专利名称：一种制冰控制方法及制冰系统的制作方法
技术领域：
本发明属于制冰领域，具体涉及一种适应变功率输入的制冰控制方法及制冰系统。
背景技术：
我国具有丰富的海洋能资源，通过海洋能发电装置可以将捕获的海洋能转化为电能输出。对于还没有布设电网的沿海岛屿来说，将海流能发电装置发出的电能输送到电网(即海流能发电装置并网运行)的成本太高，且难以实施；考虑到沿海岛屿的渔业用冰量比较大，需要消耗大量的能源，可以将海流能发电装置发出的电能就地利用，为当地的渔业提供能源，用于制冰。由于海洋能具有间歇性特点，相应地，海洋能发电装置的输出功率呈现出间歇性波动的特性。附图I所示为现有的制冰系统，该制冰系统采用定频压缩机18，定频压缩机18在工作时需要有足够的功率输入。如果海洋能发电装置作为该制冰系统的功率提供装置，对于该制冰系统来说，间歇性的功率输入会造成如下几方面的缺陷1、如果制冰系统的输入功率变化范围太大，当输入功率在短时间内从较大的值变化到非常小的值时，驱动定频压缩机的电机的输出力矩会非常小，以致于电机无法驱动定频压缩机，导致定频压缩机堵转烧毁。2、如果制冰系统的输入功率持续较低时，驱动定频压缩机的电机无法启动压缩机，使电机堵转，同样会引起定频压缩机的堵转。3、如果定频压缩机的速度降低，制冷剂的流量就会降低，流经蒸发器的制冷剂不足以使蒸发器的温度达到制冰温度点，从而制不出冰来。如果使用上述制冰系统，与之匹配的海洋能发电装置就需要采用恒功率输出控制，输出恒定的功率供给制冰系统，这就造成海洋能利用率的降低，海洋能发电装置就不能捕获最大功率，从而不能实现“来多少能发多少电，发多少电制多少冰”的节能储能模式。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种制冰控制方法及制冰系统，使得制冰系统不需要恒定的输入功率，从而可以适用于变功率输入的场合，实现制冰过程消耗功率与变化的输入功率的匹配。为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案—种制冰控制方法，制冰系统使用制冷片对水箱中的水进行制冷，制冷剂在变频压缩机、冷凝器、蒸发器和储液罐中流动，使用N个蒸发器将水制成冰，N为大于等于2的自然数。使用电量采集模块检测制冰系统的输入功率，检测到的输入功率大小为功率值M，控制器根据该检测到的功率值M的大小启动功率分配程序。单个蒸发器的额定功率为P，控制器预先设定两个功率等级分别为P1和P2,且P1 < P2，P < P2-P10功率分配程序如下所述1)在制冰系统启动开始时，如果功率值M小于等于P2，控制器启动制冷片，将输入制冰系统的全部能量供给制冷片，由制冷片预先将水箱中的水制冷。根据控制算法，通过对功率值M进行计算，控制器输出PWM波并经放大处理模块做放大处理，控制制冷片中电流的通断，使得制冷片消耗功率与功率值M相匹配，此时，制冷片处于制冷工作状态。2)在制冰系统启动以后，如果功率值M大于P2,控制器启动驱动变频压缩机的电机，电机启动后，蒸发器工作在额定功率状态，处于制冰工作状态的蒸发器的个数为W，W等
于^^的整数部分。同时制冷片也处于制冷工作状态，控制器控制制冷片消耗功率与输
入制冰系统的剩余功率(M-WXP)相匹配。
如果功率值M从P2及P2以上跌落至P1，控制器输出方波脉冲控制驱动变频压缩机的电机转速逐渐减小到零，从而间接控制变频压缩机的转速，此时，处于制冰工作状态的蒸发器未工作在额定功率。同时，在电机转速逐渐减小到零的过程中，控制器控制制冷片将功率值M减去蒸发器消耗功率后剩余的功率消耗掉。采用上述的制冰控制方法的制冰系统，包括水箱、储液罐和冷凝器，所述制冰系统还包括第二单向阀、两位三通电磁阀、第二电磁阀、电子膨胀阀、变频压缩机和N路蒸发支路，N为大于等于2的自然数。每路蒸发支路包括第一电磁阀、第一单向阀和一组蒸发器组，每组所述蒸发器组包括蒸发器和制冰盘。在每路所述蒸发支路，所述第一单向阀的进口通过管路连接所述蒸发器的出口，所述蒸发器的进口通过管路连接所述第一电磁阀的出口。所述储液罐的出口与所述变频压缩机的进口通过管路相连接，所述储液罐的进口通过管路与每路所述蒸发支路的第一单向阀的出口相连接，所述第二单向阀的出口通过管路与每路所述蒸发支路的第一电磁阀的进口相连接。所述两位三通电磁阀的C 口通过管路与所述变频压缩机的出口相连接，所述两位三通电磁阀的A 口通过管路与冷凝器的进口相连接，所述两位三通电磁阀的B 口通过管路与第二电磁阀的进口相连接。所述冷凝器的出口通过管路连接电子膨胀阀的进口，所述电子膨胀阀的出口通过管路连接第二单向阀的进口，所述第二电磁阀的出口通过管路连接第二单向阀的出口。所述水箱通过管路与每组蒸发器组的制冰盘相连接，所述蒸发器和制冰盘为一体式结构。所述制冰系统还包括制冷片、控制器和电量采集模块，所述水箱与制冷片为一体式结构，所述电量采集模块与控制器电气连接在一起，所述控制器分别对变频压缩机、两位三通电磁阀、第二电磁阀、电子膨胀阀和每路蒸发支路包括第一电磁阀进行控制。进一步的，所述两位三通电磁阀的C 口与变频压缩机的出口通过第一截止阀间接连接，所述第一截止阀的出口通过管路连接所述两位三通电磁阀的C 口，所述第一截止阀的进口通过管路连接变频压缩机的出口。所述储液罐与变频压缩机通过第二截止阀间接连接，所述第二截止阀的进口通过管路连接储液罐的出口，所述第二截止阀的出口通过管路连接变频压缩机的进口。进一步的，在冷凝器与电子膨胀阀相连接的管路上设有过滤器，所述冷凝器的出口通过管路连接过滤器的进口，所述过滤器的出口通过管路连接电子膨胀阀的进口。进一步的，在所述第二单向阀的出口处设有第一温度传感器，在所述水箱中设有第二温度传感器。采用本发明具有如下的有益效果I、本发明可以不考虑制冰系统输入功率的大小和波动范围，与制冰系统相连接的海洋能发电装置可以采用最大功率跟踪控制，从而可以捕获最大功率，提高能量利用率。
2、本发明在输入功率过低无法驱动变频压缩机时，通过制冷片来匹配输入功率，制冷片能对水箱的水预先制冷，可以使蒸发器更快速地制冰，提高制冰效率。
3、本发明在输入功率较高时，采用多路蒸发支路，通过控制投入制冰过程的蒸发支路的数量及制冷片，由蒸发器匹配稳定部分的功率，由制冷片匹配波动部分的功率，实现制冰过程消耗功率与制冰系统输入功率的匹配，提高能量利用率。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明。图I为一种现有的制冰系统的工作原理图；图2为本发明一种制冰控制方法实施例的控制原理流程图；图3为本发明制冰系统实施例的工作原理图。
具体实施例方式参照附图2。一种制冰控制方法，制冰系统使用制冷片对水箱中的水进行制冷，制冷剂在变频压缩机、冷凝器、蒸发器和储液罐中流动，使用N个蒸发器将水制成冰，N为大于等于2的自然数。使用电量采集模块检测制冰系统的输入功率，检测到的输入功率大小为功率值M，控制器根据该检测到的功率值M的大小启动功率分配程序。单个蒸发器的额定功率为P，控制器预先设定两个功率等级分别为P1和P2，且P1 < P2, P < P2-Pp功率分配程序如下所述I)在制冰系统启动开始时，如果功率值M小于等于P2，控制器启动制冷片，将输入制冰系统的全部能量供给制冷片，由制冷片预先将水箱中的水制冷。通过对功率值M进行计算，控制器输出PWM波并经放大处理模块做放大处理，控制制冷片中电流的通断，使得制冷片消耗功率与功率值M相匹配，此时，制冷片处于制冷工作状态。2)在制冰系统启动以后，如果功率值M大于P2，控制器启动驱动变频压缩机的电机，电机启动后，蒸发器工作在额定功率状态，处于制冰工作状态的蒸发器的个数为W，W等
于^^的整数部分。同时制冷片也处于制冷工作状态，控制器控制制冷片消耗功率与输
入制冰系统的剩余功率(M-WXP)相匹配。如果功率值M从P2及P2以上跌落至P1,控制器输出方波脉冲控制驱动变频压缩机的电机转速逐渐减小到零，从而间接控制变频压缩机的转速。此时，由于电机转速逐渐减小，从变频压缩机流出、流经冷凝器和电子膨胀阀、流入蒸发器的制冷剂流量减小，使得处于制冰工作状态的蒸发器未工作在额定功率。同时，在电机转速逐渐减小到零的过程中，控制器控制制冷片将功率值M减去蒸发器消耗功率后剩余的功率消耗掉。控制器输出脉冲控制电子膨胀阀的开口度大小，控制电子膨胀阀的输出压力，从而实现对流出电子膨胀阀的制冷剂的温度控制。上述功率分配程序中，制冷片用于匹配输入功率的波动部分，蒸发器用于匹配输入功率的稳定部分。同时，该功率分配程序使得变频压缩机有一个逐渐退出工作状态、变频压缩机消耗功率逐渐转移到制冷片上的过程，从而保护了变频压缩机。参照附图3。本发明公开了一种采用上述制冰控制方法的制冰系统，该制冰系统包括水箱23、储液罐21、冷凝器25、变频压缩机28、第二单向阀27、两位三通电磁阀29、第二电磁阀30、电子膨胀阀31和三路蒸发支路，每路所述蒸发支路包括第一电磁阀241、第一单向阀243和一组蒸发器组，每组所述蒸发器组包括蒸发器242和制冰盘244。所述变频压缩机28通过第一截止阀221与所述两位三通电磁阀29的C 口相连接，所述第一截止阀221的出口通过管路连接所述两位三通电磁阀29的C 口，所述第一截止阀221的进口通过管路连接变频压缩机28的出口。所述变频压缩机28通过第二截止阀222与所述储液罐21相连接，所述第二截止阀222的进口通过管路连接储液罐21的出口，所述第二截止阀222的出口通过管路连接变频压缩机28的进口。所述两位三通电磁阀29的A 口通过管路与冷凝器25的进口相连接，所述冷凝器25通过过滤器26与电子膨胀阀31相连接，所述冷凝器25的出口通过管路连接过滤器26的进口，所述过滤器26的出口通过管路连接电子膨胀阀31的进口。所述两位三通电磁阀29的B 口通过管路与第二电磁阀30的进口相连接，所述电子膨胀阀31的出口通过管路连接第二单向阀27的进口，所述第二电磁阀30的出口通过管路连接第二单向阀27的出口，采用所述第二单向阀27的目的是防止蒸发器242中同时呈气态和液态混合体的制冷剂回流到电子膨胀阀31。在每路所述蒸发支路，所述第一单向阀243的进口通过管路连接所述蒸发器242的出口，所述蒸发器242的进口通过管路连接所述第一电磁阀241的出口，采用所述第一单向阀243的目的是，当某一路蒸发支路处于不导通状态时，防止流经其它路蒸发支路的制冷剂回流到上述不导通的那一路蒸发支路。所述储液罐21的进口通过管路与每路所述蒸发支路的第一单向阀243的出口相连接，所述第二单向阀27的出口通过管路与每路所述蒸发支路的第一电磁阀241的进口相连接。所述水箱23通过管路与每组蒸发器组的制冰盘244相连接，所述蒸发器242和制冰盘244为一体式结构，所述制冰盘244是由不锈钢板制作而成，所述蒸发器242焊接固定在所述制冰盘244的背面。所述制冰系统还包括制冷片11、控制器12和电量采集模块13，所述水箱23与制冷片11为一体式结构，所述制冰片11固定安装在水箱23外部的一个侧壁上。所述制冷片11的一端为制冷端，所述制冷端伸入水箱23内部并与水箱中的水相接触。所述制冷片11的另一端为散热端，所述散热端处设有一风扇。所述制冷片11的制冷端和散热端均为热交换片，制冷端的作用是吸收水箱中的水的热量传递到散热端，散热端在风扇的吹拂作用下散热，实现制冷片11对水箱中的水的制冷作用。所述电量采集模块13与控制器12电气连接，所述电量采集模块13可以检测输入制冰系统的功率的大小，并将检测到的功率值输入控制器12。所述电量采集模块13采用市场上现有的产品，可以选择江苏华测电子公司生产的HC-31A单相电量采集模块，该产品是高度集成化的针对电量参数测量应用的产品，能准确测量电压、电流、有效功率、无功功率、功率因数、有功电度和无功电度等参数。所述控制器12采用PLC模块作为主体结构，所述控制器12分别对驱动变频压缩机28的电机、两位三通电磁阀29、第二电磁阀30、电子膨胀阀31、制冷片11和每路所述蒸发支路的第一电磁阀241进行控制。 在所述第二单向阀27的出口处设有第一温度传感器141，采用所述第一温度传感器141的目的是检测蒸发支路进口处的制冷剂的温度值，控制器12将判断该温度值是否大于预先设定的所述蒸发支路进口处的最大温度值，控制器12根据判断结果决定是否启动降温程序，使该温度值降低到合理的数值。在所述水箱23中设有第二温度传感器142，采用所述第二温度传感器142的目的是检测水箱23中水的温度值。本发明所述的一种制冰系统的工作原理为所述制冰系统的管路中流通有制冷剂。制冷剂经变频压缩机28压缩变为高温高压的气体从变频压缩机28中流出，流经第一截止阀221。当所述两位三通电磁阀29工作在右位，所述两位三通电磁阀29的C 口和A 口连通时，从所述第一截止阀221流出的制冷剂流经两位三通电磁阀29进入冷凝器2 5。呈高温高压气态形式的制冷剂在冷凝器25中的冷却介质的冷却作用下，制冷剂变为低压低温的液体，从冷凝器25中流出的呈低压低温液态形式的制冷剂，流经过滤器26、电子膨胀阀31和第二单向阀27进入蒸发支路。制冷剂具体进入哪一路蒸发支路，由每路所述蒸发支路的第一电磁阀241的导通状态决定。当某一路所述蒸发支路的第一电磁阀241导通时，该路蒸发支路处于导通状态，制冷剂进入该路所述蒸发支路，该路处于导通状态的蒸发支路的制冰流程为水箱23中的水流入所述制冰盘244中，制冷剂流经第一电磁阀241进入蒸发器242，水在所述蒸发器242中的制冷剂的蒸发制冷作用下结成冰，制冷剂吸收了制冰盘244中水的热量变为气体，之后，制冷剂流出蒸发器242，流经第一单向阀243进入储液罐21储存起来。上述过程结束之后，控制两位三通电磁阀29工作在左位，使得两位三通电磁阀29的C 口和B 口连通，从第一截止阀221流出的制冷剂直接进入该路蒸发支路，实现制冰盘244的脱冰过程。当某一路所述蒸发支路的第一电磁阀241未导通时，该路蒸发支路处于不导通状态，制冷剂不能进入该路所述蒸发支路。此时，一个完整制冰过程结束，进入下一个制冰过程，即储液罐21中的制冷剂流经第二截止阀222进入变频压缩机28，制冷剂在变频压缩机28中被压缩为高温高压的气体。
权利要求
1.一种制冰控制方法，其特征在于制冰系统使用制冷片对水箱中的水进行制冷，制冷剂在变频压缩机、冷凝器、蒸发器和储液罐中流动，使用N个蒸发器将水制成冰，N为大于等于2的自然数；使用电量采集模块检测制冰系统的输入功率，检测到的输入功率大小为功率值M，控制器根据该检测到的功率值M的大小启动功率分配程序；单个蒸发器的额定功率为P，控制器预先设定两个功率等级分别为P1和P2，且P1 < P2, P < P2-P1 ;功率分配程序如下所述 1)在制冰系统启动开始时，如果功率值M小于等于P2，控制器启动制冷片，将输入制冰系统的全部能量供给制冷片，由制冷片预先将水箱中的水制冷；根据控制算法，通过对功率值M进行计算，控制器输出PWM波并经放大处理模块做放大处理，控制制冷片中电流的通断，使得制冷片消耗功率与功率值M相匹配，此时，制冷片处于制冷工作状态； 2)在制冰系统启动以后，如果功率值M大于P2，控制器启动驱动变频压缩机的电机，电机启动后，蒸发器工作在额定功率状态，处于制冰工作状态的蒸发器的个数为W，W等于的整数部分；同时制冷片也处于制冷工作状态，控制器控制制冷片消耗功率与输入制冰系统的剩余功率(M-WXP)相匹配； 如果功率值M从P2及P2以上跌落至P1，控制器输出方波脉冲控制驱动变频压缩机的电机转速逐渐减小到零，从而间接控制变频压缩机的转速，此时，处于制冰工作状态的蒸发器未工作在额定功率；同时，在电机转速逐渐减小到零的过程中，控制器控制制冷片将功率值M减去蒸发器消耗功率后剩余的功率消耗掉。
2.采用如权利要求I所述制冰控制方法的制冰系统，包括水箱(23)、储液罐(21)和冷凝器(25)，其特征在于所述制冰系统还包括第二单向阀(27)、两位三通电磁阀(29)、第二电磁阀(30)、电子膨胀阀(31)、变频压缩机(28)和N路蒸发支路，N为大于等于2的自然数；每路蒸发支路包括第一电磁阀(241)、第一单向阀(243)和一组蒸发器组，每组所述蒸发器组包括蒸发器(242)和制冰盘(244);在每路所述蒸发支路，所述第一单向阀(243)的进口通过管路连接所述蒸发器(242)的出口，所述蒸发器(242)的进口通过管路连接所述第一电磁阀的出口 ；所述储液罐(21)的出口与所述变频压缩机(28)的进口通过管路相连接，所述储液罐(21)的进口通过管路与每路所述蒸发支路的第一单向阀(243)的出口相连接，所述第二单向阀(27)的出口通过管路与每路所述蒸发支路的第一电磁阀(241)的进口相连接； 所述两位三通电磁阀(29)的C 口通过管路与所述变频压缩机(28)的出口相连接，所述两位三通电磁阀(29)的A 口通过管路与冷凝器(25)的进口相连接，所述两位三通电磁阀(29)的B 口通过管路与第二电磁阀(30)的进口相连接；所述冷凝器(25)的出口通过管路连接电子膨胀阀(31)的进口，所述电子膨胀阀(31)的出口通过管路连接第二单向阀(27)的进口，所述第二电磁阀(30)的出口通过管路连接第二单向阀(27)的出口； 所述水箱(23)通过管路与每组蒸发器组的制冰盘(244)相连接，所述蒸发器(242)和制冰盘(244)为一体式结构；所述制冰系统还包括制冷片(11)、控制器(12)和电量采集模块(13)，所述水箱(23)与制冷片(11)为一体式结构，所述电量采集模块(13)与控制器(12)电气连接在一起，所述控制器(12)分别对变频压缩机(28)、两位三通电磁阀(29)、第二电磁阀(30)、电子膨胀阀(31)和每路蒸发支路包括第一电磁阀(241)进行控制。
3.按照权利要求2所述的制冰系统，其特征在于所述两位三通电磁阀(29)的C口与变频压缩机(28)的出口通过第一截止阀(221)间接连接，所述第一截止阀(221)的出口通过管路连接所述两位三通电磁阀(29)的C 口，所述第一截止阀(221)的进口通过管路连接变频压缩机(28)的出口 ；所述储液罐(21)与变频压缩机(28)通过第二截止阀(222)间接连接，所述第二截止阀(222)的进口通过管路连接储液罐(21)的出口，所述第二截止阀(222)的出口通过管路连接变频压缩机(28)的进口。
4.按照权利要求2或3所述的制冰系统，其特征在于在冷凝器(25)与电子膨胀阀(31)相连接的管路上设有过滤器(26)，所述冷凝器(25)的出口通过管路连接过滤器(26)的进口，所述过滤器(26)的出口通过管路连接电子膨胀阀(31)的进口。
5.按照权利要求4所述的制冰系统，其特征在于在所述第二单向阀(27)的出口处设有第一温度传感器(141)，在所述水箱(23)中设有第二温度传感器(142)。
全文摘要
本发明涉及一种制冰控制方法及制冰系统，所述制冰控制方法采用功率分配程序，使制冷片用于匹配输入功率的波动部分，蒸发器用于匹配输入功率的稳定部分，从而变频压缩机有一个逐渐退出工作状态、变频压缩机消耗功率逐渐转移到制冷片上的过程，保护了变频压缩机。所述制冰系统采用上述制冰控制方法，该制冰系统包括水箱、制冷片、储液罐、冷凝器、变频压缩机、电量采集模块、控制器和N路蒸发支路。每路蒸发支路包括第一电磁阀、第一单向阀和一组蒸发器组，蒸发器组包括蒸发器和制冰盘。该制冰系统适用于变功率输入的场合，可以实现制冰过程效率功率与变化的输入功率的匹配，提高能量利用率。
文档编号F25C1/00GK102620495SQ20121010001
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月6日 优先权日2012年4月6日
发明者刘宏伟, 李伟, 林勇刚, 王贤成 申请人:浙江大学