專利名稱：冰蓄熱制冷機系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冰蓄，熱制冷機系統(tǒng)，具體地說，涉及一種可用于普通建筑物或類似房屋的空調(diào)機構(gòu)內(nèi)的冰蓄熱制冷機系統(tǒng)。
業(yè)已開發(fā)出一種作為利用子夜電力的冷卻系統(tǒng)的冰蓄熱制冷機系統(tǒng)，這種系統(tǒng)很經(jīng)濟，已用作節(jié)能和節(jié)省空間的建筑物冷卻系統(tǒng)。
典型的冰蓄熱制冷機系統(tǒng)包括構(gòu)成制冷機的鹽水通路、冰蓄熱槽、水熱交換器、鹽水泵和控制閥，它們由管道連接；以及一構(gòu)成此水熱交換器的冷水通路、冷負(fù)荷以及冷水泵，它們也由管道連接。鹽水在制冷機中冷卻，用來冷凍冰蓄熱槽中的水，由此而將熱(在此為負(fù)熱)存儲于冰蓄熱槽中。當(dāng)要放熱時，由冰蓄熱槽中所含的冰的熔化熱將鹽水冷卻，再把此鹽水引入水熱交換器中來冷卻冷水，由此而把冷卻能力供給冷負(fù)荷。
但在傳統(tǒng)的冰蓄熱冷凍機系統(tǒng)中，負(fù)荷的測量與預(yù)測迄今都是采用先進(jìn)的計算機工藝進(jìn)行的，因而需要復(fù)雜和價昂的控制。
此外，在傳統(tǒng)的制冷機系統(tǒng)中，主要起作用的是制冷機，而蓄熱槽僅僅用作為輔助裝置。因此，蓄熱槽的冷卻本領(lǐng)并未得到充分利用，這在白晝使制冷機工作時就需要很高的費用，同時加大了機器的負(fù)載量。
為此，本發(fā)明的一個目的即在于在解決上述問題同時提供一種節(jié)能和低費用的冰蓄熱制冷機系統(tǒng)，它能使蓄熱槽充分有效地利用，而且只用到一種簡單的測量儀器。
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了這樣一種冰蓄熱制冷機系統(tǒng)，它具有實質(zhì)上構(gòu)成制冷機的一種鹽水通路、冰蓄熱槽、水熱交換器、鹽水泵以及若干控制閥，它們由管道連接；和實質(zhì)上構(gòu)成了上述水熱交換器的一種冷水通道、冷負(fù)荷以及一臺冷水泵，它們也由管道連接，使得鹽水在制冷機中冷卻，而由此鹽水冷凍冰蓄熱槽中的水，這樣便貯存了熱，而當(dāng)排熱時便由冰蓄熱槽中的冰的熔解熱來冷卻鹽水，然后將此鹽水引入水熱交換器中來冷卻冷水，由此得以利用冷卻本領(lǐng)，其中，冰蓄熱制冷機系統(tǒng)中包括有這樣的裝置用來探測保留于冰蓄熱槽中的貯存熱量，同時用來探測從冰蓄熱槽中排出的熱量，用以計算從冰蓄熱槽中所保留的貯存熱量中可以排出的熱量。
在本發(fā)明中，這一允許排出的熱量可以通過下述方式測定相對于一段預(yù)定的時間計算一平均值，或者依據(jù)時間來對允許排出的熱量值加權(quán)。
此外，在上述的冰蓄熱制冷機系統(tǒng)中，這類用來探測冰蓄熱槽中所保留的的貯存熱量的裝置可以是設(shè)在此槽中的水位表，或是設(shè)在鹽水通道中的量熱計，或是設(shè)在鹽水通道中分處于此槽的上游與下游側(cè)處的溫度傳感器和設(shè)在鹽水通道中一流量計的組合形式；而用來探測從冰蓄熱槽中排出的熱量的裝置則可以是設(shè)在鹽水通道中的量熱計，或是設(shè)在鹽水通道中分處在冰蓄熱槽上游與下游側(cè)的溫度傳感器和設(shè)在此通道中的流量計的組合形式。
在這種冰蓄熱制冷機系統(tǒng)中，已然貯存中冰蓄熱槽中的熱量應(yīng)根據(jù)負(fù)荷來處理，使其滿足下述要求(1)從有效利用子夜電力的觀點考慮，應(yīng)該盡可能用掉貯存的熱量；(2)從減少機器負(fù)載量的觀點考慮，在白晝時只需由制冷機補充不足的熱量。
這就是說，當(dāng)負(fù)荷小時，要是此系統(tǒng)的運行主要靠制冷機工作時，就會有過量的熱保持于冰蓄熱槽中。另一方面，要是當(dāng)負(fù)荷大和此冰蓄熱槽中的熱量耗用過頭時，就不能應(yīng)付峰值負(fù)荷運行。對此進(jìn)行控制的關(guān)鍵便是操作此系統(tǒng)使它不會發(fā)生這類問題。為此，通常的辦法是對負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測并利用先進(jìn)的計算機進(jìn)行負(fù)荷計算，于是至今所從事的這類控制是過份復(fù)雜和高費用的。
本發(fā)明中設(shè)置了用來探測冰蓄熱槽中所保留的貯存熱量的和用來探測此冰蓄熱槽中排出的熱量的裝置，從而能根據(jù)探測出的值來確定最佳允許的排出熱量。例如，如圖2所示，測定出擬排出的熱量，使得不足的熱量可通適當(dāng)?shù)胤植己屠冒讜冎欣湄?fù)荷大的時間區(qū)中貯存于冰蓄熱槽中的熱量來補充。經(jīng)這樣處理后，減輕了機器的負(fù)載量，還能充分利用此槽中貯存的熱量。
通過下面結(jié)合以舉例方式示明本發(fā)明最佳實施例時用到的附圖所進(jìn)行的描述，將可更清楚地理解本發(fā)明上述的和其它的目的、特點與優(yōu)點。


圖1是用來說明本發(fā)明的冰蓄熱制冷機系統(tǒng)的鹽水流程圖；圖2示明此冰蓄冷制冷機系統(tǒng)的運行實例；圖3是一曲線圖，表明了剩余的貯存熱量與允許排出的熱量之間的關(guān)系；圖4是表明依據(jù)本發(fā)明的冰蓄熱制冷機系統(tǒng)的一個實例的鹽水流程圖5是表明依據(jù)本發(fā)明的冰蓄熱制冷機系統(tǒng)的另一個實例的鹽水流程圖；而圖6是一曲線圖，表明了剩余的貯存熱量與允許排出的熱量之間的關(guān)系。
下面將參考附圖具體說明本發(fā)明，但本發(fā)明則不必受所描述的最佳實施例的限制。
圖1是用來闡明本發(fā)明的冰蓄熱制冷機系統(tǒng)的流程圖。
在圖1中，參考數(shù)號1指制冷機，2指冰蓄熱槽，3是指水熱交換器，4指鹽水泵，5指控制閥，6指控制閥，7指鹽水泵，8指冷水管，9指裝附在冷水管8上的溫度傳感器，14指分流電路而15指冷水泵。
在此冰蓄熱制冷機系統(tǒng)中，在貯熱的作業(yè)過程中，制冷機1產(chǎn)生的冷鹽水例如在-5℃。此鹽水通過控制閥5繞過水熱交換器3，而整個鹽水則通過控制閥6引入到冰蓄熱槽2內(nèi)。在此冰蓄熱槽2中，鹽水使此槽中的水凍冰。
由于將熱施加給冰蓄熱槽2中水的結(jié)果，鹽水的溫度例如升高到約-2℃，然后流出此槽2再返回到制冷機1中來完成一個循環(huán)。之所以通過控制閥5來繞過水熱交換器3，在于防止水在熱交換器3中凍結(jié)，不然將會損傷此熱交換器。
在放熱作業(yè)(冷卻作業(yè))中，鹽水通過利用冰蓄熱槽2中冰的熔解熱而冷卻，而此系統(tǒng)受控制成，使得在水熱交換器出口9處的冷水溫度達(dá)到一預(yù)定溫度(例如7℃)。
確切地說，當(dāng)冷水在9處的溫度高于一目標(biāo)溫度時，通過控制閥5，增加了將引入水熱交換器3中的鹽水量，由此便增加了用于冷卻的輸出。相反，當(dāng)冷水在9處的溫度低于一目標(biāo)溫度時，擬引入到水熱交換器3中的鹽水量便通過控制閥5而減少，因而便減少了用于冷卻的輸出。按上述方式對冷水溫度進(jìn)行了控制。
當(dāng)冷負(fù)荷的要求不能夠僅僅由從冰蓄熱槽中的熔解熱來滿足時，此時啟動制冷機1，而由冰蓄槽與制冷機兩者來進(jìn)行冷卻。至于制冷機1何時應(yīng)該啟動，例如可通下述方式來判斷，即去探測鹽溫度是否已超過一預(yù)定溫度或是冷水溫度是否已超過一預(yù)定溫度。
下面說明冰蓄熱槽2中余留的貯存熱量與允許排出的熱量間的關(guān)系。
圖3是一曲線圖，其中，余留的空調(diào)時間標(biāo)于槽軸，允許排出的的熱量標(biāo)于縱軸。假定余留時間T(h)的余留貯存熱量在某個時刻為Q—(Kcal)(陰影區(qū))，則下述關(guān)系式成立q＝Q/T(Kcal/h)(1)于是可以測定出從冰蓄熱槽允許輻射出的熱量q。
這樣，當(dāng)負(fù)荷很小，以致只需冰蓄熱槽就能供給所需全部熱量時，就不需啟動制冷機。當(dāng)負(fù)荷很大，就啟動制冷機來補償不足的熱量。從而冰蓄熱槽中的熱量沒有可能會被過分使用。
當(dāng)相對于余留時間T1(h)的余留貯存熱量是Q1時，對于此余留時間T1的允許輻射的熱量q1則給定為q1＝Q1/T (2)此時，在先前時間內(nèi)要是留剩有熱量ΔQ(即允許排出的熱量q與實際排出的熱量q′的差)未被使用，它就可在平均狀態(tài)下作為Δq而加到繼后允許輻射的熱量中。
這種允許排出的熱量?？蛇B續(xù)地測定，但也可按約30分鐘至1小時的時間間隔近似地測定。
當(dāng)以約1小時的時間間隔近似地計算允許排出的熱量時，在先前一小時中余剩未用的熱量可以加到用于繼后一小時允許排出的熱量中。這就是說，上述的布置方式可使對每個小時事先測定出的允許排出的熱量q以及在先一小時余剩未用的熱量，添加到隨后一小時允許排出的熱量中。例如，將在完成熱貯存時刻所貯存的熱量或在開始熱排出作業(yè)時刻所貯存的熱量Q相對于空調(diào)時間T分配，這樣就能事先給出每小時所允許排出的熱量，并能把先前一小時中余留的未用熱量，亦即Δqn-1＝qu-1—q′u-1(qu-1前一個小時允許排出的熱量；q′u-1前一個小時中所排出的熱量)，添加到下一個小時允許排出的熱量中。這樣qu＋Δqu-1便被確定為一個新的允許排出的熱量而代替qn。
圖4是一個流程圖，說明本發(fā)明的冰蓄熱制冷機系統(tǒng)的一個實例。
在圖4中，參考數(shù)號與圖1中相同的指同一部件，有一量熱計10設(shè)在冰蓄熱槽的管線上，由此可以測量排出的熱量。還能通過設(shè)置溫度傳感器12與13和流量計11，根據(jù)冰蓄熱槽上游端與下游端之間的溫度差同流率的剩積，來計算排出的熱量。
應(yīng)該注意到，溫度傳感器12與13和流量計11可以設(shè)在冰蓄熱槽的上游與下游側(cè)，包括分流電路14，如圖5所示。
還應(yīng)注意到，圖4與圖5中的三向閥5與6可以置換為一對雙向閥(亦即一對雙向閥可以替換一個三向閥)。
在圖4與5中，引入冰蓄熱槽2中的鹽水量由控制閥6控制，使允許排出的熱量和排出去的熱量相互一致。
更具體地說，當(dāng)探測出的排出的熱量小于允許排出的熱量時，就通過控制閥6來增加引入槽2中的鹽水量；而當(dāng)探測出的排出的熱量大于允許排出的熱量時，便減少引入槽2中的鹽水量，由此來減少排出的熱量。
但是，當(dāng)負(fù)荷小于允許排出的熱量時，即使把全部鹽水引入到槽2中，也不會顯著地增加排出的熱量，結(jié)果導(dǎo)致多余的允許排出的熱量。
由控制閥6進(jìn)行控制而使得允許排出的熱量與排出的熱量相互一致的事實意味著，控制閥6經(jīng)控制成，能在允許排出熱量的范圍內(nèi)使排出熱量達(dá)到最大限度。
當(dāng)冷卻負(fù)荷大到它不能僅僅由前述允許排出的熱量來滿足其要求時，便啟動制冷機1，由此用槽2與制冷機1兩者來進(jìn)行冷卻。至于制斷制冷機1應(yīng)該啟動的時刻，例如當(dāng)探測出鹽水溫業(yè)已超過一預(yù)定溫度時即可。另一方面，當(dāng)冷卻負(fù)荷小到所需的熱量少于所需排出的熱量時，便中止制冷機1的工作而只由槽2來進(jìn)行冷卻。為了判斷是否應(yīng)中止制冷機的工作，例如可據(jù)探測出的鹽水溫度是否低于一預(yù)定溫度而定。
當(dāng)此負(fù)荷很大時，用到3所有的允許排出的熱量。但當(dāng)此負(fù)荷小到排出的熱量少于所需排出的熱量時，超出允許排出的熱量部分便加到允許排出的熱量中供下一個小時用。
另外，對于余留的貯存熱量的探測，例如可以根據(jù)冰蓄熱槽2中的水位近似地估算出。這是由于隨著槽2中余留的貯存熱量因冰的形成而增加時，水位即升高；隨著此貯存的熱量由于放熱而減少時，此水位即下降。
于是能夠根據(jù)水位從基準(zhǔn)水位0(即槽2中沒有冰時的水位)所升高的量，來判斷貯存的熱量。在放熱作業(yè)中，于一特定時刻保留在槽2中的貯存熱量，可以根據(jù)水位表16的水位探測出。
還能根據(jù)從完成蓄熱時刻所貯存的額定熱量中排出的熱量來計算余留的貯存熱量。
也就是說，通過從完成蓄熱時刻所貯存的熱量中減去排出的熱量，就可探測出余留的貯存熱量。如上所述，此排出的熱量可以用量熱計10測量出，或可根據(jù)溫度傳感器12與13探測出的溫度差和流量計11探測出的流率兩者之積(流率X溫度差)計算出。
一般，空調(diào)的負(fù)荷受到外側(cè)空氣的影響，因而大負(fù)荷存在于約11.00至約15.00之間。于是，通過按時間對計算出的熱量加權(quán)，甚至可以更恰當(dāng)?shù)販y定出允許排出的熱量q。
例如，假定所輻射出的熱量比例確定為從8至11點鐘比例系數(shù)a＝1從11至15點鐘比例系數(shù)a＝2從15至18點鐘比例系數(shù)a＝1則在冷負(fù)荷大的白晝，甚至能更恰當(dāng)?shù)貪M足這段時間的要求。由于用電的峰值時間具體是在13.00至15.00，擬排送出的熱量比例可確定為從8至11點鐘比例系數(shù)a＝1從11至13點鐘比例系數(shù)a＝2從13至15點鐘比例系數(shù)a＝3從15至18點鐘比例系數(shù)a＝1通過如上所述對計算出的熱量加權(quán)，就可以使測定出的允許排出的熱量甚至更準(zhǔn)確地與負(fù)荷對應(yīng)。此外，根據(jù)冰蓄熱槽2的負(fù)載量，在13點鐘至15點鐘時，可以中止制冷機的工作。
此外，還可以通過事先將所貯存的能量作為100％對每個小時進(jìn)行分配來給出允許排出的熱量的，例如8～11點鐘允許排出的熱量7.0％/h11～15點鐘允許排出的熱量14.5％/h15～18點鐘允許排出的熱量7.0％/h此時，在上一小時余留未用的熱量可以加到隨后的一個小時的允許排出的熱量中。或者也可以換一種安排方式，將前一個小時余留未用的熱量相對于余留的空調(diào)時間的小時數(shù)均等地分配，而把所分得的結(jié)果加到每個小時允許排出的熱量中。
例如在上述情形中，可按下述方式將前一小時余留未用的熱量加到隨后一小時的允許排出的熱量中當(dāng)在8點至9點的一小時內(nèi)只用了5％的貯存熱量時，則在9點至10點下一個小時中允許排出的熱量將確定為(7＋2)％＝9％。
圖6是一個曲線圖，表明一冰蓄熱制冷機系統(tǒng)的運行時間與允許排出的熱量之間的關(guān)系。此曲線圖表明了在10點鐘時來確定允許排出的熱量的例子。假定此系統(tǒng)持續(xù)運行到18點鐘。
虛線表明了未加權(quán)的允許排出的熱量。實線表明按如下加權(quán)的允許排出的熱量8至11點鐘比例系數(shù)a＝111至13點鐘比例系數(shù)a＝213至15點鐘比例系數(shù)a＝315至18點鐘比例系數(shù)a＝1
盡管在上面描述了冰蓄熱設(shè)備在夏季中的冷卻作業(yè)，但本發(fā)明能夠類似地應(yīng)用于將熱水用作冬季蓄熱的情形。此時的制冷機起著一臺熱泵的作用，而熱則貯存于冰蓄熱槽中的水中。
正如上面所詳細(xì)描述到的，本發(fā)明提供了一種省能和低用費的冰蓄熱制冷機系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種冰蓄熱制冷機系統(tǒng)，它具有實質(zhì)上構(gòu)成一制冷機的鹽水通道；一種冰蓄熱槽；一種水熱交換器；一種鹽水泵以及若干控制閥，它們由管道連接；還具有實質(zhì)上構(gòu)成上述水熱交換器的冷水通道；冷負(fù)荷以一個冷水泵，它們也由管道連接，使得鹽水在上述制冷機中冷卻而在此冰蓄熱槽的水由此鹽水冷凍，由此來貯存熱量，而當(dāng)排熱時，此鹽水通過上述槽中冰的熔解熱而冷卻，同時，鹽水便引入到所說水熱交換器中來冷卻冷水，由此得以利用冷卻本領(lǐng)，此冰蓄熱制冷機系統(tǒng)包括有用來探測保留于冰蓄熱槽中的貯存熱量和從此槽排出的熱量的裝置，用以計算從此冰蓄熱槽中所保留的貯存熱量中可以排出的熱量。
2.如權(quán)利要求1所述的冰蓄熱制冷機系統(tǒng)，特征在于上述允許排出的熱量是通過相對于一段預(yù)定時間來計算平均值來測定，或通過根據(jù)時間對所計算的量加權(quán)來測定。
3.如權(quán)利要求1或2所述的冰蓄熱制冷機系統(tǒng)，特征在于所說用來測定保留于所說冰蓄熱槽中的貯存熱量的裝置是一設(shè)在此槽中的水位表，或是設(shè)在前述鹽水通道中分處于此槽的上游與下游側(cè)處的溫度傳感器和設(shè)在此鹽水通道中一流量計的組合形式。
4.如權(quán)利要求1或2所述的冰蓄熱制冷機系統(tǒng)，特征在于所說用來探測從前述冰蓄熱槽中排出的熱量的裝置是一設(shè)在前述鹽水通道中的量熱計，或是設(shè)在此鹽水通道中分處在此冰蓄熱槽上游與下游側(cè)的溫度傳感器和設(shè)在此鹽水通道中一流量計的組合形式。
5.如權(quán)利要求3所述的冰蓄熱制冷機系統(tǒng)，特征在于所說用來探測從前述冰蓄熱槽中排出的熱量的裝置是一設(shè)在前述鹽水通道中的量熱計，或是設(shè)在此鹽水通道中分處在此冰蓄熱槽上游與下游側(cè)的溫度傳感器和設(shè)在此鹽水通道中一流量計的組合形式。
全文摘要
一種冰蓄熱制冷機系統(tǒng)，它具有實質(zhì)上構(gòu)成制冷機的鹽水通路、冰蓄熱槽、水熱交換器、鹽水泵與控制閥，以及構(gòu)成為此水熱交換器的冷水通道、冷負(fù)荷與冷水泵。鹽水在制冷機中冷卻后再冷卻上述槽中的水而將熱貯存；排熱時則由槽中的冰的熔解熱來冷卻鹽水，再將此鹽水引入水熱交換器中來冷卻冷水。此系統(tǒng)尚有用來探測保留于槽中的貯存熱量和從此槽中排出的熱量的裝置，用以計算可從槽中排出的保留的貯存能量。由此構(gòu)成節(jié)能低成本的系統(tǒng)。
文檔編號F25D17/02GK1118866SQ95108949
公開日1996年3月20日 申請日期1995年7月18日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月18日
發(fā)明者田中祥治, 井上修行, 加藤恭一 申請人:株式會社荏原制作所