CN112503970A - 模块机防冻系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种模块机防冻系统，其包括充电模块、蓄电模块、加热模块以及中央处理模块，中央处理模块比较壳管内温度和预设温度下限阈值，当壳管内温度低于预设温度下限阈值时，表明此时壳管内温度较低，其存在冻裂的风险，中央处理模块控制加热模块启动对壳管的加热，加热模块从蓄电模块取电对壳管进行电加热，充电模块补充蓄电模块流失的电能。整个系统，一方面监测壳管内温度，当壳管内温度低于预设温度下限阈值时，自动加热壳管，防止壳管冻裂；另一方面，采用充电与蓄电结合的方式满足加热所需电能的供应，确保电能稳定、持续，即确保加热功能稳定。整个模块机防冻系统可以实现对模块机防冻，显著减小模块机由于壳管冻裂出现故障的风险。
Description
技术领域
本申请涉及模块机技术领域，特别是涉及一种模块机防冻系统。
背景技术
模块机(模块式风冷冷(热)水机组)以其显著的制冷制热性能，广泛应用于新建和改造的大小工业与民用建筑空调工程。
在模块机中，壳管换热器由于结构紧凑、传热性能好，易清洗等优点，广泛应用于模块式风冷冷(热)水机组中。但一直以来，外售的模块式风冷冷(热)水机组存在容易出现壳管内漏。经过分析，主要原因是模块机组在寒冷工况下，长时间不运行，内部氟系统与水系统处于静止状态。其中壳管换热器四周的循环水变成冷却静置水，温度过低水逐步结冰，导致壳管管板两端胀管位置体积膨胀，经过胀管过程的铜管，管壁很薄，经过膨胀水挤压，易发生破裂，从而导致内部氟系统泄露，性能显著减低。
因此，有必要针对模块机设计一款专用的防冻系统，以防止模块机中壳管换热器由于冻裂而出现故障。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种模块机防冻系统。
一种模块机防冻系统，包括充电模块、蓄电模块、加热模块以及中央处理模块；
所述充电模块、所述蓄电模块以及所述加热模块分别与所述中央处理模块连接，所述充电模块与所述蓄电模块连接，所述蓄电模块与所述加热模块连接；
所述中央处理模块用于比较壳管内温度与预设温度下限阈值，当所述壳管内温度小于所述预设温度下限阈值时，驱动所述加热模块工作，以使所述加热模块加热壳管，所述壳管为外部模块机中壳管换热器的壳管。
在其中一个实施例中，所述充电模块包括可再生能源单元和充电控制单元，所述可再生能源单元通过所述充电控制单元与所述蓄电模块连接，所述充电控制单元与所述中央处理模块连接，所述充电控制单元在所述中央处理模块的控制下对所述蓄电模块进行过充保护。
在其中一个实施例中，所述可再生能源单元包括光伏板组件。
在其中一个实施例中，所述充电模块包括光伏板组件，所述中央处理模块还用于比较外部光照强度与预设光照强度阈值，当所述外部光照强度大于所述预设光照强度阈值时，启动所述光伏板组件。
在其中一个实施例中，所述中央处理模块还用于获取地理位置信息，根据所述地理位置信息查询所属区域的历史气候数据，根据所述历史气候数据获取预设光照强度阈值。
在其中一个实施例中，上述系统还包括光伏板清洗组件，所述光伏板清洗组件设置于所述光伏板组件，所述光伏板清洗组件与所述中央处理模块连接，所述中央处理模块驱动所述光伏板清洗组件工作，以清洗所述光伏板组件。
在其中一个实施例中，所述光伏板清洗组件包括多个喷水组件，所述多个喷水组件沿所述光伏板组件的周向设置；
所述中央处理模块还用于根据预设喷射周期以及预设喷射水压驱动所述喷水组件工作，以清洗所述光伏板组件。
在其中一个实施例中，所述中央处理模块还用于持续监测所述壳管内温度，当所述壳管内温度大于预设温度上限阈值时，控制所述加热模块停止加热。
在其中一个实施例中，上述系统还包括温度传感器和电压传感器，所述温度传感器以及所述电压传感器分别与所述中央处理模块连接，所述温度传感器用于采集壳管内温度，所述电压传感器用于采集所述蓄电模块的电压，所述中央处理模块还用于当所述蓄电模块的电压低于预设电压阈值时，控制所述充电模块对所述蓄电模块充电。
在其中一个实施例中，所述加热模块包括电加热带，所述电加热带包覆于所述壳管。
上述模块机防冻系统，包括充电模块、蓄电模块、加热模块以及中央处理模块，中央处理模块比较壳管内温度和预设温度下限阈值，当壳管内温度低于预设温度下限阈值时，表明此时壳管内温度较低，其存在冻裂的风险，中央处理模块控制加热模块启动对壳管的加热，加热模块从蓄电模块取电对壳管进行电加热，充电模块补充蓄电模块流失的电能。整个系统，一方面监测壳管内温度，当壳管内温度低于预设温度下限阈值时，自动加热壳管，防止壳管冻裂；另一方面，采用充电与蓄电结合的方式满足加热所需电能的供应，确保电能稳定、持续，即确保加热功能稳定。整个模块机防冻系统可以实现对模块机防冻，显著减小模块机由于壳管冻裂出现故障的风险。
附图说明
图1为一个实例中本申请模块机防冻系统的结构示意图；
图2为另一个实例中本申请模块机防冻系统的结构示意图；
图3为又一个实例中本申请模块机防冻系统的结构示意图；
图4为其中一个应用实例中本申请模块机防冻系统的架构示意图；
图5为其中一个应用实例中本申请模块机防冻系统的应用环境示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
如图1所示，本申请一种模块机防冻系统，包括充电模块100、蓄电模块200、加热模块300以及中央处理模块400；
充电模块100、蓄电模块200以及加热模块300分别与中央处理模块400连接，充电模块100与蓄电模块200连接，蓄电模块200与加热模块300连接；
中央处理模块400用于比较壳管内温度与预设温度下限阈值，当壳管内温度小于预设温度下限阈值时，驱动加热模块300工作，以使加热模块300加热壳管，壳管为外部模块机中壳管换热器的壳管。
充电模块100用于在中央处理模块400的控制下给蓄电模块200充电。具体来说，中央处理模块400可以控制充电模块100给蓄电模块200充电时长、频率、充电电压、充电方式等，其主要控制充电模块100充电电压和充电时长，避免对蓄电模块200过充，造成蓄电模块200寿命衰减、甚至是损坏。充电模块100具体可以包括供电部分和在中央处理模块400控制下的防过充部分，其中供电部分是指供给电能的部分，其可以是直接接入市电，或者是采用自我发电的方式，例如通过内燃机发电(柴油机、汽油机等)、光伏太阳发电、风能发电以及上述这些发电方式任意结合的方式实现自我发电，降低对市电的依赖，这样可以在市电断电下给蓄电模块200提供稳定的充能，最终使得整个模块机防冻系统正常、稳定运行，避免由于壳管冻裂而出现故障。更具体来说，供电部分优选的可以选择太阳能发电的方式，即充电模块100可以包括光伏板组件，由光伏板组件将光能转化为电能输出至蓄电模块200。采用光伏板组件一方面使用清洁能源，有利于可持续发展；另一方面只需要布置在室外即可得到稳定的电能，方便在实际应用中布置。
蓄电模块200用于在中央处理模块400的控制下存储电能，并且给加热模块300提供电能。具体来说，蓄电模块200可以采用多个蓄电池组串/并组成，并且还可以附带上电池能量管理系统，在中央处理模块400的控制下协调控制每个蓄电池组的充/放电，以给加热模块300提供稳定的电能。进一步来说，在蓄电模块200中还可以增加电压传感器，电压传感器检测蓄电模块200的电压，将电压反馈至中央处理模块400。
加热模块300用于在蓄电模块200提供稳定电能，且在中央处理模块400的控制下对壳管进行加热，以避免壳管由于低温冻裂。具体来说，加热模块300具体可以是加热带，加热带覆盖于壳管设置，以给整个壳管均匀加热。中央处理模块400获取壳管内温度，比较壳管内温度与预设温度下限阈值，当小于时，表明壳管存在冻裂的风险，此时需要启动加热功能，中央处理模块400控制加热模块300工作，加热模块300将电能转化为热能，以给壳管加热。
中央处理模块400用于协调控制充电模块100、蓄电模块200以及加热模块300在合适的时机执行对应的功能。非必要的，中央处理模块400还支持在线软件升级与更新的机制，以满足不同应用场景对具体控制的需求。在中央处理模块400中缓存有预设温度下限阈值，该值具体可以根据实际应用场景设定，低于该温度值，壳管即存在较大冻裂的风险，其具体可以设置为大于0摄氏度的一个具体值。
上述模块机防冻系统，包括充电模块100、蓄电模块200、加热模块300以及中央处理模块400，中央处理模块400比较壳管内温度和预设温度下限阈值，当壳管内温度低于预设温度下限阈值时，表明此时壳管内温度较低，其存在冻裂的风险，中央处理模块400控制加热模块300启动对壳管的加热，加热模块300从蓄电模块200取电对壳管进行电加热，充电模块100补充蓄电模块200流失的电能。整个系统，一方面监测壳管内温度，当壳管内温度低于预设温度下限阈值时，自动加热壳管，防止壳管冻裂；另一方面，采用充电与蓄电结合的方式满足加热所需电能的供应，确保电能稳定、持续，即确保加热功能稳定。整个模块机防冻系统可以实现对模块机防冻，显著减小模块机由于壳管冻裂出现故障的风险。
如图2所示，在其中一个实施例中，充电模块100包括可再生能源单元120和充电控制单元140，可再生能源单元120通过充电控制单元140与蓄电模块200连接，充电控制单元140与中央处理模块400连接，充电控制单元140在中央处理模块400的控制下对蓄电模块200进行过充保护。
可再生能源单元120用于采用可再生的方式产生电能，可再生能源具体可以包括光能转换为电能、水能转换为电能以及风能转换为电能等。优选的，可再生能源单元120可以采用光伏板组件，即采用光能转换为电能的方式提供持续的电能给蓄电模块200充电。充电模块100除了输出电能外，还在中央处理模块400的控制下给蓄电模块200提供过充保护，具体来说，充电控制单元140在中央处理模块400的控制下断开/闭合充电回路，以实现过充保护。当中央处理模块400驱动充电控制单元140闭合充电回路时，可再生能源单元120输出电能到蓄电模块200，当中央处理模块400监测到蓄电模块200已充满(基于电压)时，中央处理模块400输出信号至充电控制单元140，充电控制单元140断开充电回路，充电模块100停止给蓄电模块200充电，实现过充保护。充电控制单元140具体可由开关管或类似器件以及合适的外围器件组成。
在其中一个实施例中，充电模块100包括光伏板组件，中央处理模块400还用于比较外部光照强度与预设光照强度阈值，当外部光照强度大于预设光照强度阈值时，启动光伏板组件。
预设光照强度阈值是预先设定的阈值，只有当外部光照强度大于一定值(预设光照强度阈值)时，中央处理模块400才启动光伏板组件，这时光伏板组件才输出电能至蓄电模块200。在本实施例中，由于设定了光伏板组件启动的条件，提高了光伏板组件输出电能至蓄电模块200的门槛，可以缩短光伏板组件输出电能至蓄电模块200的时长，避免长时间对蓄电模块200的充电导致蓄电模块200过充。预设光照强度阈值具体可以基于实际情况的需要进行设定，进一步来说，该阈值可以直接技术人员写入到中央处理模块400中且支持授权用户或后台的修改，该阈值还可以由中央处理模块400基于实际情况智能调整。具体来说，中央处理模块400可以获取地理位置信息，根据地理位置信息查询所属区域的历史气候数据，根据历史气候数据获取预设光照强度阈值。即中央处理模块400可以根据当前地域的历史气候数据设定/调整预设光照强度阈值，以更优从“源头”实现对蓄电模块200的过充保护。
如图3所示，在其中一个实施例中，上述系统还包括光伏板清洗组件500，光伏板清洗组件500设置于光伏板组件，光伏板清洗组件500与中央处理模块400连接，中央处理模块400驱动光伏板清洗组件500工作，以清洗光伏板组件。
光伏板组件长时间暴露在户外，会累积灰尘，灰尘的遮蔽会减少光伏板组件接收的光伏照量，影响系统效率，减少发电量，光伏板清洗组件500在中央处理模块400的控制下对光伏板组件进行清洗，确保光伏板组件表面的干净，提高系统效率。具体来说，光伏板清洗组件500可以包括多个喷水组件，这些喷水组件沿光伏板组件的周向设置，即针对一定大小的光伏板组件(可以直接是一块)在其四周都设置有喷水组件，喷水组件在中央处理模块400的控制下基于预设喷射周期以及预设喷射水压喷射清水，以清洗光伏板组件。非必要的，喷水组件可以均匀等间距设置于光伏板组件的四周，其设置的数量可以根据实际情况的需要设定，例如针对单位面积(1平米)的光伏板可以在每个边上等间距设置4个喷水组件。进一步的，喷水组件包括喷头、水泵以及水管，水管一端与外部储水箱连接，水管的另一端与喷头连接，一根水管可以与多个喷头连接，中央处理模块400控制水泵的功率以及工作频率，以控制喷头喷水的水压以及周期。
在其中一个实施例中，中央处理模块400还用于持续监测壳管内温度，当壳管内温度大于预设温度上限阈值时，控制加热模块300停止加热。
中央处理模块400除了在温度低于预设温度下限阈值时，启动加热模块300以对壳管加热外，还会持续监测壳管内温度，当壳管内温度大于预设温度上限阈值时，控制加热模块300停止加热，避免壳管过热影响整个壳管热交换器的正常工作。具体来说，预设温度上限阈值是预先设定的值，其比预设温度下限阈值要大，壳管内温度维持在预设温度下限阈值和预设温度上限阈值之间可以正常情况，中央处理模块400的目标就是通过加热模块300来控制壳管内温度维持在这个区间内。
如图4所示，本申请模块机防冻系统具体可以包括蓄电控制部分、制热控制部分、光伏板清洗部分以及中央处理器，其中蓄电控制部分包括光伏板组件、充电控制器以及蓄电池组；制热控制部分包括温度传感器以及电加热带放热；光伏板清洗部分包括水泵和喷头。中央处理器协调控制蓄电控制部分、制热控制部分以及光伏板清洗部分执行上述对应的功能。在实际应用时，蓄电控制系统：当太阳光达到一定程度时，光伏板组件开始工作，产生一定的直流电压，把光能转化为电能，再传送给充电控制器，经过充电控制器的过充保护，将光伏板组件传送的电能输送给蓄电池组进行储存。制热控制系统：在壳管内安装温度传感器，感受温度信号，并反馈至中央处理器，中央处理器中预先设定的温度下限阈值，当反馈温度信号低于设定值时，控制蓄电池放电，使得包裹在壳管外围的电加热带开始制热，壳管内温度回升，使系统平均温度保持在一种循环状态，在蓄电池族放电的同时光伏板组件同时开始充电。光伏板组件清洗系统：在光伏板组件周围安装喷水头，喷水头通过水管与机组外围设施中的水箱相连，通过中央处理器与水泵的控制，定期喷洒带一定压力的水流，清洗光伏板组件表面的灰尘，在中央处理器中预先存储清洗时间间隔数据以及水压控制数据，为保证清洗范围的充分，光伏板组件四周的喷水头要数量足够。
如图5所示，在实际应用中，本申请模块机防冻系统包括的光伏板组件设置于模块机的顶部，其平展于模块机的顶部接受太阳光的照射，产生电能；加热带覆盖于模块机中壳管，中央处理器内置于(未示出)机组电控箱内。
下面将采用应用实例，并结合图5详细说明本申请模块机防冻系统的工作过程和技术原理。假定在具体应用实例中，本申请模块机防冻系统对A地区的模块机N进行防冻，其中，预设温度下限阈值为2摄氏度，预设温度上限阈值为10摄氏度，预设喷射周期为24小时；预设喷射水压为X帕。
光伏板组件设置于模块机N的机顶。加热带覆盖于模块机N中壳管。中央处理器接收设置于壳管内温度传感器发送的壳管内温度数据，比较壳管内温度与预设温度下限阈值2摄氏度的大小，当壳管内温度低于2摄氏度时，中央处理器控制加热带启动，加热带对壳管进行加热，中央处理器持续监测温度传感器反馈的温度数据，当壳管内温度大于10摄氏度时，中央处理器控制加热带关闭，以停止对壳管加热。
另外，为防止蓄电池长期处于饱和状态，且在饱和状态下依旧会接收来自光伏板组件的电能，时间积累下，会对蓄电池造成损坏，影响性能。中央处理器采用下述两种方式实现过充保护：(一)、中央处理器接收设置于蓄电池组电压传感器反馈的电压信号，当蓄电池组电压低于预设电压阈值时，中央处理器控制充电控制器闭合，光伏板组件将光能转换为的电能持续输出至蓄电池组，以对蓄电池组充电；当蓄电池组电压不低于预设电压阈值时，中央处理器控制充电控制器断开，光伏板组件将不再输出电能至蓄电池组，实现对蓄电池组过充保护；(二)、中央处理器获取A地区的历史气候数据，根据历史气候数据分析得到预设光照强度为Y，中央处理器接收设置于光伏板组件上光照强度传感器发送的光照强度，当光照强度大于预设光照强度阈值时，中央处理器控制光伏板组件启动，光伏板组件将光能转换为电能输出至蓄电池组；当光照强度不大于预设光照强度阈值时，中央处理器控制光伏板组件处于休眠状态。
另外，由于光伏板组件长时间暴露在户外会累积灰尘，灰尘的遮蔽会减少光伏板组件接收的光伏照量，影响系统效率，减少发电量。因此，还设置有光伏板组件清洗系统，在光伏板组件周围安装喷水头，喷水头通过水管与机组外围设施中的水箱相连，通过中央处理器与水泵的控制，中央处理器按照24小时/次的频率控制喷水头以X帕压力喷水，清洗光伏板组件表面的灰尘。
在实际应用中，本申请模块机防冻系统通过检测模块机组四周环境温度和光能饱和度，根据预设存储的温度阈值和光能可采集范围数据，决定模块机组附带的防冻系统的自主运行模式，提供一种可调节壳管四周及内部静置水温度，实现模块机组四周环境温度的自动监测、智能化调节控制。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种模块机防冻系统，其特征在于，包括充电模块、蓄电模块、加热模块以及中央处理模块；
所述充电模块、所述蓄电模块以及所述加热模块分别与所述中央处理模块连接，所述充电模块与所述蓄电模块连接，所述蓄电模块与所述加热模块连接；
所述中央处理模块用于比较壳管内温度与预设温度下限阈值，当所述壳管内温度小于所述预设温度下限阈值时，驱动所述加热模块工作，以使所述加热模块加热壳管，所述壳管为外部模块机中壳管换热器的壳管。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述充电模块包括可再生能源单元和充电控制单元，所述可再生能源单元通过所述充电控制单元与所述蓄电模块连接，所述充电控制单元与所述中央处理模块连接，所述充电控制单元在所述中央处理模块的控制下对所述蓄电模块进行过充保护。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述可再生能源单元包括光伏板组件。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述充电模块包括光伏板组件，所述中央处理模块还用于比较外部光照强度与预设光照强度阈值，当所述外部光照强度大于所述预设光照强度阈值时，启动所述光伏板组件。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述中央处理模块还用于获取地理位置信息，根据所述地理位置信息查询所属区域的历史气候数据，根据所述历史气候数据获取预设光照强度阈值。
6.根据权利要求2-5任意一项所述的系统，其特征在于，还包括光伏板清洗组件，所述光伏板清洗组件设置于所述光伏板组件，所述光伏板清洗组件与所述中央处理模块连接，所述中央处理模块驱动所述光伏板清洗组件工作，以清洗所述光伏板组件。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述光伏板清洗组件包括多个喷水组件，所述多个喷水组件沿所述光伏板组件的周向设置；
所述中央处理模块还用于根据预设喷射周期以及预设喷射水压驱动所述喷水组件工作，以清洗所述光伏板组件。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述中央处理模块还用于持续监测所述壳管内温度，当所述壳管内温度大于预设温度上限阈值时，控制所述加热模块停止加热。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括温度传感器和电压传感器，所述温度传感器以及所述电压传感器分别与所述中央处理模块连接，所述温度传感器用于采集壳管内温度，所述电压传感器用于采集所述蓄电模块的电压，所述中央处理模块还用于当所述蓄电模块的电压低于预设电压阈值时，控制所述充电模块对所述蓄电模块充电。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述加热模块包括电加热带，所述电加热带包覆于所述壳管。
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