CN109751820A - 一种制冷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制冷系统，通过在设定蒸发器出水温度To＜当天最低气温Tmin时，启动冷水机组为冷却池降温，以满足冷却池的降温需求；在设定蒸发器出水温度To＞当天最高气温Tmax时，启动自然冷源为冷却池降温，既满足冷却池的降温需求，又达到节能的目的，降低了成本；在Tmin≤To≤Tmax时，若Ti≥To‑设定值，则启动冷水机组为冷却池降温，以满足冷却池的降温需求；若Ti＜To‑设定值，则启动自然冷源为冷却池降温，既满足冷却池的降温需求，又达到节能的目的，降低了成本。

Description

一种制冷系统
技术领域
本发明属于制冷技术领域，具体地说，是涉及一种制冷系统。
背景技术
铝型材在进行加工过程中，需要用物理或化学的方法对型材表面进行清洗处理，裸露出纯净的基体，然后在一定的工艺条件下，基体表面发生阳极氧化，以利于获得完整、致密、多孔、强吸附力的氧化膜（AL2O3），最后将阳极氧化后生成的多孔氧化膜的膜孔孔隙封闭，使氧化膜防污染、抗蚀和耐磨性能增强。在形成氧化膜的流程中有一道工艺程序就是把铝材放入硫酸溶液槽，然后给铝材两端通电约30分钟（因不同厂家和产品有差异），使铝材阳极氧化形成氧化膜，为形成优良的氧化膜，需要硫酸池的温度常年维持在18～22℃，但通电氧化过程又产生大量热量，这就需要采用制冷系统把热量带走，来维持硫酸池温度稳定。
现有氧化铝行业使用的制冷系统解决方案，设计时采用系列防腐蒸发器，换热管多采用耐腐蚀材质，初始投资高，运行隐患大，维修保养困难且费用高，使用寿命短；对用户而言全年运行实际并不是最优节能方案。
发明内容
本发明提供了一种制冷系统，降低了成本。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案予以实现：
一种制冷系统，包括控制模块、冷水机组、自然冷源、中间换热器；所述冷水机组包括压缩机、冷凝器和蒸发器；所述蒸发器的出水口、自然冷源的出水口分别连接中间换热器的进水口，所述蒸发器的进水口、自然冷源的进水口分别连接中间换热器的出水口；所述中间换热器的进液口连接冷却池的出液口，所述中间换热器的出液口连接冷却池的进液口；
所述控制模块获取当天的最低气温Tmin和最高气温Tmax，以及设定蒸发器出水温度To；
所述控制模块根据To与Tmin、Tmax判断冷水机组与自然冷源的启动与否：
（11）当To＜Tmin时，则启动冷水机组为冷却池降温；
（12）当To＞Tmax时，则启动自然冷源为冷却池降温；
（13）当Tmin≤To≤Tmax时，则每隔设定时间段采集中间换热器的进水口处的实际进水温度Ti，然后判断是否满足Ti≥To-设定值；其中，设定值＞0；
若是，则启动冷水机组为冷却池降温；
若否，则启动自然冷源为冷却池降温。
进一步的，用户通过移动终端或触摸屏发送控制信号至控制模块，用于控制冷水机组与自然冷源的启动与否。
又进一步的，所述系统还包括云服务模块，用于联网获取制冷系统所在地的当天的最低气温Tmin和最高气温Tmax；所述控制模块与云服务模块进行通信，从而获取Tmin和Tmax。
更进一步的，所述冷凝器的进水口连接自然冷源的出水口，所述冷凝器的出水口连接自然冷源的进水口。
再进一步的，当启动冷水机组为冷却池降温时，控制蒸发器与中间换热器之间的连接管路连通，控制冷凝器与自然冷源之间的连接管路连通，控制中间换热器与自然冷源之间的连接管路关断；当启动自然冷源为冷却池降温时，控制自然冷源与中间换热器之间的连接管路连通，控制冷凝器与自然冷源之间的连接管路关断，控制蒸发器与中间换热器之间的连接管路关断。
进一步的，在所述冷凝器的进水口处设置有过滤器，在所述蒸发器的进水口处设置有过滤器，在所述中间换热器的进液口处设置有过滤器。
又进一步的，在所述中间换热器的出水口处设置有PH采集模块，用于采集PH值，并将采集到的PH值发送至控制模块；控制模块判断当前采集到的出水口处的PH值是否在设定PH值范围内；若否，则报警。
更进一步的，在所述中间换热器的出水口处设置有PH采集模块，用于采集PH值，并将采集到的PH值发送至控制模块；控制模块判断当前采集到的出水口处的PH值与前N天保存的PH值的平均值之间的差值是否超过第一设定差值范围；其中，N＞0；若是，则报警。
再进一步的，在所述中间换热器的出水口处和进水口处分别设置有PH采集模块，用于采集PH值，并将采集到的PH值发送至控制模块；控制模块判断当前采集到的出水口处的PH值与进水口处的PH值的差值是否超过第二设定差值范围；若是，则报警。
进一步的，所述报警包括进行声光报警或/和发送报警信息至用户移动终端。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的制冷系统，通过在设定蒸发器出水温度To＜当天最低气温Tmin时，启动冷水机组为冷却池降温，以满足冷却池的降温需求；在设定蒸发器出水温度To＞当天最高气温Tmax时，启动自然冷源为冷却池降温，既满足冷却池的降温需求，又达到节能的目的，降低了成本；在Tmin≤To≤Tmax时，若Ti≥To-设定值，则启动冷水机组为冷却池降温，以满足冷却池的降温需求；若Ti＜To-设定值，则启动自然冷源为冷却池降温，既满足冷却池的降温需求，又达到节能的目的，降低了成本。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是本发明所提出的制冷系统的一个实施例的结构示意图。
附图标记：
P、自然冷源；
1、截止阀；2、止逆阀；3、截止阀；4、过滤器；5、水泵；
6、截止阀；7、止逆阀；8、截止阀；9、过滤器；
10、水泵；11、截止阀；12、过滤器；13、截止阀；14、水泵。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
本实施例的制冷系统，主要包括控制模块、冷水机组、自然冷源P、中间换热器等，参见图1所示；所述冷水机组包括压缩机、冷凝器和蒸发器，压缩机、冷凝器、蒸发器形成冷媒的循环管路。蒸发器的出水口、自然冷源的出水口分别连接中间换热器的进水口，蒸发器的进水口、自然冷源的进水口分别连接中间换热器的出水口；具体来说，蒸发器的出水口通过管路连接中间换热器的进水口，蒸发器的进水口通过管路连接中间换热器的出水口；自然冷源的出水口通过管路连接中间换热器的进水口，自然冷源的进水口通过管路连接中间换热器的出水口。
中间换热器的进液口连接冷却池的出液口，中间换热器的出液口连接冷却池的进液口，冷却池内容纳有待冷却液体；待冷却液体从冷却池的出液口流入到中间换热器的进液口，进入中间换热器，换热后，然后从中间换热器的出液口流到冷却池的进液口，流回冷却池。
控制模块获取制冷系统所在地的当天的最低气温Tmin和最高气温Tmax，以及设定蒸发器出水温度To；然后控制模块根据To与Tmin、Tmax判断冷水机组与自然冷源的启动与否：
（11）当To＜Tmin时，说明设定蒸发器出水温度小于当天最低气温，而自然冷源的温度与气温相差不大，因此自然冷源无法满足冷却池的降温需求，因此不启动自然冷源、启动冷水机组，使用冷水机组为冷却池内的液体降温，以满足冷却池的降温需求；蒸发器的出水口流出冷冻水，通过管路到达中间换热器，与中间换热器内的溶液换热后，流入到蒸发器的进水口，流回蒸发器，完成一个循环。
（12）当To＞Tmax时，说明设定蒸发器出水温度大于当天最高气温，而自然冷源的温度与气温相差不大，因此自然冷源可以满足冷却池的降温需求，因此不启动冷水机组、启动自然冷源，使用自然冷源为冷却池内的液体降温，既满足冷却池的降温需求，又达到节能的目的；自然冷源的出水口流出冷冻水，通过管路到达中间换热器，与中间换热器内的溶液换热后，流入到自然冷源的进水口，流回自然冷源，完成一个循环。
（13）当Tmin≤To≤Tmax时，说明设定蒸发器出水温度比当前最低气温高、比当天最高气温低，则每隔设定时间段采集中间换热器的进水口处的实际进水温度Ti，然后判断是否满足Ti≥To-设定值；其中，设定值＞0；
若是，即Ti≥To-设定值，说明中间换热器的进水温度较高，则不启动自然冷源、启动冷水机组，使用冷水机组为冷却池内的液体降温，以满足冷却池的降温需求；
若否，即Ti＜To-设定值，说明中间换热器的进水温度较低，则不启动冷水机组、启动自然冷源，使用自然冷源为冷却池内的液体降温，既满足冷却池的降温需求，又达到节能的目的。
在本实施例中，设定值根据实际需求以及管路的冷量损失进行设计，如设定值为2℃～5℃。在本实施例中，设定时间段为5分钟～10分钟；选择该范围，既避免取值过小导致频繁判断、导致冷水机组频繁启停，又避免取值过大导致判断不及时。
本实施例的制冷系统，通过在设定蒸发器出水温度To＜当天最低气温Tmin时，启动冷水机组为冷却池降温，以满足冷却池的降温需求；在设定蒸发器出水温度To＞当天最高气温Tmax时，启动自然冷源为冷却池降温，既满足冷却池的降温需求，又达到节能的目的，降低了成本；在Tmin≤To≤Tmax时，若Ti≥To-设定值，则启动冷水机组为冷却池降温，以满足冷却池的降温需求；若Ti＜To-设定值，则启动自然冷源为冷却池降温，既满足冷却池的降温需求，又达到节能的目的，降低了成本。
而且，由于可以利用自然冷源为冷却池降温，因此从制冷系统全年运行考虑，缩短了冷水机组的运行时间，大大延长了冷水机组的使用寿命，大大降低了运行费用。
在本实施例中，设定蒸发器出水温度To根据冷却池的需求温度T需进行设计，例如，设定蒸发器出水温度To=T需，当T需为20℃时，To也为20℃。
当本实施例的制冷系统应用在氧化铝行业时，冷却池为硫酸池，待冷却液体为硫酸，冷水机组和自然冷源为冷却池内的硫酸降温，硫酸池内硫酸的需求温度为18~22℃。当然，本实施例的制冷系统也可以应用在其他行业，冷却池内也可以容纳其他需要降温的液体。
在本实施例中，自然冷源为冷却塔，用于提供冷量。
由于冷水机组内循环的是冷媒，而且冷水机组不与冷却池内的液体直接换热，因此，冷凝器和蒸发器采用普通换热器即可，无需采用耐腐蚀材质，也无需采取防腐措施，初始投入成本低，无腐蚀风险，降低了冷水机组的成本，机组寿命长，正常使用可达30年，全年运行费用低、节能效果显著。当冷却池内的液体具有腐蚀性时，中间换热器可采用耐腐蚀换热器。
为了便于用户操作，用户还可以通过移动终端或触摸屏控制冷水机组与自然冷源的启动与否。移动终端或触摸屏与控制模块实现通信连接。用户通过移动终端或触摸屏发送控制信号至控制模块，用于控制冷水机组与自然冷源的启动与否。触摸屏或移动终端上显示冷水机组的各种运行状态，用户根据实际运行情况通过移动终端或触摸屏进行各种操作，自行调整启动冷水机组还是自然冷源。
在本实施例中，制冷系统还包括云服务模块，用于联网获取制冷系统所在地的当天（0～24h）的最低气温Tmin和最高气温Tmax，控制模块与云服务模块进行通信，访问云服务模块，从而获取Tmin和Tmax。通过设置云服务模块，可以方便及时地获取准确的Tmin和Tmax。
为了充分利用自然冷源，进一步达到节能的目的，冷凝器为水冷冷凝器，冷凝器的进水口通过管路连接自然冷源的出水口，冷凝器的出水口通过管路连接自然冷源的进水口，利用自然冷源为冷凝器进行降温。
在冷凝器的进水口处设置有过滤器4，用于滤除杂质；在蒸发器的进水口处设置有过滤器9，用于滤除杂质；在中间换热器的进液口处设置有过滤器12，用于滤除杂质。
具体来说，冷凝器的出水口与自然冷源的进水口的连接管路上设置有截止阀1和止逆阀2，冷凝器的进水口和自然冷源的出水口的连接管路上设置有截止阀3、过滤器4、水泵5、电动球阀MV3。蒸发器的出水口与中间换热器的进水口的连接管路上设置有截止阀6和止逆阀7，蒸发器的进水口与中间换热器的出水口的连接管路上设置有截止阀8、过滤器9、电动球阀MV4。自然冷源的进水口与中间换热器的出水口的连接管路上设置有电动球阀MV1，自然冷源的出水口与中间换热器的进水口的连接管路上设置有电动球阀MV2。中间换热器的进液口与冷却池的出液口的连接管路上设置有过滤器12和截止阀13，中间换热器的出液口与冷却池的进液口的连接管路上设置有水泵10和截止阀11。本实施例的冷水机组可以采取磁悬浮机组、螺杆机组或普通离心机组等。本实施例的电动球阀，也可以采用其他同等可以和机组联动自动开关的阀门来代替。本实施例的水泵包含普通定频水泵和变频水泵，对水和冷却池内的液体进行流量或流速的调节。
当启动冷水机组为冷却池降温时，控制中间换热器与冷却池之间的连接管路连通（即控制截止阀11、截止阀13导通）；控制蒸发器与中间换热器之间的连接管路连通（即控制截止阀6、截止阀8、电动球阀MV4导通），控制冷凝器与自然冷源之间的连接管路连通（即控制截止阀1、截止阀3、电动球阀MV3导通），控制中间换热器与自然冷源之间的连接管路关断（即控制电动球阀MV1和MV2关断）；从而利用冷水机组满足冷却池的降温需求。冷凝器的出水口流出的水依次流经截止阀1、止逆阀2到达自然冷源的进水口，然后进入自然冷源；自然冷源出水口流出的水依次流经电动球阀MV3、水泵5、过滤器4、截止阀3到达冷凝器的进水口，然后进入冷凝器，完成一个循环。蒸发器的出水口流出的冷冻水依次流经截止阀6、止逆阀7到达中间换热器的进水口，然后进入中间换热器，换热后，经中间换热器的出水口流出，依次流经水泵14、电动球阀MV4、过滤器9、截止阀8到达蒸发器的进水口，然后进入蒸发器，完成一个循环。冷却池的出液口流出的液体依次流经截止阀13、过滤器12到达中间换热器的进液口，然后进入中间换热器，换热后，经中间换热器的出液口流出，依次流经水泵10、截止阀11达到冷却池的进液口，然后进入冷却池，完成一个循环。因此，冷却池内的液体与蒸发器流出的水在中间换热器内进行换热，实现冷水机组为冷却池内的液体的降温。
当启动自然冷源为冷却池降温时，控制中间换热器与冷却池之间的连接管路连通（即控制截止阀11、截止阀13导通）；控制自然冷源与中间换热器之间的连接管路连通（即控制电动球阀MV1和MV2导通），控制冷凝器与自然冷源之间的连接管路关断（即控制截止阀1、截止阀3、电动球阀MV3关断），控制蒸发器与中间换热器之间的连接管路关断（即控制截止阀6、截止阀8、电动球阀MV4关断）；既满足冷却池的降温需求，又达到节能的目的。自然冷源的出水口流出的水经电动球阀MV2达到中间换热器的进水口，换热后，经中间换热器的出水口流出，依次流经水泵14、电动球阀MV1到达自然冷源的进水口，然后进入自然冷源，完成一个循环。冷却池的出液口流出的液体依次流经截止阀13、过滤器12到达中间换热器的进液口，然后进入中间换热器，换热后，经中间换热器的出液口流出，依次流经水泵10、截止阀11达到冷却池的进液口，然后进入冷却池，完成一个循环。因此，冷却池内的液体与自然冷源流出的水在中间换热器内进行换热，实现自然冷源为冷却池内的液体的降温，且达到节能的目的。
通过控制各个阀门的通断，实现各个连接管路的通断控制，从而实现选择冷水机组还是自然冷源为冷却池降温。
作为本实施例的一种优选设计方案，为了及时检测中间换热器是否发生腐蚀泄漏，在中间换热器的出水口处设置有PH采集模块（如图1中的PH仪表PH1），用于采集PH值，并将采集到的PH值发送至控制模块，控制模块接收并保存PH值，或将PH值存储到服务器中。控制模块判断当前采集到的出水口处的PH值是否在设定PH值范围内；若否，说明采集到的PH值异常，则判定中间换热器可能发生腐蚀泄漏，则报警提示用户，提醒用户进行检查，以保护整个系统以及用户的安全，消除系统的使用隐患，同时方便维修保养，降低维修费用。
例如，冷冻水的PH值范围为6～9，则设定PH值范围为6～9，当然，也可根据实际情况修改范围。报警包括进行声光报警或/和发送报警信息至用户移动终端，以提供多种报警方式提示用户。
作为本实施例的另一种优选设计方案，为了及时检测中间换热器是否发生腐蚀泄漏，在中间换热器的出水口处设置有PH采集模块（如图1中的PH仪表PH1），用于采集PH值，并将采集到的PH值发送至控制模块，控制模块接收并保存PH值，或将PH值存储到服务器中。控制模块判断当前采集到的出水口处的PH值与前N天保存的PH值的平均值之间的差值是否超过第一设定差值范围；其中，N＞0；若是，说明中间换热器当前出水口处的PH值与原先的正常值相差较大，说明采集到的PH值异常，则判定中间换热器发生腐蚀泄漏，则报警提示用户，提醒用户进行检查，以保护整个系统以及用户的安全，消除系统的使用隐患，同时方便维修保养，降低维修费用。
前N天保存的PH值的平均值，是指前N天保存的在设定PH值范围内的PH值的平均值。N的具体数值，用户可以自由设定。在本实施例中，第一设定差值范围为-0.5～0.5，也可以根据实际情况进行设定。报警包括进行声光报警或/和发送报警信息至用户移动终端，以提供多种报警方式提示用户。
作为本实施例的再一种优选设计方案，为了及时检测中间换热器是否发生腐蚀泄漏，在中间换热器的出水口处设置有PH采集模块（如图1中的PH仪表PH1），用于采集PH值，并将采集到的PH值发送至控制模块；在中间换热器的进水口处设置有PH采集模块（如图1中的PH仪表PH2），用于采集PH值，并将采集到的PH值发送至控制模块；控制模块接收并保存PH值，或将PH值存储到服务器中。控制模块判断当前采集到的中间换热器出水口处的PH值与进水口处的PH值的差值是否超过第二设定差值范围；若是，说明中间换热器当前出水口处的PH值与进水口处的PH值的差值绝对值较大，则判定中间换热器发生腐蚀泄漏，则报警提示用户，提醒用户进行检查，以保护整个系统以及用户的安全，消除系统的使用隐患，同时方便维修保养，降低维修费用。
中间换热器在不泄漏的正常情况下，出水口处的PH值与进水口处的PH值应该相同。在本实施例中，第二设定差值范围为-1～1，也可以根据实际情况进行设定。报警包括进行声光报警或/和发送报警信息至用户移动终端，以提供多种报警方式提示用户。
本实施例的制冷系统，初始投资大大降低，运行隐患小，维修保养简单且费用低，使用寿命长，是一种全年运行最节能的方案。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种制冷系统，其特征在于：包括控制模块、冷水机组、自然冷源、中间换热器；所述冷水机组包括压缩机、冷凝器和蒸发器；所述蒸发器的出水口、自然冷源的出水口分别连接中间换热器的进水口，所述蒸发器的进水口、自然冷源的进水口分别连接中间换热器的出水口；所述中间换热器的进液口连接冷却池的出液口，所述中间换热器的出液口连接冷却池的进液口；
所述控制模块获取当天的最低气温Tmin和最高气温Tmax，以及设定蒸发器出水温度To；
所述控制模块根据To与Tmin、Tmax判断冷水机组与自然冷源的启动与否：
（11）当To＜Tmin时，则启动冷水机组为冷却池降温；
（12）当To＞Tmax时，则启动自然冷源为冷却池降温；
（13）当Tmin≤To≤Tmax时，则每隔设定时间段采集中间换热器的进水口处的实际进水温度Ti，然后判断是否满足Ti≥To-设定值；其中，设定值＞0；
若是，则启动冷水机组为冷却池降温；
若否，则启动自然冷源为冷却池降温。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：用户通过移动终端或触摸屏发送控制信号至控制模块，用于控制冷水机组与自然冷源的启动与否。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述系统还包括云服务模块，用于联网获取制冷系统所在地的当天的最低气温Tmin和最高气温Tmax；所述控制模块与云服务模块进行通信，从而获取Tmin和Tmax。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述冷凝器的进水口连接自然冷源的出水口，所述冷凝器的出水口连接自然冷源的进水口。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：
当启动冷水机组为冷却池降温时，控制蒸发器与中间换热器之间的连接管路连通，控制冷凝器与自然冷源之间的连接管路连通，控制中间换热器与自然冷源之间的连接管路关断；
当启动自然冷源为冷却池降温时，控制自然冷源与中间换热器之间的连接管路连通，控制冷凝器与自然冷源之间的连接管路关断，控制蒸发器与中间换热器之间的连接管路关断。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：在所述冷凝器的进水口处设置有过滤器，在所述蒸发器的进水口处设置有过滤器，在所述中间换热器的进液口处设置有过滤器。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：在所述中间换热器的出水口处设置有PH采集模块，用于采集PH值，并将采集到的PH值发送至控制模块；
控制模块判断当前采集到的出水口处的PH值是否在设定PH值范围内；
若否，则报警。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：在所述中间换热器的出水口处设置有PH采集模块，用于采集PH值，并将采集到的PH值发送至控制模块；
控制模块判断当前采集到的出水口处的PH值与前N天保存的PH值的平均值之间的差值是否超过第一设定差值范围；其中，N＞0；
若是，则报警。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：在所述中间换热器的出水口处和进水口处分别设置有PH采集模块，用于采集PH值，并将采集到的PH值发送至控制模块；
控制模块判断当前采集到的出水口处的PH值与进水口处的PH值的差值是否超过第二设定差值范围；
若是，则报警。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的系统，其特征在于：所述报警包括进行声光报警或/和发送报警信息至用户移动终端。
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