一种基于跨季蓄冷的水冷粮食贮藏系统及工作方法

技术领域

本发明属于粮食储藏领域，特别是涉及一种基于跨季蓄冷的水冷粮食贮藏系统及工作方法。

背景技术

低温储粮，是指利用自然低温条件或机械制冷设备，降低仓储粮食温度，并利用仓房围护结构的隔热保温性能，确保粮食在储藏期间的粮堆温度维持在低温（15℃）或准低温（20℃）以下的一种粮食储藏技术。目前专家们普遍认为：低温储粮将成为21世纪主要的粮食储藏方式之一。

目前实现低温储粮的主要途径有通风降温储粮、地下低温储粮、水下低温储粮和太阳能吸附制冷储粮与机械制冷储粮等几种方式。然而，采用通风降温仅能适用于外界环境温度较低的情况。但当夏季环境温度较高时，粮仓温度可达到 35℃以上，粮食温度可达到 27℃以上，因此采用通风降温无法达到全年的低温储粮。而地下低温储粮与水下低温储粮是指将粮仓建设在地下或者水面下，利用土壤或水等自然冷源对粮仓内粮食进行降温。其缺点在于（1）粮仓的建设受限于自然条件的限制；（2）粮仓建设需要巨大的土方挖掘，建设成本高。太阳能吸附制冷的低温储粮方式是采用太阳能吸附式制冷的方式对粮食进行降温。其存在设备复杂，初投资高缺点。最后，机械制冷低温储粮是采用机械制冷系统对粮食进行降温，其虽然技术较为成熟，但由于需要利用电力驱动压缩机，其运行费用也相对较高。

公布号为CN 102860186B的中国专利公开了一种节能高大平房粮仓，其在粮堆上部采用PE膜进行保温，在粮堆内设置有孔板通风装置通过制冷系统对粮食进行降温。此种粮食储藏方式仍以电力驱动的制冷系统作为粮食降温的冷源，因此其在运行中需不断耗电，增加了粮食储藏的费用。

公布号为CN106613024B的中国专利公开了一种粮食储藏装置，其通过伺服电机驱动蜗杆来进行粮食的自动翻滚，在减少人力劳动的同时，加强粮食通风，避免粮食发霉。然而，此发明仍采用通风技术进行粮食储藏，当环境温度较高时，对延长粮食储藏的作用有限。

目前粮食储藏方法上存在的问题如下：

（1）采用机械制冷来低温储粮虽然可以大幅延长粮食储藏周期，但设备初投资大，维护费用高，增加了粮食储藏的成本与粮仓建设的费用。

（2）采用自然通风粮食储藏的方式虽然储藏成本较低，但粮食温度易受环境温度的影响，夏季过高的粮食温度会减少粮食储藏的时间。

（3）将粮仓建设在地下或水面下能充分利用环境的冷源延长粮食贮藏时间，但粮仓的选址受到地理环境的限制，且粮仓在建设过程中土方挖掘巨大，增加了粮仓建设的初投资，从而拉高了粮食储存的成本。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种基于跨季蓄冷的水冷粮食贮藏系统及工作方法。该系统将冬季的自然冷源进行跨季节储存，并在夏季作为粮储冷藏的冷源。在保证粮食低温贮藏的同时，还减少了维持制冷系统的运行费用与设备初投资。

本发明采用如下技术方案：一种基于跨季蓄冷的水冷粮食贮藏系统，它包括鼓风机，鼓风机设在粮仓的上部，它还包括蓄冷装置、制冷装置和监测控制装置，在冬季平均温度高于0℃的情况，所述蓄冷装置包含蓄冷水池、浮球阀、补液泵、电磁阀和喷淋循环泵，蓄冷水池设在地下至少15米深处，蓄冷水池顶部的出水口依次通过喷淋循环泵、电磁阀连接喷淋装置，喷淋装置下方的承接水槽的排液口连接蓄冷水池顶部的回水口，浮球阀设在承接水槽的内部，补液泵的出液口通过管道连接承接水槽；

所述制冷装置包含水冷式盘管换热器、冷却水泵和可控流量电磁阀，水冷式盘管换热器设在粮仓的底部，蓄冷水池左侧的出水口通过冷却水泵连接水冷式盘管换热器的水进口，水冷式盘管换热器的出口通过可控流量电磁阀连接蓄冷水池左侧的进水口；

所述监测控制装置包含控制器、粮仓温度传感器、水池温度传感器，粮仓温度传感器设在粮仓的上部，水池温度传感器设在蓄冷水池的内部，控制器电连接电磁阀、粮仓温度传感器、鼓风机、冷却水泵、可控流量电磁阀、喷淋循环泵和水池温度传感器。

在冬季平均温度低于0℃的情况，所述蓄冷装置还包含防冻液补充箱和盘管换热器，防冻液补充箱的出口连接补液泵的进液口，盘管换热器设在蓄冷水池的内，盘管换热器的液体出口依次通过喷淋循环泵、电磁阀连接喷淋装置，喷淋装置下部的承接水槽的出口连接盘管换热器的液体进口。

所述的一种基于跨季蓄冷的粮食贮藏系统的工作方法采用两种方案：

方案一适用于冬季平均温度高于0℃的情况，包括以下步骤：

a)当粮仓温度传感器测得环境温度低于15℃，且水池温度传感器测得蓄冷水池内的冷却水温高于环境温度5℃及以上时，控制器开启电磁阀和冷却水泵，蓄冷水池内的冷却水通过喷淋循环泵抽取蓄冷水池内的水经电磁阀后由喷淋装置喷水，喷淋水吸收外界环境的冷量，喷淋水经承接水槽回收，通过管道返回蓄冷水池以蓄存环境的自然冷量，同时控制器关闭冷却水泵和可控流量电磁阀，打开鼓风机，使粮仓进行通风冷却；

b)当粮仓温度传感器测得环境温度在15~25℃时，控制器关闭电磁阀和喷淋循环泵，开启鼓风机，使粮仓进行通风冷却；

c)当粮仓温度传感器测得环境温度高于25℃时，控制器关闭电磁阀、喷淋循环泵和鼓风机，打开冷却水泵和可控流量电磁阀，粮仓停止通风冷却，制冷装置开始工作，冷却水泵抽取蓄冷水池内的冷却水进入水冷式盘管换热器对粮仓进行降温，同时，控制器接收粮仓温度传感器的温度数据，通过电信号控制可控流量电磁阀的开度，调节水冷式盘管换热器内的冷却水流量，当环境温度在25℃~30℃时，控制可控流量电磁阀的开度为1/2；当环境温度在30℃~35℃时，控制可控流量电磁阀的开度为3/4；当环境温度高于35℃时，控制可控流量电磁阀的开度为1；

d)当承接水槽中冷却水液位低于设定值时，浮球阀和补液泵开启，冷却水通过补液泵流入承接水槽中。

方案二适用于冬季平均温度低于0℃的情况，包括以下步骤：

a)当粮仓温度传感器测得环境温度低于10℃，且水池温度传感器测得地下蓄冷水池内的冷却水温高于环境温度5℃及以上时，控制器控制电磁阀和喷淋循环泵开启，使盘管换热器内的防冻液通过喷淋循环泵的抽取，经电磁阀后由喷淋装置喷防冻液，喷淋水吸收外界环境的冷量，防冻液经承接水槽回收，通过管道返回盘管换热器中并将冷量传递给蓄冷水池内的冷却水，以蓄存环境的自然冷量，同时控制器控制冷却水泵、可控流量电磁阀关闭，鼓风机开启，使粮仓进行通风冷却。

b)当粮仓温度传感器测得环境温度在10 ~ 25℃时，控制器关闭电磁阀和喷淋循环泵，开启鼓风机，使粮仓进行通风冷却；

c)当粮仓温度传感器测得环境温度高于25℃时，控制器关闭电磁阀、喷淋循环泵和鼓风机，开启冷却水泵和可控流量电磁阀，使蓄冷装置停止吸收自然冷源，粮仓停止通风冷却，制冷装置开始工作，冷却水泵抽取蓄冷水池内的冷却水进入水冷式盘管换热器对粮仓进行降温，控制器接收粮仓温度传感器的温度数据，通过电信号控制可控流量电磁阀的开度，调节粮仓内水冷式盘管换热器的冷却水流量，当环境温度在25℃~30℃时，控制可控流量电磁阀的开度为1/2；当环境温度在30℃~35℃时，控制可控流量电磁阀的开度为3/4；当环境温度高于35℃时，控制可控流量电磁阀开度为1；

d)当承接水槽中防冻液的液位低于设定值时，浮球阀和补液泵开启，防冻液补充箱中的防冻液流入承接水槽。

上述技术方案考虑到我国幅员辽阔，各地的冬季平均温度相差大，本发明可采用两种技术方案，方案一适用于冬季平均温度高于0℃的情况，由于环境温度高于0℃，则不需要采用换热介质进行二次换热，可以直接通过喷淋循环泵直接抽取蓄冷水池内的冷水即可。方案二适用于冬季平均温度低于0℃的情况，当冬季平均温度低于0℃，直接抽取地下蓄冷池内的冷水，会造成冷却水结冰损坏管路和换热器，因此，方案二中以50%乙二醇与50%水混合成的防冻液作为换热介质吸收自然冷源的冷量。

本发明的有益效果是：（1）这种基于跨季蓄冷的粮食贮藏系统包括包括鼓风机、蓄冷装置、制冷装置和监测控制装置。该系统通过蓄冷装置内的蒸发式冷却器、循环喷淋泵进行自然冷源的高效、低成本储存，并利用地下土壤全年温度恒定的特性进行自然冷源的跨季节储存，降低冷量获取的成本与设备的投资成本。（2）采用了水冷式盘管换热器作为粮食冷却的换热装置，在粮食储存过程中与粮食直接接触，可以快速高效地对粮堆进行冷却并减少冷量的耗损。（3）针对不同地域的环境温度状况，设立了两种方案，增强了基于跨季蓄冷的粮食贮藏系统的灵活性与适应性。（4）设置了监测控制装置，能通过对环境温度的监测精准控制粮仓通风装置、蓄冷装置、制冷装置的启停，从而减少喷淋循环泵、鼓风机、冷却水泵等耗电设备的能耗，减少粮食储藏的成本。

附图说明

图1 是一种基于跨季蓄冷的粮食贮藏系统的结构示意图。

图2是一种基于跨季蓄冷的粮食贮藏系统的工作流程图。

图3是另一种基于跨季蓄冷的粮食贮藏系统的结构示意图。

图4是另一种基于跨季蓄冷的粮食贮藏系统的工作流程图。

图中：1、蓄冷水池，2、盘管换热器，3、浮球阀，4、防冻液补充箱，5、补液泵， 6、喷淋水， 6a、喷淋装置， 6b、承接水槽， 7、电磁阀，8、控制器，9、粮仓温度传感器，10、粮仓，11、鼓风机，12、水冷式盘管换热器，13、冷却水泵，14、可控流量电磁阀，15、喷淋循环泵，16、水池温度传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例及附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1（在冬季平均温度高于0℃时）

图1、2示出了一种基于跨季蓄冷的水冷粮食贮藏系统的结构和工作流程图。这种基于跨季蓄冷的水冷粮食贮藏系统包括设置在粮仓10上部的鼓风机11、蓄冷装置、制冷装置和监测控制装置。蓄冷装置包含蓄冷水池1、浮球阀3、补液泵5、电磁阀7和喷淋循环泵15，蓄冷水池1设在地下至少15米深处，蓄冷水池1顶部的出水口依次通过喷淋循环泵15、电磁阀7连接喷淋装置6a，喷淋装置6a下方的承接水槽6b的排液口连接蓄冷水池1顶部的回水口，浮球阀3设在承接水槽6b的内部，补液泵5的出液口通过管道连接承接水槽6b。

制冷装置包含水冷式盘管换热器12、冷却水泵13和可控流量电磁阀14，水冷式盘管换热器12设在粮仓10的底部，蓄冷水池1左侧的出水口通过冷却水泵13连接水冷式盘管换热器12的水进口，水冷式盘管换热器12的出口通过可控流量电磁阀14连接蓄冷水池1左侧的进水口。

监测控制装置包含控制器8、粮仓温度传感器9、水池温度传感器16，粮仓温度传感器9设在粮仓10的上部，水池温度传感器16设在蓄冷水池1的内部，控制器8电连接电磁阀7、粮仓温度传感器9、鼓风机11、冷却水泵13、可控流量电磁阀14、喷淋循环泵15和水池温度传感器16。

实施例1（适用于冬季平均温度高于0℃的情况）的工作方法包括以下步骤：

a)当粮仓温度传感器9测得环境温度低于15℃，且水池温度传感器16测得蓄冷水池1内的冷却水温高于环境温度5℃及以上时，控制器8开启电磁阀7和冷却水泵13，蓄冷水池1内的冷却水通过喷淋循环泵15抽取蓄冷水池1内的水经电磁阀7后由喷淋装置6a喷水，喷淋水6吸收外界环境的冷量，喷淋水6经承接水槽6b回收，通过管道返回蓄冷水池1以蓄存环境的自然冷量，同时控制器8关闭冷却水泵13和可控流量电磁阀14，打开鼓风机11，使粮仓10进行通风冷却；

b)当粮仓温度传感器9测得环境温度在15~25℃时，控制器8关闭电磁阀7和喷淋循环泵15，开启鼓风机11，使粮仓10进行通风冷却；

c)当粮仓温度传感器9测得环境温度高于25℃时，控制器8关闭电磁阀7、喷淋循环泵15和鼓风机11，打开冷却水泵13和可控流量电磁阀14，粮仓10停止通风冷却，制冷装置开始工作，冷却水泵13抽取蓄冷水池1内的冷却水进入水冷式盘管换热器12对粮仓10进行降温，同时，控制器8接收粮仓温度传感器9的温度数据，通过电信号控制可控流量电磁阀14的开度，调节水冷式盘管换热器12内的冷却水流量，当环境温度在25℃~30℃时，控制可控流量电磁阀14的开度为1/2；当环境温度在30℃~35℃时，控制可控流量电磁阀14的开度为3/4；当环境温度高于35℃时，控制可控流量电磁阀14的开度为1；

d)当承接水槽6b中冷却水液位低于设定值时，浮球阀3和补液泵5开启，冷却水通过补液泵5流入承接水槽6b中。

实施例2（在冬季平均温度低于0℃时）

图3、4示出了另一种基于跨季蓄冷的水冷粮食贮藏系统的结构和工作流程图。这种基于跨季蓄冷的水冷粮食贮藏系统包括设置在粮仓10上部的鼓风机11、蓄冷装置、制冷装置和监测控制装置。蓄冷装置不仅包含蓄冷水池1、浮球阀3、补液泵5、电磁阀7和喷淋循环泵15，蓄冷水池1设在地下至少15米深处，蓄冷水池1顶部的出水口依次通过喷淋循环泵15、电磁阀7连接喷淋装置6a，喷淋装置6a下方的承接水槽6b的排液口连接蓄冷水池1顶部的回水口，浮球阀3设在承接水槽6b的内部，补液泵5的出液口通过管道连接承接水槽6b。蓄冷装置还包含防冻液补充箱4和盘管换热器2，防冻液补充箱4的出口连接补液泵5的进液口，盘管换热器2设在蓄冷水池1的内，盘管换热器2的液体出口依次通过喷淋循环泵15、电磁阀7连接喷淋装置6a，喷淋装置6a下部的承接水槽6b的出口连接盘管换热器2的液体进口。

制冷装置包含水冷式盘管换热器12、冷却水泵13和可控流量电磁阀14，水冷式盘管换热器12设在粮仓10的底部，蓄冷水池1左侧的出水口通过冷却水泵13连接水冷式盘管换热器12的水进口，水冷式盘管换热器12的出口通过可控流量电磁阀14连接蓄冷水池1左侧的进水口。

监测控制装置包含控制器8、粮仓温度传感器9、水池温度传感器16，粮仓温度传感器9设在粮仓10的上部，水池温度传感器16设在蓄冷水池1的内部，控制器8电连接电磁阀7、粮仓温度传感器9、鼓风机11、冷却水泵13、可控流量电磁阀14、喷淋循环泵15和水池温度传感器16。

实施例2（适用于冬季平均温度低于0℃的情况）的工作方法包括以下步骤：

a)当粮仓温度传感器9测得环境温度低于10℃，且水池温度传感器16测得地下蓄冷水池1内的冷却水温高于环境温度5℃及以上时，控制器8控制电磁阀7和喷淋循环泵15开启，使盘管换热器2内的防冻液通过喷淋循环泵15的抽取，经电磁阀7后由喷淋装置6a喷防冻液，喷淋水6吸收外界环境的冷量，防冻液经承接水槽6b回收，通过管道返回盘管换热器2中并将冷量传递给蓄冷水池1内的冷却水，以蓄存环境的自然冷量，同时控制器8控制冷却水泵13、可控流量电磁阀14关闭，鼓风机11开启，使粮仓10进行通风冷却；

b)当粮仓温度传感器9测得环境温度在10 ~ 25℃时，控制器8关闭电磁阀7和喷淋循环泵15，开启鼓风机11，使粮仓10进行通风冷却；

c)当粮仓温度传感器9测得环境温度高于25℃时，控制器8关闭电磁阀7、喷淋循环泵15和鼓风机11，开启冷却水泵13和可控流量电磁阀14，使蓄冷装置停止吸收自然冷源，粮仓10停止通风冷却，制冷装置开始工作，冷却水泵13抽取蓄冷水池1内的冷却水进入水冷式盘管换热器12对粮仓10进行降温，控制器8接收粮仓温度传感器9的温度数据，通过电信号控制可控流量电磁阀14的开度，调节粮仓10内水冷式盘管换热器12的冷却水流量，当环境温度在25℃~30℃时，控制可控流量电磁阀14的开度为1/2；当环境温度在30℃~35℃时，控制可控流量电磁阀14的开度为3/4；当环境温度高于35℃时，控制可控流量电磁阀14开度为1；

d)当承接水槽6b中防冻液的液位低于设定值时，浮球阀3和补液泵5开启，防冻液补充箱4中的防冻液流入承接水槽6b。

水冷式盘管换热器12放置于粮仓10的中央并与粮食直接接触。

为了保证蓄冷装置的蓄冷效果，地下蓄冷水池1距地面的距离应大于15米，以确保地下蓄冷水池1周围的土壤温度全年维持在15℃以下，从而使地下蓄冷水池1内续存的冷水温度维持在15℃以下。

该方案适用于冬季环境最低温度在0℃以下的情况，采用50%乙二醇与50%水组成的防冻液作为蓄冷装置换热介质。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员依然可以对前述各实施事例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。