申请/专利权人：中国科学院广州能源研究所

申请日：2019-04-11

公开（公告）日：2024-04-05

公开（公告）号：CN109945371B

主分类号：F24F5/00

分类号：F24F5/00;F25B41/20

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.05#授权;2019.07.23#实质审查的生效;2019.06.28#公开

摘要：本发明公开了一种复叠式过冷法蓄冰系统，包括冷水机组、双向泵、低温冷凝器、节流阀、压缩机、蒸发器、载冷剂泵、过冷却换热器、过冷却解除器、蓄冰槽、蓄冰泵、换热器和末端设备；冷水机组、双向泵、末端设备构成供冷回路；冷水机组、双向泵、低温冷凝器冷侧、换热器第一热侧构成制冷预热回路；低温冷凝器热侧、节流阀、蒸发器冷侧和压缩机构成制冷剂回路；蒸发器热侧、过冷却换热器冷侧、载冷剂泵构成载冷剂回路；过冷却换热器热侧、过冷却解除器、蓄冰槽、蓄冰泵、换热器冷侧构成过冷回路。本发明运行可靠性高，能有效降低制冰系统的能耗，提高系统COP，同时制取的动态冰浆放冷速度快，换热效率高，大大降低运行成本和初投资。

主权项：1.一种复叠式过冷法蓄冰系统，其特征在于：包括冷水机组1、双向泵2、低温冷凝器3、节流阀4、压缩机5、蒸发器6、载冷剂泵7、过冷却换热器8、过冷却解除器9、蓄冰槽10、蓄冰泵11、换热器12、放冷泵13和末端设备14；冷水机组1、双向泵2、末端设备14依次连接构成供冷回路；蓄冰槽10、放冷泵13、末端设备14依次连接构成放冷回路；冷水机组1、双向泵2、低温冷凝器3冷侧、换热器12第一热侧依次连接构成制冷预热回路；低温冷凝器3热侧、节流阀4、蒸发器6冷侧和压缩机5依次连接构成制冷剂回路；蒸发器6热侧、过冷却换热器8冷侧、载冷剂泵7依次连接构成载冷剂回路；过冷却换热器8热侧、过冷却解除器9、蓄冰槽10、蓄冰泵11、换热器12冷侧依次连接构成过冷回路。

全文数据：一种复叠式过冷法蓄冰系统技术领域本发明涉及冰蓄冷领域，具体涉及一种复叠式过冷法蓄冰系统。背景技术蓄冷系统的应用可以提高城市或区域电网的供电效率，优化供电系统，转移电力高峰，平衡电网负荷，大幅降低用户电费支出。蓄冷系统主要包括显热蓄冷和潜热蓄冷，冰蓄冷是利用水相变潜热的一种蓄冷方式，0℃的冰的蓄冷密度高达334KJkg，储存同样多的冷量，冰蓄冷所需的体积仅为水蓄冷的几十分之一，大大降低蓄冷体积，国内外建成的蓄冷工程中，75％以上均采用冰蓄冷系统。传统的冰蓄冷系统一般采用冰盘管式制冰和冰球式制冰两种方式，该种方式一般采用双工况主机，蒸发温度低，能效比COP低，在制冰过程中双工况主机性能下降快，在放冷过程中融冰速度慢、换热效率低。过冷水制冰利用水在低于0℃下保持亚稳态液体状态的特点，通过过冷解除装置实现动态冰浆的制取，结合复叠式制冷系统的应用，可以大幅降低运行能耗，且动态冰蓄冷系统具有取冷快、换热效率高等优点，具有更高的应用价值发明内容本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种能耗低、取冷快、换热效率高的复叠式过冷法蓄冰系统。为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种复叠式过冷法蓄冰系统，包括冷水机组、双向泵、低温冷凝器、节流阀、压缩机、蒸发器、载冷剂泵、过冷却换热器、过冷却解除器、蓄冰槽、蓄冰泵、换热器、放冷泵和末端设备；冷水机组、双向泵、末端设备依次连接构成供冷回路；蓄冰槽、放冷泵、末端设备依次连接构成放冷回路；冷水机组、双向泵、低温冷凝器冷侧、换热器第一热侧依次连接构成制冷预热回路；低温冷凝器热侧、节流阀、蒸发器冷侧和压缩机依次连接构成制冷剂回路；蒸发器热侧、过冷却换热器冷侧、载冷剂泵依次连接构成载冷剂回路；过冷却换热器热侧、过冷却解除器、蓄冰槽、蓄冰泵、换热器冷侧依次连接构成过冷回路。作为本发明的一种改进，所述的换热器还包括独立于第一热侧、且与换热器冷侧换热的第二热侧，第二热侧并联在压缩机与低温冷凝器热侧之间构成制冷剂预热回路。作为本发明的一种改进，所述的换热器还包括独立于第一热侧和第二热侧、且与换热器冷侧换热的第三热侧，第三热侧与常温市政给水相连构成市政给水预热回路。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、设置预热用的换热器，将从蓄冰槽中出流的低温水适当升温，完全消除低温水中夹带的冰晶，防止冰堵现象发生，有效保障了系统运行的稳定性。2、换热器设置3个热侧，从而可以根据需要，利用合适的热源对蓄冰槽中出流的水进行预热，热源至少有以下4种：直接从冷水机组出来的7℃冷冻水；冷水机组出来的7℃冷冻水经低温冷凝器升温后的冷冻水回水；压缩机出口的高温制冷剂蒸汽；常温市政给水。3、通过对配套阀组的控制，可以实现白天冷水机组单独供冷、白天蓄冰槽单独供冷、白天冷水机组和蓄冰槽联合供冷、夜间蓄冰、夜间冷水机组供冷+蓄冰五种工况。附图说明图1为本发明一种复叠式过冷法蓄冰系统的原理图；图2为本发明一种复叠式过冷法蓄冰系统的状态图一，图中，换热器的预热采用直接从冷水机组出来的7℃冷冻水；图3为本发明一种复叠式过冷法蓄冰系统的状态图二，图中，换热器的预热采用冷水机组出来的7℃冷冻水经低温冷凝器升温后的冷冻水回水；图4为本发明一种复叠式过冷法蓄冰系统的状态图三，图中，换热器的预热采用从压缩机出口分流出的高温制冷剂蒸汽；图5为本发明一种复叠式过冷法蓄冰系统的状态图四，图中，换热器的预热采用常温市政给水；图中：1-冷水机组；2-双向泵；3-低温冷凝器；4-节流阀；5-压缩机；6-蒸发器；7-载冷剂泵；8-过冷却换热器；9-过冷却解除器；10-蓄冰槽；11-蓄冰泵；12-换热器；13-放冷泵；14-末端设备；15-常温市政给水；V1～V11-阀门。具体实施方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。如图1所示，一种复叠式过冷法蓄冰系统，包括冷水机组1、双向泵2、低温冷凝器3、节流阀4、压缩机5、蒸发器6、载冷剂泵7、过冷却换热器8、过冷却解除器9、蓄冰槽10、蓄冰泵11、换热器12、放冷泵13、末端设备14、以及配套的管道、阀门V1-V11和控制系统。其中，换热器12作为预热换热器，包括相互独立的第一热侧、第二热侧和第三热侧，以及可分别与其进行换热的冷侧，具体可采用三个串联的板式换热器构成，从而可以利用不同的热源对蓄冰槽10中出流的水进行预热。需要说明的是，本文中的热侧、冷侧的定义是：热侧的热量向冷侧转移，流经热侧的流体放热降温，流经冷侧的流体吸热升温。冷水机组1采用常规的冷水系统，例如可采用离心式冷水系统，与双向泵2配合，实现对低温冷凝器3和末端设备14的双向供冷。双向泵2采用常规的双向齿轮泵，实现冷冻水的双向循环。低温冷凝器3、蒸发器6、过冷却换热器8、以及换热器12均采用两进两出式的板式换热器。过冷却解除器9采用常规的超声波内置式过冷却解除装置，用于将过冷水制备成冰浆即0℃冰水混合物。载冷剂泵7、蓄冰泵11和放冷泵13采用常规的计量泵即可。末端设备14与需要供冷的空调连接。阀门V1-V11均采用电动阀门，可在控制系统的控制下开闭。各部件的具体连接关系如下：冷水机组1一端与双向泵2一端相连，双向泵2另一端分别与阀门V1和V2一端相连，阀门V1另一端依次经末端设备14、阀门V3后与冷水机组1另一端相连，阀门V2另一端依次经低温冷凝器3冷侧、换热器12第一热侧、阀门V4后与冷水机组1另一端相连，换热器12第一热侧两端还并联有阀门V7。冷水机组1、双向泵2、阀门V1、末端设备14、阀门V3构成供冷回路；冷水机组1、双向泵2、阀门V2、低温冷凝器3冷侧、换热器12第一热侧、阀门V7、阀门V4构成制冷预热回路。低温冷凝器3热侧、节流阀4、蒸发器6冷侧、压缩机5依次连接构成制冷剂回路。蒸发器6热侧、阀门V5、过冷却换热器8冷侧、载冷剂泵7依次连接构成载冷剂回路。过冷却换热器8热侧、过冷却解除器9、蓄冰槽10、蓄冰泵11、换热器12冷侧、阀门V6依次连接构成过冷回路。蓄冰槽10、放冷泵13、阀门V8、末端设备14依次连接构成放冷回路。冷水机组1参与的供冷回路和制冷预热回路中的流体为水。蓄冰槽10参与的过冷回路和放冷回路中的流体为水。制冷剂回路中的制冷剂采用普通制冷剂即可。载冷剂回路中的载冷剂可采用20％的乙二醇水溶液。在制冷剂回路中，压缩机5的出口通过阀门V10与换热器12第二热侧一端相连，换热器12第二热侧另一端与低温冷凝器3热侧入口相连，构成制冷剂预热回路。同时，压缩机5的出口还通过阀门V9与低温冷凝器3热侧入口相连。换热器12第三热侧与常温市政给水15相连构成市政给水预热回路。下面对本发明的复叠式过冷法蓄冰系统的运行原理进行说明：实施例一如图2所示，双向泵2正转，冷水机组1上端进水、下端出水，换热器12的预热采用直接从冷水机组1出来的7℃冷冻水。白天冷水机组单独供冷：开启阀门V1、V3，关闭阀门V2和V4，从冷水机组1下端流出的7℃冷冻水经阀门V3进入末端设备14进行换热，从末端设备14流出的12℃冷冻水回水经阀门V1被双向泵2泵回冷水机组1中，完成供冷循环。夜间蓄冰：开启低温冷凝器3、节流阀4、压缩机5和蒸发器6，制冷剂液体在蒸发器6中蒸发，带走由载冷剂泵7泵入的-0.5℃载冷剂的热量，将载冷剂冷却至出口温度-3.5℃。-3.5℃载冷剂经阀门V5进入过冷却换热器8中与从蓄冰槽10流出的0℃低温水换热后，载冷剂升温，低温水过冷，过冷状态下的低温水流经过冷却解除器9后，过冷却状态解除，形成冰浆流入蓄冰槽10，完成制冰循环。在蓄冰过程中为了保证制冰的稳定，降低管路出现冰堵的现象的发生，低温水在进入过冷却换热器8之前，被蓄冰泵11泵入换热器12中进行预热，以去除低温水中夹带的冰晶，此时冷水机组1和冷冻泵2运行，开启阀门V2、V4和V7，关闭阀门V1和V3，从冷水机组1下端流出的7℃冷冻水经阀门V4进入换热器12第一热侧与低温水进行换热，同时通过阀门V7调节进入换热器12第一热侧的7℃冷冻水流量，从换热器12第一热侧流出的降温冷冻水与经由阀门V7旁通的7℃冷冻水汇集之后流入低温冷凝器3中对从压缩机5出来的高温制冷剂蒸汽进行降温，之后经阀门V2和双向泵2回到冷水机组1中，实现采用7℃冷冻水对换热器12预热和对低温冷凝器3降温的循环。可以看出，冷水机组1出来的7℃冷冻水先在换热器12中吸收低温水的冷量，温度进一步降低，然后再进入到低温冷凝器3中对高温制冷剂蒸汽进行降温，在实现对低温水预热的同时，还提高了对制冷剂的降温效果。夜间冷水机组供冷+蓄冰：与夜间蓄冰不同点在于，阀门V3和V1同时开启，从冷水机组1流出的7℃冷冻水分为两路，一路经阀门V3进入末端设备14供冷，然后经阀门V1和双向泵2回到冷水机组1中，另一路经阀门V4进入换热器12中预热低温水，然后流入低温冷凝器3中对高温制冷剂蒸汽进行降温，最后经阀门V2和双向泵2回到冷水机组1中，实现采用7℃冷冻水供冷、对换热器12预热和对低温冷凝器3降温的循环。白天蓄冰槽单独供冷：开启放冷泵13和阀门V8，从蓄冰槽10底端流出的低温水被放冷泵13泵入末端设备14进行换热升温后从蓄冰槽10上端流回罐体内，实现放冷循环。白天冷水机组和蓄冰槽联合供冷：将白天冷水机组单独供冷与白天蓄冰槽单独供冷二者结合即可。实施例二如图3所示，双向泵2反转，冷水机组1上端出水、下端进水，换热器12的预热采用冷水机组1的7℃冷冻水经低温冷凝器3升温后的冷冻水回水。白天冷水机组单独供冷、白天蓄冰槽单独供冷、白天冷水机组和蓄冰槽联合供冷的工作过程同实施例一，在此不再赘述。夜间蓄冰：与实施例一不同是，从冷水机组1流出的7℃冷冻水先对低温冷凝器3降温。具体地，从冷水机组1上端流出的7℃冷冻水经阀门V2进入低温冷凝器3中对高温制冷剂蒸汽进行降温，升温后的冷冻水回水进入换热器12中对从蓄冰槽10流出的低温水预热，仍采用阀门V7对进入换热器12中的冷冻水回水进行流量调节，保证从换热器12流出的冷冻水与经由阀门V8旁通的冷冻水汇集之后形成12℃回水流入冷水机组1中完成循环，从而维持冷水机组1一直运动在固定工况。可以看出，冷水机组1出来的7℃冷冻水先在低温冷凝器3中吸收高温制冷剂蒸汽的热量，温度升高，然后再进入到换热器12中对低温水进行预热，在满足对制冷剂的降温效果的同时，提高对低温水的预热效果，完全消除低温水中夹带的冰晶，防止冰堵现象发生，有效保障了系统运行的稳定性。夜间冷水机组供冷+蓄冰：与夜间蓄冰不同点在于，阀门V1和V3同时开启，从冷水机组1流出的7℃冷冻水分为两路，一路经阀门V1进入末端设备14供冷，然后经阀门V3回到冷水机组1中，另一路经阀门V2进入低温冷凝器3对高温制冷剂蒸汽进行降温，然后流入换热器12中预热低温水，最后经阀门V4回到冷水机组1中，实现采用7℃冷冻水供冷、对低温冷凝器3降温和对换热器12预热的循环。实施例三如图4所示，与实施例一和实施例二不同是，换热器12的预热采用从压缩机5出口分流出的高温制冷剂蒸汽。白天冷水机组单独供冷、白天蓄冰槽单独供冷、白天冷水机组和蓄冰槽联合供冷的工作过程同实施例一，在此不再赘述。夜间蓄冰：双向泵2正反转均可，从冷水机组1流出的7℃冷冻水进入低温冷凝器3中对制冷剂蒸汽进行降温后，全部经阀门V7流回冷水机组1中完成循环。从压缩机5出来的高温制冷剂蒸汽一部分经阀门V10进入换热器12第二热侧与低温水进行换热，降温后形成液态制冷剂，与经由阀门V9的另一部分高温制冷剂蒸汽混合后，流回低温冷凝器3中进行二次降温，通过调节阀门V9和V10的开度，可以控制进入换热器12第二热侧的制冷剂流量。可以看出，高温制冷剂蒸汽对低温水进行预热后，温度会降低，然后再进入到低温冷凝器3二次降温，在实现对低温水预热的同时，降低冷水机组1的功率。夜间冷水机组供冷+蓄冰：与夜间蓄冰不同点在于，从冷水机组1流出的7℃冷冻水分为两路，一路进入末端设备14供冷，一路进入低温冷凝器3中对高温制冷剂蒸汽进行二次降温。实施例四如图5所示，与实施例一、实施例二、实施例三不同是，换热器12的预热采用常温市政给水15。白天冷水机组单独供冷、白天蓄冰槽单独供冷、白天冷水机组和蓄冰槽联合供冷的工作过程同实施例一，在此不再赘述。夜间蓄冰：双向泵2正反转均可，从冷水机组1流出的7℃冷冻水进入低温冷凝器3中对制冷剂蒸汽进行降温后，全部经阀门V8流回冷水机组1中完成循环。换热器12第三热侧采用常温市政给水15对从低温水进行预热，常温市政给水15在流经换热器12后被降温，降温后的市政给水可用在其他需要低温自来水的场合。夜间冷水机组供冷+蓄冰：与夜间蓄冰不同点在于：从冷水机组1流出的7℃冷冻水分为两路，一路进入末端设备14供冷，一路进入低温冷凝器3中对高温制冷剂蒸汽进行降温。容易理解的是，由于换热器12采用了3个相互独立的热侧，因此，冷冻水预热、制冷剂蒸汽预热和市政给水预热三者可以单独使用，也可以任意组合使用。上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

权利要求：1.一种复叠式过冷法蓄冰系统，其特征在于：包括冷水机组1、双向泵2、低温冷凝器3、节流阀4、压缩机5、蒸发器6、载冷剂泵7、过冷却换热器8、过冷却解除器9、蓄冰槽10、蓄冰泵11、换热器12、放冷泵13和末端设备14；冷水机组1、双向泵2、末端设备14依次连接构成供冷回路；蓄冰槽10、放冷泵13、末端设备14依次连接构成放冷回路；冷水机组1、双向泵2、低温冷凝器3冷侧、换热器12第一热侧依次连接构成制冷预热回路；低温冷凝器3热侧、节流阀4、蒸发器6冷侧和压缩机5依次连接构成制冷剂回路；蒸发器6热侧、过冷却换热器8冷侧、载冷剂泵7依次连接构成载冷剂回路；过冷却换热器8热侧、过冷却解除器9、蓄冰槽10、蓄冰泵11、换热器12冷侧依次连接构成过冷回路。2.根据权利要求1所述的一种复叠式过冷法蓄冰系统，其特征在于：所述的换热器12还包括独立于第一热侧、且与换热器12冷侧换热的第二热侧，第二热侧并联在压缩机5与低温冷凝器3热侧之间构成制冷剂预热回路。3.根据权利要求2所述的一种复叠式过冷法蓄冰系统，其特征在于：所述的换热器12还包括独立于第一热侧和第二热侧、且与换热器12冷侧换热的第三热侧，第三热侧与常温市政给水15相连构成市政给水预热回路。

百度查询： 中国科学院广州能源研究所 一种复叠式过冷法蓄冰系统

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