器接收压缩机排出的制冷剂，并进行散热冷却后排出；
(4)制冰水装置接收冷凝器排出的制冷剂，并进行过冷后排出；
(5)蒸发器接收制冰水装置排出的制冷剂，进行蒸发制冷；循环步骤S3中的(1)～(5)，进行高温制冷。
至此，已经结合附图对本发明进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明制冰水装置、冰水蓄冷空调及其控制方法有了清楚的认识。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种制冰水装置(1)，其特征在于，包括：
桶形本体(2)，具有进水口(7)、出水口(8)和排气阀(11)；
换热器(3)，设置在所述桶形本体(2)内，具有制冷剂进口(12)和制冷剂出口(13)，用于使制冷剂与桶形本体(2)内的水进行换热；以及
水位计(5)，设置在所述桶形本体(2)内，所述水位计(5)上设有目标水位(a)、加水位(b)和放水位(c)。
2.根据权利要求1所述的制冰水装置(1)，其特征在于，还包括：
温度传感器(4)，设置在所述桶形本体(2)内，用于实时检测水温；
进水阀(9)和出水阀(10)，分别设置在所述进水口(7)和出水口(8)上，用于控制进水口(7)和出水口(8)关闭；以及
保温层(6)，包裹在所述桶形本体(2)的外壁上。
3.一种冰水蓄冷空调(14)，其特征在于，包括：室内机(15)、室外机(16)、第一电磁阀(17)、第二电磁阀(18)和第三电磁阀(19)、及如权利要求1或2所述的制冰水装置(1)；其中，
所述制冰水装置(1)的制冷剂进口(12)与所述室外机(16)的第一端连接；
所述制冰水装置(1)的制冷剂进口(12)经所述第一电磁阀(17)与所述室内机(15)的第一端连接；
所述制冰水装置(1)的制冷剂出口(13)经所述第二电磁阀(18)与所述室内机的第一端连接；
所述制冰水装置(1)的制冷剂出口(13)经所述第三电磁阀(19)分别与所述室内机(15)的第二端、及所述室外机(16)的第二端连接。
4.根据权利要求3所述的冰水蓄冷空调，其特征在于，所述室内机包括蒸发器(20)、内风机(21)和第一电子膨胀阀(22)；
所述制冰水装置(1)的制冷剂进口(12)经所述第一电磁阀(17)与所述室内机(15)的第一电子膨胀阀(22)连接；
所述制冰水装置(1)的制冷剂出口(13)经所述第三电磁阀(19)与所述室内机(15)的蒸发器(20)连接；
所述制冰水装置(1)的制冷剂出口(13)经所述第二电磁阀(18)与所述室内机(15)的第一电子膨胀阀(22)连接。
5.根据权利要求4所述的冰水蓄冷空调，其特征在于，所述室外机包括：压缩机(23)、冷凝器(24)和外风机(25)；
所述制冰水装置(1)的制冷剂进口(12)与所述室外机(16)的冷凝器(24)连接；
所述制冰水装置(1)的制冷剂出口(13)经所述第三电磁阀(19)与所述室外机(16)的压缩机(23)连接。
6.根据权利要求5所述的冰水蓄冷空调，其特征在于，所述制冰水装置(1)包括第二电子膨胀阀(26)；
所述制冰水装置(1)的制冷剂进口(12)经所述第二电子膨胀阀(26)分别与所述室外机(16)的冷凝器(24)、及所述室内机(15)的第一电子膨胀阀(22)连接。
7.根据权利要求6所述的冰水蓄冷空调，其特征在于，所述冰水蓄冷空调的运行模式包括：第一制冷模式、制冰水模式和第二制冷模式；
在第一制冷模式时，所述第一电磁阀打开，第二电磁阀和第三电磁阀关闭，所述制冷剂在室内机与室外机所形成的第一回路中循环；
在制冰水模式下，所述第一电磁阀和第二电磁阀关闭，第三电磁阀打开，所述制冷剂在室外机与制冰水装置所形成的第二回路中循环；
在第二制冷模式下，所述第一电磁阀和第三电磁阀关闭，所述第二电磁阀打开，所述制冷剂在室内机、室外机及制冰水装置所形成的第三回路中循环。
8.一种如权利要求6所述的冰水蓄冷空调的控制方法，其特征在于，包括：
控制第一电磁阀打开，第二电磁阀，第三电磁阀关闭，进入第一制冷模式，包括：
蒸发器排出制冷剂；
压缩机吸入蒸发器排出的制冷剂，将其压缩后排出；
冷凝器接收压缩机排出的制冷剂，并进行散热冷却；
第一电子膨胀阀对冷凝器排出的制冷剂进行节流；
蒸发器接收经第一电子膨胀阀节流排出的制冷剂，进行蒸发制冷；
和/或控制空调系统第一电磁阀、第二电磁阀关闭，第三电磁阀打开，进入制冰水模式，包括：
制冰水装置排出制冷剂；
压缩机吸入制冰水装置排出的制冷剂并进行压缩后排出；
冷凝器接收压缩机排出的制冷剂并进行散热后排出；
第二电子膨胀阀对冷凝器排出的制冷剂进行节流；
制冰水装置的换热器接收经第二电子膨胀阀节流排出的制冷剂，制冷剂在制冰水装置中吸热，使所述制冰水装置中的温度降低；
和/或控制第一电磁阀、第三电磁阀关闭，第二电磁阀打开，控制器第一电子膨胀阀节流，第二电子膨胀阀全开不节流，进入第二制冷模式；
蒸发器排出制冷剂；
压缩机吸入蒸发器排出的制冷剂，并压缩后排出；
冷凝器接收压缩机排出的制冷剂，并进行散热冷却后排出；
制冰水装置接收冷凝器排出的制冷剂，并进行过冷后排出；
蒸发器接收制冰水装置排出的制冷剂，进行蒸发制冷。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，在制冰水模式时，且在控制空调系统第一电磁阀、第二电磁阀关闭，第三电磁阀打开的步骤之前，还包括：检测水位，若水位高于放水位时，则打开出水阀，排水至目标水位后关闭；若水位低于加水位时，打开进水阀，加水至目标水位后关闭；若水位在加水位与放水位之间，则保持进水阀和出水阀关闭。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，在制冰水模式时还包括：利用温度传感器实时检测桶形本体内的水温，若水温≤0℃，则控制制冰水过程结束。
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