CN114264108B - 一种长距离冷量利用的间接制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种长距离冷量利用的间接制冷系统，其包括集中制冷系统、可移动储冷器、用户制冷系统以及控制器，可移动储冷器包括能够相互换热的流通管路和储冷模块，所述流通管路内有载冷剂，所述流通管路的入口能够与所述送冷管路或所述回收管路连接，所述流通管路的出口能够与所述回流管路或所述用冷管路连接。对于食品加工工业园区的食品加工厂或食品批发商等的分散冷库，单靠制冷剂的长距离制冷循环无法实现。利用可移动储冷器，运用载冷剂做中间介质，实现长距离且灵活的冷量利用，既可以提高系统的安全可靠性，又能满足用户便捷灵活的用冷需求。

Description

一种长距离冷量利用的间接制冷系统

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种长距离冷量利用的间接制冷系统。

背景技术

近年制冷技术在冷链行业的应用得到快速发展，然而“安全”和“环保”两大难题对冷链物流、食品冷加工用制冷系统的选择和现有制冷系统的改造与升级产生了重大而又深远的影响。近年来，全国范围内连续发生多起涉氨制冷企业爆炸事故，行业内外“谈氨色变”，对涉氨企业的安全监管力度达到了史无前列的高度，各种类型的冷藏系统改造工程纷纷展开。与此同时，氟利昂制冷剂制冷系统带来的环境问题也得到严格控制。制冷剂的替代、新工质研发以及减少制冷剂充注是亟待解决的问题。

并且，对于大批量分散的冷需求用户，如食品加工工业园区的食品加工厂，或食品批发商等，分散的大容量的冷库建设，耗费大量的建设成本及运营维护成本，制冷剂的注入量也大大增加，用大量的氨和氟利昂做制冷剂参与长距离的制冷循环也存在安全与环保问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种长距离冷量利用的间接制冷系统，旨在解决因长距离制冷循环需要使用大量氟利昂做制冷剂而存在的安全与环保问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明的长距离冷量利用的间接制冷系统包括集中制冷系统、可移动储冷器、用户制冷系统以及控制器；

所述集中制冷系统包括依次连接形成集中制冷回路的压缩机、冷凝器、节流元件和蒸发换热器，所述蒸发换热器包括能够相互换热的供冷管路和吸冷管路，所述供冷管路连接所述节流元件与所述压缩机，所述集中制冷系统还包括与所述吸冷管路的入口连接的回流管路、与所述吸冷管路的出口连接的送冷管路以及设置于所述回流管路或所述送冷管路上的第一循环泵；

所述用户制冷系统包括用户端换热器、与用户端换热器的入口连接的用冷管路、与用户端换热器的出口连接的回收管路以及设置于用冷管路或回收管路上的第二循环泵；

所述可移动储冷器包括能够相互换热的流通管路和储冷模块，所述流通管路内有载冷剂，所述流通管路的入口能够与所述送冷管路或所述回收管路连接，所述流通管路的出口能够与所述回流管路或所述用冷管路连接；

所述控制器分别与所述压缩机、所述第一循环泵、所述第二循环泵电连接。

可选地，所述流通管路的入口设置有第一通断阀，所述流通管路的出口设置有第二通断阀和温度传感器，所述第一通断阀、所述第二通断阀和所述温度传感器均与所述控制器电连接。

可选地，所述储冷模块为固体蓄冷模块或相变介质蓄冷模块。

可选地，所述用冷管路上设置有第三通断阀，所述回收管路上设置有第四通断阀，所述第三通断阀和所述第四通断阀均与所述控制器电连接。

可选地，所述间接制冷系统包括多个并连设置的所述用户制冷系统，所述第三通断阀、所述第四通断阀和所述第二循环泵控制对应的所述用户制冷系统的状态。

可选地，多个所述用户制冷系统中的一个为冷冻系统且另一个为冷藏系统，所述冷冻系统的制冷温度低于所述冷藏系统的制冷温度。

可选地，所述用户制冷系统包括多个并连设置的所述用户端换热器，所述用户端换热器的入口均设置有流量调节阀。

可选地，所述送冷管路上设置有第五通断阀，所述回流管路上设置有第六通断阀。

可选地，所述载冷剂为盐水、氯化钙溶液、乙二醇溶液或LM-8冰河冷媒；

和/或，所述集中制冷回路内流动的制冷剂为R507系列制冷剂。

可选地，所述节流元件为节流阀或毛细管组。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：上述技术方案是为批量分散冷需求用户提供一种使用载冷剂作为传递介质且可移动的间接制冷系统。

与传统制冷系统相比，间接制冷系统减少了制冷剂充注量，制冷设备结构更加紧凑，使制冷剂流经的系统便于集中管理，对压力容器和压力管道等特种设备要求降低，且能够把制冷剂的使用空间范围局限在机房，远离人群，提高了系统运行的安全性，减少了对环境问题的影响。

对于食品加工工业园区的食品加工厂或食品批发商等的分散冷库，单靠制冷剂的长距离制冷循环无法实现。利用可移动储冷器，运用载冷剂做中间介质，实现长距离且灵活的冷量利用，既可以提高系统的安全可靠性，又能满足用户便捷灵活的用冷需求。

而且，采用多个用户制冷系统，分别满足用户两种品质的用冷需求，避免高能低用，实现冷量梯级利用，提高节能效益，对提升制冷系统的安全与环保性能具有重要意义。

附图说明

图1为本发明的长距离冷量利用的间接制冷系统的集中制冷系统的结构示意图；

图2为本发明的长距离冷量利用的间接制冷系统的用户制冷系统的结构示意图；

图3为本发明的可移动储冷器的结构示意图。

【附图标记说明】

100：集中制冷系统；200：可移动储冷器；201：流通管路；202：储冷模块；300：用户制冷系统；

C：压缩机；D：冷凝器；F：节流元件；E：蒸发换热器；H1、H2、H3、H1'、H2'、H3'：用户端换热器；

1：供冷管路；2：吸冷管路；3：回流管路；4：送冷管路；5：用冷管路；6：回收管路；

V1：第一通断阀；V2：第二通断阀；V3：第三通断阀；V4：第四通断阀；V5：第五通断阀；V6：第六通断阀。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本发明提供一种长距离冷量利用的间接制冷系统，如图1和图2所示，其包括集中制冷系统100、可移动储冷器200、用户制冷系统300以及控制器(未图示)。集中制冷系统100包括依次连接形成集中制冷回路的压缩机C、冷凝器D、节流元件F和蒸发换热器E，蒸发换热器E包括位于壳体内且能够相互换热的供冷管路1和吸冷管路2，供冷管路1能够给吸冷管路2供冷，供冷管路1连接节流元件F与压缩机C。制冷剂在蒸发换热器E中吸收被冷却物体的热量实现制冷。压缩机C是心脏，起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用。冷凝器D是放出热量的设备，将蒸发换热器E中吸收的热量连同压缩机C做功所转化的热量一起传递给制冷剂带走。其中，节流元件F可以为节流阀或毛细管组件，其对制冷剂起节流降压作用、同时控制和调节流入蒸发换热器E中制冷剂的流量，并能够将集中制冷回路分为高压侧和低压侧两大部分。

而且，集中制冷系统100还包括与吸冷管路2的入口连接的回流管路3、与吸冷管路2的出口连接的送冷管路4以及设置于回流管路3或送冷管路4上的第一循环泵A1。用户制冷系统300包括用户端换热器H1、H2、H3以及与用户端换热器的入口连接的用冷管路5、与用户端换热器的出口连接的回收管路6和设置于用冷管路5或回收管路6上的第二循环泵A2。可移动储冷器200包括能够相互换热的流通管路201和储冷模块202，流通管路201内有载冷剂，流通管路201的入口能够与送冷管路4或回收管路6连接，流通管路201的出口能够与回流管路3或用冷管路5连接。

在使用时，可移动储冷器200能够从集中制冷系统100获取冷量，并能够移动至有制冷需求的区域，再与用户制冷系统300连接，以给目标用户制冷。当可移动储冷器200与集中制冷系统100连接时，即流通管路201的入口与送冷管路4连接且流通管路201的出口与回流管路3连接时，吸冷管路2、送冷管路4、流通管路201、回流管路3依次连接形成供载冷剂流动的集中侧循环回路，储冷模块202能够稳定地收集载冷剂中的冷量并对冷量进行储存。当可移动储冷器200移动至与用户制冷系统300连接时，即流通管路201的入口与回收管路6连接且流通管路201的出口与用冷管路5连接时，流通管路201、用冷管路5、用户端换热器、回收管路6依次连接形成供载冷剂流动的用户侧循环回路，储冷模块202能够稳定地向载冷剂释放冷量，从而给用户端换热器提供冷量。其中，第一循环泵A1和第二循环泵A2均为现有的流体泵，且能够分别为载冷剂的循环流动提供动力。

其中，“入口”和“出口”根据流体的流动方向来定，流体流入的端口为“入口”，流体流出的端口为“出口”。另外，控制器分别与压缩机C、第一循环泵A1、第二循环泵A2电连接，其中，本发明中的“电连接”可以是电路线缆连接也可以是电信号通讯连接，通过控制器可以控制压缩机C、第一循环泵A1、第二循环泵A2的运行状态。

集中制冷系统100可以集中设置，且可以优选设置于电厂厂区，并且可以使用内部厂用电，其耗电费用和运维费用远低于分散式的传统压缩机直接制冷系统。而且，集中制冷系统100与用户制冷系统300相对独立，对压力容器和压力管道等特种设备要求降低，且能够把制冷剂的使用空间范围局限在机房，远离人群，提高了系统运行的安全性，减少了对环境问题的影响。并且，上述间接制冷系统可以通过可移动储冷器200灵活地向距离十公里甚至更远的分散的冷需求用户端供冷。分散的用户端不需要考虑集中制冷系统100的设备添置，只需添置用户制冷系统300来用于自建库房的食品冷却，也能够减少了用户采购大功率制冷设备的成本。

综上，上述技术方案是为批量分散冷需求用户提供一种使用载冷剂作为传递介质且可移动的间接制冷系统。与传统制冷系统相比，间接制冷系统减少了制冷剂充注量，制冷设备结构更加紧凑，使制冷剂流经的系统便于集中管理，对压力容器和压力管道等特种设备要求降低，且能够把制冷剂的使用空间范围局限在机房，远离人群，提高了系统运行的安全性，减少了对环境问题的影响。对于食品加工工业园区的食品加工厂或食品批发商等的分散冷库，单靠制冷剂的长距离制冷循环无法实现。利用可移动储冷器200，运用载冷剂做中间介质，实现长距离且灵活的冷量利用，既可以提高系统的安全可靠性，又能满足用户便捷灵活的用冷需求。

在优选的实施方式中，如图3所示，流通管路201的入口设置有第一通断阀V1，流通管路201的出口设置有第二通断阀V2和温度传感器，第一通断阀V1、第二通断阀V2和温度传感器均与控制器电连接。在需要移动可移动储冷器200时，先让第一通断阀V1和第二通断阀V2均保持关闭，而等流通管路201的入口和出口连接到对应的管路时，再打开第一通断阀V1和第二通断阀V2进行载冷剂循环，从而可以防止载冷剂发生泄漏。温度传感器能够对从可移动储冷器200内流出的载冷剂的温度进行检测，以针对性地匹配用户制冷系统300，从而实现最大效率的冷量利用，避免能源浪费。而且，每一套长距离冷量利用的间接制冷系统可以包括多个可移动储冷器200，其中一个可移动储冷器200与集中制冷系统100连接进行冷量收集时，另一个可移动储冷器200可以与用户制冷系统300连接以进行冷量释放，之后再灵活交换，提升了针对不同应用场景的适应能力。

另外，流通管路201形成为弯曲管路且穿设于储冷模块202内，从而能够与储冷模块202充分进行热交换。储冷模块202可以为固体蓄冷模块或相变介质蓄冷模块，其中，固体蓄冷可以为容纳有聚乙烯醇和硼砂的腔体，相变介质蓄冷模块可以为包含水合盐结晶蓄冷剂的腔体。其中，流通管路201的中段弯曲可以设置于该腔体内或包裹缠绕于该腔体外，流通管路201的入口和出口均位于腔体外。需要说明的是，除了前述例举的方案以外，储冷模块202还可以为已知的其他的能够蓄冷和释放冷量的结构和材料。

在更优选的实施方式中，再次参见图2，用冷管路5上设置有第三通断阀V3，回收管路6上设置有第四通断阀V4。当可移动储冷器200的储备冷量用完后，可以先关闭第一通断阀V1、第二通断阀V2、第三通断阀V3和第四通断阀V4，再将可移动储冷器200与用户制冷系统300分离，从而避免载冷剂泄漏。同理，送冷管路4上设置有第五通断阀V5，回流管路3上设置有第六通断阀V6(参见图1)。当可移动储冷器200的冷量收集满后，可以先关闭第一通断阀V1、第二通断阀V2、第五通断阀V5和第六通断阀V6，再将可移动储冷器200与集中制冷系统100分离，从而避免载冷剂泄漏。其中，上述所有的通断阀均可以为电磁阀或电动阀，且均与控制器电连接，以实现灵活控制。

其中，可移动储冷器200也可以作为辅助制冷设备，给很多制冷需求比较大的用户供冷，以对常规制冷设备进行制冷时存在的冷量缺口进行灵活补充。而且，在辅助制冷时，可移动储冷器200可以先对制冷所需温度比较低的用户供冷，再对制冷所需温度相对较高的用户供冷，从而使冷量得到充分的梯级利用。如图2所示，间接制冷系统可以包括多个并连设置的用户制冷系统300，可以通过手动方式或通过控制器对第三通断阀V3和第四通断阀V4的通断进行控制，并配合控制器控制第二循环泵A2的启停，进而控制对应的用户制冷系统300的状态。

不同的用户制冷系统300对冷量的需求不一样，当其中一个用户制冷系统300(例如，其对应的用户端换热器为H1、H2、H3)的制冷所需温度比较低时，先打开与用户端换热器H1、H2、H3相连的管路上的第三通断阀V3和第四通断阀V4，并关闭其他管路(例如，与用户端换热器H1'、H2'、H3'相连的管路)上的第三通断阀V3和第四通断阀V4，以对用户端换热器为H1、H2、H3进行供冷。而当设置于可移动储冷器200的出口的温度传感器检测到载冷剂的温度超过了预设温度时，即冷量不足时，可以关闭与用户端换热器H1、H2、H3相连的管路上的第三通断阀V3和第四通断阀V4，并打开其他管路(例如，与用户端换热器H1'、H2'、H3'相连的管路)上的第三通断阀V3和第四通断阀V4，以实现对用户端换热器H1'、H2'、H3'进行供冷，从而使得可移动储冷器200内的冷量得到充分利用，减少能源浪费。

再次参见图2，多个用户制冷系统300中的一个为冷冻系统(其对应的用户端换热器为H1、H2、H3)且另一个为冷藏系统(其对应的用户端换热器为H1'、H2'、H3')，冷冻系统的制冷温度低于冷藏系统的制冷温度。具体地，冷冻系统的制冷温度可以为-20℃～-12℃，优选为-18℃，冷藏系统的制冷温度可以为-8℃～0℃，优选为-4℃。

此外，如果需要制冷的区域面积比较大，用户制冷系统300可以包括多个并连设置的用户端换热器。用户端换热器的入口均设置有流量调节阀，以调节制冷温度而适应不同区域的制冷需求。

在上述所有的实施方式中，载冷剂可以为盐水、氯化钙溶液、乙二醇溶液或LM-8冰河冷媒等，以减小对环境造成污染的可能性。另外，集中制冷回路内流动的制冷剂可以优选为R507系列制冷剂。R507系列制冷剂是一种新型的环保工质氟利昂制冷剂，由R125制冷剂和R143制冷剂混合而成，是一种不破坏臭氧层的环保型制冷剂。由于具有比传统制冷剂容积制冷量大，优异的传热性和低毒性的优点，目前在中低温冷冻领域广泛应用。

进一步地，依据图1和图2的实施方式，在某电厂周边的食品工业园区开始规划实施，电厂拟建设由厂用电驱动压缩机C的集中制冷系统(3000kW制冷量的集中制冷回路)，运用多个可移动储冷器200将冷量输往方圆1.8公里的食品工业园区，对分散的食品加工厂供冷，以满足用户冷冻(-18℃)和冷藏(0-4℃)两种用冷需求。食品加工厂用户在用户制冷系统300上接入用户端换热器用于自建库房的辅助冷却。由于制冷设备(集中制冷回路)集中于电厂厂区，并且使用内部厂用电，其耗电费用和运维费用远低于传统的压缩机直接制冷系统。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种长距离冷量利用的间接制冷系统，其特征在于，包括集中制冷系统(100)、可移动储冷器(200)、用户制冷系统(300)及控制器；

所述集中制冷系统(100)包括依次连接形成集中制冷回路的压缩机(C)、冷凝器(D)、节流元件(F)和蒸发换热器(E)，所述蒸发换热器(E)包括能够相互换热的供冷管路(1)和吸冷管路(2)，所述供冷管路(1)连接所述节流元件(F)与所述压缩机(C)，所述集中制冷系统(100)还包括与所述吸冷管路(2)的入口连接的回流管路(3)、与所述吸冷管路(2)的出口连接的送冷管路(4)以及设置于所述回流管路(3)或所述送冷管路(4)上的第一循环泵(A1)；

所述用户制冷系统(300)包括用户端换热器、与用户端换热器的入口连接的用冷管路(5)、与用户端换热器的出口连接的回收管路(6)以及设置于用冷管路(5)或回收管路(6)上的第二循环泵(A2)；

所述可移动储冷器(200)包括能够相互换热的流通管路(201)和储冷模块(202)，所述流通管路(201)内有载冷剂，所述流通管路(201)的入口能够与所述送冷管路(4)或所述回收管路(6)连接，所述流通管路(201)的出口能够与所述回流管路(3)或所述用冷管路(5)连接；

所述流通管路(201)的入口设置有第一通断阀(V1)，所述流通管路(201)的出口设置有第二通断阀(V2)和温度传感器，移动可移动储冷器(200)时，第一通断阀(V1)和第二通断阀(V2)均保持关闭，等流通管路(201)的入口和出口连接到对应的管路时，打开第一通断阀(V1)和第二通断阀(V2)进行载冷剂循环，防止载冷剂发生泄漏；

所述用冷管路(5)上设置有第三通断阀(V3)，所述回收管路(6)上设置有第四通断阀(V4),当所述可移动储冷器(200)的储备冷量用完后，先关闭第一通断阀(V1)和第二通断阀(V2)、第三通断阀(V3)和第四通断阀(V4)，再将所述可移动储冷器(200)与所述用户制冷系统(300)分离，避免载冷剂泄漏；

所述送冷管路(4)上设置有第五通断阀(V5)，所述回流管路(3)上设置有第六通断阀(V6)，当所述可移动储冷器(200)的冷量收集满后，先关闭第一通断阀(V1)和第二通断阀(V2)、第五通断阀(V5)和第六通断阀(V6)，再将所述可移动储冷器(200)与所述集中制冷系统(100)分离，避免载冷剂泄漏；

所述控制器分别与所述压缩机(C)、所述第一循环泵(A1)、所述第二循环泵(A2)电连接。

2.如权利要求1所述的长距离冷量利用的间接制冷系统，其特征在于，所述第一通断阀(V1)、所述第二通断阀(V2)和所述温度传感器均与所述控制器电连接。

3.如权利要求1所述的长距离冷量利用的间接制冷系统，其特征在于，所述储冷模块(202)为固体蓄冷模块或相变介质蓄冷模块。

4.如权利要求1-3任意一项所述的长距离冷量利用的间接制冷系统，其特征在于，所述第三通断阀(V3)和所述第四通断阀(V4)均与所述控制器电连接。

5.如权利要求4所述的长距离冷量利用的间接制冷系统，其特征在于，所述间接制冷系统包括多个并连设置的所述用户制冷系统(300)，所述第三通断阀(V3)、所述第四通断阀(V4)和所述第二循环泵(A2)控制对应的所述用户制冷系统(300)的状态。

6.如权利要求5所述的长距离冷量利用的间接制冷系统，其特征在于，多个所述用户制冷系统(300)中的一个为冷冻系统且另一个为冷藏系统，所述冷冻系统的制冷温度低于所述冷藏系统的制冷温度。

7.如权利要求1-3任意一项所述的长距离冷量利用的间接制冷系统，其特征在于，所述用户制冷系统(300)包括多个并连设置的所述用户端换热器，所述用户端换热器的入口均设置有流量调节阀。

8.如权利要求1-3任意一项所述的长距离冷量利用的间接制冷系统，其特征在于，所述载冷剂为盐水、氯化钙溶液、乙二醇溶液或LM-8冰河冷媒；

和/或，所述集中制冷回路内流动的制冷剂为R507系列制冷剂。

9.如权利要求1-3任意一项所述的长距离冷量利用的间接制冷系统，其特征在于，所述节流元件(F)为节流阀或毛细管组。