本发明涉及水蓄冷技术领域，尤其涉及一种水蓄冷装置及其控制方法。
背景技术：
水蓄冷是以水为蓄能冷媒，利用蓄冷容器内循环水温变化时所吸收和释放的显热进行冷量储存。蓄冷容器即为用于储存水的蓄冷罐或蓄冷槽或蓄冷筒，由于在整个蓄(放)冷过程中，冷媒水的进、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变，蓄冷容器的蓄冷量仅与蓄冷温差相关。
现有技术中，蓄冷过程冷媒水的降温在冷水机组的蒸发器内进行。为了确保冷水机组的运行安全，必须限定蒸发器冷媒水的出口温度，这就限制了蓄冷容器的蓄冷量。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种结构简单，能够对蓄冷容器内的水进行有效降温的水蓄冷装置及其控制方法。
本发明技术方案提供一种水蓄冷装置，包括蓄水容器和水泵，所述蓄水容器内设置有上布水器和下布水器；所述上布水器连接有回流水管，所述下布水器与所述水泵的进水口之间通过第一供水管连接，在所述水泵的出水口上还设置有第二供水管；在所述第一供水管上设置有第一供水管控制阀；在所述蓄水容器内设置有热交换器，所述热交换器上连接有用于输送冷却介质的介质输送管和用于热交换后的冷却介质回流的介质回流管；所述上布水器与所述水泵的进水口之间还连接有第三供水管，所述水泵的出水口与所述下布水器之间通过第四供水管连通；所述第三供水管、所述第四供水管上分别设置有第三供水管控制阀、第四供水管控制阀。
进一步地，所述上布水器与所述水泵的出水口之间还通过第五供水管连通，所述第五供水管上设置有第五供水管控制阀。
进一步地，所述第四供水管的一端连接在所述第一供水管控制阀与所述下布水器之间，其另一端与所述第二供水管连接；所述第五供水管的一端连接在所述第三供水管控制阀与所述上布水器之间，其另一端与所述第二供水管连接。
进一步地，所述热交换器位于所述上布水器与所述下布水器之间，并靠近所述下布水器侧。
进一步地，在所述蓄水容器内设置有多个温度传感器。
进一步地，所述第一供水管控制阀、所述第二供水管控制阀、所述第三供水管控制阀、所述第四供水管控制阀和所述第五供水管控制阀分别为电动阀；所述电动阀与所述温度传感器信号连接。
本发明技术方案还提供一种水蓄冷装置的控制方法，包括如下步骤：
蓄冷：通过热交换器与蓄水容器内的水进行热交换，降低蓄水容器内水的温度；
放冷：将蓄水容器内的冷水依次经下布水器、第一供水管、水泵和第二供水管输送至待降温区域进行热交换，经过热交换后的热水经回流水管、上布水器回到蓄水容器内。
进一步地，在蓄冷时：如果上布水器处的水的温度超过预设温度，则采用上布水器排水，下布水器进水的方式进行蓄冷；如果上布水器处的水的温度低于或等于预设温度，则采用下布水器排水，上布水器进水的方式进行蓄冷。
进一步地，在采用上布水器排水，下布水器进水的方式进行蓄冷时：在水泵的作用下，蓄水容器内顶部的水经第三供水管道、第四供水管道和下布水器进入蓄水容器内，从而保持使得进入蓄水容器内的水在热交换之后的密度大于在热交换之前的密度；
在采用下布水器排水，上布水器进水的方式进行蓄冷时：在水泵的作用下，蓄水容器内底部的水经第一供水管道、第五供水管道和上布水器进入蓄水容器内，从而保持使得进入蓄水容器内的水在热交换之后的密度小于在热交换之前的密度。
进一步地，在蓄冷时，向介质输送管内输送温度在0℃以下的冷却介质；所述蓄水容器内的水最终能够达到0℃。
采用上述技术方案，具有如下有益效果：
通过将热交换器放置在蓄水容器内，并向热交换器中供给冷却介质，热交换器可以与蓄水容器内的水进行热量交换，对蓄水容器内大范围内的水能够一次有效降温，提高了降温效果，简化了结构，降低了成本。
在上布水器处的水的温度超过预设温度时，则采用上布水器排水，下布水器进水的方式进行蓄冷，在上布水器处的水的温度低于或等于预设温度时，则采用下布水器排水，上布水器进水的方式进行蓄冷，以确保在蓄冷容器内，永远保持密度大的水在密度小的水的下面，确保蓄冷容器在蓄或放冷过程中，有稳定的斜温层。
由此，本发明提供的水蓄冷装置及其控制方法，其结构简单，降低了成本，能够对蓄冷容器内的水进行有效降温，并提高了水蓄冷装置单位蓄冷容器的蓄冷能力。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的水蓄冷装置的结构示意图；
图2为水蓄冷装置在采用上布水器排水、下布水器进水的方式进行蓄冷时的示意图；
图3为水蓄冷装置在采用下布水器排水、上布水器进水的方式进行蓄冷时的示意图。
附图标记对照表：
1-蓄水容器；11-上布水器；12-下布水器；
13-温度传感器；2-热交换器；21-介质输送管；
22-介质回流管；23-阀门；3-水泵；
31-进水口；32-出水口；4-第一供水管；
41-第一供水管控制阀；5-回流水管；51-回流水管控制阀；
6-第二供水管；61-第二供水管控制阀；7-第三供水管；
71-第三供水管控制阀；8-第四供水管；81-第四供水管控制阀；
9-第五供水管；91-第五供水管控制阀。
具体实施方式
下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1所示，本发明一实施例提供一种水蓄冷装置，包括蓄水容器1和水泵3，蓄水容器1内设置有上布水器11和下布水器12。
上布水器11连接有回流水管5，下布水器12与水泵3的进水口31之间通过第一供水管4连接，在水泵3的出水口32上还设置有第二供水管6，在第一供水管4上设置有第一供水管控制阀41。
其中，在蓄水容器1内设置有热交换器2，热交换器2上连接有用于输送冷却介质的介质输送管21和用于热交换后的冷却介质回流的介质回流管22。
上布水器11与水泵3的进水口31之间还连接有第三供水管7，水泵的出水口32与下布水器12之间通过第四供水管8连通，第三供水管7、第四供水管8上分别设置有第三供水管控制阀71、第四供水管控制阀81。
也即是，该水蓄冷装置主要由蓄水容器1、热交换器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组成。
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上分别设置有阀门用于控制管路通断，具体为在第一供水管4上设置有第一供水管控制阀41、在回流水管5上设置有回流水管控制阀51、在第二供水管6、第三供水管7和第四供水管8上分别设置有第二供水管控制阀61、第三供水管控制阀71和第四供水管控制阀81。
热交换器2上具有介质输送管21和介质回流管22，介质输送管21用于向热交换器2内输送冷却介质，介质回流管22用于热交换器2内与蓄水容器1内的水进行热量交换之后的冷却介质回流，两者组成一个循环管路。在介质输送管21和介质回流管22上都设置有阀门23用于控制管路断通。
介质输送管21内的冷却介质可以为乙二醇或盐水，可以由专门的冷却介质供给设备供给，也可以将介质输送管21和介质回流管22连接在制冷机组的蒸发器上，进行换热制冷。冷却介质的温度可以达到零下6摄氏度，从而使得蓄水容器1内的水温可以达到0℃，形成冰水混合状态，起到良好的蓄冷效果。
通过将热交换器2放置在蓄水容器1内，热交换器2可以与蓄水容器1内的水进行热量交换，对蓄水容器1内大范围内的水能够一次有效降温，提高了降温效果，简化了结构，降低了成本。
本发明中的蓄水容器可以为蓄水罐或蓄水槽等用于蓄水的设备。
在蓄冷时，向介质输送管21内持续供给冷却介质，通过热交换器2与蓄水容器1内的水进行热交换，降低蓄水容器1内水的温度达到水蓄冷效果。
在放冷时，将蓄水容器1内的冷水依次经下布水器12、第一供水管4、水泵3和第二供水管6输送至待降温区域进行热交换，经过热交换后的热水经回流水管5、上布水器11回到蓄水容器1内。
其中，水的特性是在4℃左右时的密度最大，蓄水容器1内的水在高于4℃时，温度高的水会在蓄水容器1内自动上浮，此时其浮力向上或朝向上布水器11侧；蓄水容器1内的水在低于或等于4℃时，温度高的水会在蓄水容器1内自动下沉，朝向下布水器12侧。
一般来讲，从回流水管5回来的水在8-12℃之间，此时采用上布水器11排水，下布水器12进水的方式进行蓄冷，能够使得进入蓄水容器1内的水的浮力方向与水在蓄水容器1内的惯性力的方向一致，利于减少蓄水容器1内蓄冷过程形成的斜温层厚度，提高蓄冷效率。
在采用上布水器11排水，下布水器12进水的方式进行蓄冷时的操作方式为：
如图2所示，在水泵3的作用下，蓄水容器1内顶部的水从上布水器11排出，并经第三供水管道7、第四供水管道8和下布水器12进入蓄水容器1内，进入蓄水容器1内的水经热交换器2降温后向上流入蓄水容器1的储水区，与储水区已经存在的高温水接触，依靠密度差而不是惯性沿水平方向移动，形成密度流，以纯导热形式形成斜温层。
由此，本发明提供的水蓄冷装置，其结构简单，降低了成本，并能够对蓄冷容器内的水进行有效降温，并提高了水蓄冷装置单位蓄冷容器的蓄冷能力。
较佳地，如图1所示，上布水器11与水泵3的出水口32之间还通过第五供水管9连通，第五供水管9上设置有第五供水管控制阀91。
如此设置，在蓄冷时，如果水温低于或等于4℃，还可以实现采用下布水器12排水，上布水器11进水的方式进行蓄冷，具体为：
如图3所示，在水泵3的作用下，蓄水容器1内底部的水通过下布水器12排出，之后依次经第一供水管道4、第五供水管道9和上布水器11进入蓄水容器内，进入蓄水容器1内的水温度低密度小，浮在高温水的表面沿水平方向移动，形成密度流，以纯导热形式形成斜温层。
较佳地，如图1所示，第四供水管8的一端连接在第一供水管控制阀41与下布水器12之间，其另一端与第二供水管6连接。
第五供水管9的一端连接在第三供水管控制阀71与上布水器11之间，其另一端与第二供水管6连接。如此布置，便于工况转换。
在采用上布水器11排水，下布水器12进水的方式进行蓄冷时，开启阀门23、第三供水管控制阀71和第四供水管控制阀81，其余阀门全部关闭。
在采用下布水器12排水，上布水器11进水的方式进行蓄冷时，开启阀门23、第一供水管控制阀41和第五供水管控制阀91，其余阀门全部关闭。
较佳地，如图1所示，热交换器2布置在上布水器11与下布水器12之间，并靠近下布水器12侧，利于增加蓄冷量。
蓄水容器1内上层可能会结冰，将热交换器2设置在靠近下布水器12侧，可以避免与冰接触，从而更好地实现对水降温。
较佳地，如图1所示，在蓄水容器1内设置有温度传感器13，用于监测水温，优选地，可以在垂直方向上布置多个温度传感器13，用于监测每层水的水温。
较佳地，第一供水管控制阀41、第二供水管控制阀61、第三供水管控制阀71、第四供水管控制阀81和第五供水管控制阀91分别为电动阀。
电动阀与温度传感器13信号连接。
通过温度传感器13传递来的水温信号，可以实现自动开启或闭合，进而实现自动控制。
当然，阀门23、回流管控制阀51也可以为电动阀。
在蓄冷操作时，如温度传感器13监测到上布水器11处的水温大于4℃，则将温度信号传递至各电动阀，此时，阀门23、第三供水管控制阀71和第四供水管控制阀81自动开启，其余阀门全部自动关闭。
如温度传感器13监测到上布水器11处的水温小于或等于4℃，则将温度信号传递至各电动阀，此时，阀门23继续运行、第一供水管控制阀41和第五供水管控制阀91自动开启，其余阀门全部自动关闭。
如图1-3所示，本发明一实施例还提供一种水蓄冷装置的控制方法，包括如下步骤：
蓄冷：
通过热交换器2与蓄水容器1内的水进行热交换，降低蓄水容器1内水的温度。
放冷：
将蓄水容器1内的冷水依次经下布水器12、第一供水管4、水泵3和第二供水管6输送至待降温区域进行热交换，经过热交换后的热水经回流水管5、上布水器11回到蓄水容器1内。
该处所指的冷水与热水仅为相对概念。
较佳地，该控制方法还包括如下步骤：
在蓄冷时：
如果上布水器11处的水的温度超过预设温度，则采用上布水器11排水，下布水器12进水的方式进行蓄冷。
如果上布水器11处的水的温度低于或等于预设温度，则采用下布水器12排水，上布水器11进水的方式进行蓄冷。
预设温度优选为4℃。
上述两种蓄冷方式可以在不同的温度下，保持蓄水容器1内的较小的斜温层，提高蓄冷容器的蓄冷效率。
较佳地，在采用上布水器11排水，下布水器12进水的方式进行蓄冷时：
蓄水容器1内的水的惯性力朝向上布水器11侧。
在水泵3的作用下，蓄水容器1内顶部的水经第三供水管道7、第四供水管道8和下布水器12进入蓄水容器1内，从而保持使得进入蓄水容器内的水在热交换之后的密度大于在热交换之前的密度，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进水的方式进行蓄冷时：
蓄水容器1内的水的惯性力朝向下布水器12侧；
在水泵3的作用下，蓄水容器1内底部的水经第一供水管道4、第五供水管道9和上布水器11进入蓄水容器1内，从而保持使得进入蓄水容器1内的水在热交换之后的密度小于在热交换之前的密度，使得密度小的水保持位于蓄水容器的上方。
较佳地，在蓄冷时，向介质输送管21内输送温度在0℃以下的冷却介质，蓄水容器1内的水最终能够达到0℃，并允许形成冰水混合状态，提高了蓄冷的冷量。
冷却介质可以为乙二醇或盐水，冷却介质的温度可以在0℃以下不会结冰，从而使得蓄水容器1内的水可以达到冰水混合状态，起到良好的蓄冷效果。冷却介质的温度优选为在-6℃至-4℃之间，制冷效果好。蓄水容器1内的水在达到冰水混合状态时，其温度为0℃，提高了储冷量，并能实现快速放冷，满足用户需求。
根据需要，可以将上述各技术方案进行结合，以达到最佳技术效果。
以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。