本发明涉及制冷设备领域，尤其涉及一种采用双介质对果蔬等冷库进行蓄冷、预冷的制冷装置及其控制方法。
背景技术：
目前，随着人民生活水平的提高，市场需求不断增强，冷库的建设速度和生产规模在不断增快。自2010年《农产品冷链物流发展规划》出台之后，我国冷库市场就进入了一个前所未有的建设热潮。2014年10月份，国务院印发了《物流业发展中长期规划(2014—2020年)》，助推着冷库建设朝着规模化、规范化和现代化的方向发展。一个国家冷藏事业发展状况，在一定程度上可以放映出人民生活水平的高低。作为冷链物流中的关键一环，冷库建设和运营一直备受关注。2014年全国冷库总量达到3320万吨，折合8300万立方米。冷库是工业企业中的耗电大户之一，随着市场的变化，冷库企业之间的竞争越来越激烈。另一方面，能源的短缺造成电费的上涨。
因此，节约能源就等于增加利润，只有这样，冷库企业才能够继续发展下去。将人工制取的冷量利用物质的显热或潜热性质储存起来的技术称之为蓄冷，目前，水蓄冷技术已具备了一定的理论基础并在实际工程中得到了应用，可以均衡电网负荷，减少配电、制冷机组的装机容量。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种有效降低装机容量、提高效能比的双介质果蔬快速预冷装置。
本发明的另一目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于上述预冷装置的控制方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种双介质果蔬快速预冷装置，该预冷装置安装在冷库内，通过闲时调用冷水降温单元的方式提高制冷机组的能效比及实现快速降温的目的。该预冷装置主要包括安装在冷库外的制冷机组单元、利用冷媒蒸发吸热降低冷库温度的直接蒸发降温单元、通过冷水降温方式进一步降低冷库温度的冷水降温单元、以及用于调用直接蒸发降温单元和/或冷水降温单元工作的控制单元；所述制冷机组单元与直接蒸发降温单元串联连接，所述冷水降温单元与制冷机组单元并联连接，构成双循环制冷和蓄冷回路。
具体的，所述制冷机组单元主要包括压缩机、冷凝器和储液器。所述压缩机的出口与冷凝器的一端连接，冷凝器的另一端与储液器的入口连接。工作时，压缩机对气态冷媒进行压缩，使冷媒在冷凝器内液化并放出热量，该热量通过冷凝器上的散热鳍片释放到外界空气中，液化后的液态冷媒被存储在储液器中。
具体的，所述直接蒸发降温单元包括第一电磁阀、第一膨胀阀和第一冷风机。所述第一电磁阀一端与储液器的出口连接，另一端与第一膨胀阀连接，所述第一冷风机安装在冷库内，通过冷媒气化吸热快速降低冷库的温度。第一冷风机的一端与第一膨胀阀连接，另一端与压缩机的入口连接，从而与制冷机组单元构成风冷制冷循环回路。直接蒸发降温单元在工作时，打开第一电磁阀，液态冷媒通过第一膨胀阀的节流和调节作用，在第一冷风机内气化并吸收热量，进而降低进入第一冷风机的空气的温度，随着第一冷风机对冷库内空气进行不断循环，冷库内的温度便会快速降低。
具体的，所述冷水降温单元设有制冷水循环回路、水循环回路和冷水降温循环回路，主要包括第二电磁阀、第二膨胀阀、制冷水蒸发器、第一水泵、蓄水箱、第二水泵、以及第二冷风机。所述制冷水蒸发器通过管道与蓄水箱连接，实现水循环，所述第一水泵安装在管道上，控制水循环的流量，这三者共同构成水循环回路；该循环回路在工作时，第一水泵启动，将蓄水箱中的水源源不断地往制冷水蒸发器处输送，并在制冷水蒸发器的降温下形成冷水。所述第二电磁阀的一端与储液器的出口连接，另一端与第二膨胀阀连接，所述制冷水蒸发器一端与第二膨胀阀连接，另一端与压缩机的入口连接，从而与制冷机组单元构共同成制冷水循环回路；制冷水循环回路在工作时，第二电磁阀打开，液态冷媒通过第二膨胀阀的节流和调节作用，在制冷水蒸发器内气化并吸收热量，使流过制冷水蒸发器的水的水温降低，从而降低蓄水箱内的水温，实现冷水的闲时制备。所述第二冷风机安装在冷库内，所述第二水泵的入口与蓄水箱连接，出口与第二冷风机的一端连接，所述第二冷风机的另一端与蓄水箱连接，从而构成冷水降温循环回路。冷水降温循环回路在工作时，打开第二水泵，由第二水泵抽取蓄水箱内的冷水并送到第二冷风机内，使进入第二冷风机的空气的温度进一步降低，随着第二冷风机对冷库内空气的不断循环，冷库温度会进一步降低。
作为本发明的优选方案，所述第一冷风机和第二冷风机数量及安装位置应根据冷库的容积及形状来调整。
作为本发明的优选方案，所述制冷水蒸发器采用板式制冷水蒸发器、管壳式制冷水蒸发器或钛管制冷水蒸发器。
进一步的，为了避免循环回路内存留杂质，损坏循环部件，因此本发明所述制冷机组单元还包括用于过滤杂质的干燥过滤器。所述干燥过滤器的一端与储液器的出口连接，另一端分别与第一电磁阀和第二电磁阀连接。干燥过滤器的设置能够有效减少管道内的杂质，在日后维护时只需清洗或更换干燥过滤器即可。
作为本发明的优选方案，本发明提供的风冷制冷循环、制冷水循环和冷水降温循环的工作方式有：
1、制冷水循环主要用于制冷机组单元在闲时(用电低谷，电价便宜)对蓄水箱内的水进行降温处理，起到蓄冷的目的。
2、风冷制冷循环产生干燥低温空气流，而制冷水冷循环产生相对湿度较高的低温空气流，根据进入冷库的蔬果不同而选用风冷制冷或冷水降温制冷；
3、由于冷库内的蒸发温度与机组的制冷量和制冷效率成正比，即在特定的制冷系统中，蒸发温度每提高1℃，其他工况不变情况下机组制冷效率可提高3％，因此，本发明优选前期采用风冷制冷，等蒸发温度降下来后采用冷水降温循环制冷，这样能够使机组不停机，降低机组能耗，还可以大大提高机组的制冷效率，同时节省制冷资源、降低制冷成本；
4、在需要快速降温的场合(如：果蔬在田间刚采摘，热量较大，对应所需的冷量较大)，可同时打开风冷制冷循环和冷水降温循环，双重制冷循环下冷库降温速度加快，等温度下降到设定值后改用风冷制冷循环或冷水降温循环。
本发明的另一目的通过下述技术方案实现：
一种双介质果蔬快速预冷装置的控制方法，该控制方法的包括如下具体步骤：
步骤s1:当库内实际温度tb>库内设定温度tk+库内设定温度负回差δtk2或冷水实际温度td>冷水设定温度ts+冷水设定温度负回差δts2时，压缩机启动；当库内实际温度tb<库内设定温度tk-库内设定温度正回差δtk1且冷水实际温度td<冷水设定温度ts-冷水设定温度正回差δts1时，压缩机停止；
步骤s2:当库内实际温度tb>库内设定温度tk+库内设定温度负回差δtk2时，直接蒸发降温单元启动；当库内实际温度tb<库内设定温度tk-库内设定温度正回差δtk1时,直接蒸发降温单元停止；
步骤s3:当冷水实际温度td<库内实际温度tb-冷水与空气运行温差δt2且库内实际温度tb-库内设定温度tk>空气运行温差δt1或库内温度上升速率为vt2>库内温度上升速度设定值vt2s时，供冷水降温单元启动；当冷水实际温度td>库内实际温度tb-冷水与空气运行温差δt2或冷水实际温度td<库内实际温度tb-冷水与空气运行温差δt2且库内实际温度tb-库内设定温度tk<空气运行温差δt1且库内温度下降速率vt1<库内温度下降速率设定值vt1s时,供冷水降温单元停止；
步骤s4:当压缩机处于运行状态且直接蒸发降温单元停止且供冷水降温单元停止且冷水实际温度td>冷水设定温度ts+冷水设定温度负回差δts2时，制冷水单元启动；当冷水实际温度td<冷水设定温度ts-冷水设定温度正回差δts1或直接蒸发降温单元启动或供冷水降温单元启动时，制冷水单元停止。
本发明的工作过程和原理是：本发明所提供的双介质果蔬快速预冷装置包含三个循环回路，分别是风冷制冷循环、制冷水循环和冷水降温循环，其中风冷制冷循环利用冷媒气化吸热原理，通过冷风机将干燥冷空气输送到冷库内并不断循环，从而实现降温目的；而制冷水循环主要通过冷媒在闲时对蓄水箱内的水进行降温，达到制备冷水的目的；最后，冷水降温循环是利用冷水作为制冷媒介，通过第二冷风机对冷库进一步降温，产生的冷风相对湿度较高，有助于减少果蔬的水分流失、干缩和变色，能够长期保持果蔬的新鲜；当需要对冷库快速降温时，可同时打开风冷制冷循环和冷水降温循环，冷库在双重制冷循环作用下降温速度加快，并大大提高制冷效率、降低制冷成本。
与现有技术相比，本发明还具有以下优点：
(1)由于冷库设计是按最大冷负荷来选取制冷机组的，而制冷机组通常情况是在部分负荷下运行，而不会长期满负荷运行。采用本发明提供的方案后，制冷机组的容量可以按照平均负荷来选取，可以大大减少机组的容量，有效降低采购机组的成本。
(2)本发明所提供的双介质果蔬快速预冷装置采用闲时制备冷水的方式将冷量存储在蓄水箱内，在需要时调用，这种工作方式能够大大节省制冷成本、降低制冷能耗。
(3)本发明所提供的双介质果蔬快速预冷装置在库温较低时，蒸发温度会逐渐降低，此时第二冷风机利用蓄水箱的冷量，可在较短时间内达到预冷所需温度，大大缩短降温时间，提高降温效率，同时，通过调节第二水泵的供水量可以实现调节第二冷风机的出风温度，从而减少制冷机组开停机的次数，延长使用寿命。
(4)本发明所提供的双介质果蔬快速预冷装置在制冷机组出现故障停机时，调用蓄水箱的冷水能够有效的使冷库内的空气降温，不会像传统冷库那样造成冷库温度升高。
(5)本发明所提供的双介质果蔬快速预冷装置利用蓄冷水箱中的冷水作为冷却介质，吹出的空气湿度较高，储存后的果蔬水分损失少，不会干缩、变色。
(6)当进入冷库的批次物料储存量较大、批次物料待处理时间短，需快速冷藏时，可同时开启第一冷风机和第二冷风机对物料进行降温处理，开启双循环制冷后，冷库能够在短时间内实现快速降温，与传统冷库制冷机组相比，制冷效率大大提高。
附图说明
图1是本发明所提供的双介质果蔬快速预冷装置的循环回路示意图。
上述附图中的标号说明：
1-压缩机，2-冷凝器，3-储液器，4-第一电磁阀，5-第一膨胀阀，6-第二电磁阀，7-第二膨胀阀，8-第一冷风机，9-第二冷风机，10-第二水泵，11-蓄水箱，12-制冷水蒸发器，13-冷库。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1所示，本发明公开了一种双介质果蔬快速预冷装置，该预冷装置安装在冷库13内，通过闲时调用冷水降温单元的方式提高制冷机组的能效比及实现快速降温的目的。该预冷装置主要包括安装在冷库13外的制冷机组单元、利用冷媒蒸发吸热降低冷库13温度的直接蒸发降温单元、通过冷水降温方式进一步降低冷库13温度的冷水降温单元、以及用于调用直接蒸发降温单元和/或冷水降温单元工作的控制单元；所述制冷机组单元与直接蒸发降温单元串联连接，所述冷水降温单元与制冷机组单元并联连接，构成双循环制冷和蓄冷回路。
具体的，所述制冷机组单元主要包括压缩机1、冷凝器2和储液器3。所述压缩机1的出口与冷凝器2的一端连接，冷凝器2的另一端与储液器3的入口连接。工作时，压缩机1对气态冷媒进行压缩，使冷媒在冷凝器2内液化并放出热量，该热量通过冷凝器2上的散热鳍片释放到外界空气中，液化后的液态冷媒被存储在储液器3中。
具体的，所述直接蒸发降温单元包括第一电磁阀4、第一膨胀阀5和第一冷风机8。所述第一电磁阀4一端与储液器3的出口连接，另一端与第一膨胀阀5连接，所述第一冷风机8安装在冷库13内，通过冷媒气化吸热快速降低冷库13的温度。第一冷风机8的一端与第一膨胀阀5连接，另一端与压缩机1的入口连接，从而与制冷机组单元构成风冷制冷循环回路。直接蒸发降温单元在工作时，打开第一电磁阀4，液态冷媒通过第一膨胀阀5的节流和调节作用，在第一冷风机8内气化并吸收热量，进而降低进入第一冷风机8的空气的温度，随着第一冷风机8对冷库13内空气进行不断循环，冷库13内的温度便会快速降低。
具体的，所述冷水降温单元设有制冷水循环回路、水循环回路和冷水降温循环回路，主要包括第二电磁阀6、第二膨胀阀7、制冷水蒸发器12、第一水泵、蓄水箱11、第二水泵10、以及第二冷风机9。所述制冷水蒸发器12通过管道与蓄水箱11连接，实现水循环，所述第一水泵安装在管道上，控制水循环的流量，这三者共同构成水循环回路；该循环回路在工作时，第一水泵启动，将蓄水箱11中的水源源不断地往制冷水蒸发器12处输送，并在制冷水蒸发器12的降温下形成冷水。所述第二电磁阀6的一端与储液器3的出口连接，另一端与第二膨胀阀7连接，所述制冷水蒸发器12一端与第二膨胀阀7连接，另一端与压缩机1的入口连接，从而与制冷机组单元构共同成制冷水循环回路；制冷水循环回路在工作时，第二电磁阀6打开，液态冷媒通过第二膨胀阀7的节流和调节作用，在制冷水蒸发器12内气化并吸收热量，使流过制冷水蒸发器12的水的水温降低，从而降低蓄水箱11内的水温，实现冷水的闲时制备。所述第二冷风机9安装在冷库13内，所述第二水泵10的入口与蓄水箱11连接，出口与第二冷风机9的一端连接，所述第二冷风机9的另一端与蓄水箱11连接，从而构成冷水降温循环回路。冷水降温循环回路在工作时，打开第二水泵10，由第二水泵10抽取蓄水箱11内的冷水并送到第二冷风机9内，使进入第二冷风机9的空气的温度进一步降低，随着第二冷风机9对冷库13内空气的不断循环，冷库13温度会进一步降低。
作为本发明的优选方案，所述第一冷风机8和第二冷风机9数量及安装位置应根据冷库13的容积及形状来调整。
作为本发明的优选方案，所述制冷水蒸发器12采用板式制冷水蒸发器12、管壳式制冷水蒸发器12或钛管制冷水蒸发器12。
进一步的，为了避免循环回路内存留杂质，损坏循环部件，因此本发明所述制冷机组单元还包括用于过滤杂质的干燥过滤器。所述干燥过滤器的一端与储液器3的出口连接，另一端分别与第一电磁阀4和第二电磁阀6连接。干燥过滤器的设置能够有效减少管道内的杂质，在日后维护时只需清洗或更换干燥过滤器即可。
作为本发明的优选方案，本发明提供的风冷制冷循环、制冷水循环和冷水降温循环的工作方式有：
1、制冷水循环主要用于制冷机组单元在闲时(用电低谷，电价便宜)对蓄水箱11内的水进行降温处理，起到蓄冷的目的。
2、风冷制冷循环产生干燥低温空气流，而制冷水冷循环产生相对湿度较高的低温空气流，根据进入冷库13的蔬果不同而选用风冷制冷或冷水降温制冷；
3、由于冷库13内的蒸发温度与机组的制冷量和制冷效率成正比，即在特定的制冷系统中，蒸发温度每提高1℃，其他工况不变情况下机组制冷效率可提高3％，因此，本发明优选前期采用风冷制冷，等蒸发温度降下来后采用冷水降温循环制冷，这样能够使机组不停机，降低机组能耗，还可以大大提高机组的制冷效率，同时节省制冷资源、降低制冷成本；
4、在需要快速降温的场合(如：果蔬在田间刚采摘，热量较大，对应所需的冷量较大)，可同时打开风冷制冷循环和冷水降温循环，双重制冷循环下冷库13降温速度加快，等温度下降到设定值后改用风冷制冷循环或冷水降温循环。
本发明还公开了一种双介质果蔬快速预冷装置的控制方法，该控制方法的包括如下具体步骤：
步骤s1:当库内实际温度tb>库内设定温度tk+库内设定温度负回差δtk2或冷水实际温度td>冷水设定温度ts+冷水设定温度负回差δts2时，压缩机1启动；当库内实际温度tb<库内设定温度tk-库内设定温度正回差δtk1且冷水实际温度td<冷水设定温度ts-冷水设定温度正回差δts1时，压缩机1停止；
步骤s2:当库内实际温度tb>库内设定温度tk+库内设定温度负回差δtk2时，直接蒸发降温单元启动；当库内实际温度tb<库内设定温度tk-库内设定温度正回差δtk1时,直接蒸发降温单元停止；
步骤s3:当冷水实际温度td<库内实际温度tb-冷水与空气运行温差δt2且库内实际温度tb-库内设定温度tk>空气运行温差δt1或库内温度上升速率为vt2>库内温度上升速度设定值vt2s时，供冷水降温单元启动；当冷水实际温度td>库内实际温度tb-冷水与空气运行温差δt2或冷水实际温度td<库内实际温度tb-冷水与空气运行温差δt2且库内实际温度tb-库内设定温度tk<空气运行温差δt1且库内温度下降速率vt1<库内温度下降速率设定值vt1s时,供冷水降温单元停止；
步骤s4:当压缩机1处于运行状态且直接蒸发降温单元停止且供冷水降温单元停止且冷水实际温度td>冷水设定温度ts+冷水设定温度负回差δts2时，制冷水单元启动；当冷水实际温度td<冷水设定温度ts-冷水设定温度正回差δts1或直接蒸发降温单元启动或供冷水降温单元启动时，制冷水单元停止。
本发明的工作过程和原理是：本发明所提供的双介质果蔬快速预冷装置包含三个循环回路，分别是风冷制冷循环、制冷水循环和冷水降温循环，其中风冷制冷循环利用冷媒气化吸热原理，通过冷风机将干燥冷空气输送到冷库13内并不断循环，从而实现降温目的；而制冷水循环主要通过冷媒在闲时对蓄水箱11内的水进行降温，达到制备冷水的目的；最后，冷水降温循环是利用冷水作为制冷媒介，通过第二冷风机9对冷库13进一步降温，产生的冷风相对湿度较高，有助于减少果蔬的水分流失、干缩和变色，能够长期保持果蔬的新鲜；当需要对冷库13快速降温时，可同时打开风冷制冷循环和冷水降温循环，冷库13在双重制冷循环作用下降温速度加快，并大大提高制冷效率、降低制冷成本。
实施例2：
物料入库前初始温度为ta＝35℃，冷风机出风温度tb＝15℃，物料预冷后目标温度tc＝10℃，蓄水箱11中水温可降至td＝5℃，空气冷却器可向库房提供的供冷温度为6-10℃。热工计算表明，蒸发温度与制冷量和制冷效率成正比，在一特定的制冷系统中，蒸发温度每提高1℃，其他工况不变情况下设备制冷效率可提高3％。在预冷初阶段，冷负荷较大时，可开启风冷制冷系统，此时的蒸发温度较高，对应工况下的制冷效率较高。
在传统冷库13中，随着库内空气温度的降低，蒸发温度逐渐降低，一定程度上也会影响制冷效率。本发明针对这一现状，在库内温度较低，蒸发温度明显降低时，提出了一种利用蓄水箱中冷水作为制冷剂，通过第二冷风机9换热，达到降低库温目的。即库内温度降低到接近15℃时，关闭第一电磁阀4和第一冷风机8，同时开启第二水泵10和第二冷风机9，实现快速降温的目的。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。