专利名称：一种采集和储存天然冷源的系统及方法
技术领域：
本发明提供一种简单廉价的采集并储存天然冷源的系统及方法，属于制冷技术领域。
背景技术：
所谓天然冷源是指自然界中存在的低温差冷能。利用天然冷源开始于上世纪80 年代，1988年日本建造第一座自然冰贮藏库，随后研制了计算机控制自动薄层喷水制冰系 统；而加拿大对水池结冰规律也进行研究。我国天然冷源冷库主要用于果蔬贮藏研究，1993 年，北京农业工程大学设计贮量1200t的自然冰贮藏库，年制冰量3000t。
天然冷源制冰系统主要有以加拿大Vigneault和日本H Kowata为代表的层积式 (Layer by Layer System)制冰系统；以日本堂腰纯和中国李里特为代表的箱群式制冰系 统；以及后来李里特研究的管式制冰贮冷系统。 但是制冷系统存在以下主要问题层积式制冰系统需专人负责，并定期向库内灌 水；箱群式制冷系统容器外壁容易先结冰，传热效果不佳。
发明内容
本发明提供了一种采集和储存天然冷源的系统及方法，为空调降温系统提供可靠 的冷源，同时廉价的产冰方式也可应用于其他制冷工程。 所述采集和储存天然冷源的系统的组成为气_液换热器、传热介质水泵、多个蓄 冰水池、传热介质管道阀门由传热介质管道依次串联，每个蓄冰水池的传热介质管道入口 和出口之间均由盘管连接，气_液换热器的正面设置风机；蓄水池、水泵、多个蓄冰水池、 水管道阀门由水管道依次串联，水管道与每个蓄冰水池的顶部、底部连接，水通过水管道从 蓄冰水池的顶部流进，底部流出，再通过水管道、水泵回流至蓄水池；在室外设置大气温度 传感器，在由多个蓄冰水池组成的冷库中设置冷库温度传感器；并在地面上设置能接收大 气温度传感器、冷库温度传感器信息，并能控制风机、传热介质水泵、水泵、传热介质管道阀 门、水管道阀门开关的控制系统。 所述蓄冰水池设置在地下，气_液换热器和蓄水池设置在地面上。 所述蓄冰水池采用多排、且每排由多个蓄冰水池串联的排列方式布置，每排蓄冰
水池分别设置传热介质管道阀门和水管道阀门。 本发明提供的一种使用所述系统采集和储存天然冷源的方法，其特征在于，主要 包括以下步骤 A.当大气温度传感器感应外界大气温度降至制冷设定值时，控制系统开启传热介 质水泵、风机，风机将外界冷空气吹向气-液换热器，从而使气-液换热器内流动的传热介 质与冷空气进行热交换，降低传热介质温度； B.经过降温的传热介质沿传热介质管道进入各个蓄冰水池中的盘管，然后通过传 热介质水泵回到气_液换热器，实现介质循环；
C.当传热介质通过盘管时，传热介质与蓄冰水池中的水进行热交换，产生制冷效 果； D.蓄水池内的水沿水管道靠重力自流，通过水管道阀门由蓄冰水池顶部喷淋进入 各个蓄冰水池中，用于补充蓄冰水池内结冰后水的减少；未凝结的水由蓄冰水池底部的水 管道流出，或暂存于蓄冰水池中； E.周期性的开启水泵，蓄冰水池与水管道中的水回流至蓄水池中，防止蓄冰水池 内的水漏出，实现水的循环； F.地下冷库温度低于室外大气温度时，或大气温度高于停止制冷设定值时，控制 系统关闭传热介质水泵、风机、传热介质管道阀门和水管道阀门，保证地下冷库维持恒定的 冷环境，为用户提供冷源。 本发明的有益效果为所述系统和方法利用低温冷空气将冷量传至地下冰库，采 用自动控制系统，较之简易的天然冷却具有一定优越性，同时设备简单、易行，不需要人力 灌水作业，提高了储冷系统效率。
图1为本发明所述系统的结构示意图；
图2为蓄冰池内管路图；
图3为控制系统示意图；
图中标号 1-气_液换热器；2-传热介质水泵；3-传热介质管道；4-蓄水池；5_水泵；6_水 管道；7_水管道阀门；8_蓄冰水池；9_传热介质管道阀门；10-风机；11_盘管；12_大气温
度传感器；13-冷库温度传感器；14-控制系统。
具体实施例方式
本发明提供了一种采集和储存天然冷源的系统及方法，下面通过
和具体
实施方式对本发明做进一步说明。 如图1、图2、图3所示，气-液换热器1、传热介质水泵2、蓄冰水池8、传热介质管 道阀门9由传热介质管道3依次串联，每个蓄冰水池8的传热介质管道3入口和出口之间 均由盘管11连接，气_液换热器1的正面设置风机10 ;蓄水池4、水泵5、蓄冰水池8、水管 道阀门7由水管道6依次串联，水管道6与每个蓄冰水池8的顶部、底部连接，水通过水管 道6从蓄冰水池8的顶部流进，底部流出，再通过水管道6、水泵5回流至蓄水池4 ;在室外 设置大气温度传感器12，在由多个蓄冰水池8组成的冷库中设置冷库温度传感器13 ;蓄冰 水池8设置在地下，气-液换热器1和蓄水池4设置在地面上。在地面上设置能接收大气 温度传感器12、冷库温度传感器13信息，并能控制风机10、传热介质水泵2、水泵5、传热介 质管道阀门9、水管道阀门7开关的控制系统14。 风机10风量为5000mVh，气-液换热器1有155w/ (m2 *k) 、20m2换热面积，传热介 质采用3. 8kJ/ (kg K)的冷媒，采用2排、每排5个、每个lm3的蓄冰水池8，蓄冰水池8中 的盘管11距蓄冰水池底面300mm，盘管11直径为40mm，传热介质水泵2的流量采用10m3/
所述系统采集和储存天然冷源的步骤为 A.当外界大气温度降至_5°〇时，大气温度传感器12感应，通过控制系统14开启
传热介质水泵2、风机IO，传热介质管道3内的冷媒在传热介质水泵2的作用下通过气_液
换热器l，风机10将外界冷空气吹向气_液换热器1。气_液换热器1与冷空气进行热交
换，冷空气将冷媒热量带走。当室外温度为-51:时，冷媒温度达到_4°C。 B.经过冷空气降温后的冷媒沿传热介质管道3进入地下冷库中，进入管道支路，
通过传热介质管道阀门9、蓄冰水池8中的盘管11，然后沿着传热介质管道3通过传热介质
水泵2回到气-液换热器1。地下冷库的温度随着介质循环不断下降。 C.当冷媒通过盘管11时，冷媒吸收蓄冰水池8中水的热量，并释放冷量，产生制冷
效果；蓄冰水池内沿盘管11逐渐形成冰层，并随着温度降低，冰层厚度增加。 D.蓄水池4内水沿水管道6靠重力自流，进入管道支路，通过由控制系统14控制
开启的水管道阀门7进入蓄冰水池8中，用于补充蓄冰水池内结冰后水的减少，系统稳定时
蓄水池4水温处于0 l(TC之间，水管道6中的水存在温度梯度，但保证高于0°C 。水由蓄
冰水池8顶部喷淋进入，吸收冰传递的冷量，部分水凝结成冰，未凝结的水由蓄冰水池底部
水管道6的接口流出，或暂存于蓄冰水池中。 E.控制系统14每隔半小时开启一次水泵5，开启时间为5分钟，蓄冰水池8与水 管道6水回流至蓄水池4中，防止蓄冰水池内的水漏出。 F.地下冷库温度低于室外大气温度时，或大气温度高于rC时，控制系统14关闭 传热介质水泵2、风机10、传热介质管道阀门9和水管道阀门7，保证地下冷库维持恒定的冷 环境，为用户提供冷源，地下冷库温度仍保持0°C以下。
权利要求
一种采集和储存天然冷源的系统，其特征在于，气-液换热器(1)、传热介质水泵(2)、多个蓄冰水池(8)、传热介质管道阀门(9)由传热介质管道(3)依次串联，每个蓄冰水池(8)的传热介质管道(3)入口和出口之间均由盘管(11)连接，气-液换热器(1)的正面设置风机(10)；蓄水池(4)、水泵(5)、多个蓄冰水池(8)、水管道阀门(7)由水管道(6)依次串联，水管道(6)与每个蓄冰水池(8)的顶部、底部连接，水通过水管道(6)从蓄冰水池(8)的顶部流进，底部流出，再通过水管道(6)、水泵(5)回流至蓄水池(4)；在室外设置大气温度传感器(12)，在由多个蓄冰水池(8)组成的冷库中设置冷库温度传感器(13)；并在地面上设置能接收大气温度传感器(12)、冷库温度传感器(13)信息，并能控制风机(10)、传热介质水泵(2)、水泵(5)、传热介质管道阀门(9)、水管道阀门(7)开关的控制系统(14)。
2. 根据权利要求1所述的一种采集和储存天然冷源的系统，其特征在于，所述蓄冰水 池(8)设置在地下，气-液换热器(1)和蓄水池(4)设置在地面上。
3. 根据权利要求1所述的一种采集和储存天然冷源的系统，其特征在于，所述蓄冰水 池(8)采用多排、且每排由多个蓄冰水池串联的排列方式布置，每排蓄冰水池分别设置传 热介质管道阀门(9)和水管道阀门(7)。
4. 一种使用所述系统采集和储存天然冷源的方法，其特征在于，主要包括以下步骤A. 当大气温度传感器(12)感应外界大气温度降至制冷设定值时，控制系统(14)开启 传热介质水泵(2)、风机(IO)，风机(10)将外界冷空气吹向气-液换热器(l)，从而使气-液 换热器(1)内流动的传热介质与冷空气进行热交换，降低传热介质温度；B. 经过降温的传热介质沿传热介质管道(3)进入各个蓄冰水池(8)中的盘管(11)，然 后通过传热介质水泵(2)回到气-液换热器(1)，实现介质循环；C. 当传热介质通过盘管(11)时，传热介质与蓄冰水池(8)中的水进行热交换，产生制 冷效果；D. 蓄水池(4)内的水沿水管道(6)靠重力自流，通过水管道阀门(7)由蓄冰水池(8) 顶部喷淋进入各个蓄冰水池(8)中，用于补充蓄冰水池内结冰后水的减少；未凝结的水由 蓄冰水池底部的水管道(6)流出，或暂存于蓄冰水池中；E. 周期性的开启水泵(5)，蓄冰水池(8)与水管道(6)中的水回流至蓄水池(4)中，防 止蓄冰水池内的水漏出，实现水的循环；F. 地下冷库温度低于室外大气温度时，或大气温度高于停止制冷设定值时，控制系统 (14)关闭传热介质水泵(2)、风机(10)、传热介质管道阀门(9)和水管道阀门(7)，保证地 下冷库维持恒定的冷环境，为用户提供冷源。
全文摘要
本发明提供一种简单廉价的采集并储存天然冷源的系统及方法，属于制冷技术领域。本发明采用由高效率的汽-热换热器和传热介质组成的地面换热系统，由多个蓄冰水池组成的地下冷库换热系统，使得该发明的效率要高于以往的同类型制冷机组，并有控制系统对系统的运行进行控制。所述系统和方法简单、易行，不需要人力灌水作业，提高了储冷系统效率，不但可以为制冷工程提供稳定的冷源，也可作为反季节取冰的一种形式。
文档编号F25D29/00GK101776360SQ20101003399
公开日2010年7月14日 申请日期2010年1月12日 优先权日2010年1月12日
发明者姚珑璐, 宋卫堂, 李保明, 黄之栋 申请人:中国农业大学