一种冰水混合物蓄冷空调系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种冰水混合物蓄冷空调系统，其结构包括压缩机、换向装置、冷却装置、蒸发器、贮冷器、第一节流机构、第二节流机构、吸水器、低温水循环水泵、第一调节阀、布水器和末端冷冻水循环系统。本系统蓄冰时通过低温水循环系统在蒸发器周围建立低温水循环区，使得制冷剂与水进行对流换热制冰，同时低温水循环区还能加快蒸发器制冰速度。另外，本发明专利技术还提供了控制方法，以在蓄冰过程中及时将冰层脱离出蒸发器，使制冷机组的制冷剂与水的换热强度维持在最佳状态，从而提高换热效率，降低能耗。由于省去了中间介质与蓄冷介质的换热环节及多组循环水泵，还可以大幅减少系统所涉及的设备和投资成本。

【技术实现步骤摘要】
一种冰水混合物蓄冷空调系统及其控制方法
本专利技术涉及蓄冷空调
，尤其涉及一种冰水混合物蓄冷空调系统及其控制方法。
技术介绍
冰蓄冷中央空调系统是一种理想的“移峰填谷”平衡城市昼夜电能峰、谷不均衡的有效措施。在夜间低谷电价时段，冰蓄冷中央空调的制冷系统制冰储冷，虽然制冰能耗比制冷冻水的能耗高，但由于低谷电价通常只有白天高峰电价的四分之一，仍可以节省部分空调费用。在白天用电高峰时段，空调冷量来自夜间所储的冰融化释冷，空调系统只运行冷量输送水泵，空调系统电耗低，减轻城市白天供电压力。目前冰蓄冷的制冰换热过程由多种工作介质和多个中间热交换回路的组成。在夜间蓄冰时，主要供冷过程要经过两个换热回路，即制冷机组的制冷剂与中间介质热交换回路和中间介质与蓄冰槽内部的低温水热交换回路。具体的是，常规中间介质为乙二醇水溶液，首先是低温制冷机组蒸发器内的制冷剂与乙二醇水溶液换热，将乙二醇水溶液温度降至-10℃以下，然后低温乙二醇水溶液由输送泵输送到蓄冰槽内部的盘管中与蓄冰槽内部的低温水换热，将低温水逐渐冻结成冰。另外，随着蓄冰槽内部的盘管外冰层逐渐增厚，盘管内的乙二醇水溶液与冰层的换热强度愈来愈低，制冷机组能耗随之愈来愈高(即获取1公斤冰的能耗是随着冰层的厚度增加而增加)。在白天融冰时，主要供冷过程也要经过两个换热回路，即乙二醇水溶液与蓄冰槽内部的冰进行热交换回路和低温乙二醇水溶液与空调末端的冷冻水进行热交换回路。例如中国专利CN101082434A公开了一种自循环式蓄冷空调系统，该系统在蓄冷时可省去低温载冷剂(如盐水或乙二醇溶液等)，但是其蓄冷时的主要供冷过程仍然需要经过上述两个换热回路，而且在蓄冷过程中并没有将已冻结在换热盘管外的冰层脱除，而且蓄冷介质一直处于静止状态，其热交换形式为热传导，因而随着冰层的厚度增加，该系统的能耗会随之增加。又例如中国专利CN104279667A公开了一种相变蓄能空调系统，该系统在蓄冷时的主要供冷过程仍然需要经过上述两个换热回路，其中间介质为冷冻水，首先是低温制冷机组蒸发器内的制冷剂与冷冻水换热，将冷冻水变成低温冷冻水，然后低温冷冻水由输送泵输送到蓄冰槽内部与蓄冰槽内部的固液相变材料换热，使固液相变材料逐渐凝固，但是该系统在蓄冷过程中并没有将凝固的相变材料脱离两种介质的换热表面，而且该固液相变材料一直处于静止状态，其热交换形式为热传导，因而随着凝固层厚度的增加，该系统的能耗也会随之增加。除此之外，由于热交换回路多，循环水泵组、管路、阀门部件也多，因此冰蓄冷中央空调系统占用的空间大，初期投资成本高。综上所述，目前冰蓄冷空调系统存在蓄冰和融冰过程换热环节多、综合热阻大、能耗越高以及初期投资成本高的缺点。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种冰水混合物蓄冷空调系统及其控制方法，该系统省去了中间介质与蓄冷介质的换热环节及多组循环水泵，大幅减少系统所涉及的设备和投资成本，通过对流传热、及时脱冰来降低热交换热阻，提高换热效率，降低系统的能耗。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案为：一种冰水混合物蓄冷空调系统，包括制冰供冷系统、低温水循环系统和末端冷冻水循环系统；制冰供冷系统包括压缩机、换向装置、冷却装置、贮冷器、蒸发器、第一节流机构和第二节流机构，所述换向装置分别与所述压缩机的排气口、所述压缩机的吸气口、所述冷却装置的冷媒进口和所述蒸发器的出口连接，所述冷却装置的冷媒出口分别与所述第一节流机构的进口和所述第二节流机构的出口连接，所述蒸发器的进口分别与所述第一节流机构的出口和第二节流机构的进口连接，所述贮冷器内部装有蓄冷介质，所述蒸发器浸没在所述蓄冷介质内；低温水循环系统包括吸水器、低温水循环水泵、第一调节阀、布水器和第一连接管，所述吸水器和所述布水器安装在所述贮冷器内，且吸水器和布水器分别位于所述蒸发器的上方和下方，所述第一连接管设置在所述贮冷器外部，所述第一连接管一端与所述吸水器出口连接，另一端与所述布水器进口连接，所述低温水循环水泵和所述第一调节阀设置在所述第一连接管上；所述低温水循环系统在所述蒸发器的周围及其换热元件之间建立一个低温水循环区，所述低温水循环区内的水流方向一致、流速稳定且水流状态为层流态或者为层流与紊流的临界态；末端冷冻水循环系统包括末端、冷冻水循环水泵、第一三通阀和合流三通阀，所述末端的进口和出口连接的管道上依次设有所述冷冻水循环水泵、第一三通阀和合流三通阀，所述冷冻水循环水泵的出口与所述第一三通阀的进口连接，所述第一三通阀的第一出口与所述贮冷器的进口连接，所述第一三通阀的第二出口与所述合流三通阀的第一进口连接，所述合流三通阀的第二进口与所述贮冷器的出口连接。作为上述技术方案的改进，所述第一节流机构的进口端还设置有第一截止阀，所述第二节流机构的进口端还设置有第二截止阀，所述第一截止阀和第二截止阀均为常闭式电磁阀。作为上述技术方案的改进，所述换向装置为四通阀。作为上述技术方案的改进，所述冷却装置为风冷式冷凝器或水冷式冷凝器或蒸发冷式冷凝器。作为上述技术方案的改进，所述蒸发器为片式换热器。作为上述技术方案的改进，所述第一节流机构和第二节流机构均为电子膨胀阀或热力膨胀阀。作为上述技术方案的改进，所述蓄冷介质为水。作为上述技术方案的改进，所述第一三通阀为比例积分分流三通阀。作为上述技术方案的改进，所述压缩机为离心式压缩机或螺杆式压缩机或涡旋式压缩机。一种冰水混合物蓄冷空调系统控制方法，用于控制上述一种冰水混合物蓄冷空调系统，所述方法包括：当所述蒸发器换热表面冰层厚度小于3mm时，系统执行制冰模式，所述换向装置将所述压缩机排出的高压高温制冷剂气体送入冷却装置中；当所述蒸发器换热表面冰层厚度达到3～5mm时，系统执行脱冰模式，所述换向装置切换所述压缩机的吸排气方向，将所述压缩机排出的高压高温制冷剂气体送入蒸发器中，使得紧贴蒸发器换热表面的冰部分融化脱落。本专利技术的有益效果有：本系统蓄冰时通过低温水循环系统在蒸发器周围建立低温水循环区，使得制冷剂与水进行对流换热制冰，同时低温水循环区还能加快蒸发器制冰速度。另外，本专利技术还提供了控制方法，以在蓄冰过程中及时将冰层脱离出蒸发器，使制冷机组的制冷剂与水的换热强度维持在最佳状态，从而提高换热效率，降低能耗。由于省去了中间介质与蓄冷介质的换热环节及多组循环水泵，还可以大幅减少系统所涉及的设备和投资成本。附图说明下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步说明，其中：图1是本专利技术实施例的结构示意图；图2是本专利技术实施例的制冰模式结构示意图；图3是本专利技术实施例的脱冰模式结构示意图；图4是本专利技术实施例的单独融冰释冷模式结构示意图；图5是本专利技术实施例的非蓄冰供冷模式结构示意图。具体实施方式参见图1，本专利技术的一种冰水混合物蓄冷空调系统，包括制冰供冷系统1、低温水循环系统2和末端冷冻水循环系统3。制冰供冷系统1包括压缩机11、换向装置12、冷却装置13、贮冷器14、蒸发器15、第一节流机构16和第二节流机构17，所述换向装置12分别与所述压缩机11的排气口、所述压缩机11的吸气口、所述冷却装置13的冷媒进口和所述蒸发器15的出口连接，所述冷却装置13的冷媒出口分别与所述第一节流机构16的进口和所述第二节流机构17的出口连接，所述蒸发器15的进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冰水混合物蓄冷空调系统，其特征在于：包括制冰供冷系统(1)、低温水循环系统(2)和末端冷冻水循环系统(3)；所述制冰供冷系统(1)包括压缩机(11)、换向装置(12)、冷却装置(13)、贮冷器(14)、蒸发器(15)、第一节流机构(16)和第二节流机构(17)，所述换向装置(12)分别与所述压缩机(11)的排气口、所述压缩机(11)的吸气口、所述冷却装置(13)的冷媒进口和所述蒸发器(15)的出口连接，所述冷却装置(13)的冷媒出口分别与所述第一节流机构(16)的进口和所述第二节流机构(17)的出口连接，所述蒸发器(15)的进口分别与所述第一节流机构(16)的出口和第二节流机构(17)的进口连接，所述贮冷器(14)内部装有蓄冷介质，所述蒸发器(15)浸没在所述蓄冷介质内；所述低温水循环系统(2)包括吸水器(21)、低温水循环水泵(22)、第一调节阀(23)、布水器(24)和第一连接管(25)，所述吸水器(21)和所述布水器(24)安装在所述贮冷器(14)内，且吸水器(21)和布水器(24)分别位于所述蒸发器(15)的上方和下方，所述第一连接管(25)设置在所述贮冷器(14)外部，所述第一连接管(25)一端与所述吸水器(21)出口连接，另一端与所述布水器(24)进口连接，所述低温水循环水泵(22)和所述第一调节阀(23)设置在所述第一连接管(25)上；所述低温水循环系统(2)在所述蒸发器(15)的周围及其换热元件之间建立一个低温水循环区(4)，所述低温水循环区内的水流方向一致、流速稳定且水流状态为层流态或者为层流与紊流的临界态；所述末端冷冻水循环系统(3)包括末端(31)、冷冻水循环水泵(32)、第一三通阀(33)和合流三通阀(34)，所述末端(31)的进口和出口连接的管道上依次设有所述冷冻水循环水泵(32)、第一三通阀(33)和合流三通阀(34)，所述冷冻水循环水泵(32)的出口与所述第一三通阀(33)的进口连接，所述第一三通阀(33)的第一出口与所述贮冷器(14)的进口连接，所述第一三通阀(33)的第二出口与所述合流三通阀(34)的第一进口连接，所述合流三通阀(34)的第二进口与所述贮冷器(14)的出口连接。...

【技术特征摘要】
1.一种冰水混合物蓄冷空调系统，其特征在于：包括制冰供冷系统(1)、低温水循环系统(2)和末端冷冻水循环系统(3)；所述制冰供冷系统(1)包括压缩机(11)、换向装置(12)、冷却装置(13)、贮冷器(14)、蒸发器(15)、第一节流机构(16)和第二节流机构(17)，所述换向装置(12)分别与所述压缩机(11)的排气口、所述压缩机(11)的吸气口、所述冷却装置(13)的冷媒进口和所述蒸发器(15)的出口连接，所述冷却装置(13)的冷媒出口分别与所述第一节流机构(16)的进口和所述第二节流机构(17)的出口连接，所述蒸发器(15)的进口分别与所述第一节流机构(16)的出口和第二节流机构(17)的进口连接，所述贮冷器(14)内部装有蓄冷介质，所述蒸发器(15)浸没在所述蓄冷介质内；所述低温水循环系统(2)包括吸水器(21)、低温水循环水泵(22)、第一调节阀(23)、布水器(24)和第一连接管(25)，所述吸水器(21)和所述布水器(24)安装在所述贮冷器(14)内，且吸水器(21)和布水器(24)分别位于所述蒸发器(15)的上方和下方，所述第一连接管(25)设置在所述贮冷器(14)外部，所述第一连接管(25)一端与所述吸水器(21)出口连接，另一端与所述布水器(24)进口连接，所述低温水循环水泵(22)和所述第一调节阀(23)设置在所述第一连接管(25)上；所述低温水循环系统(2)在所述蒸发器(15)的周围及其换热元件之间建立一个低温水循环区(4)，所述低温水循环区内的水流方向一致、流速稳定且水流状态为层流态或者为层流与紊流的临界态；所述末端冷冻水循环系统(3)包括末端(31)、冷冻水循环水泵(32)、第一三通阀(33)和合流三通阀(34)，所述末端(31)的进口和出口连接的管道上依次设有所述冷冻水循环水泵(32)、第一三通阀(33)和合流三通阀(34)，所述冷冻水循环水泵(32)的出口与所述第一三通阀(33)的进口连接，所述第一三通阀(33)的第一出口与所述贮冷器(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯旋，
申请(专利权)人：王凯旋，
类型：发明
国别省市：广东,44