一種製冰控制方法及製冰系統的製作方法

2023-06-20 16:05:46 4

專利名稱：一種製冰控制方法及製冰系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於製冰領域，具體涉及一種適應變功率輸入的製冰控制方法及製冰系統。
背景技術：
我國具有豐富的海洋能資源，通過海洋能發電裝置可以將捕獲的海洋能轉化為電能輸出。對於還沒有布設電網的沿海島嶼來說，將海流能發電裝置發出的電能輸送到電網(即海流能發電裝置併網運行)的成本太高，且難以實施；考慮到沿海島嶼的漁業用冰量比較大，需要消耗大量的能源，可以將海流能發電裝置發出的電能就地利用，為當地的漁業提供能源，用於製冰。由於海洋能具有間歇性特點，相應地，海洋能發電裝置的輸出功率呈現出間歇性波動的特性。附圖I所示為現有的製冰系統，該製冰系統採用定頻壓縮機18，定頻壓縮機18在工作時需要有足夠的功率輸入。如果海洋能發電裝置作為該製冰系統的功率提供裝置，對於該製冰系統來說，間歇性的功率輸入會造成如下幾方面的缺陷1、如果製冰系統的輸入功率變化範圍太大，當輸入功率在短時間內從較大的值變化到非常小的值時，驅動定頻壓縮機的電機的輸出力矩會非常小，以致於電機無法驅動定頻壓縮機，導致定頻壓縮機堵轉燒毀。2、如果製冰系統的輸入功率持續較低時，驅動定頻壓縮機的電機無法啟動壓縮機，使電機堵轉，同樣會引起定頻壓縮機的堵轉。3、如果定頻壓縮機的速度降低，製冷劑的流量就會降低，流經蒸發器的製冷劑不足以使蒸發器的溫度達到製冰溫度點，從而制不出冰來。如果使用上述製冰系統，與之匹配的海洋能發電裝置就需要採用恆功率輸出控制，輸出恆定的功率供給製冰系統，這就造成海洋能利用率的降低，海洋能發電裝置就不能捕獲最大功率，從而不能實現「來多少能發多少電，發多少電制多少冰」的節能儲能模式。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種製冰控制方法及製冰系統，使得製冰系統不需要恆定的輸入功率，從而可以適用於變功率輸入的場合，實現製冰過程消耗功率與變化的輸入功率的匹配。為解決上述技術問題，本發明採用如下的技術方案—種製冰控制方法，製冰系統使用製冷片對水箱中的水進行製冷，製冷劑在變頻壓縮機、冷凝器、蒸發器和儲液罐中流動，使用N個蒸發器將水製成冰，N為大於等於2的自然數。使用電量採集模塊檢測製冰系統的輸入功率，檢測到的輸入功率大小為功率值M，控制器根據該檢測到的功率值M的大小啟動功率分配程序。單個蒸發器的額定功率為P，控制器預先設定兩個功率等級分別為P1和P2,且P1 < P2，P < P2-P10功率分配程序如下所述1)在製冰系統啟動開始時，如果功率值M小於等於P2，控制器啟動製冷片，將輸入製冰系統的全部能量供給製冷片，由製冷片預先將水箱中的水製冷。根據控制算法，通過對功率值M進行計算，控制器輸出PWM波並經放大處理模塊做放大處理，控制製冷片中電流的通斷，使得製冷片消耗功率與功率值M相匹配，此時，製冷片處於製冷工作狀態。2)在製冰系統啟動以後，如果功率值M大於P2,控制器啟動驅動變頻壓縮機的電機，電機啟動後，蒸發器工作在額定功率狀態，處於製冰工作狀態的蒸發器的個數為W，W等
於^^的整數部分。同時製冷片也處於製冷工作狀態，控制器控制製冷片消耗功率與輸
入製冰系統的剩餘功率(M-WXP)相匹配。
如果功率值M從P2及P2以上跌落至P1，控制器輸出方波脈衝控制驅動變頻壓縮機的電機轉速逐漸減小到零，從而間接控制變頻壓縮機的轉速，此時，處於製冰工作狀態的蒸發器未工作在額定功率。同時，在電機轉速逐漸減小到零的過程中，控制器控制製冷片將功率值M減去蒸發器消耗功率後剩餘的功率消耗掉。採用上述的製冰控制方法的製冰系統，包括水箱、儲液罐和冷凝器，所述製冰系統還包括第二單向閥、兩位三通電磁閥、第二電磁閥、電子膨脹閥、變頻壓縮機和N路蒸發支路，N為大於等於2的自然數。每路蒸發支路包括第一電磁閥、第一單向閥和一組蒸發器組，每組所述蒸發器組包括蒸發器和製冰盤。在每路所述蒸發支路，所述第一單向閥的進口通過管路連接所述蒸發器的出口，所述蒸發器的進口通過管路連接所述第一電磁閥的出口。所述儲液罐的出口與所述變頻壓縮機的進口通過管路相連接，所述儲液罐的進口通過管路與每路所述蒸發支路的第一單向閥的出口相連接，所述第二單向閥的出口通過管路與每路所述蒸發支路的第一電磁閥的進口相連接。所述兩位三通電磁閥的C 口通過管路與所述變頻壓縮機的出口相連接，所述兩位三通電磁閥的A 口通過管路與冷凝器的進口相連接，所述兩位三通電磁閥的B 口通過管路與第二電磁閥的進口相連接。所述冷凝器的出口通過管路連接電子膨脹閥的進口，所述電子膨脹閥的出口通過管路連接第二單向閥的進口，所述第二電磁閥的出口通過管路連接第二單向閥的出口。所述水箱通過管路與每組蒸發器組的製冰盤相連接，所述蒸發器和製冰盤為一體式結構。所述製冰系統還包括製冷片、控制器和電量採集模塊，所述水箱與製冷片為一體式結構，所述電量採集模塊與控制器電氣連接在一起，所述控制器分別對變頻壓縮機、兩位三通電磁閥、第二電磁閥、電子膨脹閥和每路蒸發支路包括第一電磁閥進行控制。進一步的，所述兩位三通電磁閥的C 口與變頻壓縮機的出口通過第一截止閥間接連接，所述第一截止閥的出口通過管路連接所述兩位三通電磁閥的C 口，所述第一截止閥的進口通過管路連接變頻壓縮機的出口。所述儲液罐與變頻壓縮機通過第二截止閥間接連接，所述第二截止閥的進口通過管路連接儲液罐的出口，所述第二截止閥的出口通過管路連接變頻壓縮機的進口。進一步的，在冷凝器與電子膨脹閥相連接的管路上設有過濾器，所述冷凝器的出口通過管路連接過濾器的進口，所述過濾器的出口通過管路連接電子膨脹閥的進口。進一步的，在所述第二單向閥的出口處設有第一溫度傳感器，在所述水箱中設有第二溫度傳感器。採用本發明具有如下的有益效果I、本發明可以不考慮製冰系統輸入功率的大小和波動範圍，與製冰系統相連接的海洋能發電裝置可以採用最大功率跟蹤控制，從而可以捕獲最大功率，提高能量利用率。
2、本發明在輸入功率過低無法驅動變頻壓縮機時，通過製冷片來匹配輸入功率，製冷片能對水箱的水預先製冷，可以使蒸發器更快速地製冰，提高製冰效率。
3、本發明在輸入功率較高時，採用多路蒸發支路，通過控制投入製冰過程的蒸發支路的數量及製冷片，由蒸發器匹配穩定部分的功率，由製冷片匹配波動部分的功率，實現製冰過程消耗功率與製冰系統輸入功率的匹配，提高能量利用率。


下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步詳細的說明。圖I為一種現有的製冰系統的工作原理圖；圖2為本發明一種製冰控制方法實施例的控制原理流程圖；圖3為本發明製冰系統實施例的工作原理圖。
具體實施例方式參照附圖2。一種製冰控制方法，製冰系統使用製冷片對水箱中的水進行製冷，製冷劑在變頻壓縮機、冷凝器、蒸發器和儲液罐中流動，使用N個蒸發器將水製成冰，N為大於等於2的自然數。使用電量採集模塊檢測製冰系統的輸入功率，檢測到的輸入功率大小為功率值M，控制器根據該檢測到的功率值M的大小啟動功率分配程序。單個蒸發器的額定功率為P，控制器預先設定兩個功率等級分別為P1和P2，且P1 < P2, P < P2-Pp功率分配程序如下所述I)在製冰系統啟動開始時，如果功率值M小於等於P2，控制器啟動製冷片，將輸入製冰系統的全部能量供給製冷片，由製冷片預先將水箱中的水製冷。通過對功率值M進行計算，控制器輸出PWM波並經放大處理模塊做放大處理，控制製冷片中電流的通斷，使得製冷片消耗功率與功率值M相匹配，此時，製冷片處於製冷工作狀態。2)在製冰系統啟動以後，如果功率值M大於P2，控制器啟動驅動變頻壓縮機的電機，電機啟動後，蒸發器工作在額定功率狀態，處於製冰工作狀態的蒸發器的個數為W，W等
於^^的整數部分。同時製冷片也處於製冷工作狀態，控制器控制製冷片消耗功率與輸
入製冰系統的剩餘功率(M-WXP)相匹配。如果功率值M從P2及P2以上跌落至P1,控制器輸出方波脈衝控制驅動變頻壓縮機的電機轉速逐漸減小到零，從而間接控制變頻壓縮機的轉速。此時，由於電機轉速逐漸減小，從變頻壓縮機流出、流經冷凝器和電子膨脹閥、流入蒸發器的製冷劑流量減小，使得處於製冰工作狀態的蒸發器未工作在額定功率。同時，在電機轉速逐漸減小到零的過程中，控制器控制製冷片將功率值M減去蒸發器消耗功率後剩餘的功率消耗掉。控制器輸出脈衝控制電子膨脹閥的開口度大小，控制電子膨脹閥的輸出壓力，從而實現對流出電子膨脹閥的製冷劑的溫度控制。上述功率分配程序中，製冷片用於匹配輸入功率的波動部分，蒸發器用於匹配輸入功率的穩定部分。同時，該功率分配程序使得變頻壓縮機有一個逐漸退出工作狀態、變頻壓縮機消耗功率逐漸轉移到製冷片上的過程，從而保護了變頻壓縮機。參照附圖3。本發明公開了一種採用上述製冰控制方法的製冰系統，該製冰系統包括水箱23、儲液罐21、冷凝器25、變頻壓縮機28、第二單向閥27、兩位三通電磁閥29、第二電磁閥30、電子膨脹閥31和三路蒸發支路，每路所述蒸發支路包括第一電磁閥241、第一單向閥243和一組蒸發器組，每組所述蒸發器組包括蒸發器242和製冰盤244。所述變頻壓縮機28通過第一截止閥221與所述兩位三通電磁閥29的C 口相連接，所述第一截止閥221的出口通過管路連接所述兩位三通電磁閥29的C 口，所述第一截止閥221的進口通過管路連接變頻壓縮機28的出口。所述變頻壓縮機28通過第二截止閥222與所述儲液罐21相連接，所述第二截止閥222的進口通過管路連接儲液罐21的出口，所述第二截止閥222的出口通過管路連接變頻壓縮機28的進口。所述兩位三通電磁閥29的A 口通過管路與冷凝器25的進口相連接，所述冷凝器25通過過濾器26與電子膨脹閥31相連接，所述冷凝器25的出口通過管路連接過濾器26的進口，所述過濾器26的出口通過管路連接電子膨脹閥31的進口。所述兩位三通電磁閥29的B 口通過管路與第二電磁閥30的進口相連接，所述電子膨脹閥31的出口通過管路連接第二單向閥27的進口，所述第二電磁閥30的出口通過管路連接第二單向閥27的出口，採用所述第二單向閥27的目的是防止蒸發器242中同時呈氣態和液態混合體的製冷劑回流到電子膨脹閥31。在每路所述蒸發支路，所述第一單向閥243的進口通過管路連接所述蒸發器242的出口，所述蒸發器242的進口通過管路連接所述第一電磁閥241的出口，採用所述第一單向閥243的目的是，當某一路蒸發支路處於不導通狀態時，防止流經其它路蒸發支路的製冷劑回流到上述不導通的那一路蒸發支路。所述儲液罐21的進口通過管路與每路所述蒸發支路的第一單向閥243的出口相連接，所述第二單向閥27的出口通過管路與每路所述蒸發支路的第一電磁閥241的進口相連接。所述水箱23通過管路與每組蒸發器組的製冰盤244相連接，所述蒸發器242和製冰盤244為一體式結構，所述製冰盤244是由不鏽鋼板製作而成，所述蒸發器242焊接固定在所述製冰盤244的背面。所述製冰系統還包括製冷片11、控制器12和電量採集模塊13，所述水箱23與製冷片11為一體式結構，所述製冰片11固定安裝在水箱23外部的一個側壁上。所述製冷片11的一端為製冷端，所述製冷端伸入水箱23內部並與水箱中的水相接觸。所述製冷片11的另一端為散熱端，所述散熱端處設有一風扇。所述製冷片11的製冷端和散熱端均為熱交換片，製冷端的作用是吸收水箱中的水的熱量傳遞到散熱端，散熱端在風扇的吹拂作用下散熱，實現製冷片11對水箱中的水的製冷作用。所述電量採集模塊13與控制器12電氣連接，所述電量採集模塊13可以檢測輸入製冰系統的功率的大小，並將檢測到的功率值輸入控制器12。所述電量採集模塊13採用市場上現有的產品，可以選擇江蘇華測電子公司生產的HC-31A單相電量採集模塊，該產品是高度集成化的針對電量參數測量應用的產品，能準確測量電壓、電流、有效功率、無功功率、功率因數、有功電度和無功電度等參數。所述控制器12採用PLC模塊作為主體結構，所述控制器12分別對驅動變頻壓縮機28的電機、兩位三通電磁閥29、第二電磁閥30、電子膨脹閥31、製冷片11和每路所述蒸發支路的第一電磁閥241進行控制。 在所述第二單向閥27的出口處設有第一溫度傳感器141，採用所述第一溫度傳感器141的目的是檢測蒸發支路進口處的製冷劑的溫度值，控制器12將判斷該溫度值是否大於預先設定的所述蒸發支路進口處的最大溫度值，控制器12根據判斷結果決定是否啟動降溫程序，使該溫度值降低到合理的數值。在所述水箱23中設有第二溫度傳感器142，採用所述第二溫度傳感器142的目的是檢測水箱23中水的溫度值。本發明所述的一種製冰系統的工作原理為所述製冰系統的管路中流通有製冷劑。製冷劑經變頻壓縮機28壓縮變為高溫高壓的氣體從變頻壓縮機28中流出，流經第一截止閥221。當所述兩位三通電磁閥29工作在右位，所述兩位三通電磁閥29的C 口和A 口連通時，從所述第一截止閥221流出的製冷劑流經兩位三通電磁閥29進入冷凝器2 5。呈高溫高壓氣態形式的製冷劑在冷凝器25中的冷卻介質的冷卻作用下，製冷劑變為低壓低溫的液體，從冷凝器25中流出的呈低壓低溫液態形式的製冷劑，流經過濾器26、電子膨脹閥31和第二單向閥27進入蒸發支路。製冷劑具體進入哪一路蒸發支路，由每路所述蒸發支路的第一電磁閥241的導通狀態決定。當某一路所述蒸發支路的第一電磁閥241導通時，該路蒸發支路處於導通狀態，製冷劑進入該路所述蒸發支路，該路處於導通狀態的蒸發支路的製冰流程為水箱23中的水流入所述製冰盤244中，製冷劑流經第一電磁閥241進入蒸發器242，水在所述蒸發器242中的製冷劑的蒸發製冷作用下結成冰，製冷劑吸收了製冰盤244中水的熱量變為氣體，之後，製冷劑流出蒸發器242，流經第一單向閥243進入儲液罐21儲存起來。上述過程結束之後，控制兩位三通電磁閥29工作在左位，使得兩位三通電磁閥29的C 口和B 口連通，從第一截止閥221流出的製冷劑直接進入該路蒸發支路，實現製冰盤244的脫冰過程。當某一路所述蒸發支路的第一電磁閥241未導通時，該路蒸發支路處於不導通狀態，製冷劑不能進入該路所述蒸發支路。此時，一個完整製冰過程結束，進入下一個製冰過程，即儲液罐21中的製冷劑流經第二截止閥222進入變頻壓縮機28，製冷劑在變頻壓縮機28中被壓縮為高溫高壓的氣體。
權利要求
1.一種製冰控制方法，其特徵在於製冰系統使用製冷片對水箱中的水進行製冷，製冷劑在變頻壓縮機、冷凝器、蒸發器和儲液罐中流動，使用N個蒸發器將水製成冰，N為大於等於2的自然數；使用電量採集模塊檢測製冰系統的輸入功率，檢測到的輸入功率大小為功率值M，控制器根據該檢測到的功率值M的大小啟動功率分配程序；單個蒸發器的額定功率為P，控制器預先設定兩個功率等級分別為P1和P2，且P1 < P2, P < P2-P1 ;功率分配程序如下所述 1)在製冰系統啟動開始時，如果功率值M小於等於P2，控制器啟動製冷片，將輸入製冰系統的全部能量供給製冷片，由製冷片預先將水箱中的水製冷；根據控制算法，通過對功率值M進行計算，控制器輸出PWM波並經放大處理模塊做放大處理，控制製冷片中電流的通斷，使得製冷片消耗功率與功率值M相匹配，此時，製冷片處於製冷工作狀態； 2)在製冰系統啟動以後，如果功率值M大於P2，控制器啟動驅動變頻壓縮機的電機，電機啟動後，蒸發器工作在額定功率狀態，處於製冰工作狀態的蒸發器的個數為W，W等於的整數部分；同時製冷片也處於製冷工作狀態，控制器控制製冷片消耗功率與輸入製冰系統的剩餘功率(M-WXP)相匹配； 如果功率值M從P2及P2以上跌落至P1，控制器輸出方波脈衝控制驅動變頻壓縮機的電機轉速逐漸減小到零，從而間接控制變頻壓縮機的轉速，此時，處於製冰工作狀態的蒸發器未工作在額定功率；同時，在電機轉速逐漸減小到零的過程中，控制器控制製冷片將功率值M減去蒸發器消耗功率後剩餘的功率消耗掉。
2.採用如權利要求I所述製冰控制方法的製冰系統，包括水箱(23)、儲液罐(21)和冷凝器(25)，其特徵在於所述製冰系統還包括第二單向閥(27)、兩位三通電磁閥(29)、第二電磁閥(30)、電子膨脹閥(31)、變頻壓縮機(28)和N路蒸發支路，N為大於等於2的自然數；每路蒸發支路包括第一電磁閥(241)、第一單向閥(243)和一組蒸發器組，每組所述蒸發器組包括蒸發器(242)和製冰盤(244);在每路所述蒸發支路，所述第一單向閥(243)的進口通過管路連接所述蒸發器(242)的出口，所述蒸發器(242)的進口通過管路連接所述第一電磁閥的出口 ；所述儲液罐(21)的出口與所述變頻壓縮機(28)的進口通過管路相連接，所述儲液罐(21)的進口通過管路與每路所述蒸發支路的第一單向閥(243)的出口相連接，所述第二單向閥(27)的出口通過管路與每路所述蒸發支路的第一電磁閥(241)的進口相連接； 所述兩位三通電磁閥(29)的C 口通過管路與所述變頻壓縮機(28)的出口相連接，所述兩位三通電磁閥(29)的A 口通過管路與冷凝器(25)的進口相連接，所述兩位三通電磁閥(29)的B 口通過管路與第二電磁閥(30)的進口相連接；所述冷凝器(25)的出口通過管路連接電子膨脹閥(31)的進口，所述電子膨脹閥(31)的出口通過管路連接第二單向閥(27)的進口，所述第二電磁閥(30)的出口通過管路連接第二單向閥(27)的出口； 所述水箱(23)通過管路與每組蒸發器組的製冰盤(244)相連接，所述蒸發器(242)和製冰盤(244)為一體式結構；所述製冰系統還包括製冷片(11)、控制器(12)和電量採集模塊(13)，所述水箱(23)與製冷片(11)為一體式結構，所述電量採集模塊(13)與控制器(12)電氣連接在一起，所述控制器(12)分別對變頻壓縮機(28)、兩位三通電磁閥(29)、第二電磁閥(30)、電子膨脹閥(31)和每路蒸發支路包括第一電磁閥(241)進行控制。
3.按照權利要求2所述的製冰系統，其特徵在於所述兩位三通電磁閥(29)的C口與變頻壓縮機(28)的出口通過第一截止閥(221)間接連接，所述第一截止閥(221)的出口通過管路連接所述兩位三通電磁閥(29)的C 口，所述第一截止閥(221)的進口通過管路連接變頻壓縮機(28)的出口 ；所述儲液罐(21)與變頻壓縮機(28)通過第二截止閥(222)間接連接，所述第二截止閥(222)的進口通過管路連接儲液罐(21)的出口，所述第二截止閥(222)的出口通過管路連接變頻壓縮機(28)的進口。
4.按照權利要求2或3所述的製冰系統，其特徵在於在冷凝器(25)與電子膨脹閥(31)相連接的管路上設有過濾器(26)，所述冷凝器(25)的出口通過管路連接過濾器(26)的進口，所述過濾器(26)的出口通過管路連接電子膨脹閥(31)的進口。
5.按照權利要求4所述的製冰系統，其特徵在於在所述第二單向閥(27)的出口處設有第一溫度傳感器(141)，在所述水箱(23)中設有第二溫度傳感器(142)。
全文摘要
本發明涉及一種製冰控制方法及製冰系統，所述製冰控制方法採用功率分配程序，使製冷片用於匹配輸入功率的波動部分，蒸發器用於匹配輸入功率的穩定部分，從而變頻壓縮機有一個逐漸退出工作狀態、變頻壓縮機消耗功率逐漸轉移到製冷片上的過程，保護了變頻壓縮機。所述製冰系統採用上述製冰控制方法，該製冰系統包括水箱、製冷片、儲液罐、冷凝器、變頻壓縮機、電量採集模塊、控制器和N路蒸發支路。每路蒸發支路包括第一電磁閥、第一單向閥和一組蒸發器組，蒸發器組包括蒸發器和製冰盤。該製冰系統適用於變功率輸入的場合，可以實現製冰過程效率功率與變化的輸入功率的匹配，提高能量利用率。
文檔編號F25C1/00GK102620495SQ20121010001
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月6日 優先權日2012年4月6日
發明者劉宏偉, 李偉, 林勇剛, 王賢成 申請人:浙江大學