一种储能式在线应急冷源系统的制作方法

本发明涉及冷却系统技术领域，具体涉及一种储能式在线应急冷源系统。

背景技术：

应急冷源在各系统运行过程中发挥重要作用，如电池系统在高倍率充放电和危险工况下运行时，需要应急冷源系统防止温度急剧上升，空调系统和数据中心在供冷中断时，需要启动应急冷源保证系统正常工作。应急冷源系统注重及时性，要求在较短时间内及时供冷，且能满足系统的冷量需求。目前大部分冷源系统体积较大，放冷速度以及负荷响应速度较慢，难以满足系统运行时的应急冷却需求。冰蓄冷技术具有蓄冷能效高、负荷响应速度快和蓄冷槽设置灵活等特点，可实现制冷装置的紧凑化和一体化，可有效促进工作系统在不同条件下高效、稳定和安全运行。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种储能式在线应急冷源系统，通过制冰机组制冰蓄冷，需要用冷时，再快速融冰放冷，可满足短时大功率冷量输出要求。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种储能式在线应急冷源系统，包括制冰泵、可控相变换热器、冷源、蓄冰槽、液位计、冰水泵、放冷换热器、喷淋装置、冰浆泵和浓度在线测量装置；

蓄冰槽底部经制冰泵、可控相变换热器一侧与蓄冰槽顶部相连，可控相变换热器另一侧与冷源相连；冰水泵进口与蓄冰槽底部相连，冰浆泵进口与蓄冰槽富冰层相连，喷淋装置设置在蓄冰槽内且位于冰层以上，冰水泵出口和冰浆泵出口合并后经放冷换热器一侧与喷淋装置相连，放冷换热器另一侧与用冷末端相连；浓度在线测量装置设置在冰水泵出口和冰浆泵出口合并后的管道上，液位计用于测量蓄冰槽的液位。

在安全状态时，判断液位计所测量液位高度，当液位高于于所设定的上限值，则开启制冰泵和控制阀门，实现制冰循环。当液位达到下限后，则停止制冰。在紧急工况下，则打开冰水泵和冰浆泵，实现大功率的冷量输送。

进一步地，所述的冷源功率小，所需制冷机容量小。

进一步地，所述的放冷换热器换热系数较大。

进一步地，所述的放冷换热器的其中一端的换热介质是冰浆。

进一步地，所述的可相变换热器，具备控制水是否相变的功能，在循环制冰循环中，可相变换热器控制液态水不进行相变，流经相变换热器的0℃液态水，被冷却后变成过冷态的液态水。

进一步地，所述的蓄冰槽具有大高径比，可快速实现冰水自然分层，形成富冰层。

进一步地，所述的蓄冰槽中形成的冰浆冰晶细小，比表面积大，易于放冷。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、采用制冰蓄冷方式，系统制冰能耗比冰球和盘管技术等降低15％，制冷机组cop提高。

2、制冰机组(制冰泵、可控相变换热器、冷源、配套的促晶器)制取的冰浆相变潜热值大(332kj/kg)，需要的蓄冰槽体积小，蓄冷密度高。

3、制冰机组制取的冰浆冰晶细小，比表面积大，可实现快速融冰放冷。

4、蓄冰槽具有大高径比，利用冰水密度差，可快速实现冰水自然分层，形成富冰层。

5、喷淋装置从蓄冰槽上部喷洒高温回水，高温回水与富冰层的冰直接接触，利用冰晶的大比表面积和潜热，实现快速融冰，确保蓄冰槽底部水温的恒定。

6、可通过控制冰水泵和冰浆泵选择冰水输送或冰浆输送，同时可调控冰浆输送浓度，输出功率大，满足短时大功率冷量输出要求。

综上，本发明采用小型冰浆制取系统和大高径比蓄冰槽，将冷量通过冰浆形式进行存储和利用，蓄冷密度高，可实现快速融冰放冷，保证供冷温度稳定，输入功率小，输出功率大，能满足短时大功率冷量输出要求。

附图说明

图1为本实施例提供的一种储能式在线应急冷源系统的示意图；

附图标记说明：1-制冰泵；2-可控相变换热器；3-冷源；4-蓄冰槽；5-液位计；6-冰水泵；7-放冷换热器；8-喷淋装置；9-冰浆泵；10-浓度在线测量装置。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本实施例提供的一种储能式在线应急冷源系统，包括制冰泵1、可控相变换热器2、冷源3、蓄冰槽4、液位计5、冰水泵6、放冷换热器7、喷淋装置8、冰浆泵9、浓度在线测量装置10以及配套的管道、阀门及控制系统。

制冰泵1进口与蓄冰槽4底部相连，制冰泵1出口与可控相变换热器2一侧的底端相连，可控相变换热器2该一侧的顶端通过管道与蓄冰槽4顶部相连，可控相变换热器2另一侧与冷源3相连构成回路。容易理解的是，本申请采用制冰蓄冷，因此，制冰泵1、可控相变换热器2和冷源3组成的制冰机组，可根据需要在可控相变换热器2热侧回路配套促晶器。

冰水泵6和冰浆泵9的进口均与蓄冰槽4相连，其中冰水泵6进口位于蓄冰槽4底部，冰浆泵9进口位于蓄冰槽4富冰层。冰水泵6和冰浆泵9的出口管路合并后与放冷换热器7一侧的底端相连，放冷换热器7该一侧的顶端通过高温回水管路与喷淋装置8相连。喷淋装置8位于蓄冰槽4内且处于冰层以上，喷洒高温回水，使高温回水与富冰层的冰直接接触，利用冰晶的大比表面积和潜热，实现快速融冰，确保蓄冰槽底部水温的恒定。液位计5用于测量蓄冰槽4的液位。放冷换热器7另一侧与用冷末端连接构成回路。

优选的，蓄冰槽4具有大高径比，可快速实现冰水自然分层，形成富冰层。

蓄冷时，利用制冰机组产生的冷量，将蓄冰槽4内的水制成冰浆进行冷量存储。放冷时，利用放冷换热器7将冷量释放给用冷末端。

下面对本发明的工作过程进行详细说明：

当系统处于蓄冷阶段时，打开制冰机组，制冰泵1从蓄冰槽4底部抽出液态水，若蓄冰槽4内液态水温度较高，则液态水通过可控相变换热器2吸收来自冷源3的冷量，多次循环后逐渐变成接近0℃的液态水，再经过可控相变换热器2换热变成过冷水，过冷水促晶后变成一定浓度冰浆，通过管道从顶部送回蓄冰槽4。冰水存在密度差，在大高径比蓄冰槽4内容易实现自然分层，蓄冰槽4上部形成富冰层，下部为冰水层。

需要放冷时，打开放冷机组(冰水泵6、放冷换热器7、喷淋装置8和冰浆泵9)。当用冷需求较小时，可关闭冰浆泵9，选择冰水输送方式。冰水泵6从蓄冰槽4底部抽取低温水，利用放冷换热器7将冷量释放给用冷末端，换热后的高温回水通过喷淋装置8直接喷洒至蓄冰槽4上部的富冰层。由于冰晶细小，比表面积大，与高温回水接触后，实现快速融冰放冷，同时因为冰浆相变潜热值大(332kj/kg)，可确保蓄冰槽4底部液态水水温的稳定。当蓄冰槽4内的蓄冰量降低到设定值(或蓄冰槽内的液位高于设定值)，开启制冰机组，开始蓄冷，蓄冷和放冷可同时或分开进行。

当用冷需求较大时，打开冰浆泵9，选择冰浆输送方式。冰水泵6从蓄冰槽4底部抽取低温液态水，冰浆泵9从蓄冰槽4富冰层抽取高浓度冰浆，通过冰浆浓度在线测量装置10控制两个泵的流量，进而调控管路中的冰浆浓度。一定浓度的冰浆通过放冷换热器7将冷量释放给用冷末端，这种方式属于潜热输送，能显著提高冷量输送能力。换热后的回水再通过喷淋装置8与蓄冰槽4内冰浆直接接触，实现冰浆快速融冰放冷。同样，当蓄冰槽4内的蓄冰量降低到设定值(或蓄冰槽内的液位高于设定值)，开启制冰机组，开始蓄冷，蓄冷和放冷可同时或分开进行。

本发明通过采用冰浆蓄冷方式对冷量进行存储和利用，具有系统设备紧凑、蓄冷密度高、冷量输送能力强且系统运行稳定等优点。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。