技术领域：
本发明是一种冰蓄冷方法及设备，尤其涉及一种动态冰蓄冷方法及设备，属于冰蓄冷方法及设备的改造技术。
背景技术：
冰蓄冷空调系统，是利用电网低负荷期的廉价电力，将制冷系统制取的冷量贮存在水中，把水制成冰；在电价昂贵的电网高负荷期，将冰中贮存的冷量释放出来向空调系统供冷，从而减少电网高负荷期对电力的需求，实现电力系统“移峰填谷”的空调系统。在供电紧张的地区，冰蓄冷系统甚至可以实现“负荷转移”，将电力供应紧张的时间段的冷负荷转移到电力供应充足的时间段，提高空调系统的适用范围，并取得良好的经济效益和社会效益，在世界范围内得到迅速发展。
传统制冰设备一般采用乙烯乙二醇溶液为制冷剂的非直接接触式制冰装置，由于载冷剂不与冰水直接接触，其传热过程存在着管道间传热温差和管道表面形成冰层而引起的热阻，使其传热效率大大下降，并且由于传热效率低，必须配备大量的换热管，增加了成本和体积。而且普通制冰设备采用单独的制冰机组或制冰空调双工况机组，需要大量的前期投资购买该机组，原有普通空调机组只能辅助运行，造成极大浪费。同时在制冰工况下，由于蒸发温度低，机组COP值降低相当明显，下降达到33％以上，由于制冰机组耗电量大，COP值的降低带来大量的电力损耗，加上循环泵和二次泵的电力消耗，经济效益低，如果峰谷电价差值不大的话，冰蓄冷空调系统很难推广。
技术实现要素：
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种采用新型载冷剂，通过载冷剂和冰水直接接触换热，实现制冷蓄冷，提高传热效率的动态冰蓄冷方法。
本发明的另一目的在于提供一种换热效率高，系统投资小，成本低，设备安装简单，整体运行效率高的动态冰蓄冷设备。本发明采用整体模块式安装，使用简单、安全。
本发明的技术方案是：本发明的动态冰蓄冷方法，采用正丁烷作为制冷剂、冰作为蓄冷介质，其包括有如下制冰和融冰二个循环过程：
1)制冰过程：在制冰循环过程中，正丁烷与冷水直接接触，正丁烷蒸发带走热量，使水变成冰；
2)在融冰循环过程中，冷水与冰直接接触，吸热降低温度，向系统外供冷。
本发明的动态冰蓄冷方法所用的设备，包括冰蓄冷储冰罐、第一阀门、第一换热器、水泵、气体压缩机、换热器、第二阀门、膨胀阀和控制系统，其中水泵的抽水口与冰蓄冷储冰罐的底部相通，水泵的出水口与换热器的换热管的进水口相通，第一换热器的换热管的出水口与置于冰蓄冷储冰罐顶部的喷嘴连接，且第一换热器的换热介质入水口通过第一阀门与空调系统的冷冻水回水管连接，第一换热器的换热介质出水口与空调系统的冷冻水供水管连接，气体压缩机的气态制冷剂入口与内置有低压气态正丁烷的冰蓄冷储冰罐的顶部相通，气体压缩机的中温中压气态制冷剂出口与换热器的换热管制冷剂进口相通，换热器的换热管的低温中压液态制冷剂出口与膨胀阀的入口相通，膨胀阀的低温低压液态制冷剂出口与冰蓄冷储冰罐的底部相通，且换热器的换热介质入口通过第二阀门与空调系统的冷冻水供水管连接，换热器的换热介质出水口与空调系统的冷冻水回水管连接。
本发明的动态冰蓄冷方法所用的设备，包括冰蓄冷储冰罐、第一阀门、水泵、气体压缩机、换热器、第二阀门、膨胀阀、第三阀门和控制系统，其中水泵的抽水口与冰蓄冷储冰罐的底部相通及通过第三阀门与空调系统的冷冻水供水管连接，水泵的出水口与置于冰蓄冷储冰罐顶部的喷嘴连接，且冰蓄冷储冰罐顶部的喷嘴通过第一阀门与空调系统的冷冻水回水管连接，气体压缩机的气态制冷剂入口与内置有低压气态正丁烷的冰蓄冷储冰罐的顶部相通，气体压缩机的中温中压气态制冷剂出口与换热器的换热管制冷剂进口相通，换热器的换热管的低温中压液态制冷剂出口与膨胀阀的入口相通，膨胀阀的低温低压液态制冷剂出口与冰蓄冷储冰罐的底部相通，且换热器的换热介质入口通过第二阀门与空调系统的冷冻水供水管连接，换热器的换热介质出水口与空调系统的冷冻水回水管连接。
上述第一阀门、第二阀门为电动阀，第三阀门也为电动阀。
上述水泵为可调节变流量水泵。
本发明由于采用采用正丁烷作为制冷剂，冰作为蓄冷介质，两者采用直接接触，利用正丁烷沸点低于水的凝固点、密度比水和冰的密度都小、且流动性好等的物理特性，进行制冰蓄冷。本发明冰蓄冷方法分为制冰和融冰过程，制冰过程通过正丁烷带走热量将冷水变成冰蓄冷，融冰过程通过冰融化向空调系统供冷，从而大大提高空调系统的适用范围。本发明整个动态冰蓄冷设备采用模块化冰蓄冷组件，可直接加装在普通中央空调系统中，用户只需要连接外部管路，即可完成高效的冰蓄冷空调系统安装。本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的动态冰蓄冷方法及设备。
附图说明：
图1为本发明动态冰蓄冷方法所用的设备实施例1的原理图；
图2为本发明动态冰蓄冷方法所用的设备实施例2的原理图。
具体实施方式：
实施例1：
本发明的动态冰蓄冷方法，采用正丁烷作为制冷剂、冰作为蓄冷介质，其包括有如下制冰和融冰二个循环过程：
1)制冰过程：在制冰循环过程中，正丁烷与冷水直接接触，正丁烷蒸发带走热量，使水变成冰；
2)在融冰循环过程中，冷水与冰直接接触，吸热降低温度，向系统外供冷。
本发明动态冰蓄冷方法所用的设备的原理图如图1所示，本发明的动态冰蓄冷方法所用的设备，包括冰蓄冷储冰罐6、第一阀门3、第一换热器4、水泵5、气体压缩机7、换热器8、第二阀门9、膨胀阀12和控制系统，其中水泵5的抽水口与冰蓄冷储冰罐6的底部相通，水泵5的出水口与换热器4的换热管的进水口相通，第一换热器4的换热管的出水口与置于冰蓄冷储冰罐6顶部的喷嘴连接，且第一换热器4的换热介质入水口通过第一阀门3与空调系统的冷冻水回水管1连接，第一换热器4的换热介质出水口与空调系统的冷冻水供水管2连接，气体压缩机7的气态制冷剂入口与内置有低压气态正丁烷的冰蓄冷储冰罐6的顶部相通，气体压缩机7的中温中压气态制冷剂出口与换热器8的换热管制冷剂进口相通，换热器8的换热管的低温中压液态制冷剂出口与膨胀阀12的入口相通，膨胀阀12的低温低压液态制冷剂出口与冰蓄冷储冰罐6的底部相通，且换热器8的换热介质入口通过第二阀门9与空调系统的冷冻水供水管10连接，换热器8的换热介质出水口与空调系统的冷冻水回水管11连接。
本实施例中，上述第一阀门3、第二阀门9为电动阀，如电磁阀等。上述水泵5为可调节变流量水泵。上述控制系统采用常用电控系统。
本发明整个动态冰蓄冷设备采用模块化冰蓄冷组件，可直接加装在普通中央空调系统中，用户只需要连接外部管路，即可完成高效的冰蓄冷空调系统安装。本发明动态冰蓄冷设备运行分为制冰和融冰过程，制冰过程通过正丁烷带走热量将冷水变成冰蓄冷，融冰过程通过冰融化向空调系统供冷，从而大大提高空调系统的适用范围。其具体运行过程如下：
制冰过程：控制系统控制第一阀门3关闭，水泵5小流量运行，冷水从冰蓄冷储冰罐6的底部抽出，喷淋到储冰罐顶部；气体压缩机7运行，抽取冰蓄冷储冰罐6顶部的低压气态正丁烷，压缩成中温中压的气态正丁烷，输送到换热器8；第二阀门9打开，连接空调系统的冷冻水供水管10，通过低温冷冻水将中温中压的气态正丁烷冷却到低温中压的液态正丁烷；低温中压的液态正丁烷从换热器8输出后，再通过膨胀阀12膨胀减压，输出到冰蓄冷储冰罐6的底部；由于液态低温正丁烷密度比水小，开始上升，并在上升的过程中与水进行充分的热交换，逐渐气化，并将水冷却，降低水温，直到水温下降到0℃，使水开始结冰；由于冰密度也比水小，浮在水面上，在喷淋水和正丁烷气泡不停的作用下，冰结晶始终不能成块，避免出现封闭正丁烷流动的情况；在运行一段时间后，冰晶逐渐增多，在增长到设定值时，制冰工作停止；气体压缩机7和第二阀门9关闭，水泵5小流量运行，避免出现冰晶结块和水管内结冰等问题。
融冰过程：在电价昂贵的电网高负荷期或需要供冷时，可将冰中贮存的冷量释放出来向空调系统供冷；此时，气体压缩机7和第二阀门9关闭；第一阀门3打开，接通空调系统的冷冻水回水管1；水泵5大流量运行，从冰蓄冷储冰罐6的底部抽取低温水，通过换热器4换热后温度上升成中温水；输送到冰蓄冷储冰罐6的顶部开始喷淋，中温水与冰蓄冷储冰罐6内的冰晶进行直接接触式的换热，融化部分冰晶，使中温水降温成低温水；并与冰晶融化水一起，通过冰晶层下降到冰蓄冷储冰罐6的底部，重新通过水泵5输送开始换热过程；直到全部冰晶融化，水温上升到设定值，水泵5和第一阀门3关闭，融冰过程结束。
实施例2：
本发明的动态冰蓄冷方法与实施例1相同，本发明动态冰蓄冷方法所用设备的原理图如图2所示，包括冰蓄冷储冰罐6、第一阀门3、水泵5、气体压缩机7、换热器8、第二阀门9、膨胀阀12、第三阀门13和控制系统，其中水泵5的抽水口与冰蓄冷储冰罐6的底部相通及通过第三阀门13与空调系统的冷冻水供水管2连接，水泵5的出水口与置于冰蓄冷储冰罐6顶部的喷嘴连接，且冰蓄冷储冰罐6顶部的喷嘴通过第一阀门3与空调系统的冷冻水回水管1连接，气体压缩机7的气态制冷剂入口与内置有低压气态正丁烷的冰蓄冷储冰罐6的顶部相通，气体压缩机7的中温中压气态制冷剂出口与换热器8的换热管制冷剂进口相通，换热器8的换热管的低温中压液态制冷剂出口与膨胀阀12的入口相通，膨胀阀12的低温低压液态制冷剂出口与冰蓄冷储冰罐6的底部相通，且换热器8的换热介质入口通过第二阀门9与空调系统的冷冻水供水管10连接，换热器8的换热介质出水口与空调系统的冷冻水回水管11连接。
本发明动态冰蓄冷方法所用设备的具体运行过程如下：
制冰过程：第一阀门3、第三阀门13关闭，水泵5小流量运行，冷水从冰蓄冷储冰罐6的底部抽出，喷淋到储冰罐顶部；气体压缩机7运行，抽取冰蓄冷储冰罐6顶部的低压气态正丁烷，压缩成中温中压的气态正丁烷，输送到换热器；第二阀门9打开，连接空调系统的空调系统的冷冻水供水管10，通过低温冷冻水将中温中压的气态正丁烷冷却到低温中压的液态正丁烷；低温中压的液态正丁烷从换热器8输出后，再通过膨胀阀12膨胀减压，输出到冰蓄冷储冰罐6的底部；液态低温正丁烷由于密度比水小，开始上升，并在上升的过程中与水进行充分的热交换，逐渐气化，并将水冷却，降低水温，直到水温下降到0℃，使水开始结冰；由于冰密度也比水小，浮在水面上，在喷淋水和正丁烷气泡不停的作用下，冰结晶始终不能成块，避免出现封闭正丁烷流动的情况；在运行一段时间后，冰晶逐渐增多，在增长到设定值时，制冰工作停止；气体压缩机7和第二阀门9关闭，水泵5小流量运行，避免出现冰晶结块和水管内结冰等问题。
融冰过程：在电价昂贵的电网高负荷期，可将冰中贮存的冷量释放出来向空调系统供冷；此时，气体压缩机7和第二阀门9关闭；第一阀门3、第三阀门13打开，接通空调系统的冷冻水回水管1；将普通空调回水(中温水)输送到冰蓄冷储冰罐6的顶部开始喷淋，中温水与部件冰蓄冷储冰罐6内的冰晶进行直接接触式的换热，融化部分冰晶，使中温水降温成低温水；并与冰晶融化水一起，通过冰晶层下降到冰蓄冷储冰罐6的底部，从冰蓄冷储冰罐6底部抽取低温水直接供给空调系统，直到全部冰晶融化，水温上升到设定值，第一阀门3、第三阀门13关闭，融冰过程结束。