CN114294892A - 用于冷冻库及冷藏库的集成节能系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于冷冻库及冷藏库的集成节能系统，属于节能技术领域。包括载冷液供应单元、冷冻蒸发单元、冷藏换热单元、相变储能单元和循环释冷单元；载冷液供应单元用于向冷冻蒸发单元和相变储能单元提供载冷液；冷冻蒸发单元用于向冷冻库供冷降温；冷藏换热单元用于向冷藏库供冷降温；相变储能单元用于存储载冷液供应单元提供的冷量；循环释冷单元用于将相变储能单元存储的冷量在相变储能单元与冷藏换热单元之间循环。通过控制分配载冷液的进入冷冻蒸发单元和相变储能单元的流量，从而维持冷冻库缓慢降温的条件下，利用富余冷量为相变储能仓充冷并在冷藏库需要降温时将冷量输送给冷藏库降温。本发明还提供了上述集成节能系统的控制方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种节能系统，具体讲是一种用于冷冻库及冷藏库的集成节能系统及控制方法，属于节能技术领域。
背景技术
进入21世纪以来，全球经济快速发展，人民的生活水平日益提高，伴随电子商务与物流等行业的快速崛起，冷链行业的市场规模也呈飞速增长的态势。近几年来对冷库的建设需求与应用增长明显。冷库的节能与环保问题得到了社会的广泛重视，通过简单的改造或合理的运行模式达成节能目标已成为冷库管理行业关心的一大问题。
目前，国内外大多数冷库物流中心在建设时通常同时建设冷冻库(-18～-16℃)、冷藏库(2～8℃)及常温库(15～25℃)以满足不同货物储存需求。其中冷冻库、冷藏库需分别配置制冷机组用于维持库内温度在设定条件下。冷冻库和冷藏库建设与使用时目前普遍存在以下问题：首先，制冷设备设计制冷量偏大，机组制冷量的富余情形较多，造成了严重的资源浪费，从而增加了运行成本，造成物价上涨；其次，在设计配机时，大中小负荷兼顾不够、造成虚降温库温波动幅度大，影响冷藏或冷冻效果；最后，冷冻库与冷藏库由于供冷温度差别大，需建设两套不同的制冷系统且面积相同的冷冻库与冷藏库年冷量需求接近8.5：1.5，单独建设冷藏库制冷系统成本高且利用率低，与目前全球各地环保政策不相适应。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种能有效提升了制冷效率，大大节省压缩机组的建设和运行成本的用于冷冻库及冷藏库的集成节能系统及控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供的用于冷冻库及冷藏库的集成节能系统，包括载冷液供应单元、冷冻蒸发单元、冷藏换热单元、相变储能单元和循环释冷单元；
所述载冷液供应单元用于向冷冻蒸发单元和相变储能单元提供载冷液；
所述冷冻蒸发单元用于向冷冻库供冷降温；
所述冷藏换热单元用于向冷藏库供冷降温；
所述相变储能单元用于存储载冷液供应单元提供的冷量；
所述循环释冷单元用于将相变储能单元存储的冷量在相变储能单元与冷藏换热单元之间循环。
本发明中，所述相变储能单元包括相变储能仓，所述相变储能仓内设有储能盘管，相变储能仓内灌装相变储能材料；所述相变储能仓内设有多个温度传感器。
本发明中，：所述相变储能材料为Na2CO3、KNO3、MgSO4、KCl、ZnSO4、KHCO3中任意一种或多种与H2O的组合。
本发明中，所述相变储能仓的内外壳之间填充高热阻保温材料。
本发明中，所述循环释冷单元包括释冷盘管和循环泵，所述释冷盘管设置于相变储能单元内，释冷盘管的一端连接循环泵，另一端经冷藏换热单元连接循环泵。
本发明中，所述载冷液供应单元与冷冻蒸发单元、相变储能单元之间设有载冷液供应控制机构，所述冷液供应控制机根据冷冻蒸发单元的反馈信号控制分配进入冷冻蒸发单元和相变储能单元的载冷液的流量。
本发明中还提供了一种用于冷冻库及冷藏库的集成节能系统的控制方法，
当冷冻库达到上限温度时，载冷液供应单元仅向冷冻蒸发单元供应载冷液；
当冷冻库降温至第一设置温度时，载冷液供应单元向冷冻蒸发单元和相变储能单元供应的载冷液供应比例为3:1；
当冷冻库降温至第二设置温度时，载冷液供应单元仅向相变储能单元供应载冷液，冷冻蒸发单元停止工作；
当相变储能单元降至-10℃以下且冷冻蒸发单元停止时，载冷液供应单元停止工作；
在上述过程中，当冷藏库内的温度达到设置上限温度时，循环释冷单元启动，载冷液经过相变储能单元换热后输送至冷藏换热单元换热为冷藏库降温，达到设定下限温度后循环释冷单元停止。
本发明的有益效果在于：(1)通过控制分配载冷液的进入冷冻蒸发单元和相变储能单元的流量，从而维持冷冻库缓慢降温的条件下，利用富余冷量为相变储能仓充冷并在冷藏库需要降温时将冷量输送给冷藏库，解决了压缩机组频繁启停，升降温速度过快虚降温的问题，大大提升了制冷效率；(2)冷冻库和冷藏库共用一套载冷液供应单元，大大节省了冷冻库和冷藏库初期的建设成本，还可以通过优化控制合理利用峰谷电储能减少冷库用电费用的支出；(3)可以有效地避免载冷液供应单元中压缩机组制冷量富余的情形，有效地避免了资源浪费，降低冷冻库和冷藏库的运行成本；(4)可以统筹兼顾液供应单元中压缩组大中小的负荷，避免库温波动幅度大，影响冷藏或冷冻效果。
附图说明
图1为本发明一种用于冷冻库及冷藏库的集成节能系统结构示意图；
图2为实施例1中相变温度为-5℃的相变储能材料技术参数及效果图；
图3为实施例2中相变温度为-8.5℃的相变储能材料技术参数及效果图；
图4为实施例3中相变温度为-1.5℃的相变储能材料技术参数及效果图。
图中，1、压缩机组，2、冷凝器，3、冷冻库蒸发器，4、冷藏库换热器，5、冷凝器盘管，6、冷冻库蒸发器盘管，7、相变储能仓储能盘管，8、相变储能仓释能盘管，9、冷藏库换热器盘管，10、高压贮液罐，11、低压贮液罐，12、低温循环泵，13、电控分液阀，14、冷冻库膨胀阀，15、相变储能仓膨胀阀，16、相变储能仓，17、相变储能仓保温层，18、相变储能材料，19、低温温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本实施例的用于冷冻库及冷藏库的集成节能系统主要用于冷冻库和冷藏库的供冷降温，采用相变储能仓16将冷藏库结合至冷冻库制冷系统形成整体控制实现节能效果。用于冷冻库及冷藏库的集成节能系统包括压缩机组1、冷凝器2、冷冻库蒸发器3、冷藏库换热器4、高压贮液罐10和低压贮液罐11。
压缩机组1的进口连接低压贮液罐11，压缩机组1的出口连接蒸发器盘管5的进口。
蒸发器盘管5的出口连接高压贮液罐10的前端，高压贮液罐10的后端连接电控分液阀13入口。蒸发器盘管5为冷凝器2的重要组成部分。
电控分液阀13的A端口连接冷冻库膨胀阀14的进口，冷冻库膨胀阀14的出口连接冷冻库蒸发器盘管6的进口，冷冻库蒸发器盘管6的出口连接低压贮液罐11入口。冷冻库蒸发器盘管6为冷冻库蒸发器3的组成部分。
电控分液阀13的B端口连接相变储能仓膨胀阀15的进口，相变储能仓膨胀阀15的出口连接相变储能仓储能盘管7的管路入口，相变储能仓储能盘管7的管路出口连接低压贮液罐11，低压贮液罐11的出口连接压缩机组1的末端。
冷冻库制冷机组工作时，不同库温会反馈不同的压力。本实施例中的集成节能系统的控制单元系统(PLC)通过冷冻库蒸发器3反馈的饱和压力来调节电控分液阀13开度，进而控制经由高压贮液罐10管路而来的高压载冷液进入冷冻库膨胀阀14和相变储能仓膨胀阀15的比例。控制单元系统(PLC)为现有技术中常规技术，非本发明所要求保护的范围，故本实施例中不再展开描述。
相变储能仓储能盘管7设置于相变储能仓16内。相变储能仓16采用内外壳结构，内外壳之间填充高热阻绝热材料，形成相变储能仓保温层17，以减少冷量的损耗。高热阻绝热材料采用常见的XPS、EPS保温绝热材料均可，本实施例中采用的是长沙宝之暖b1级XPS挤塑板。
相变储能仓16内灌装相变储能材料18，用于吸收存储压缩机组1提供的冷量。依据冷库系统的实际使用情况，相变储能材料18通常由Na2CO3(碳酸钠)、KNO3(硝酸钾)、MgSO4(硫酸镁)、KCl(氯化钾)、ZnSO4(硫酸锌)、KHCO3(碳酸氢钾)中的一种或多种材料与H2O(水)组合而成。本实施例中，相变储能材料18由MgSO4、KNO3、H2O按19:5:76的份数比例配制组成，该复合相变储能材料18的相变温度为-5℃，如图2所示。本实施例选择相变温度-5℃的相变储能材料18，总安装储冷量满足冷藏库夏季两个自然日的冷量交换需求。经研究发现，相变温度在-10℃～-1.5℃之间的相变储能材料18均可以在本发明的技术方案中使用。
如图3所示，在另一实施例中，相变储能材料18由ZnSO4与H2O按照份数比27:73组成，相变储能材料18的相变温度为-8.5℃。
如图4所示，又另一实施例中，相变储能材料18由KNO3、Na2CO3与H2O按照份数比11:74:85组成，相变储能材料18的相变温度为-1.5℃。
相变储能仓16内部分散固定安装8个低温温度传感器19，用于实时采集相变储能仓16内相变储能材料18的温度信息并反馈给控制单元系统(PLC)。
相变储能仓16内同时设置有相变储能仓释冷盘管8。相变储能仓释冷盘管8的进口端连接低温循环泵12的出口，相变储能仓释冷盘管8的出口端连接冷藏库换热器4盘管的进口，冷藏库换热器4盘管的出口连接低温循环泵12的进口，进而实现载冷液在相变储能仓释冷盘管8、冷藏库换热器4盘管之间的回流循环，为冷藏库供冷降温。冷藏库换热器4盘管为冷藏库换热器4的组成部分。
本实施例中，集成节能系统的控制单元通过低温温度传感器19反馈的温度及冷藏库换热器4的反馈饱和压力控制压缩机组1及低温循环泵12的启停。
在本实施例的用于冷冻库及冷藏库的集成节能系统中，当冷冻库达到上限温度-16℃时，压缩机组1开始工作，载冷液经冷凝器2、高压贮液罐10后形成高压载冷液后到达电控分液阀13，此时电控分液阀13的阀门控制向冷冻库100％打开，经冷冻库膨胀阀14后通过冷冻库蒸发器3为冷冻库供冷降温。前述上限温度-16℃可以根据冷冻库的实际工况进行设置。
当冷冻库降温至-18℃时，冷冻库蒸发器3反馈饱和压力2.83Bar至电控分液阀13，改变电控分液阀13开度至75％冷冻打开/25％储能打开，部分高压载冷液通过相变储能仓膨胀阀15进入相变储能仓16，经过相变储能仓储能盘管7换热降温相变储能材料18使其发生凝固相变，同时冷冻库蒸发器3继续为冷冻库进行缓慢降温。前述降温至-18℃和饱和压力2.83Bar可以根据冷冻库的实际工况进行设置。
当冷冻库降温至-20℃时，冷冻库蒸发器3反馈饱和压力2.62Bar至电控分液阀13，电控分液阀13更改开度至100％相变储能仓16打开，此时冷冻库蒸发器3停止为冷冻库降温，压缩机组1继续工作为相变储能仓16内的相变储能材料18凝固提供冷量。前述降温至-20℃和饱和压力2.62Bar可以根据冷冻库的实际工况进行设置。
当相变储能仓16内的低温温度传感器19反馈温度降至-10℃以下且冷冻库蒸发器3停机时，压缩机组1即停止工作。前述-10℃的选择应根据不同的相变储能材料18进行确定。
在上述过程中，当冷藏库温度达到设置的上限温度(冷藏库通常温度为2-8℃，上限温度为2℃)时，低温循环泵12开始工作，载冷液经过相变储能仓16的换热，并输送至冷藏库换热器4换热为冷藏库降温，达到设定下限温度后停止，低温循环泵12停止工作，以此循环实现对冷藏库温度的控制。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于冷冻库及冷藏库的集成节能系统，其特征在于：包括载冷液供应单元、冷冻蒸发单元、冷藏换热单元、相变储能单元和循环释冷单元；
所述载冷液供应单元用于向冷冻蒸发单元和相变储能单元提供载冷液；
所述冷冻蒸发单元用于向冷冻库供冷降温；
所述冷藏换热单元用于向冷藏库供冷降温；
所述相变储能单元用于存储载冷液供应单元提供的冷量；
所述循环释冷单元用于将相变储能单元存储的冷量在相变储能单元与冷藏换热单元之间循环。
2.根据权利要求1所述的用于冷冻库及冷藏库的集成节能系统，其特征在于：所述相变储能单元包括相变储能仓，所述相变储能仓内设有储能盘管，相变储能仓内灌装相变储能材料；所述相变储能仓内设有多个温度传感器。
3.根据权利要求2所述的用于冷冻库及冷藏库的集成节能系统，其特征在于：所述相变储能材料为Na2CO3、KNO3、MgSO4、KCl、ZnSO4、KHCO3中任意一种或多种与H2O的组合。
4.根据权利要求2或3所述的用于冷冻库及冷藏库的集成节能系统，其特征在于：所述相变储能仓的内外壳之间填充高热阻保温材料。
5.根据权利要求1所述的用于冷冻库及冷藏库的集成节能系统，其特征在于：所述循环释冷单元包括释冷盘管和循环泵，所述释冷盘管设置于相变储能单元内，释冷盘管的一端连接循环泵，另一端经冷藏换热单元连接循环泵。
6.根据权利要求1所述的用于冷冻库及冷藏库的集成节能系统，其特征在于：所述载冷液供应单元与冷冻蒸发单元、相变储能单元之间设有载冷液供应控制机构，所述冷液供应控制机根据冷冻蒸发单元的反馈信号控制分配进入冷冻蒸发单元和相变储能单元的载冷液的流量。
7.权利要求1所述用于冷冻库及冷藏库的集成节能系统的控制方法，其特征在于：
当冷冻库达到上限温度时，载冷液供应单元仅向冷冻蒸发单元供应载冷液；
当冷冻库降温至第一设置温度时，载冷液供应单元向冷冻蒸发单元和相变储能单元供应的载冷液供应比例为3:1；
当冷冻库降温至第二设置温度时，载冷液供应单元仅向相变储能单元供应载冷液，冷冻蒸发单元停止工作；
当相变储能单元降至设定温度且冷冻蒸发单元停止时，载冷液供应单元停止工作；
在上述过程中，当冷藏库内的温度达到设置上限温度时，循环释冷单元启动，载冷液经过相变储能单元换热后输送至冷藏换热单元换热为冷藏库降温，达到设定下限温度后循环释冷单元停止。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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