一种固定冷站系统及实现方法与流程

本发明涉及制冷技术领域，具体的说，是涉及一种固定冷站系统及实现方法。

背景技术：

冷链泛指冷链物流（coldchainlogistics），表示冷藏冷冻类食品在生产、仓储、运输的整个环节始终处于规定的低温区环境，以避免相应物品因气温问题出现变质。冷链的适用范围如下：蔬菜、水果、肉类、禽蛋、水产等初级农产品，速冻食品、冰淇淋、奶制品等初加工食品，药品类特殊产品。

当前冷链主要用于食品运送，由于食品冷链是以保证易腐食品品质为目的，主要采用低温保存与运输，所以它比一般常温物品的物流系统要求更高更复杂同时能耗也更大，建设投资也要大很多，是一个庞大的系统工程。

现有的冷站由压缩机、蒸发器等结构构成制冷系统，制冷系统生产的冷能直接送到急冻区和冷冻区进行冷冻或冷藏。这样的冷站不具有储冷系统，冷能稳定性不足，需要依靠自动监测设备日夜不停的启动进行制冷，耗费了大量的能源，同时也消耗了大量的资金成本。另外在冷站进行进出货时会导致整个冷站的冷能量不足，进而容易发生物品变质的风险。

现有的冷站结构均采用风扇吹蒸发器形成空气对流，进而实现空冷式制冷，热交换效率低，导致制冷效率低、能耗大。

上述缺陷，值得解决。

技术实现要素：

为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种固定冷站系统及实现方法。

本发明技术方案如下所述：

一种固定冷站系统，包括控制系统及与所述控制系统连接的制冷系统、冷藏库、储冷库，所述制冷系统与所述冷藏库之间、所述制冷系统与所述储冷库之间、所述制冷系统与待制冷设备之间、所述储冷库与所述待制冷设备之间均设有充冷装置，

所述控制系统控制所述制冷系统、所述冷藏库、所述储冷库的运行，并控制所述制冷系统与所述冷藏库、所述储冷库之间的液体流动；

所述制冷系统用于在用电低谷时进行制冷，并将储冷的液体循环至所述冷藏库、所述储冷库中；

所述冷藏库用于接收所述制冷系统输送来的液体并对其内部的物品进行低温保温，升温后的液体输送回所述制冷系统；

所述储冷库与所述待制冷设备连接，并对其进行充冷。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述制冷系统、所述冷藏库以及所述储冷库内分别设有对应的温度感应器和液位感应器，所述温度感应器和所述液位感应器均与所述控制系统连接。

根据上述方案的本发明，其特征在于，充冷装置包括电控阀体和水泵，所述电控阀体和所述水泵均与所述控制系统连接，位于所述制冷系统与待制冷设备之间、所述储冷库与所述待制冷设备之间的所述充冷装置还包括快换接头。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述制冷系统内设有相变存储区和制冷区，所述相变存储区内设有循环冷却液，所述制冷区内设有制冷冷却液，所述循环冷却液实现所述制冷系统、所述冷藏库以及所述储冷库之间的循环。

进一步的，所述循环冷却液的固液相变温度低于所述制冷冷却液的固液相变温度。

进一步的，所述冷藏库内设有若干温区，所述温区内设有保温冷却液，所述相变存储区输送的循环冷却液置于所述保温冷却液的外部。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述储冷库内存储有储冷冷却液。

另一方面，一种固定冷站系统的实现方法，其特征在于，包括制冷的步骤、充冷的步骤，

在制冷的步骤中，控制系统控制压缩机在用电低谷时对制冷系统进行制冷，使得所述制冷系统中的制冷冷却液结冰，且循环冷却液处于液体状态；

在充冷的步骤中，所述控制系统控制所述循环冷却液运输至冷藏库和储冷库，所述冷藏库中温区内的保温冷却液对所述冷藏库内的循环冷却液进行保温。

根据上述方案的本发明，其特征在于，在制冷的步骤中，所述控制系统实时或定时检测所述制冷系统内的液位和温度，并根据内部液位进行循环冷却液的循环，根据内部温度进行制冷。

根据上述方案的本发明，其特征在于，在充冷的步骤中，所述控制系统实时或定时检测所述冷藏库和所述储冷库内的液位和温度，并根据所述冷藏库或所述储冷库内的液位/温度进行循环冷却液的输送。

根据上述方案的本发明，其有益效果在于，本发明利用相变材料将冷站的冷能进行存储，使得冷站的压缩机无需长时间处于工作状态，充分节省了电力资源，同时保证了设备的使用寿命，并且节省了资金成本；同时采用液体换热的方式，提升压缩机的制冷效率，降低制冷单位电量。本发明通过冷藏库对冷站的物品进行低温存储，保证了物品不会变质，同时在冷站进出货时只需对储冷库的冷量进行充放，不会影响冷站其他部分的冷能，进而不会引起冷站内物品的变质；同时对外部运输设备进行快速充冷，形成完善的冷链系统，降低冷链的运输成本。

附图说明

图1为本发明的系统结构图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明对外部运输设备快速充冷的示意图。

在图中，10-制冷系统；11-相变存储区；111-循环冷却液；12-制冷区；121-制冷冷却液；13-压缩机；131-冷凝器；132-蒸发器；

20-冷藏库；21-第一温区；22-第二温区；23-第三温区；

30-储冷库；31-储冷冷却液；

41-电控阀体；42-水泵；43-快换接头；

50-冷藏车；51-冷箱。

具体实施方式

下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：

如图1、图2所示，一种固定冷站系统，包括控制系统及与控制系统连接的制冷系统10、冷藏库20、储冷库30，制冷系统与冷藏库之间、制冷系统与储冷库之间、制冷系统与待制冷设备之间、储冷库与待制冷设备之间均设有充冷装置。其中，控制系统控制制冷系统10、冷藏库20、储冷库30的运行，冷藏库20用于提供冷站内物品的冷藏环境，储冷库30用于为外部的待制冷设备进行充冷，另外，控制系统通过控制充冷装置的运行，进而控制各个部分之间冷能的交换。

本发明由制冷系统10提供制冷，为冷藏库20和储冷库30提供冷能，采用集中式的制冷，保证了系统集中化控制，提高工作效率，减少营作中冷量溢出损失；通过将冷藏库20和储冷库30分离，避免在对外部的待制冷设备进行充冷的时候影响冷藏库20内物品的存放，同时冷藏库20和储冷库30布局压缩机和制冷装置，可以大幅度降低冷站的能耗。

本发明所述的冷能指的是利用相变材料作为载体，通过相变材料相变过程而转化的能量。当相变材料由液体状态转化为固体状态时，会释放热量，理解为释放热能；当由固体状态转化为液体状态时，会吸收热能，理解为释放冷能。本发明利用相变材料的物理相变过程来存储冷能，并利用充冷装置进行快速充冷。

1、制冷系统

制冷系统10采用压缩机13（工业制冷压缩机）进行制冷，压缩机与控制系统连接，控制系统控制压缩机的工作状态。并且，本发明中的制冷系统工作于用电低谷的时间段，在夜晚（用电低谷）时进行制冷，充分利用峰谷平工业用电的原理，可以节省制冷所消耗的资金成本。

另外，为了保证在用电高峰段和用电平时段的正常制冷或保温功能，本发明中的制冷系统10内设有相变存储区11和制冷区12，制冷区12用于提供制冷环境，相变存储区11用于存储冷量。具体的，制冷区12内设有制冷冷却液121，相变存储区11内设有循环冷却液111，循环冷却液111实现制冷系统10、冷藏库20以及储冷库30之间的循环，即可以通过循环冷却液111的循环实现制冷系统10、冷藏库20以及储冷库30之间冷量的循环。

为了保证制冷区12的制冷和相变存储区11的储冷，本发明采用液体相变原理进行保温。循环冷却液111的固液相变温度低于制冷冷却液121的固液相变温度，并且制冷系统10的运行控制温度介于循环冷却液111的固液相变温度与制冷冷却液121的固液相变温度之间。由于制冷冷却液121具有较高的固液相变温度，而循环冷却液111具有相对较低的固液相变温度，因此在制冷系统10运行于控制温度时，制冷冷却液121处于结冰状态（即固体状态），而循环冷却液111处于液体状态，利用制冷冷却液121对循环冷却液111进行冷能保温。

空气的比热容极低（cp=1.003kj/（kg*k）250k时），与水相比，空气无储热能力，传热能力也极低，导致空气不适用于大功率热运送及交换。本发明利用制冷冷却液121的固液相变吸收热量的原理来对循环冷却液111进行制冷保温，其可以充分增加保温的时间。以冰、水两种形态的温度变化为例进行说明：水的比热容为4.2kj/(kg.℃)，冰的比热容为2.1kj/(kg.℃)冰的溶解热为335kj/kg，冰的熔解热远大于水与冰的比热容，能以较小体积重量进行储能制冷。可以计算得到大约80千克水降低1℃才能熔化1千克冰，这就意味着用少量的冰就能让物品长期维持在低温区。

本发明利用上述原理，充分运用冷却液的溶解吸热来冷冻物品，特别是利用冷冻液在设定低温处相变以保证冷站长期处于低温状态，例如采用-30℃结冰状态的冷冻液，就能使得物品长期维持在-30℃附近。利用上述原理，再加上液体传送冷能减少的热损及极大的传送效率，本发明能够使得冷站的储冷作用为传统冷链冷站效果的八十倍。另外，本发明采用液体制冷，而非风冷方式进行制冷，通过采用液体相变材料与蒸发器的充分接触换热，极大提高了热交换效率，降低用电成本，同时减少能量耗散。

优选的，相变存储区11包围于制冷区12的外围，使得制冷区12内的制冷冷却液121能够实现对相变存储区11内相变冷却液111的制冷和保温效果。

优选的，压缩机与电源管理单元连接，电源管理单元与电源连接；压缩机的制冷线伸入制冷系统10的制冷区域内部并与蒸发器132连接，用于冷能的交换；压缩机还与冷凝器131通过排热线连接，冷凝器131上设有排风扇，用于排放内部热量。在具体实现过程中，制冷系统通过压缩机进行制冷，蒸发器在相变材料中吸热，进而实现相变材料的液固相变而储冷。

在一个具体实施例中，制冷冷却液选用固液相变温度为-40℃的冷却液，其外部的循环冷却液可以选用固液相变温度为-50℃的冷却液，而压缩机控制制冷系统工作于-45℃，可以使得制冷冷却液由液态转变为固态，而循环冷却液仍处于液体状态。不同规模的冷站系统所需的制冷系统的大小以及各个冷却液的种类不同，可以根据具体需求进行选择。

2、冷藏库

冷藏库20用于存储存放于冷站的物品，其对物流产品（如生鲜、蔬菜、药品等）进行出入库及冷藏。冷藏库20可以接收制冷系统输送来的液体（即循环冷却液111），并利用该液体实现对物品的低温保存；液体升温后循环回至制冷系统进行重复制冷。冷藏库20内不具有单独的制冷装置，可以充分减少冷站的能耗。

冷藏库10内设有存放物品的温区，与制冷系统的“保温”功能类似，本发明中的冷藏库采用冷却液的相变原理进行保温。具体的，温区内设有保温冷却液，相变存储区输送的循环冷却液置于保温冷却液的外部，并且保温冷却液的固液相变温度高于循环冷却液的固液相变温度，通过循环冷却液的循环对保温冷却液进行制冷，并通过保温冷却液对温区进行冷却保温。

在具体的实现过程中，低温状态下的循环冷却液进入冷藏库内的温区内，对温区内的保温冷却液进行制冷，由于循环冷却液的温度低于保温冷却液的固液相变温度，因此保温冷却液制冷至固态，而循环冷却液升温至稍高温度。后续工作过程中，停止循环冷却液的循环过程，此后保温冷却液实现对温区的保温，进而保证温区内的冷藏温度。

为了存储不同温度需求的物品，冷藏库20内设有若干温区，并控制不同的温区处于不同的冷藏温度。具体的不同温区内的保温冷却液的固液相变温度不同，采用不同固液相变温度的保温冷却液实现不同温度的不同冷藏温度。冷藏库20的不同温区在用电低谷时间段同时储冷，在白天冷力不足时（例如装入新物品），通过控制系统输入制冷系统内的循环冷却液111。

在一个具体实施例中，冷藏库20内设有第一温区21、第二温区22、第三温区23，第一温区21内设有第一保温冷却液，第二温区22内设有第二保温冷却液，第三温区23内设有第三保温冷却液，且第一保温冷却液的固液相变温度、第二保温冷却液的固液相变温度、第三保温冷却液固液相变温度均不同。

例如，第一保温冷却液选用固液相变温度为-40℃的冷却液，通过-40℃的冷却液提供-35℃的冷藏温度；第二保温冷却液选用固液相变温度为-15℃的冷却液，通过-15℃的冷却液提供-10℃的冷藏温度；第三保温冷却液选用固定液相变温度为0℃的冷却液，通过0℃的冷却液提供2～8℃的冷藏温度。

3、储冷库

储冷库30与外部的待制冷设备连接，用于对待制冷设备进行充冷，待制冷设备可以为冷藏车、冷冻桶，也可以为办公区的制冷器。具体的，储冷库30与制冷系统的相变存储区11连接，通过液体的循环获得冷能并进行储存，为待制冷设备的充冷做准备。优选的，储冷库30与待制冷设备之间通过快换接头连接，实现快速传输冷却液。

本发明中储冷库30内不具有单独的制冷装置，可以充分减少冷站的能耗；另外，本发明将储冷库30与冷藏库20分离可以避免储冷库30对外进行充冷时影响冷站内物品的冷藏效果。

本发明中储冷库30内存储有储冷冷却液31，储冷冷却液31的固液相变温度高于循环冷却液111的固液相变温度，通过循环冷却液111对储冷冷却液31进行制冷。优选的，储冷冷却液为过冷液体，循环冷却液111将储冷冷却液31制冷至其临界状态，后续使用过程中，利用过冷原理及快换接头对待制冷设备进行充冷。

本发明通过储冷库作为“中间设备”对外部待制冷设备进行充冷，可以同时多次加注多台待制冷设备。此处的储冷库为大型冷库，主要是指在现有各大物流中心所建立的冷库，用于对大量蔬果食品进行冷冻冷藏的库房。

4、充冷装置

充冷装置包括电控阀体41、水泵42及快换接头43，电控阀体41、水泵42及快换接头43均与控制系统连接。具体的，位于制冷系统10与冷藏库20之间、制冷系统10与储冷库30之间、制冷系统10与待制冷设备之间的充冷装置为水泵42；位于制冷系统10与待制冷设备之间、储冷库30与待制冷设备之间的充冷装置还包括电控阀体41和快换接头43。

控制系统通过控制电控阀体41和快换接头43的打开/关闭实现制冷系统10与待制冷设备之间、储冷库30与待制冷设备之间冷却液流通的控制，同时快换接头43实现液体的快速流动；通过控制水泵42的运行实现制冷系统10与冷藏库之间、制冷系统10与储冷库30之间、制冷系统10与待制冷设备之间冷却液的流动。

5、控制系统

控制系统用于监测各部件单元的工作情况，并控制整个冷站的正常运行。具体的，控制系统用于控制压缩机13的运行，以便使其能在冷力不足时进行制冷，并控制制冷系统10工作于用电低谷时间段；控制系统还控制动力系统及开关系统，通过控制系统和开关系统控制循环冷却液111在制冷系统10与冷藏库20、储冷库30之间的流动状态，以便通过循环冷却液111的流动保证制冷系统10、冷藏库20、储冷库30正常的制冷、保温效果。

在一个具体实施例中，制冷系统10、冷藏库20以及储冷库30内分别设有对应的温度感应器（图中未示出，下同），温度感应器与控制系统连接，控制系统通过温度感应器感应制冷系统10、冷藏库20以及储冷库30内不同位置的温度，实现实时监测的功能，以便在制冷系统10、冷藏库20或储冷库30温度不足时进行循环冷却液111的流动，确保制冷系统10、冷藏库20以及储冷库30的制冷和冷藏效果。

在一个具体实施例中，制冷系统10、冷藏库20以及储冷库30内分别设有对应的液位感应器（图中未示出，下同），液位感应器与控制系统连接，控制系统通过液位感应器感应制冷系统10、冷藏库20以及储冷库30内不同位置的冷却液的液位，实现实时监测的功能，以便在制冷系统10、冷藏库20或储冷库30中循环冷却液111不足时进行循环冷却液111的流动，确保制冷系统10、冷藏库20以及储冷库30的制冷和冷藏效果。

如图2、图3所示，本发明的固定冷站系统对外部设备（如冷链运输车，即冷藏车50）进行充冷的过程中：

a.固定冷站系统进行制冷准备，通过控制系统控制压缩机13工作，进而实现制冷冷却液121对循环冷却液111的充冷，使得制冷冷却液121处于冰点温度之下（即处于固态），同时循环冷却液111、储冷冷却液31处于液体状态，温度控制在冰点附近；

b.冷藏车50进入固定冷站的指定充冷位置，并连接快换接头43，该冷藏车50内存放两种液体a、b，液体a放置于容器（即冷箱51）中，溶液b放置于容器内部的铜管中；

c.控制系统开启，驱动储冷库30中的储冷冷却液31灌入冷藏车50的容器中，并换出冷藏车50内已经变为室温的冷却液，同时驱动制冷系统10内的循环冷却液111进入容器内部的铜管中并不断循环，对置换后的a液体进行充冷；

d.温度感应器和液位感应器检测到容器内的液体a均变为固体后结束充冷过程，卸下快换接口，将冷藏车驶出充电工位。

固定冷站系统对外部设备进行快速充冷，避免外部设备在运输过程中不断消耗柴油进行降温，不仅可以降低原料成本，同时降低了环境污染。

本发明还公开了上述固定冷站系统的实现方法，具体包括制冷的步骤、充冷的步骤：在制冷的步骤中，控制系统控制压缩机在用电低谷时对制冷系统进行制冷，使得制冷系统中的制冷冷却液结冰，且循环冷却液处于液体状态；在充冷的步骤中，控制系统控制循环冷却液运输至冷藏库和储冷库，冷藏库中温区内的保温冷却液对冷藏库进行保温。

本发明的充冷步骤还包括对待制冷设备（如冷藏车）的充冷步骤。具体的：连接待制冷设备与固定冷站系统，控制系统控制储冷库内的储冷冷却液置换待制冷设备内容器中的冷却液；控制系统控制制冷系统中的循环冷却液进入待制冷设备内容器的铜管内，并对容器中的冷却液进行制冷；制冷完成后，断开待制冷设备与固定冷站。

在制冷结束后或充冷完成后，本发明的固定冷站系统的实现过程还包括保温的过程。具体的，随着冷藏库/待制冷和设备内物品的保温所需、周围环境热量散发等，系统内部的温度逐渐升高，此时制冷冷却液的逐渐进行溶解，在溶解过程吸收周围循环冷却液的温度，进而实现对循环冷却液的制冷、保温效果。

为了保证制冷系统、冷藏库以及储冷库的工作状态，本发明在制冷的步骤中，控制系统实时或定时检测制冷系统内的液位和温度，根据各部分的液位进行循环冷却液的循环，以保证各部分冷却液状态的平衡；根据内部温度进行制冷，以便保证制冷系统内的冷量能供整个冷站的需要。

同理，为了保证充冷过程中或过程后的制冷、保温效果，本发明在充冷的步骤中，控制系统实时或定时检测冷藏库和储冷库内的液位和温度，并根据冷藏库或储冷库内的液位/温度进行循环冷却液的输送。

本发明一方面运用相变材料（冷却液）的固液相变吸热原理，通过液固转换大量吸收冷能的方式进行冷热交换及储冷，并通过其固液转换释放冷能的方式冷冻物品，特别是利用冷却液在设定低温处相变以保证冷站长期处于低温状态下。利用冷却液相变原理进行制冷、保温的过程相较于传统的压缩机制冷的原理可以使得制冷、保温效果提高几十倍，同时利用液体接触传导的方式代替空冷方式，能提升制冷系统的制冷效率，利用液体接触传热远、效率高于空气对流传热的特性对冷藏车进行快速充冷，提高工作场所的运作效率，经测试同等环境指标下可以降30%的用电量。

本发明另一方面利用工业供电峰谷平的特点，在用电低谷（夜晚）进行制冷以便降低生产费用，最大限度地利用白天及晚上电价的不同，晚上储存冷能白天使用，在平衡电力系统用电负荷的同时降低企业用电成本，同时在对待制冷设备进行充冷时能够用固液相变温度更低的冷却液融化冷站结冰，大量充入待制冷设备中进行快速制冷。

本发明仅在制冷系统中设置制冷装置，实现冷站的集中制冷。本发明不仅使得制冷更加快速，提高工作效率，减少营作中冷量溢出损失；同时减少冷站中制冷设备的投入，实现集中制冷的效果，同时减少资金成本。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。