CN111059657A - 一种制冷制冰空调机组和控制方法 - Google Patents

一种制冷制冰空调机组和控制方法 Download PDF

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CN111059657A CN201911267145.7A CN201911267145A CN111059657A CN 111059657 A CN111059657 A CN 111059657A CN 201911267145 A CN201911267145 A CN 201911267145A CN 111059657 A CN111059657 A CN 111059657A
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张治平
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钟瑞兴
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Abstract

本发明提供一种制冷制冰空调机组和控制方法，制冷制冰空调机组包括：压缩机、冷凝器、第一蒸发器和第二蒸发器，其中压缩机包括第一叶轮和第二叶轮，第一叶轮一侧气口通过第一管路与冷凝器连通、第一叶轮的另一侧气口通过第二管路与第一蒸发器连通，第二叶轮一侧气口通过第三管路与冷凝器连通、第二叶轮的另一侧气口通过第四管路与第二蒸发器连通；第一叶轮为冰蓄冷模式工作叶轮，第二叶轮为制冷模式工作叶轮。通过本发明使得该制冷制冰空调机组通过一个压缩机和一个冷凝器有效集成实现了制冷和制冰的两种不同制冷剂循环结构，实现了原本由两个独立机组才能实现的常规制冷和冰蓄冷工况之间的工况切换，整体安装体积大大减小，还节省了成本。

Description

一种制冷制冰空调机组和控制方法
技术领域
本发明属于制冷技术领域，具体涉及一种制冷制冰空调机组和控制方法。
背景技术
蓄冷空调技术是转移高峰电力、开发低谷用电，优化资源配置，保护生态环境的一项重要技术措施。冰蓄冷空调系统，在电力负荷很低的夜间用电低谷期，采用电制冷机制冷，将冷量以冰的形式贮存起来，在电力负荷较高的白天，把贮存的冷量释放出来，以满足建筑物空调负荷需要的空调系统，是一种有效电力调荷手段。冰蓄冷系统的主要优点有：(1)转移制冷机组用电时间，起到了转移电力高峰期用电负荷的作用；(2)冰蓄冷系统的制冷设备容量和装设供率小于常规空调系统；(3)冰蓄冷系统的运行费用由于电力部门实施峰、谷分时电价政策，比常规空调系统要低，分时电价差值越大，得益越大；(4)冰蓄冷系统中制冷设备满负荷运行的比例增大，状态稳定，提高了设备利用率。
实践证明,区域性供冷或供热系统对节能较为有利。区域供冷不仅可以节约大量初期投资和运行费用,而且减少了电力消耗及环境污染。随着大型冰蓄冷项目日益增多，制冷能力范围相对较小的容积式压缩机已不能满足需求，而制冷能力范围较大离心式压缩机应用于冰蓄冷系统就成了唯一的选择。
离心式压缩机属于速度型压缩机，气动零部件最佳设计点与运行工况需求紧密相关。冰蓄冷工况所需要的压头大，设计转速高，气动零部件中叶轮直径、气动流道宽度等参数相应的就要做得大；常规制冷工况所需的压头一般，相应的叶轮直径、气动流道宽度就规格适中。由于常规制冷工况和冰蓄冷工况运行条件差异巨大，导致对气动零部件的设计运行点要求完全不一致，强行采用同一套气动参数设计会导致在至少一个工况下压缩机运行参数大大偏离气动零部件最佳运行范围，压缩机运行在低效高耗状态，机组可靠性差，也无法满足节能减排的需求。对于此等技术难题，业内常用的做法是同时采用两台机组，一台冰蓄冷机组，一台常规制冷机组，冰蓄冷工况运行冰蓄冷机组，常规制冷工况运行常规制冷机组，这样确实可以满足机组高效运行的需求，但是需求的场地面积会大大增加，且初投资费用也会翻倍，成本偏高。
由于现有技术中的制冷蓄冰空调机组针对不同工况需要采用不同机组(双机组，两个压缩机、两个冷凝器等)，而导致设计成本高、场地要求高等技术问题，因此本发明研究设计出一种制冷制冰空调机组和控制方法。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的制冷蓄冰空调机组针对不同工况需要采用不同机组，而导致设计成本高、场地要求高的缺陷，从而提供一种制冷制冰空调机组和控制方法。
本发明提供一种制冷制冰空调机组，其包括：
压缩机、冷凝器、第一蒸发器和第二蒸发器，其中所述压缩机包括第一叶轮和第二叶轮，所述第一叶轮一侧气口通过第一管路与所述冷凝器连通、所述第一叶轮的另一侧气口通过第二管路与所述第一蒸发器连通，所述第二叶轮一侧气口通过第三管路与所述冷凝器连通、所述第二叶轮的另一侧气口通过第四管路与所述第二蒸发器连通；所述第一叶轮为冰蓄冷模式工作叶轮，所述第二叶轮为制冷模式工作叶轮。
优选地，
所述第一管路上设置有第一控制阀；和/或所述第二管路上设置有第二控制阀；所述第三管路上设置有第三控制阀；所述第四管路上设置有第四控制阀。
优选地，
所述第一控制阀为电磁阀；和/或所述第二控制阀为电磁阀；和/或所述第三控制阀为电磁阀；和/或所述第四控制阀为电磁阀。
优选地，
所述第一管路与所述第一叶轮的第一排气口连通、形成为第一排气管，所述第二管路与所述第一叶轮的第一吸气口连通、形成为第一吸气管；所述第三管路与所述第二叶轮的第二排气口连通、形成为第二排气管，所述第四管路与所述第二叶轮的第二吸气口连通、形成为第二吸气管。
优选地，
所述第一叶轮设置在所述压缩机的轴向一端，所述第二叶轮设置在所述压缩机的轴向另一端。
优选地，
所述压缩机包括电机和电机轴，所述第一叶轮套设在所述电机轴的沿轴线一端的悬臂上，所述第二叶轮套设在所述电机轴的沿轴线另一端的悬臂上。
优选地，
所述电机轴上靠近所述第一叶轮的位置还设置有第一轴承；所述电机轴上靠近所述第二叶轮的位置还设置有第二轴承。
优选地，
所述第一叶轮为离心式叶轮，所述第二叶轮也为离心式叶轮，所述压缩机为双悬臂离心式压缩机。
本发明还提供一种制冷制冰空调机组的控制方法，其使用前任一项所述的制冷制冰空调机组，根据机组运行在制冷模式或制冰模式的不同而控制所述第一叶轮和所述第一蒸发器运行或是控制所述第二叶轮和所述第二蒸发器运行。
优选地，
当所述第一管路上设置有第一控制阀；所述第二管路上设置有第二控制阀；所述第三管路上设置有第三控制阀；所述第四管路上设置有第四控制阀时：
在机组需要运行至制冷模式时，控制所述第一管路上的所述第一控制阀关闭、控制所述第二管路上的所述第二控制阀关闭；控制所述第三管路上的所述第三控制阀打开、控制所述第四管路上的所述第四控制阀打开；
在机组需要运行至制冰模式时，控制所述第一管路上的所述第一控制阀打开、控制所述第二管路上的所述第二控制阀打开；控制所述第三管路上的所述第三控制阀关闭、控制所述第四管路上的所述第四控制阀关闭。
本发明提供的一种制冷制冰空调机组和控制方法具有如下有益效果：
本发明通过设置一个压缩机，并使压缩机包括两个叶轮，一个冷凝器以及两个蒸发器，使得一个叶轮与一个蒸发器和冷凝器连通形成一个循环回路，另一个叶轮与另一个蒸发器和冷凝器连通形成一个循环回路，使得该制冷制冰空调机组通过一个压缩机和一个冷凝器有效集成实现了制冷和制冰的两种不同制冷剂循环结构，使得该机组能够在不同的需求下开启相应的叶轮和蒸发器、从而实现制冷或制冰的分别或同时运行，很好的实现了原本由两个独立机组才能实现的常规制冷和冰蓄冷工况之间的工况切换，整体安装体积大大减小，省下了压缩机的驱动装置、冷凝器、场地等成本，而且能实现整个机组在不同工况间灵活切换。本发明的初期投入成本低，场地要求小，机组能效高、可靠性高，整体上提升了双工况机组的质量和性能。
附图说明
图1是本发明的制冷制冰空调机组的连接结构图；
图2是本发明的离心式压缩机的结构示意图。
图中附图标记表示为：
1、压缩机；11、第一叶轮；12、第二叶轮；111、第一排气口；112、第一吸气口；121、第二排气口；122、第二吸气口；13、电机；14、电机轴；151、第一轴承；152、第二轴承；2、冷凝器；31、第一蒸发器；32、第二蒸发器；101、第一管路；102、第二管路；103、第三管路；104、第四管路；41、第一控制阀；42、第二控制阀；43、第三控制阀；44、第四控制阀。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明提供一种制冷制冰空调机组，其包括：
压缩机1、冷凝器2、第一蒸发器31和第二蒸发器32，其中所述压缩机1包括第一叶轮11和第二叶轮12，所述第一叶轮11一侧气口通过第一管路101与所述冷凝器2连通、所述第一叶轮11的另一侧气口通过第二管路102与所述第一蒸发器31连通，所述第二叶轮12一侧气口通过第三管路103与所述冷凝器2连通、所述第二叶轮12的另一侧气口通过第四管路104与所述第二蒸发器32连通；所述第一叶轮11为冰蓄冷模式工作叶轮，所述第二叶轮12为制冷模式工作叶轮。
本发明通过设置一个压缩机，并使压缩机包括两个叶轮，一个冷凝器以及两个蒸发器，使得一个叶轮与一个蒸发器和冷凝器连通形成一个循环回路，另一个叶轮与另一个蒸发器和冷凝器连通形成一个循环回路，使得该制冷制冰空调机组通过一个压缩机和一个冷凝器有效集成实现了制冷和制冰的两种不同制冷剂循环结构，使得该机组能够在不同的需求下开启相应的叶轮和蒸发器、从而实现制冷或制冰的分别或同时运行，很好的实现了原本由两个独立机组才能实现的常规制冷和冰蓄冷工况之间的工况切换，整体安装体积大大减小，省下了压缩机的驱动装置、冷凝器、场地等成本，而且能实现整个机组在不同工况间灵活切换。本发明的初期投入成本低，场地要求小，机组能效高、可靠性高，整体上提升了双工况机组的质量和性能。
本发明采用双蒸发器机组、双悬臂压缩机方案，实现不同工况运行条件下机组的高能效、高可靠性，同时保持机组的紧凑和总体技术方案的成本控制，满足制冷制冰两种工况下的制冷需求，制冷系统也大大简化，实现原来由两台机组才能实现的功能，有效降低成本和降低对安装场地的空间需求。双蒸发器双悬臂压缩机设计可灵活切换工况，适应工况变化，机组能效高，可靠性高。
基于上述业内常见解决方案伴随的成本高、安装空间要求大的问题，本发明创新性的提出了一种双蒸发器双悬臂压缩机解决方案，通过采用双蒸发器实现同一机组运行不同工况，同时压缩机两端采用根据不同工况设计的叶轮、共用一套驱动装置的设计，可灵活根据工况的变化切换用于做工的叶轮，保证机组始终运行在最佳气动设计点附近，保证高能效和高可靠性，从成本控制和场地需求角度很好的解决了问题。
优选地，
所述第一管路101上设置有第一控制阀41；和/或所述第二管路102上设置有第二控制阀42；和/或所述第三管路103上设置有第三控制阀43；和/或所述第四管路104上设置有第四控制阀44。通过第一管路上的第一控制阀能够根据实际运行模式对第一管路进行控制，通过第二管路上的第二控制阀能够根据实际运行模式对第二管路进行控制，通过第三管路上的第三控制阀能够根据实际运行模式对第三管路进行控制，通过第四管路上的第四控制阀能够根据实际运行模式对第四管路进行控制，从而综合实现对空调机组运行在制冷模式或制冰模式下。
优选地，
所述第一控制阀41为电磁阀；和/或所述第二控制阀42为电磁阀；和/或所述第三控制阀43为电磁阀；和/或所述第四控制阀44为电磁阀。这是本发明的的四个控制阀的优选结构形式，通过电磁阀能够提高智能控制精度，提高控制精度。
优选地，
所述第一管路101与所述第一叶轮11的第一排气口111连通、形成为第一排气管，所述第二管路102与所述第一叶轮11的第一吸气口112连通、形成为第一吸气管；所述第三管路103与所述第二叶轮12的第二排气口121连通、形成为第二排气管，所述第四管路104与所述第二叶轮12的第二吸气口122连通、形成为第二吸气管。如图1-2所示，第一管路与第一叶轮的排气口连通能够将第一叶轮压缩后的制冷剂导入至冷凝器中进行冷凝放热，第二管路与第一叶轮的吸气口连通能够将蒸发完成后的制冷剂导入至第一叶轮再进行压缩，第三管路与第二叶轮的排气口连通能够将第二叶轮压缩后的制冷剂导入至冷凝器中进行冷凝放热，第四管路与第二叶轮的吸气口连通能够将蒸发完成后的制冷剂导入至第二叶轮再进行压缩。
优选地，
所述第一叶轮11设置在所述压缩机1的轴向一端，所述第二叶轮12设置在所述压缩机1的轴向另一端。这是本发明的压缩机的优选结构形式，通过两个叶轮分别设置在两端的结构形式，能够使得通过一根电机轴在两端同时驱动两个叶轮进行转动，实现一个压缩机两种不同的工作模式的驱动作用。
优选地，
所述压缩机1包括电机13和电机轴14，所述第一叶轮11套设在所述电机轴14的沿轴线一端的悬臂上，所述第二叶轮12套设在所述电机轴14的沿轴线另一端的悬臂上。这是本发明的压缩机的优选结构形式，即形成为双悬臂压缩机的结构，一端悬臂用于悬挂第一叶轮，另一端悬臂用于悬挂第二叶轮，实现同时驱动两个叶轮同时运转的作用。
优选地，
所述电机轴14上靠近所述第一叶轮11的位置还设置有第一轴承151；所述电机轴14上靠近所述第二叶轮12的位置还设置有第二轴承152。通过两个轴承对两个悬臂端的电机轴进行分别支撑作用。
优选地，
所述第一叶轮11为离心式叶轮，所述第二叶轮12也为离心式叶轮，所述压缩机为双悬臂离心式压缩机。这是本发明的两个叶轮的优选结构形式，即离心叶轮，形成的压缩机为双悬臂离心压缩机，能够提供更高更大的压缩效率。
本发明还提供一种制冷制冰空调机组的控制方法，其使用前任一项所述的制冷制冰空调机组，根据机组运行在制冷模式或制冰模式的不同而控制第一叶轮和第一蒸发器运行或是控制所述第二叶轮和所述第二蒸发器运行。本发明采用双蒸发器机组、双悬臂压缩机方案，实现不同工况运行条件下机组的高能效、高可靠性，同时保持机组的紧凑和总体技术方案的成本控制，满足制冷制冰两种工况下的制冷需求，制冷系统也大大简化，实现原来由两台机组才能实现的功能，有效降低成本和降低对安装场地的空间需求。双蒸发器双悬臂压缩机设计可灵活切换工况，适应工况变化，机组能效高，可靠性高。
优选地，
当所述第一管路101上设置有第一控制阀41；所述第二管路102上设置有第二控制阀42；所述第三管路103上设置有第三控制阀43；所述第四管路104上设置有第四控制阀44时：
在机组需要运行至制冷模式时，控制所述第一管路上的所述第一控制阀关闭、控制所述第二管路上的所述第二控制阀关闭；控制所述第三管路上的所述第三控制阀打开、控制所述第四管路上的所述第四控制阀打开；
在机组需要运行至制冰模式时，控制所述第一管路上的所述第一控制阀打开、控制所述第二管路上的所述第二控制阀打开；控制所述第三管路上的所述第三控制阀关闭、控制所述第四管路上的所述第四控制阀关闭。
这是本发明的优选控制方式，通过不同模式下的阀的相应的控制能够实现制冷模式下第二叶轮和第二蒸发器运转、第一叶轮和第一蒸发器不运行，制冰模式下第一叶轮和第一蒸发器运转、第二叶轮和第二蒸发器不运行。
本发明涉及一种采用双悬臂压缩机、双蒸发器的离心式冷水机组，如图1所示，此离心式冷水机组包含两个蒸发器、一个冷凝器、一台双悬臂离心式压缩机和其他的离心式冷水机组需要的零部件，其中两个蒸发器的进、出冷冻水水温均不一致。假定第一蒸发器31和冷凝器配合实现机组的冰蓄冷工况，第二蒸发器32和冷凝器配合实现机组的常规制冷工况(备注：哪个蒸发器用于哪种工况可根据场地要求灵活调整，不固定)，那么双悬臂离心式压缩机的左边悬臂可悬挂根据冰蓄冷工况参数设计的冰蓄冷气动零部件，双悬臂离心式压缩机的右边可悬挂根据常规制冷工况参数设计的常规制冷气动零部件，如图2所示，其中离心式压缩机的左、右吸排气口均安装有可开、闭的电磁阀，可实现气动回路的开启和关闭。
当夜晚降临的时候，由于电力部门实施峰、谷分时电价政策，此时的电价价格较低，控制器关闭双悬臂离心式压缩机右侧(常规制冷叶轮侧)吸、排气口的电磁阀C、D(即第三和第四控制阀)，打开双悬臂离心式压缩机左侧(冰蓄冷叶轮侧)吸、排气口的电磁阀A、B(即第一和第二控制阀)，机组开始以冰蓄冷机组运行，大量蓄冰以准备用于白天的制冷需求，此时压缩机右侧由于吸、排气口电磁阀全部关闭，常规制冷叶轮处于空转状态，基本不耗功，由于压缩机和机组此时均运行在冰蓄冷工况，整体处于冰蓄冷最佳运行设计点附近，机组能效高，可靠性高；
当白天到来的时候，此时的电价开始升高，控制器打开双悬臂离心式压缩机右侧(常规制冷叶轮侧)吸、排气口的电磁阀C、D，关闭双悬臂离心式压缩机左侧(冰蓄冷叶轮侧)吸、排气口的电磁阀A、B，机组切换到常规制冷机组，压缩机同步切换到了常规制冷压缩机，整个机组开始工作满足制冷需求，此时由于压缩机左侧吸、排气口电磁阀全部关闭，冰蓄冷叶轮处于空转状态，基本不耗功，由于压缩机和机组此时均运行在常规制冷工况，整体处于常规制冷最佳运行设计点附近，机组能效高，可靠性高；
本发明通过增加一个新的蒸发器，压缩机采用独立的双悬臂结构的双蒸发器机组方案，很好的实现了原本由两个独立机组才能实现的常规制冷和冰蓄冷工况之间的工况切换，整体安装体积大大减小，省下了压缩机的驱动装置、冷凝器、场地等成本，而且能实现整个机组在不同工况间灵活切换。本发明的初期投入成本低，场地要求小，机组能效高、可靠性高，整体上提升了双工况机组的质量和性能。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种制冷制冰空调机组，其特征在于：包括：
压缩机(1)、冷凝器(2)、第一蒸发器(31)和第二蒸发器(32)，其中所述压缩机(1)包括第一叶轮(11)和第二叶轮(12)，所述第一叶轮(11)一侧气口通过第一管路(101)与所述冷凝器(2)连通、所述第一叶轮(11)的另一侧气口通过第二管路(102)与所述第一蒸发器(31)连通，所述第二叶轮(12)一侧气口通过第三管路(103)与所述冷凝器(2)连通、所述第二叶轮(12)的另一侧气口通过第四管路(104)与所述第二蒸发器(32)连通；所述第一叶轮(11)为冰蓄冷模式工作叶轮，所述第二叶轮(12)为制冷模式工作叶轮。
2.根据权利要求1所述的制冷制冰空调机组，其特征在于：
所述第一管路(101)上设置有第一控制阀(41)；和/或所述第二管路(102)上设置有第二控制阀(42)；和/或所述第三管路(103)上设置有第三控制阀(43)；和/或所述第四管路(104)上设置有第四控制阀(44)。
3.根据权利要求2所述的制冷制冰空调机组，其特征在于：
所述第一控制阀(41)为电磁阀；和/或所述第二控制阀(42)为电磁阀；和/或所述第三控制阀(43)为电磁阀；和/或所述第四控制阀(44)为电磁阀。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制冷制冰空调机组，其特征在于：
所述第一管路(101)与所述第一叶轮(11)的第一排气口(111)连通、形成为第一排气管，所述第二管路(102)与所述第一叶轮(11)的第一吸气口(112)连通、形成为第一吸气管；所述第三管路(103)与所述第二叶轮(12)的第二排气口(121)连通、形成为第二排气管，所述第四管路(104)与所述第二叶轮(12)的第二吸气口(122)连通、形成为第二吸气管。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制冷制冰空调机组，其特征在于：
所述第一叶轮(11)设置在所述压缩机(1)的轴向一端，所述第二叶轮(12)设置在所述压缩机(1)的轴向另一端。
6.根据权利要求5所述的制冷制冰空调机组，其特征在于：
所述压缩机(1)包括电机(13)和电机轴(14)，所述第一叶轮(11)套设在所述电机轴(14)的沿轴线一端的悬臂上，所述第二叶轮(12)套设在所述电机轴(14)的沿轴线另一端的悬臂上。
7.根据权利要求6所述的制冷制冰空调机组，其特征在于：
所述电机轴(14)上靠近所述第一叶轮(11)的位置还设置有第一轴承(151)；所述电机轴(14)上靠近所述第二叶轮(12)的位置还设置有第二轴承(152)。
8.根据权利要求6或7所述的制冷制冰空调机组，其特征在于：
所述第一叶轮(11)为离心式叶轮，所述第二叶轮(12)也为离心式叶轮，所述压缩机为双悬臂离心式压缩机。
9.一种制冷制冰空调机组的控制方法，其特征在于：
使用权利要求1-8中任一项所述的制冷制冰空调机组，根据机组运行在制冷模式或制冰模式的不同而控制第一叶轮和第一蒸发器运行或是控制所述第二叶轮和所述第二蒸发器运行。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：
当所述第一管路(101)上设置有第一控制阀(41)；所述第二管路(102)上设置有第二控制阀(42)；所述第三管路(103)上设置有第三控制阀(43)；所述第四管路(104)上设置有第四控制阀(44)时：
在机组需要运行至制冷模式时，控制所述第一管路上的所述第一控制阀关闭、控制所述第二管路上的所述第二控制阀关闭；控制所述第三管路上的所述第三控制阀打开、控制所述第四管路上的所述第四控制阀打开；
在机组需要运行至制冰模式时，控制所述第一管路上的所述第一控制阀打开、控制所述第二管路上的所述第二控制阀打开；控制所述第三管路上的所述第三控制阀关闭、控制所述第四管路上的所述第四控制阀关闭。
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