本發(fā)明涉及水蓄冷技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種水蓄冷裝置及其控制方法。

背景技術(shù)：

水蓄冷是以水為蓄能冷媒，利用蓄冷容器內(nèi)循環(huán)水溫變化時(shí)所吸收和釋放的顯熱進(jìn)行冷量?jī)?chǔ)存。蓄冷容器即為用于儲(chǔ)存水的蓄冷罐或蓄冷槽或蓄冷筒，由于在整個(gè)蓄(放)冷過(guò)程中，冷媒水的進(jìn)、出流量一致，因此蓄冷容器中冷媒水的容量基本上是保持恒定不變，蓄冷容器的蓄冷量?jī)H與蓄冷溫差相關(guān)。

現(xiàn)有技術(shù)中，蓄冷過(guò)程冷媒水的降溫在冷水機(jī)組的蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)行。為了確保冷水機(jī)組的運(yùn)行安全，必須限定蒸發(fā)器冷媒水的出口溫度，這就限制了蓄冷容器的蓄冷量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠?qū)π罾淙萜鲀?nèi)的水進(jìn)行有效降溫的水蓄冷裝置及其控制方法。

本發(fā)明技術(shù)方案提供一種水蓄冷裝置，包括蓄水容器和水泵，所述蓄水容器內(nèi)設(shè)置有上布水器和下布水器；所述上布水器連接有回流水管，所述下布水器與所述水泵的進(jìn)水口之間通過(guò)第一供水管連接，在所述水泵的出水口上還設(shè)置有第二供水管；在所述第一供水管上設(shè)置有第一供水管控制閥；在所述蓄水容器內(nèi)設(shè)置有熱交換器，所述熱交換器上連接有用于輸送冷卻介質(zhì)的介質(zhì)輸送管和用于熱交換后的冷卻介質(zhì)回流的介質(zhì)回流管；所述上布水器與所述水泵的進(jìn)水口之間還連接有第三供水管，所述水泵的出水口與所述下布水器之間通過(guò)第四供水管連通；所述第三供水管、所述第四供水管上分別設(shè)置有第三供水管控制閥、第四供水管控制閥。

進(jìn)一步地，所述上布水器與所述水泵的出水口之間還通過(guò)第五供水管連通，所述第五供水管上設(shè)置有第五供水管控制閥。

進(jìn)一步地，所述第四供水管的一端連接在所述第一供水管控制閥與所述下布水器之間，其另一端與所述第二供水管連接；所述第五供水管的一端連接在所述第三供水管控制閥與所述上布水器之間，其另一端與所述第二供水管連接。

進(jìn)一步地，所述熱交換器位于所述上布水器與所述下布水器之間，并靠近所述下布水器側(cè)。

進(jìn)一步地，在所述蓄水容器內(nèi)設(shè)置有多個(gè)溫度傳感器。

進(jìn)一步地，所述第一供水管控制閥、所述第二供水管控制閥、所述第三供水管控制閥、所述第四供水管控制閥和所述第五供水管控制閥分別為電動(dòng)閥；所述電動(dòng)閥與所述溫度傳感器信號(hào)連接。

本發(fā)明技術(shù)方案還提供一種水蓄冷裝置的控制方法，包括如下步驟：

蓄冷：通過(guò)熱交換器與蓄水容器內(nèi)的水進(jìn)行熱交換，降低蓄水容器內(nèi)水的溫度；

放冷：將蓄水容器內(nèi)的冷水依次經(jīng)下布水器、第一供水管、水泵和第二供水管輸送至待降溫區(qū)域進(jìn)行熱交換，經(jīng)過(guò)熱交換后的熱水經(jīng)回流水管、上布水器回到蓄水容器內(nèi)。

進(jìn)一步地，在蓄冷時(shí)：如果上布水器處的水的溫度超過(guò)預(yù)設(shè)溫度，則采用上布水器排水，下布水器進(jìn)水的方式進(jìn)行蓄冷；如果上布水器處的水的溫度低于或等于預(yù)設(shè)溫度，則采用下布水器排水，上布水器進(jìn)水的方式進(jìn)行蓄冷。

進(jìn)一步地，在采用上布水器排水，下布水器進(jìn)水的方式進(jìn)行蓄冷時(shí)：在水泵的作用下，蓄水容器內(nèi)頂部的水經(jīng)第三供水管道、第四供水管道和下布水器進(jìn)入蓄水容器內(nèi)，從而保持使得進(jìn)入蓄水容器內(nèi)的水在熱交換之后的密度大于在熱交換之前的密度；

在采用下布水器排水，上布水器進(jìn)水的方式進(jìn)行蓄冷時(shí)：在水泵的作用下，蓄水容器內(nèi)底部的水經(jīng)第一供水管道、第五供水管道和上布水器進(jìn)入蓄水容器內(nèi)，從而保持使得進(jìn)入蓄水容器內(nèi)的水在熱交換之后的密度小于在熱交換之前的密度。

進(jìn)一步地，在蓄冷時(shí)，向介質(zhì)輸送管內(nèi)輸送溫度在0℃以下的冷卻介質(zhì)；所述蓄水容器內(nèi)的水最終能夠達(dá)到0℃。

采用上述技術(shù)方案，具有如下有益效果：

通過(guò)將熱交換器放置在蓄水容器內(nèi)，并向熱交換器中供給冷卻介質(zhì)，熱交換器可以與蓄水容器內(nèi)的水進(jìn)行熱量交換，對(duì)蓄水容器內(nèi)大范圍內(nèi)的水能夠一次有效降溫，提高了降溫效果，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，降低了成本。

在上布水器處的水的溫度超過(guò)預(yù)設(shè)溫度時(shí)，則采用上布水器排水，下布水器進(jìn)水的方式進(jìn)行蓄冷，在上布水器處的水的溫度低于或等于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，則采用下布水器排水，上布水器進(jìn)水的方式進(jìn)行蓄冷，以確保在蓄冷容器內(nèi)，永遠(yuǎn)保持密度大的水在密度小的水的下面，確保蓄冷容器在蓄或放冷過(guò)程中，有穩(wěn)定的斜溫層。

由此，本發(fā)明提供的水蓄冷裝置及其控制方法，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低了成本，能夠?qū)π罾淙萜鲀?nèi)的水進(jìn)行有效降溫，并提高了水蓄冷裝置單位蓄冷容器的蓄冷能力。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例提供的水蓄冷裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為水蓄冷裝置在采用上布水器排水、下布水器進(jìn)水的方式進(jìn)行蓄冷時(shí)的示意圖；

圖3為水蓄冷裝置在采用下布水器排水、上布水器進(jìn)水的方式進(jìn)行蓄冷時(shí)的示意圖。

附圖標(biāo)記對(duì)照表：

1-蓄水容器；11-上布水器；12-下布水器；

13-溫度傳感器；2-熱交換器；21-介質(zhì)輸送管；

22-介質(zhì)回流管；23-閥門；3-水泵；

31-進(jìn)水口；32-出水口；4-第一供水管；

41-第一供水管控制閥；5-回流水管；51-回流水管控制閥；

6-第二供水管；61-第二供水管控制閥；7-第三供水管；

71-第三供水管控制閥；8-第四供水管；81-第四供水管控制閥；

9-第五供水管；91-第五供水管控制閥。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。其中相同的零部件用相同的附圖標(biāo)記表示。需要說(shuō)明的是，下面描述中使用的詞語(yǔ)“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附圖中的方向，詞語(yǔ)“內(nèi)”和“外”分別指的是朝向或遠(yuǎn)離特定部件幾何中心的方向。

如圖1所示，本發(fā)明一實(shí)施例提供一種水蓄冷裝置，包括蓄水容器1和水泵3，蓄水容器1內(nèi)設(shè)置有上布水器11和下布水器12。

上布水器11連接有回流水管5，下布水器12與水泵3的進(jìn)水口31之間通過(guò)第一供水管4連接，在水泵3的出水口32上還設(shè)置有第二供水管6，在第一供水管4上設(shè)置有第一供水管控制閥41。

其中，在蓄水容器1內(nèi)設(shè)置有熱交換器2，熱交換器2上連接有用于輸送冷卻介質(zhì)的介質(zhì)輸送管21和用于熱交換后的冷卻介質(zhì)回流的介質(zhì)回流管22。

上布水器11與水泵3的進(jìn)水口31之間還連接有第三供水管7，水泵的出水口32與下布水器12之間通過(guò)第四供水管8連通，第三供水管7、第四供水管8上分別設(shè)置有第三供水管控制閥71、第四供水管控制閥81。

也即是，該水蓄冷裝置主要由蓄水容器1、熱交換器2、水泵3、第一供水管4、回流水管5、第二供水管6、第三供水管7和第四供水管8組成。

其中第一供水管4、回流水管5、第二供水管6、第三供水管7和第四供水管8上分別設(shè)置有閥門用于控制管路通斷，具體為在第一供水管4上設(shè)置有第一供水管控制閥41、在回流水管5上設(shè)置有回流水管控制閥51、在第二供水管6、第三供水管7和第四供水管8上分別設(shè)置有第二供水管控制閥61、第三供水管控制閥71和第四供水管控制閥81。

熱交換器2上具有介質(zhì)輸送管21和介質(zhì)回流管22，介質(zhì)輸送管21用于向熱交換器2內(nèi)輸送冷卻介質(zhì)，介質(zhì)回流管22用于熱交換器2內(nèi)與蓄水容器1內(nèi)的水進(jìn)行熱量交換之后的冷卻介質(zhì)回流，兩者組成一個(gè)循環(huán)管路。在介質(zhì)輸送管21和介質(zhì)回流管22上都設(shè)置有閥門23用于控制管路斷通。

介質(zhì)輸送管21內(nèi)的冷卻介質(zhì)可以為乙二醇或鹽水，可以由專門的冷卻介質(zhì)供給設(shè)備供給，也可以將介質(zhì)輸送管21和介質(zhì)回流管22連接在制冷機(jī)組的蒸發(fā)器上，進(jìn)行換熱制冷。冷卻介質(zhì)的溫度可以達(dá)到零下6攝氏度，從而使得蓄水容器1內(nèi)的水溫可以達(dá)到0℃，形成冰水混合狀態(tài)，起到良好的蓄冷效果。

通過(guò)將熱交換器2放置在蓄水容器1內(nèi)，熱交換器2可以與蓄水容器1內(nèi)的水進(jìn)行熱量交換，對(duì)蓄水容器1內(nèi)大范圍內(nèi)的水能夠一次有效降溫，提高了降溫效果，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，降低了成本。

本發(fā)明中的蓄水容器可以為蓄水罐或蓄水槽等用于蓄水的設(shè)備。

在蓄冷時(shí)，向介質(zhì)輸送管21內(nèi)持續(xù)供給冷卻介質(zhì)，通過(guò)熱交換器2與蓄水容器1內(nèi)的水進(jìn)行熱交換，降低蓄水容器1內(nèi)水的溫度達(dá)到水蓄冷效果。

在放冷時(shí)，將蓄水容器1內(nèi)的冷水依次經(jīng)下布水器12、第一供水管4、水泵3和第二供水管6輸送至待降溫區(qū)域進(jìn)行熱交換，經(jīng)過(guò)熱交換后的熱水經(jīng)回流水管5、上布水器11回到蓄水容器1內(nèi)。

其中，水的特性是在4℃左右時(shí)的密度最大，蓄水容器1內(nèi)的水在高于4℃時(shí)，溫度高的水會(huì)在蓄水容器1內(nèi)自動(dòng)上浮，此時(shí)其浮力向上或朝向上布水器11側(cè)；蓄水容器1內(nèi)的水在低于或等于4℃時(shí)，溫度高的水會(huì)在蓄水容器1內(nèi)自動(dòng)下沉，朝向下布水器12側(cè)。

一般來(lái)講，從回流水管5回來(lái)的水在8-12℃之間，此時(shí)采用上布水器11排水，下布水器12進(jìn)水的方式進(jìn)行蓄冷，能夠使得進(jìn)入蓄水容器1內(nèi)的水的浮力方向與水在蓄水容器1內(nèi)的慣性力的方向一致，利于減少蓄水容器1內(nèi)蓄冷過(guò)程形成的斜溫層厚度，提高蓄冷效率。

在采用上布水器11排水，下布水器12進(jìn)水的方式進(jìn)行蓄冷時(shí)的操作方式為：

如圖2所示，在水泵3的作用下，蓄水容器1內(nèi)頂部的水從上布水器11排出，并經(jīng)第三供水管道7、第四供水管道8和下布水器12進(jìn)入蓄水容器1內(nèi)，進(jìn)入蓄水容器1內(nèi)的水經(jīng)熱交換器2降溫后向上流入蓄水容器1的儲(chǔ)水區(qū)，與儲(chǔ)水區(qū)已經(jīng)存在的高溫水接觸，依靠密度差而不是慣性沿水平方向移動(dòng)，形成密度流，以純導(dǎo)熱形式形成斜溫層。

由此，本發(fā)明提供的水蓄冷裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低了成本，并能夠?qū)π罾淙萜鲀?nèi)的水進(jìn)行有效降溫，并提高了水蓄冷裝置單位蓄冷容器的蓄冷能力。

較佳地，如圖1所示，上布水器11與水泵3的出水口32之間還通過(guò)第五供水管9連通，第五供水管9上設(shè)置有第五供水管控制閥91。

如此設(shè)置，在蓄冷時(shí)，如果水溫低于或等于4℃，還可以實(shí)現(xiàn)采用下布水器12排水，上布水器11進(jìn)水的方式進(jìn)行蓄冷，具體為：

如圖3所示，在水泵3的作用下，蓄水容器1內(nèi)底部的水通過(guò)下布水器12排出，之后依次經(jīng)第一供水管道4、第五供水管道9和上布水器11進(jìn)入蓄水容器內(nèi)，進(jìn)入蓄水容器1內(nèi)的水溫度低密度小，浮在高溫水的表面沿水平方向移動(dòng)，形成密度流，以純導(dǎo)熱形式形成斜溫層。

較佳地，如圖1所示，第四供水管8的一端連接在第一供水管控制閥41與下布水器12之間，其另一端與第二供水管6連接。

第五供水管9的一端連接在第三供水管控制閥71與上布水器11之間，其另一端與第二供水管6連接。如此布置，便于工況轉(zhuǎn)換。

在采用上布水器11排水，下布水器12進(jìn)水的方式進(jìn)行蓄冷時(shí)，開(kāi)啟閥門23、第三供水管控制閥71和第四供水管控制閥81，其余閥門全部關(guān)閉。

在采用下布水器12排水，上布水器11進(jìn)水的方式進(jìn)行蓄冷時(shí)，開(kāi)啟閥門23、第一供水管控制閥41和第五供水管控制閥91，其余閥門全部關(guān)閉。

較佳地，如圖1所示，熱交換器2布置在上布水器11與下布水器12之間，并靠近下布水器12側(cè)，利于增加蓄冷量。

蓄水容器1內(nèi)上層可能會(huì)結(jié)冰，將熱交換器2設(shè)置在靠近下布水器12側(cè)，可以避免與冰接觸，從而更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)水降溫。

較佳地，如圖1所示，在蓄水容器1內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器13，用于監(jiān)測(cè)水溫，優(yōu)選地，可以在垂直方向上布置多個(gè)溫度傳感器13，用于監(jiān)測(cè)每層水的水溫。

較佳地，第一供水管控制閥41、第二供水管控制閥61、第三供水管控制閥71、第四供水管控制閥81和第五供水管控制閥91分別為電動(dòng)閥。

電動(dòng)閥與溫度傳感器13信號(hào)連接。

通過(guò)溫度傳感器13傳遞來(lái)的水溫信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)啟或閉合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

當(dāng)然，閥門23、回流管控制閥51也可以為電動(dòng)閥。

在蓄冷操作時(shí)，如溫度傳感器13監(jiān)測(cè)到上布水器11處的水溫大于4℃，則將溫度信號(hào)傳遞至各電動(dòng)閥，此時(shí)，閥門23、第三供水管控制閥71和第四供水管控制閥81自動(dòng)開(kāi)啟，其余閥門全部自動(dòng)關(guān)閉。

如溫度傳感器13監(jiān)測(cè)到上布水器11處的水溫小于或等于4℃，則將溫度信號(hào)傳遞至各電動(dòng)閥，此時(shí)，閥門23繼續(xù)運(yùn)行、第一供水管控制閥41和第五供水管控制閥91自動(dòng)開(kāi)啟，其余閥門全部自動(dòng)關(guān)閉。

如圖1-3所示，本發(fā)明一實(shí)施例還提供一種水蓄冷裝置的控制方法，包括如下步驟：

蓄冷：

通過(guò)熱交換器2與蓄水容器1內(nèi)的水進(jìn)行熱交換，降低蓄水容器1內(nèi)水的溫度。

放冷：

將蓄水容器1內(nèi)的冷水依次經(jīng)下布水器12、第一供水管4、水泵3和第二供水管6輸送至待降溫區(qū)域進(jìn)行熱交換，經(jīng)過(guò)熱交換后的熱水經(jīng)回流水管5、上布水器11回到蓄水容器1內(nèi)。

該處所指的冷水與熱水僅為相對(duì)概念。

較佳地，該控制方法還包括如下步驟：

在蓄冷時(shí)：

如果上布水器11處的水的溫度超過(guò)預(yù)設(shè)溫度，則采用上布水器11排水，下布水器12進(jìn)水的方式進(jìn)行蓄冷。

如果上布水器11處的水的溫度低于或等于預(yù)設(shè)溫度，則采用下布水器12排水，上布水器11進(jìn)水的方式進(jìn)行蓄冷。

預(yù)設(shè)溫度優(yōu)選為4℃。

上述兩種蓄冷方式可以在不同的溫度下，保持蓄水容器1內(nèi)的較小的斜溫層，提高蓄冷容器的蓄冷效率。

較佳地，在采用上布水器11排水，下布水器12進(jìn)水的方式進(jìn)行蓄冷時(shí)：

蓄水容器1內(nèi)的水的慣性力朝向上布水器11側(cè)。

在水泵3的作用下，蓄水容器1內(nèi)頂部的水經(jīng)第三供水管道7、第四供水管道8和下布水器12進(jìn)入蓄水容器1內(nèi)，從而保持使得進(jìn)入蓄水容器內(nèi)的水在熱交換之后的密度大于在熱交換之前的密度，使得密度大的水保持位于蓄水容器的下方。

在采用下布水器12排水，上布水器11進(jìn)水的方式進(jìn)行蓄冷時(shí)：

蓄水容器1內(nèi)的水的慣性力朝向下布水器12側(cè)；

在水泵3的作用下，蓄水容器1內(nèi)底部的水經(jīng)第一供水管道4、第五供水管道9和上布水器11進(jìn)入蓄水容器1內(nèi)，從而保持使得進(jìn)入蓄水容器1內(nèi)的水在熱交換之后的密度小于在熱交換之前的密度，使得密度小的水保持位于蓄水容器的上方。

較佳地，在蓄冷時(shí)，向介質(zhì)輸送管21內(nèi)輸送溫度在0℃以下的冷卻介質(zhì)，蓄水容器1內(nèi)的水最終能夠達(dá)到0℃，并允許形成冰水混合狀態(tài)，提高了蓄冷的冷量。

冷卻介質(zhì)可以為乙二醇或鹽水，冷卻介質(zhì)的溫度可以在0℃以下不會(huì)結(jié)冰，從而使得蓄水容器1內(nèi)的水可以達(dá)到冰水混合狀態(tài)，起到良好的蓄冷效果。冷卻介質(zhì)的溫度優(yōu)選為在-6℃至-4℃之間，制冷效果好。蓄水容器1內(nèi)的水在達(dá)到冰水混合狀態(tài)時(shí)，其溫度為0℃，提高了儲(chǔ)冷量，并能實(shí)現(xiàn)快速放冷，滿足用戶需求。

根據(jù)需要，可以將上述各技術(shù)方案進(jìn)行結(jié)合，以達(dá)到最佳技術(shù)效果。

以上所述的僅是本發(fā)明的原理和較佳的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在本發(fā)明原理的基礎(chǔ)上，還可以做出若干其它變型，也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。