一种冰蓄冷的控制装置和冰蓄冷系统

技术领域

本发明涉及冰蓄冷技术领域，具体来说，涉及一种冰蓄冷的控制装置和冰蓄冷系统。

背景技术

冰蓄冷空调系统一般由制冷机组、蓄冷设备(或蓄水池)、辅助设备及设备之间的连接、调节控制装置等组成。冰蓄冷空调系统最终的目的是为建筑物提供一个舒适的环境。另外，系统还应达到能源最佳使用效率，节省运转电费,为用户提供一个安全可靠的冰蓄冷空调系统。

蓄冷设备优先式运行策略是指蓄冷设备优先释冷，超过释冷能力的负荷由制冷机组负责供冷。这种方式通常用于单位蓄冷量所需的费用低于单位制冷机组产冷量所需的费用。蓄冷设备优先式在控制上要比制冷机组优先式相对复杂些。在下一个蓄冷过程开始前，蓄冷设备应尽可能将蓄存的冷量全部释放完，即充分利用蓄冷设备的可利用蓄冷量，降低蓄冷系统的运行费用;另外应避免蓄冷设备在释冷过程的前段时间将蓄存的大部分冷量释放，而在以后尖峰负荷时，制冷机组和蓄冷设备无法满足空调负荷需要的现象，因此应合理地控制蓄冷设备的剩余冷量，特别是对于设计日空调尖峰负荷出现在下午时段时非常重要。一般情况，蓄冷设备优先式运行策略要求蓄冷系统应预测出当日24小时空调负荷分布图,并确定出当日制冷机组在供冷过程中最小供冷量控制分布图，以保证蓄冷设备随时有足够释冷量配合制冷机组满足空调负荷的要求。

蓄冷系统的控制，除了保证蓄冷和供冷模式的转换以及空调供水或回水温度控制以外，主要应解决制冷机组与蓄冷设备之间供冷负荷分配间题，特别是在部分负荷时，应保证尽可能地将蓄冷设备的冷量释放完，即可采用融冰优先式运行策略，甚至可采用全蓄冷运行，即白天制冷机组停开，空调负荷全部由蓄冷设备满足。而在设计日空调负荷时，应采用制冷机组优先式运行策略，以保证逐时空调负荷要求。目前蓄冷系统的自动控制系统，大多采用以计算机技术的直接数字控制器与电子传感器及执行机构相结合的直接数字控制系统。制冷机组的蓄冷量是定量的输出，而蓄冷设备的释冷是总量的输出。如两者为串联时，控制系统较为简单，供水温度易保持恒定;而对于并联系统，供水温度控制较难，特别是在释冷融冰后期,蓄冷设备的出口温度在逐渐升高，与制冷机组出口温度相比很难保持恒定不变。为了使每天蓄冷设备冷量充分释放，保持较为恒定的供水温度，满足设计日空调负荷要求，通常利用计算机作为蓄冷系统的监控设备;并利用系统中设置的流量计、温度计反馈的信号，逐时监视蓄冷设备的内部状况;通过计算机对空调系统负荷的预测，以此制定蓄冷系统的运行策略是制冷机组优先式还是蓄冷设备优先式。

现有的并联式冰蓄冷系统在实时蓄冰和实时制冷方面，难以进行精确控制，无法更为准确地控制供冷并满足节能需求；为此，我们提出一种冰蓄冷的控制装置及冰蓄冷系统。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上不足，提供一种冰蓄冷的控制装置及冰蓄冷系统，通过负荷分配机构，根据温度差需求合理调整实时制冷与实时制冰的比例，满足使用需求，且更为节能；通过辅板式换热器配合蓄冰罐中的气胀轴使用，且能够将蓄冰罐中的冰释冷完全释放得以利用，利用率高来解决上述问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种冰蓄冷的控制装置，包括制冷机构、负荷分配机构、辅板式换热器以及PLC控制器；

其中，所述制冷机构包括制冷机组、主管道、蓄冰罐和主板式换热器，多个主管道通过相互连接组合分别将制冷机组、蓄冰罐以及主板式换热器连接在一起，所述主管道上安装有乙二醇泵和四个电控阀，通过这四个电控阀将制冷机组、乙二醇泵、蓄冰罐以及主板式换热器形成的系统划分出多个工作模式，分别为制冷机蓄冰模式、制冷机供冷模式、蓄冰罐供冷模式以及联合供冷模式；

所述负荷分配机构安装在制冷机构中的主管道上，所述负荷分配机构用于根据负荷需求将制冷机组输出的冷量通过主板式换热器输出或通过蓄冰罐进行储存，且能够调整分配比例；

所述负荷分配机构包括阀体，该阀体的一端设置有进口，且阀体的另一端开设有两个相互平齐的出口，所述进口以及两个所述出口分别与不同的主管道连通；所述阀体的外部一侧固定安装有正反转步进电机，且阀体的一侧螺纹安装有转动杆，所述转动杆的一端固定连接有柱齿轮，所述正反转步进电机的转轴上安装有主动齿轮，所述主动齿轮与所述柱齿轮啮合连接；

所述阀体的内部设置有与所述进口连通的方形腔以及与所述出口连通的限位腔，且限位腔与所述方形腔连通，所述限位腔的内部滑动安装有板式阀芯，所述板式阀芯在限位腔中滑动用于调节两个出口开闭的大小比例；所述转动杆的一端转动安装在所述板式阀芯的一端；所述限位腔的一端开设有活塞腔，所述转动杆上固定套接有密封活塞，所述密封活塞滑动密封安装在所述活塞腔内；

所述蓄冰罐的内部设置有内围区域和外围区域，所述外围区域用于主管道与蓄冰罐之间的热交换使用，所述辅板式换热器通过辅管道与所述蓄冰罐连通，所述内围区域用于辅管道与蓄冰罐之间的热交换使用；

所述辅管道包括有导热管和传输管，所述蓄冰罐的内围区域中心转动安装有气胀轴，所述气胀轴的内部设置为中空导热内轴，所述导热管的一端通过旋转接头I与所述中空导热内轴的上端连通，所述传输管的一端通过旋转接头II与所述中空导热内轴的下端连通，所述气胀轴的外部设置为导热气胀外套，所述导热气胀外套的表面固定连接有呈直角三角形的凸片，所述蓄冰罐的底部固定安装有变频电机，所述变频电机的转轴通过皮带轮以及皮带与所述中空导热内轴传动连接，所述蓄冰罐的内围区域底部安装有防水温度传感器；

所述PLC控制器的控制输出端分别与四个所述电控阀、正反转步进电机以及变频电机的电控端连接；所述防水温度传感器的信号输出端与所述PLC控制器的信号输入端连接。

作为优选，四个所述电控阀分别为电控阀I、电控阀II、电控阀III以及电控阀IV，其中所述电控阀I和电控阀II分别安装在制冷机组出口端的两个支路上，这两个支路的后端分别与蓄冰罐以及主板式换热器连接；所述电控阀III和电控阀IV分别安装在蓄冰罐出口端的两个支路上，这两个支路的后端分别与制冷机组前的主管道以及主板式换热器前的主管道连通。

作为优选，所述板式阀芯的长度与两个出口中心之间的距离相等。

作为优选，所述板式阀芯的一端固定安装有转盘轴承，所述转动杆的一端固定插接在所述转盘轴承的内圈中，所述活塞腔设置为圆筒形结构，所述密封活塞设置为圆柱形结构，所述密封活塞能够在活塞腔中密封转动和滑动；所述活塞腔的一端开设有螺纹孔，所述转动杆上设置有与所述螺纹孔匹配的外螺纹。

作为优选，所述中空导热内轴的上端安装有支撑轴承，所述支撑轴承的外圈通过连接杆与蓄冰罐的内壁固定连接，所述中空导热内轴的下端通过密封轴承与所述蓄冰罐的底部转动连接。

作为优选，所述中空导热内轴的下端管壁中设置有导热气胀外套内侧连通的气道，且中空导热内轴的下端两侧分别安装有与所述气道连通的气门芯以及泄压阀。

作为优选，所述导热气胀外套的端部间隙以及表面间隙处均通过橡胶软连接进行密封连接。

作为优选，所述蓄冰罐的底部外侧固定连接有支撑架，所述导热管的一端设置在蓄冰罐中外围区域的边部，所述导热管的一端和传输管的一端分别与辅板式换热器内的一组换热通道的两端连通，且传输管上也安装有一组乙二醇泵。

作为优选，所述辅板式换热器以及主板式换热器均安装在用户端的换热管道上，且用户端的换热管道上安装有冷冻泵。

本发明还提出了一种冰蓄冷系统，包括上述所述的冰蓄冷的控制装置、室内温度传感器、户外温度传感器以及云计算机，所述室内温度传感器以及户外温度传感器的信号输出端分别与PLC控制器的信号输入端连接，所述PLC控制器与所述云计算机进行通信连接；所述云计算机通过网络与当地气象局的气象信息平台通信连接，且所述云计算机通过网络与当地供电局的用电高低峰预测数据库通信连接。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、本发明，通过负荷分配机构，在用电低峰满足制冷使用需求时，通过负荷分配进行冰蓄冷，根据温度差需求合理调整实时制冷与实时制冰的比例；而若在用电高峰实时制冷满足不了制冷需求时，通过调整比例，利用冰释冷，并根据温差自动调节比例，满足使用需求；且更为节能。

2、本发明，通过辅板式换热器配合蓄冰罐中的气胀轴使用，在用电高峰冰释冷量不足时，通过变频电机带动气胀轴转动，加速冰融化或冰水的流动，来增加换热速度，提高冷量释放，满足需求，使用更为方便；且能够将蓄冰罐中的冰释冷完全释放得以利用，利用率高；且利用气胀轴中传到出来的冷量导入到用户端的换热管道上，缓解用户端冷量需求。

3、本发明，利用云计算机和气象信息平台以及用电高低峰预测数据库连接，通过预测的温度信息以及用电高低峰情况，实时合理调节冰蓄冷量以及实时制冷量，控制模式更为合理，更为节能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中冰蓄冷系统并联式连接的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的一种冰蓄冷的控制装置的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的负荷分配机构的结构示意图；

图4是根据本发明图3中的A-A剖面结构示意图；

图5是根据本发明图3中的B-B剖面结构示意图；

图6是根据本发明实施例的蓄冰罐内部的结构示意图；

图7是根据本发明图6中的C部放大结构示意图；

图8是根据本发明实施例的气胀轴内部的局部结构示意图；

图9是根据本发明实施例一种冰蓄冷系统的系统框图。

图中：

1、制冷机组；2、乙二醇泵；3、电控阀I；4、电控阀II；5、电控阀III；6、电控阀IV；7、蓄冰罐；8、冷冻泵；9、主板式换热器；10、用户端；

11、负荷分配机构；1101、阀体；1102、进口；1103、正反转步进电机；1104、主动齿轮；1105、外螺纹；1106、转动杆；1107、柱齿轮；1108、螺纹孔；1109、活塞腔；1110、密封活塞；1111、转盘轴承；1112、板式阀芯；1113、出口；1114、限位腔；1115、方形腔；

701、外围区域；702、内围区域；703、支撑架；704、支撑轴承；705、旋转接头I；706、连接杆；707、导热管；708、气胀轴；7081、导热气胀外套；7082、橡胶软连接；7083、气道；7084、中空导热内轴；709、凸片；710、变频电机；711、皮带轮；712、皮带；713、旋转接头II；714、传输管；715、密封轴承；716、防水温度传感器；717、泄压阀；718、气门芯；

12、辅板式换热器；13、主管道；14、辅管道；15、PLC控制器；16、云计算机；17、室内温度传感器；18、户外温度传感器；19、气象信息平台；20、用电高低峰预测数据库。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1-图8所示，根据本发明实施例的一种冰蓄冷的控制装置，包括制冷机构、负荷分配机构11、辅板式换热器12以及PLC控制器15；

其中，如图1中所示，制冷机构包括制冷机组1、主管道13、蓄冰罐7和主板式换热器9，多个主管道13通过相互连接组合分别将制冷机组1、蓄冰罐7以及主板式换热器9连接在一起，主管道13上安装有乙二醇泵2和四个电控阀，通过这四个电控阀将制冷机组1、乙二醇泵2、蓄冰罐7以及主板式换热器9形成的系统划分出多个工作模式，分别为制冷机蓄冰模式、制冷机供冷模式、蓄冰罐供冷模式以及联合供冷模式；以上为现有技术中并联式冰蓄冷系统。

如图2中所示，负荷分配机构11安装在制冷机构中的主管道13上，负荷分配机构11用于根据负荷需求将制冷机组1输出的冷量通过主板式换热器9输出或通过蓄冰罐7进行储存，且能够调整分配比例。

如图3和图4中所示，负荷分配机构11包括阀体1101，该阀体1101的一端设置有进口1102，且阀体1101的另一端开设有两个相互平齐的出口1113，进口1102以及两个出口1113分别与不同的主管道13连通；阀体1101的外部一侧固定安装有正反转步进电机1103，且阀体1101的一侧螺纹安装有转动杆1106，转动杆1106的一端固定连接有柱齿轮1107，正反转步进电机1103的转轴上安装有主动齿轮1104，主动齿轮1104与柱齿轮1107啮合连接。

如图4中所示，阀体1101的内部设置有与进口1102连通的方形腔1115以及与出口1113连通的限位腔1114，且限位腔1114与方形腔1115连通，限位腔1114的内部滑动安装有板式阀芯1112，板式阀芯1112在限位腔1114中滑动用于调节两个出口1113开闭的大小比例；转动杆1106的一端转动安装在板式阀芯1112的一端；限位腔1114的一端开设有活塞腔1109，转动杆1106上固定套接有密封活塞1110，密封活塞1110滑动密封安装在活塞腔1109内。

如图6所示，蓄冰罐7的内部设置有内围区域702和外围区域701，外围区域701用于主管道13与蓄冰罐7之间的热交换使用，辅板式换热器12通过辅管道14与蓄冰罐7连通，内围区域702用于辅管道14与蓄冰罐7之间的热交换使用。

如图6、图7和图8所示，辅管道14包括有导热管707和传输管714，蓄冰罐7的内围区域702中心转动安装有气胀轴708，气胀轴708的内部设置为中空导热内轴7084，导热管707的一端通过旋转接头I705与中空导热内轴7084的上端连通，传输管714的一端通过旋转接头II713与中空导热内轴7084的下端连通，气胀轴708的外部设置为导热气胀外套7081，导热气胀外套7081的表面固定连接有呈直角三角形的凸片709，蓄冰罐7的底部固定安装有变频电机710，变频电机710的转轴通过皮带轮711以及皮带712与中空导热内轴7084传动连接，蓄冰罐7的内围区域702底部安装有防水温度传感器716。

如图9所示，PLC控制器15的控制输出端分别与四个电控阀、正反转步进电机1103以及变频电机710的电控端连接；防水温度传感器716的信号输出端与PLC控制器15的信号输入端连接。

具体的，如图2中所示，四个电控阀分别为电控阀I 3、电控阀II 4、电控阀III 5以及电控阀IV 6，其中电控阀I 3和电控阀II 4分别安装在制冷机组1出口端的两个支路上，这两个支路的后端分别与蓄冰罐7以及主板式换热器9连接；电控阀III 5和电控阀IV 6分别安装在蓄冰罐7出口端的两个支路上，这两个支路的后端分别与制冷机组1前的主管道13以及主板式换热器9前的主管道13连通。

通过采用上述技术方案，利用电控阀I 3、电控阀II 4、电控阀III 5以及电控阀IV6的组合开闭，可以在制冷机蓄冰模式、制冷机供冷模式、蓄冰罐供冷模式以及联合供冷模式进行模式选择。

如图5所示，板式阀芯1112的长度与两个出口1113中心之间的距离相等。

通过采用上述技术方案，板式阀芯1112的移动可以使得两个出口1113始终可以保持一个总的出气量，一个出口减少多少出气截面积，另一个出口就会增加多少出气截面积，在调节过程中，可以始终保持一个总的平衡压力，稳定性好。

如图4中所示，板式阀芯1112的一端固定安装有转盘轴承1111，转动杆1106的一端固定插接在转盘轴承1111的内圈中，活塞腔1109设置为圆筒形结构，密封活塞1110设置为圆柱形结构，密封活塞1110能够在活塞腔1109中密封转动和滑动；活塞腔1109的一端开设有螺纹孔1108，转动杆1106上设置有与螺纹孔1108匹配的外螺纹1105。

通过采用上述技术方案，密封活塞1110的作用主要起到活动密封作用，防止在调节过程中漏气。

如图6所示，中空导热内轴7084的上端安装有支撑轴承704，支撑轴承704的外圈通过连接杆706与蓄冰罐7的内壁固定连接，中空导热内轴7084的下端通过密封轴承715与蓄冰罐7的底部转动连接。

通过采用上述技术方案，通过支撑轴承704和密封轴承715起到竖直支撑气胀轴708的作用。

如图7和图8中所示，中空导热内轴7084的下端管壁中设置有导热气胀外套7081内侧连通的气道7083，且中空导热内轴7084的下端两侧分别安装有与气道7083连通的气门芯718以及泄压阀717。

通过采用上述技术方案，在实施时，气门芯718用于对气胀轴708进行充气；而泄压阀717设置为球阀，可以控制流量泄压孔大小，通过缓慢泄压，使得气胀轴708缓慢收缩。

如图8中所示，导热气胀外套7081的端部间隙以及表面间隙处均通过橡胶软连接7082进行密封连接。

通过采用上述技术方案，通过密封连接，避免冰渗入到气胀轴708的缝隙中，影响气胀轴的收缩。

具体的，蓄冰罐7的底部外侧固定连接有支撑架703，导热管707的一端设置在蓄冰罐7中外围区域701的边部，导热管707的一端和传输管714的一端分别与辅板式换热器12内的一组换热通道的两端连通，且传输管714上也安装有一组乙二醇泵2。

在实施时，辅板式换热器12以及主板式换热器9均安装在用户端10的换热管道上，且用户端10的换热管道上安装有冷冻泵8。

通过采用上述技术方案，利用辅板式换热器12，加速冷量释放，缓解需求压力；且配合气胀轴708加速冰融化，提高利用率。

如图9所示，本发明还提出了一种冰蓄冷系统，包括上述的冰蓄冷的控制装置、室内温度传感器17、户外温度传感器18以及云计算机16，室内温度传感器17以及户外温度传感器18的信号输出端分别与PLC控制器15的信号输入端连接，PLC控制器15与云计算机16进行通信连接；云计算机16通过网络与当地气象局的气象信息平台19通信连接，且云计算机16通过网络与当地供电局的用电高低峰预测数据库20通信连接。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下就本发明在实际过程中的工作原理或者操作方式进行详细说明。

在实际应用时，

本发明，通过负荷分配机构11，在用电低峰满足制冷使用需求时，通过负荷分配进行冰蓄冷，根据温度差需求合理调整实时制冷与实时制冰的比例；而若在用电高峰实时制冷满足不了制冷需求时，通过调整比例，利用冰释冷，并根据温差自动调节比例，满足使用需求；且更为节能。

本发明，通过辅板式换热器12配合蓄冰罐7中的气胀轴708使用，在用电高峰冰释冷量不足时，通过变频电机710带动气胀轴708转动，加速冰融化或冰水的流动，来增加换热速度，提高冷量释放，满足需求，使用更为方便；且能够将蓄冰罐7中的冰释冷完全释放得以利用，利用率高；且利用气胀轴708中传到出来的冷量导入到用户端10的换热管道上，缓解用户端冷量需求。

本发明，利用云计算机16和气象信息平台19以及用电高低峰预测数据库20连接，通过预测的温度信息以及用电高低峰情况，实时合理调节冰蓄冷量以及实时制冷量，控制模式更为合理，更为节能。

通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。