冰水制备系统及冰水制备方法

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种冰水制备系统及冰水制备方法。

背景技术

目前，在牛奶等饮料行业中，通常采用氟利昂制冷机组直接制取冰水(2℃～4℃)，制冰水成本高，而且不利于环保。对于一些寒冷地区，可以采用与外界环境热交换的方式来制备冰水，但目前少有采用与外界环境热交换方式制冰水的具体方案。而且外界温度通常随时间变化较大，且无法控制，导致与外界环境进行热交换后的冰水温度与实际所需要的标准温度相差较大，很难长时间地使热交换后的冰水温度与所需要的标准温度保持一致(允许的误差范围内保持一致)。

发明内容

本发明提供一种冰水制备系统及冰水制备方法，用以解决现有技术中与外界环境进行热交换后的冰水温度与实际所需要的标准温度相差较大，很难长时间地使热交换后的冰水温度与所需要的标准温度保持一致的问题。

本发明提供一种冰水制备系统，包括：冰水箱及与冰水箱连接的至少一路热交换组，所述热交换组包括：第一换热器、第二换热器、冷媒储液罐、三通阀、循环泵、第一温度传感器和控制器；

所述冰水箱的出水口通过第一管路连接所述第一换热器中第一换热路径的入口端，所述冰水箱的进水口通过第二管路连接所述第一换热器中第一换热路径的出口端，所述第一温度传感器设置在第二管路上，用于将监测到的第二管路上的实时冰水温度发送至所述控制器；

所述第二换热器的出口端通过第三管路连接所述第一换热器中第二换热路径的入口端，所述第一换热器中第二换热路径的出口端通过第四管路连接所述第二换热器的入口端，所述冷媒储液罐连接所述第三管路或第四管路，所述循环泵设置在第三管路或第四管路上；

所述三通阀设置在第三管路上，所述三通阀的第一端连接第二换热器的出口端，第二端连接所述第一换热器中第二换热路径的入口端，第三端连接所述第四管路；

所述控制器分别连接三通阀、循环泵和第一温度传感器，用于控制所述循环泵启停，且基于所述实时冰水温度和预设的标准温度，控制所述三通阀的开度，以控制第四管路和第三管路中冷媒的混合度。

根据本发明提供的一种冰水制备系统，所述第二换热器的出口端设有第二温度传感器，所述第二温度传感器连接所述控制器，用于将监测的所述第二换热器的出口端的冷媒温度发送至所述控制器，所述控制器在所述冷媒温度小于预设的冷媒防冻阈值时报警。

根据本发明提供的一种冰水制备系统，所述第二换热器上且靠近所述第二温度传感器的一侧设有伴热带，所述伴热带连接所述控制器，所述控制器在所述冷媒温度小于预设的冷媒防冻阈值时，控制所述伴热带启动，并在所述冷媒温度超过预设的冷媒防冻阈值且存在预定回差值时，控制所述伴热带停止加热。

根据本发明提供的一种冰水制备系统，所述第二换热器包括两条独立换热路径，所述第一换热器中第二换热路径的出口端通过所述第四管路分别连接两条所述独立换热路径的入口端，两条所述独立换热路径各自的出口端通过所述第三管路连接所述第一换热器中第二换热路径的入口端，每条所述独立换热路径的出口端分别设有第二温度传感器，所述第二温度传感器连接所述控制器，用于将监测的所述第二换热器的出口端的冷媒温度发送至所述控制器，所述控制器在所述冷媒温度小于预设的冷媒防冻阈值时报警。

根据本发明提供的一种冰水制备系统，所述第三管路上靠近所述第一换热器中第二换热路径的入口端设有压力传感器，所述压力传感器连接所述控制器，用于将监测的第一换热器中第二换热路径的入口端的实时压力发送至所述控制器，所述控制器在所述实时压力小于预设的压力阈值时报警，并控制所述循环泵关闭。

根据本发明提供的一种冰水制备系统，所述第二管路上设有第一流量传感器，所述第四管路上设有第二流量传感器，所述第一流量传感器和第二流量传感器均连接所述控制器，所述第一流量传感器用于将监测的冰水流量发送至所述控制器，所述第二流量传感器用于将监测的冷媒流量发送至所述控制器，所述控制器基于所述冰水流量和/或冷媒流量控制循环泵关闭，并在循环泵关闭时报警。

根据本发明提供的一种冰水制备系统，所述冷媒储液罐中设有液位传感器，所述液位传感器连接所述控制器，用于将监测到的冷媒储液罐中冷媒的实时液位发送至所述控制器，所述控制器在所述实时液位小于预设的液位阈值时报警。

根据本发明提供的一种冰水制备系统，所述第四管路靠近所述第二换热器的入口端的一端设有第一开关阀，所述冷媒储液罐的出口端设有第二开关阀，所述第一开关阀和第二开关阀连接所述控制器，所述控制器用于分别控制所述第一开关阀和第二开关阀的开闭。

根据本发明提供的一种冰水制备系统，还包括：为所述第二换热器提供风冷的风机组，所述风机组位于第二换热器一侧，所述风机组包括至少一台风机，所述风机组连接所述控制器，所述控制器用于在所述第二换热器进行热交换过程中启动风机组。

本发明还提供一种冰水制备方法，基于上述任一项所述的冰水制备系统实现，用于所述控制器，所述方法包括：

启动循环泵，实时获取所述第一温度传感器监测的实时冰水温度；

基于所述实时冰水温度和预设的标准温度，控制所述三通阀的开度，以控制第四管路和第三管路中冷媒的混合度，使所述实时冰水温度与标准温度保持一致。

本发明提供的冰水制备系统及冰水制备方法，冰水箱中的水通过第一管路进入第一换热器，冷媒在第二换热器与外界环境进行热交换，并降低温度后通过第三管路进入第一换热器，第一换热器中，冷媒和水进行热交换，降低水的温度，以制备冰水，冰水通过第二管路回到冰水箱，循环泵将换热后的冷媒通过第四管路泵送回第二换热器，再次与外界环境进行热交换，降低冷媒的温度，冷媒降温后再次回到第一换热器与水进行换热，如此循环制备冰水，从而达到了与外界环境热交换方式制冰水的目的。而且三通阀将第三管路和第四管路连通，所述控制器基于第一温度传感器监测到的实时冰水温度和预设的标准温度，控制所述三通阀的开度，以控制第四管路和第三管路中冷媒的混合度，即根据实时冰水温度和预设的标准温度的差异，控制第四管路和第三管路中冷媒的混合度，从而使得实时冰水温度始终与标准温度保持一致。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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是本发明提供的冰水制备系统结构示意图；

图2是本发明提供的及冰水制备方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例的冰水制备系统，如图1所示，包括：冰水箱1及与冰水箱1连接的至少一路热交换组，所述热交换组包括：第一换热器2、第二换热器3、冷媒储液罐4、三通阀5、循环泵6、第一温度传感器7和控制器(图中未示出)。其中，第一换热器2用于冷媒和冰水箱1中水进行热交换，通过冷媒降低水的温度，以制备冰水，第二换热器3用于将冷媒与外界环境进行热交换，以降低冷媒的温度。第一换热器2可以为板式换热器，第二换热器3可以为翅片换热器。

冰水箱1的出水口a通过第一管路连接所述第一换热器2中第一换热路径的入口端b，冰水箱1的进水口d通过第二管路连接第一换热器2中第一换热路径的出口端c。第一换热器2中第一换热路径为冰水流过的路径，第一管路、第二管路以及第一换热器2中第一换热路径形成冰水回路，如图1中虚线箭头所示。由于冰水箱1中的冰水会被水泵抽走，该水泵也提供冰水回路循环的动力。第一温度传感器7设置在第二管路上，用于将监测到的第二管路上的实时冰水温度发送至所述控制器。

第二换热器3的出口端f通过第三管路连接第一换热器2中第二换热路径的入口端g，第一换热器2中第二换热路径的出口端h通过第四管路连接第二换热器3的入口端e。第一换热器2中第二换热路径为冷媒流过的路径，冷媒储液罐4连接所述第三管路或第四管路，用于将冷媒注入第三管路或第四管路，具体地，冷媒储液罐4可连接第四管路，例如：冷媒储液罐4连接第二换热器3的入口端e。循环泵6设置在第三管路或第四管路上，图1中，循环泵6设置在第四管路上，循环泵6用于将与冰水交换后的冷媒泵送至第二换热器3中。第三管路、第四管路、第二换热器3以及第一换热器2中第二换热路径形成冷媒回路，如图1中实线箭头所示。

三通阀5设置在第三管路上，三通阀5的第一端连接第二换热器3的出口端，第二端连接第一换热器2中第二换热路径的入口端，第三端连接第四管路。即三通阀5将第三管路和第四管路连通。所述控制器分别连接三通阀5、循环泵6和第一温度传感器7，用于控制所述循环泵6启停，且基于所述实时冰水温度和预设的标准温度，控制所述三通阀的开度，以控制第四管路和第三管路中冷媒的混合度。

需要制冰水时，通过控制器启动循环泵6，第一温度传感器7监测的实时冰水温度，并将实时冰水温度发送至所述控制器，控制器根据所述实时冰水温度和预设的标准温度的差异，控制所述三通阀5的开度，以控制第四管路和第三管路中冷媒的混合度。具体地，控制器可通过PID的方式实现三通阀5的开度控制，在实时冰水温度高于等于标准温度且低于温度控制上限时，保持三通阀5的开度，在实时冰水温度高于温度控制上限时，说明实时冰水温度较高，增加三通阀5的开度，增加第三管路中温度较低的冷媒与冰水进行热交换，以降低冰水温度，直至三通阀5全开(第三管路完全导通，第三管路和第四管路的通路关闭)；在实时冰水温度低于标准温度时，说明实时冰水温度较低，减小三通阀5的开度，减少第三管路中温度较低的冷媒，适当增加第四管路中温度较高的冷媒共同与冰水进行热交换，以阻止实时冰水温度继续降低，甚至升高实时冰水温度；若外界环境温度过低，导致与环境热交换后的冷媒温度过低，实时冰水温度持续降低，且在实时冰水温度低于温度控制下限时，为防止第一换热器2及其中的冰水温度过低而导致冻结，继续减小三通阀5的开度，直至关闭三通阀5，即完全导通第三管路和第四管路的通路，关断第三管路；在实时冰水温度降低并达到第一防冻温度阈值(第一防冻温度阈值低于温度控制下限)时，控制器报警，以提醒工作人员及时采取措施，报警的同时也可以控制循环泵6停止运行。

通过控制器根据所述实时冰水温度和预设的标准温度的差异按上述方式对三通阀5的开度进行调节，从而使得实时冰水温度和预设的标准温度保持一致，其中，温度控制上限和温度控制下限可以作为允许的误差设定。

需要说明的是：上述报警的信息、上述循环泵6的状态信息、实时冰水温度和三通阀5的开度数据均可通过控制器的显示屏显示。

本实施例的冰水制备系统在使用时，第二换热器3和冷媒储液罐4置于室外，通过室外的低温冷却与冰水换热之后温度较高的冷媒。工作时，冰水箱1中的水通过第一管路进入第一换热器2，冷媒在第二换热器3与外界环境进行热交换，并降低温度后通过第三管路进入第一换热器2，第一换热器2中，冷媒和水进行热交换，降低水的温度，以制备冰水，冰水通过第二管路回到冰水箱1，循环泵6将换热后的冷媒通过第四管路泵送回第二换热器3，再次与外界环境进行热交换，降低冷媒的温度，冷媒降温后再次回到第一换热器2与水进行换热，如此循环制备冰水，从而达到了与外界环境热交换方式制冰水的目的。而且三通阀5将第三管路和第四管路连通，所述控制器基于第一温度传感器7监测到的实时冰水温度和预设的标准温度，控制所述三通阀5的开度，以控制第四管路和第三管路中冷媒的混合度，即根据实时冰水温度和预设的标准温度的差异，控制第四管路和第三管路中冷媒的混合度，从而使得实时冰水温度始终与标准温度保持一致。

图1中的冰水制备系统中，设有两组热交换组，两组热交换组可以同时制备冰水，提高了冰水制备量和制备效率。

在一些实施例中，第二换热器3的出口端f设有第二温度传感器9，第二温度传感器9连接所述控制器，用于检测第二换热器3出口端f处的冷媒温度，即冷媒与外界环境换热后的温度，并将监测的所述第二换热器3的出口端f处的冷媒温度发送至控制器，控制器在所述冷媒温度小于预设的冷媒防冻阈值时报警。若该冷媒温度低于冷媒防冻阈值(例如：-3℃)，说明外界环境温度过低，与外界环境换热后的冷媒可能会冻结，此时控制器报警，同时显示该报警信息。

在一些实施例中，第二换热器3上且靠近第二温度传感器9的一侧设有伴热带10，伴热带10连接所述控制器，控制器在所述冷媒温度小于预设的冷媒防冻阈值时，控制所述伴热带10启动，并在所述冷媒温度超过预设的冷媒防冻阈值且存在预定回差值时，控制所述伴热带10停止加热。具体地，在第二温度传感器9监测到第二换热器3出口端f处的冷媒温度低于冷媒防冻阈值时，控制器开启伴热带10对冷媒进行加热，以防止冻结。当然，伴热带10的加热功率不需要太高，只需保证第二换热器3出口端f处的冷媒温度高于冷媒防冻阈值即可，并在所述冷媒温度高出冷媒防冻阈值且存在预定回差值(例如：回差值可以是2℃)时，控制伴热带10停止加热。

在一些实施例中，第二换热器3包括两条独立换热路径，第一换热器2中第二换热路径的出口端通过第四管路分别连接两条独立换热路径的入口端e，两条独立换热路径各自的出口端f通过所述第三管路连接第一换热器2中第二换热路径的入口端g，每条所述独立换热路径的出口端f分别设有第二温度传感器9。第二温度传感器9连接所述控制器，用于将监测的所述第二换热器3的出口端的冷媒温度发送至所述控制器，所述控制器在所述冷媒温度小于预设的冷媒防冻阈值时报警。采用两条独立换热路径能够提高冷媒与外界环境的热交换效率。

在一些实施例中，第三管路上靠近第一换热器2中第二换热路径的入口端设有压力传感器11，压力传感器11连接所述控制器，该压力传感器11用于将监测的第一换热器2中第二换热路径的入口端的实时压力发送至所述控制器，控制器在所述实时压力小于预设的压力阈值时报警，并控制所述循环泵6关闭。控制器可通过该实时压力判断循环泵6是否正常工作或管路泄露，例如：循环泵6故障时，导致压力传感器11检测到的实时压力小于预设的压力阈值时报警，以提醒工作人员做相应地处理，例如：关闭循环泵6，排除故障。其中，预设的压力阈值可依据管路直径和第一换热器2的结构参数设定。

在一些实施例中，第二管路上设有第一流量传感器16，第四管路上设有第二流量传感器17。第一流量传感器16和第二流量传感器17均连接所述控制器，第一流量传感器16用于将监测的冰水流量发送至所述控制器，第二流量传感器17用于将监测的冷媒流量发送至所述控制器，控制器基于冰水流量和/或冷媒流量控制循环泵关闭，并在循环泵关闭时报警。具体地，冰水箱1中的冰水已被利用，水量本身不够，或者是管路中的冰水发生冻结等情况下，第一流量传感器16监测的冰水流量会减小，在冷媒已被冻结等情况下，第二流量传感器17监测的冷媒流量会减小。

实际应用中，第一流量传感器16和第二流量传感器17可以是流量开关，冰水流量和冷媒流量均为开关量，即检测到流体时，开关量为1，否则为0，控制器判断收到的开关量，为1时，不动作，开关量为0时报警，并关闭循环泵6。当然，第一流量传感器16和第二流量传感器17也可以是能够测得具体流量值的传感器，此时，在控制器收到的流量值小于预设流量阈值(如：1L/min)的情况下，报警并关闭循环泵6。

在一些实施例中，冷媒储液罐4中设有液位传感器(图中未示出)。液位传感器连接所述控制器，用于将监测到的冷媒储液罐中冷媒的实时液位发送至所述控制器，所述控制器在所述实时液位小于预设的液位阈值时报警。由于在检修或者更换三通阀5等管路上的部件时，管路中的冷媒会泄露，多次检修或更换之后会导致冷媒储液罐4中的冷媒减少，低于预设的液位阈值，冷媒减少后导致第三管路和第四管路中冷媒量不够，冷却效率低。因此，控制器在判断冷媒储液罐4中的实时液位低于预设的液位阈值后报警，以提示工作人员向冷媒储液罐4中补充冷媒，同时还可以关闭循环泵6。

在一些实施例中，第四管路靠近第二换热器3的入口端e的一端设有第一开关阀18，冷媒储液罐4的出口端设有第二开关阀19，第一开关阀18和第二开关阀19连接所述控制器，控制器用于分别控制所述第一开关阀18和第二开关阀19的开闭，在冰水制备系统不使用或检修时，控制器控制第一开关阀18和第二开关阀19关闭。

在一些实施例中，冰水制备系统还包括：为第二换热器3提供风冷的风机组8，风机组8位于第二换热器3一侧，风机组8包括至少一台风机，风机组8连接所述控制器，所述控制器用于在所述第二换热器3进行热交换过程中启动风机组8。通过风机组8为第二换热器3提供风冷，从而提高冷媒与外界环境的换热效率。

在一些实施例中，第三管路上靠近第二换热器3一端设有第三温度传感器12，第三温度传感器12用于监测第三管路上靠近第二换热器3一端冷媒的温度，第三管路上靠近第一换热器2一端设有第四温度传感器13，第四温度传感器13用于监测第三管路上靠近第一换热器2一端冷媒的温度；第一管路上设有第五温度传感器14，第五温度传感器14用于监测第一管路中冰水的温度，第四管路上设有第六温度传感器15，第六温度传感器15用于监测第四管路中冷媒的温度。第三温度传感器12、第四温度传感器13、第五温度传感器14和第六温度传感器15均连接控制器，分别将监测到的对应管路上的温度发送至控制器，在控制器的显示屏显示对应的温度，以供工作人员观察各管路的温度数据。

需要说明的是：上述实施例的冰水制备系统适用于寒冷地区或一天中温度较低的时段，尤其适用于外界环境温度低于待制备的冰水温度的情况。在外界环境温度高于预设的标准温度的情况下，外界环境温度无法将冰水冷却到标准温度，控制器可控制整个系统停机，即关闭循环泵6、三通阀5、各传感器和各开关阀。

下面对本发明提供的冰水制备方法进行描述，下文描述的冰水制备方法与上文描述的冰水制备系统可相互对应参照。

本发明提供的冰水制备方法基于上述的冰水制备系统实现，用于所述控制器，即执行主体为控制器，如图2所示，所述方法包括：

步骤S210：启动循环泵，实时获取所述第一温度传感器监测的实时冰水温度。参考图1，在循环泵6启动后，第一温度传感器7监测的实时冰水温度。

步骤S220：基于所述实时冰水温度和预设的标准温度，控制所述三通阀5的开度，以控制第四管路和第三管路中冷媒的混合度，使所述实时冰水温度与标准温度保持一致。

需要制冰水时，通过控制器启动循环泵6，第一温度传感器7监测的实时冰水温度，并将实时冰水温度发送至所述控制器，控制器根据所述实时冰水温度和预设的标准温度的差异，控制所述三通阀5的开度，以控制第四管路和第三管路中冷媒的混合度。

具体地，控制器可通过PID的方式实现三通阀5的开度控制，在实时冰水温度高于等于标准温度且低于温度控制上限时，保持三通阀5的开度，在实时冰水温度高于温度控制上限时，说明实时冰水温度较高，增加三通阀5的开度，增加第三管路中温度较低的冷媒与冰水进行热交换，以降低冰水温度，直至三通阀5全开(第三管路完全导通，第三管路和第四管路的通路关闭)；在实时冰水温度低于标准温度时，说明实时冰水温度较低，减小三通阀5的开度，减少第三管路中温度较低的冷媒，适当增加第四管路中温度较高的冷媒共同与冰水进行热交换，以阻止实时冰水温度继续降低，甚至升高实时冰水温度；若外界环境温度过低，导致与环境热交换后的冷媒温度过低，实时冰水温度持续降低，且在实时冰水温度低于温度控制下限时，为防止第一换热器2及其中的冰水温度过低而导致冻结，继续减小三通阀5的开度，直至关闭三通阀5，即完全导通第三管路和第四管路的通路，关断第三管路；在实时冰水温度降低并达到第一防冻温度阈值(第一防冻温度阈值低于温度控制下限)时，控制器报警，以提醒工作人员及时采取措施，报警的同时也可以控制循环泵6停止运行。

本发明的冰水制备方法中，控制器通过上述步骤来控制所述三通阀5的开度，以控制第四管路和第三管路中冷媒的混合度，即根据实时冰水温度和预设的标准温度的差异，控制第四管路和第三管路中冷媒的混合度，从而使得实时冰水温度始终与标准温度保持一致。

最后应说明的是：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应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分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精神和范围。