一种并联单换热器内融冰蓄冷装置.pdf

一种并联单换热器内融冰蓄冷装置，该装置中制冷机组与换热器连接构成环路，在换热器出口与制冷机组入口的管路上设置换热器调节阀、载冷剂和冷机调节阀；在载冷剂泵与冷机调节阀之间的管路上接冰槽管路，冰槽管路上依次设置冰槽调节阀和冰槽，冰槽管路的另一端与制冷机组出口和换热器入口之间的管路相连；在换热器调节阀和载冷剂泵之间的管路上接旁通管路，旁通管路上设置旁通调节阀，旁通管路的另一端与冰槽调节阀和冰槽之间的管路相连。该装置保留了原并联单换热器系统优点，可实现蓄冷、冰槽供冷、冷机供冷、冰槽冷机联合供冷、边蓄边供5种工况，同时简化并联单换热器系统控制方法，提高控制系统的稳定性，进一步降低了系统成本及其能耗。

1.  一种并联单换热器内融冰蓄冷装置，含有制冷机组(1)、冰槽(2)、换热器(3)、载冷剂泵(4)以及相应的载冷剂管道和调节阀门，所述的制冷机组(1)与换热器(3)用管道连接构成环路，其特征在于：在换热器(3)出口与制冷机组(1)入口的管路上依次设置换热器调节阀(8)、载冷剂泵(4)和冷机调节阀(7)；在载冷剂泵(4)与冷机调节阀(7)之间的管路上接冰槽管路，所述的冰槽管路上依次设置冰槽调节阀(6)和冰槽(2)，冰槽管路的另一端与制冷机组(1)出口和换热器(3)入口之间的管路相连；在换热器调节阀(8)和载冷剂泵(4)之间的管路上接旁通管路，所述旁通管路上设置旁通调节阀(5)，旁通管路的另一端与冰槽调节阀(6)和冰槽(2)之间的管路相连。

2.  按照权利要求1所述的一种并联单换热器内融冰蓄冷装置，其特征在于：所述冰槽采用蛇型盘管式、圆筒型盘管式、U型立式盘管式或冰球式蓄冰槽。

3.  按照权利要求1所述的一种并联单换热器内融冰蓄冷装置，其特征在于：所述换热器采用板式换热器、套管式换热器或壳管式换热器。

4.  按照权利要求1、2或3所述的一种并联单换热器内融冰蓄冷装置，其特征在于：所述阀门采用手动阀、电磁阀或电动阀。

5.  一种并联单换热器内融冰蓄冷装置，含有制冷机组(1)、冰槽(2)、换热器(3)、载冷剂泵(4)以及相应的载冷剂管道和调节阀门，所述的制冷机组(1)与换热器(3)用管道连接构成环路，其特征在于：在换热器(3)出口与制冷机组(1)入口的管路上依次设置载冷剂泵(4)和冷机调节阀(7)；在制冷机组(1)出口与换热器(3)入口的管路上设置换热器调节阀(8)；在载冷剂泵(4)与换热器(3)出口之间的管路上接冰槽管路，所述的冰槽管路上依次设置冰槽调节阀(6)和冰槽(2)，冰槽管路的另一端与制冷机组(1)出口和换热器调节阀(8)之间的管路相连；在换热器(3)和载冷剂泵(4)之间的管路上接旁通管路，所述旁通管路上设置旁通调节阀(5)，旁通管路的另一端与冰槽调节阀(6)和冰槽(2)之间的管路相连。

6.  按照权利要求5所述的一种并联单换热器内融冰蓄冷装置，其特征在于：所述冰槽采用蛇型盘管式、圆筒型盘管式、U型立式盘管式或冰球式蓄冰槽。

7.  按照权利要求5所述的一种并联单换热器内融冰蓄冷装置，其特征在于：所述换热器采用板式换热器、套管式换热器或壳管式换热器。

8.  按照权利要求5、6或7所述的一种并联单换热器内融冰蓄冷装置，其特征在于：所述阀门采用手动阀、电磁阀或电动阀。

一种并联单换热器内融冰蓄装置
技术领域
本发明属于制冷空调与冰蓄冷技术领域，尤其涉及一种并联单换热器内融冰蓄冷装置的结构设计。
背景技术
冰蓄冷空调系统，是利用电网低负荷期的廉价电力如夜间电力，通过载冷剂(通常为乙二醇水溶液)将制冷系统制取的冷量贮存在水中，把水冻结成冰；而在电价昂贵的电网高负荷期如白天，将冰中的冷量释放出来向空调系统供冷，从而减少电网高负荷期对电力的需求、实现电力系统“移峰填谷”的空调系统。在供电紧张的地区，冰蓄冷系统甚至可以实现“负荷转移”——将无电力供应的时间段的冷负荷转移到有电力供应时段，提高制冷空调系统的适用范围。因此该技术受到了用户的欢迎和电力部门的电力政策的大力支持，在国内得到迅速发展。
内融冰系统是冰蓄冷系统形式的一种。在内融冰蓄冷系统的蓄冷过程中，低温载冷剂进入蓄冰盘管或冰球罐内，吸取盘管外或冰球内水的热量而提高自身温度流出蓄冷盘管或冰球罐，同时，盘管外测或冰球内的水释放热量而凝结为冰。在内融冰蓄冷系统的取冷过程中，高温的载冷剂进入盘管内或冰球罐向盘管外侧或冰球内的冰水释放热量，成为低温载冷剂流出蓄冰槽；同时，盘管外或冰球内的冰吸取热量融化为水。内融冰系统由于蓄冷密度大，控制方法简单，系统安全性高等因素在所有冰蓄冷应用中占有很大比例。
在现有技术中，内融冰系统按照冰槽和冷机的连接形式以及载冷剂泵和换热器数量的不同分为：串连单泵(图1)，串连双泵(图2)，并联单换热器(图3)和并联双换热器(图4)等系统形式。
串连单泵系统由于系统特性的限制无法实现在蓄冷过程中同时由冷机提供小负荷供冷的要求(如果强行蓄冷期间向外部供冷，由于进入换热器载冷剂温度低于0℃，而且流量无法控制，所以容易发生盘管冻裂)，即无法实现边蓄边供的工况。因此，如果需要在蓄冷期间提供冷量的系统，则需要单独设置基载冷机以满足要求，这在基载负荷很小的系统中将会很大程度降低系统的投资收益率。另外，采用串连单泵的冰蓄冷系统中，在冰槽单独供冷工况时载冷剂依然需要流经制冷机组，这在一定程度上增加了载冷剂泵系统的能耗。但这种系统形式在实际工程中依然受到推荐和广泛使用，主要的原因在于：在现有内融冰系统形式中，此系统中辅助元件最少(1个(组)泵，2个(组)电磁阀，2个(组)电动阀)，系统造价相对降低，并且由此导致控制方法相对简单。
串连双泵系统形式是对串连单泵系统的改进。通过在换热器环路增加一台(组)载冷剂泵和一条旁通管路从而实现边蓄边供工况。但此系统在冰槽单独取冷时载冷剂仍然通过冷机，增加了系统的阻力。另外，由于旁通管路上不设置电磁阀或者电动阀，增加了系统调节和控制的难度，并且有可能造成系统冷水的直接旁通，导致浪费。同时，由于系统中增加了一台(组)泵，在一定程度上增加了系统的初投资和运行费用。因此，实际应用中此种系统形式使用很少。
相对而言，并联系统均能实现蓄冷系统包含边蓄边供的5种运行工况。并联双换热器系统的系统采用冰槽取冷环路和冷机制冷环路分离的结构，虽然使得蓄冷系统的控制变得相对简单清晰，但其极大的增加了系统管路的复杂程度和系统初投资，所以实际工程中较少使用。并联单换热器系统由于采用串连双泵结构，造成机组运行于不同模式时，每台泵负责的阻力对象都发生变化，给蓄冷系统的控制造成很大难度，同时降低了控制系统的稳定性；同时，如果不同模式下系统的阻力有较大变化，则需要采用变速泵，这又提高了系统的初投资。基于此，现有并联单换热器系统在实际中也较少使用。
发明内容
本发明的目的和任务是在保留原并联单换热器系统优点的基础之上，提供一种新型的并联单换热器内融冰蓄冷装置，以实现蓄冷、冰槽供冷、冷机供冷、冰槽冷机联合供冷、边蓄边供5种工况，同时简化并联单换热器系统控制方法，提高控制系统的稳定性；进一步降低系统成本及其能耗。
本发明的技术方案如下：
一种并联单换热器内融冰蓄冷装置，含有制冷机组、冰槽、换热器、载冷剂泵以及相应的载冷剂管道和调节阀门，所述的制冷机组与换热器用管道连接构成环路，其特征在于：在换热器出口与制冷机组入口的管路上依次设置换热器调节阀、载冷剂泵和冷机调节阀；在载冷剂泵与冷机调节阀之间的管路上接冰槽管路，所述的冰槽管路上依次设置冰槽调节阀和冰槽，冰槽管路的另一端与制冷机组出口和换热器入口之间的管路相连；在换热器调节阀和载冷剂泵之间的管路上接旁通管路，所述旁通管路上设置旁通调节阀，旁通管路的另一端与冰槽调节阀和冰槽之间的管路相连。
本发明提供的另一种技术方案是：一种并联单换热器内融冰蓄冷装置，含有制冷机组、冰槽、换热器、载冷剂泵以及相应的载冷剂管道和调节阀门，所述的制冷机组与换热器用管道连接构成环路，其特征在于：在换热器出口与制冷机组入口的管路上依次设置载冷剂泵和冷机调节阀；在制冷机组出口与换热器入口的管路上设置换热器调节阀；在载冷剂泵与换热器出口之间的管路上接冰槽管路，所述的冰槽管路上依次设置冰槽调节阀和冰槽，冰槽管路的另一端与制冷机组出口和换热器调节阀之间的管路相连；在换热器和载冷剂泵之间地管路上接旁通管路，所述旁通管路上设置旁通调节阀，旁通管路的另一端与冰槽调节阀和冰槽之间的管路相连。
本发明所述冰槽采用蛇型盘管式、圆筒型盘管式、U型立式盘管式或冰球式蓄冰槽。所述换热器采用板式换热器、套管式换热器或壳管式换热器。所述阀门采用手动阀、电磁阀或电动阀。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：①较少系统投资：此系统只用到一台(组)载冷剂泵和4个(组)调节阀，比现有并联单换热器系统少一台(组)载冷剂泵；②简化系统控制方法，提高控制系统稳定性：由于采用单泵系统，系统中所有阻力全部由该泵承担，因此不存在两泵之间扬程和流量的分配问题，导致该系统的控制方法更为简单，从而也降低控制失败的可能性，提高了控制的稳定性；③降低泵耗：采用这种系统形式的内融冰蓄冷装置，各种工况下泵的工作工况基本相同，在选择合适载冷剂泵的情况下可以保证载冷剂泵一直工作在高效区，从而克服了原并联单换热器系统的载冷剂泵在大变工况下运行的缺点，降低了系统的能耗；同时，本系统中采用一台(组)载冷剂泵代替原来两台(组)载冷剂泵，整体上降低了系统的能耗。
本发明由于能够满足全部5种工况的运行，可以被应用到串连单泵系统+小容量基载冷机的系统中，不用选取小容量基载冷机，从而为这类系统节省越10％～20％的投资。相对于原来的串连双泵系统或者并联系统而言，本系统在实现其所有功能的基础上可节省系统的初投资10％～40％不等。同时，由于采用并联单泵结构，控制程序的算法更为简单，控制的可靠性得以提高，有效减少机组的事故率。由于单泵结构和泵的高效工作，机组的运行电耗可减少5％～15％。
附图说明
图1为串连单泵内融冰蓄冷装置结构示意图。
图2为串连双泵内融冰蓄冷装置结构示意图。
图3为并连单换热器内融冰蓄冷装置结构示意图。
图4为并连双换热器内融冰蓄冷装置结构示意图。
图5是本发明提供的并联单换热器内融冰蓄冷装置的结构示意图。
图6是本发明的蓄冷工况下的流向图。
图7是本发明的融冰供冷工况下的流向图。
图8是本发明的冷机供冷工况下的流向图。
图9是本发明的联合供冷工况下的流向图。
图10是本发明的边蓄边供工况下的流向图。
图11是本发明提供的并联单换热器内融冰蓄冷装置另一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步说明。
图5是本发明提供的并联单换热器内融冰蓄冷装置实施例的结构示意图。
该装置由制冷机组1、冰槽2、换热器3、载冷剂泵4以及相应的载冷剂管道和调节阀门组成。制冷机组1与换热器3用管道连接构成环路，在换热器3出口与制冷机组1入口的管路上依次设置换热器调节阀8、载冷剂泵4和冷机调节阀7；在载冷剂泵4与冷机调节阀7之间的管路上接冰槽管路，所述的冰槽管路上依次设置冰槽调节阀6和冰槽2，冰槽管路的另一端与制冷机组1出口和换热器3入口之间的管路相连；在换热器调节阀8和载冷剂泵4之间的管路上接旁通管路，所述旁通管路上设置旁通调节阀5，旁通管路的另一端与冰槽调节阀6和冰槽2之间的管路相连。该装置的冰槽可以采用蛇型盘管式、圆筒型盘管式、U型立式盘管式或冰球式蓄冰槽，换热器可以采用板式换热器、套管式换热器或壳管式换热器，调节阀门可以采用手动阀、电磁阀或电动阀。
另外，该装置还包括设置在旁通管路上的膨胀水箱9以及冷冻水管路上的冷冻水泵10和用户11。
该装置运行于不同工况时，装置中载冷剂的流向以及各个部件的状态如下所述。
(a)、当机组运行在蓄冰模式时(图6)，载冷剂环路中，冰槽调节阀6和换热器调节阀8关闭，旁通调节阀5和冷机调节阀7全开，载冷剂泵4开启，制冷机组1开启并处于蓄冰工况。载冷剂泵4出口的温热载冷剂经冷机调节阀7进入制冷机组1降温，随后进入冰槽2释放冷量，使冰槽2内的水结冰，自身温度提高后流出冰槽，经旁通调节阀5进入载冷剂泵4入口，完成蓄冰循环。
(b)、当机组运行在融冰供冷模式时(图7)，载冷剂环路中，冰槽调节阀6全开，旁通调节阀5和冷机调节阀7关闭，换热器调节阀8开启并调节，载冷剂泵4开启，制冷机组1关闭。从换热器3出来的温度较高的载冷剂经换热器调节阀8后被载冷剂泵4加压，经冰槽调节阀6进入冰槽2融冰取冷，成为低温载冷剂，冰槽2出口的低温载冷剂进入换热器3，释放冷量，降低冷冻水温度，随后流出换热器3进入下一循环。
(c)、当机组运行在冷机单独供冷模式时(图8)，在载冷剂循环中，旁通调节阀5和冰槽调节阀6均关闭，冷机调节阀7全开，换热器调节阀8开启并调节，载冷剂泵4开启，制冷机组1开启并处于空调工况。温度较高的载冷剂经换热器调节阀8后被载冷剂泵4加压，通过冷机调节阀7进入制冷机组1吸取冷量而降温。制冷机组1出口的低温载冷剂随后直接进入换热器3载冷剂通道与空调冷冻水进行换热，将冷量传给空调冷冻水后，自身温度升高，流出换热器3，进入下一循环。
(d)、当机组运行在冷机与冰槽联合供冷模式时(图9)，在载冷剂循环中，旁通调节阀5关闭，冷机调节阀7开启，冰槽调节阀6和换热器调节阀8均开启并调节，载冷剂泵4投入运行，制冷机组1处于空调工况运行。在循环中，由换热器3流出的温度较高的载冷剂经换热器调节阀8后被载冷剂泵4加压，分成两路：一路经过冷机调节阀7，进入制冷机组1吸取冷量，再流出制冷机组1；一路经冰槽调节阀6进入冰槽2融冰取冷后与从制冷机组1载冷剂通道流出的载冷剂汇合，直接流入换热器3；混合后的载冷剂温度和换热器出口的温度由冰槽调节阀6与换热器调节阀8的开度来控制；进入换热器3的载冷剂与空调冷冻水换热，流出换热器3，进入下一循环。
(e)、当机组运行在边蓄边供模式时(图10)，在载冷剂循环中，冰槽调节阀6关闭，旁通调节阀5和冷机调节阀7开启，换热器调节阀8开启并调节，载冷剂泵4投入运行，制冷机组1处于制冰工况运行。由制冷机组1出来的低温载冷剂分成两路：一路进入冰槽2释放冷量成为温热载冷剂后，经旁通调节阀5到达载冷剂泵4入口；另外一路进入换热器3直接与冷冻水发生热交换，降低冷冻水温度。由于低温载冷剂的流量可以由换热器调节阀8控制，所以换热器的冻结可以被有效避免，实现边蓄边供的状态。温度提高的载冷剂流出换热器3经换热器调节阀8与经过旁通调节阀5到达的载冷剂混合，经载冷剂泵4加压，经过冷机调节阀7进入制冷机组1，进入下一循环。
图11为本发明提供的另一种实施例的结构示意图。
该装置由制冷机组1、冰槽2、换热器3、载冷剂泵4以及相应的载冷剂管道和调节阀门组成。制冷机组1与换热器3用管道连接构成环路，在换热器3出口与制冷机组1入口的管路上依次设置载冷剂泵4和冷机调节阀7；在制冷机组1出口与换热器3入口的管路上设置换热器调节阀8；在载冷剂泵4与换热器3出口之间的管路上接冰槽管路，冰槽管路上依次设置冰槽调节阀6和冰槽2，冰槽管路的另一端与制冷机组1出口和换热器调节阀8之间的管路相连；在换热器3和载冷剂泵4之间的管路上接旁通管路，旁通管路上设置旁通调节阀5，旁通管路的另一端与冰槽调节阀6和冰槽2之间的管路相连。
该装置运行于各工况时，装置中载冷剂的流向以及各个部件的状态与前一实施例相同。