CN115384957A - 一种压力可控型储液装置及其控制方法 - Google Patents

一种压力可控型储液装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种压力可控型储液装置，包括储液罐和恒温冷源，储液罐内腔设有换热组件，储液罐侧壁上设有与换热组件连通的载冷剂入口及载冷剂出口，载冷剂入口与恒温冷源出口连通，载冷剂出口与恒温冷源入口连通，恒温冷源出口与载冷剂入口间设有载冷剂泵；储液罐内腔底部设有搅拌组件，并在储液罐壳体外底部设有频率可调的驱动组件；还包括压力测量元件、控制器，控制器与载冷剂泵、驱动组件、恒温冷源、压力测量元件均通过电信号连接。本发明还提供了上述储液装置的压力控制方法，包括多种相互独立的调节方式，旨在对储液罐内腔储液工质与载冷剂之间换热特性进行控制，基于机组运行功耗最低的调节标准，实现储存工质压力的高精度调节。

Description

一种压力可控型储液装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及流体储存技术领域，具体地说是一种压力可控型储液装置及其控制方法。
背景技术
在石油化工、海水淡化、制冷空调等诸多领域，应用工质的储存装置不可或缺，而实现储存装置内工质状态参数的精确控制，对稳定环境工况、扩展设备应用范围等至关重要。以制冷空调领域常用的储液器为例，其不仅可削弱***管路内流动工质的波动性，还可通过储液器内工质压力的控制实现***基准压力的扩展。
现有储存装置内工质多以两相态的形式存在，且此类储液装置壳体侧壁一般缠绕换热管，进而通过调节换热管内流体与储存工质的换热量控制储存工质压力。但是，此方式存在压力调节精度低、能量利用率低、调节范围局限性大等缺陷。
发明内容
本发明解决的问题是，为克服现有技术中至少一种缺陷，本发明提供了一种压力可控型储液装置，通过多种相互独立的调节方式控制储液装置内储存工质与换热工质之间的换热特性，使储存工质压力实际值逐渐接近设定值，进而实现储液装置内储存工质压力的高精度控制。
为解决上述问题，本发明提供了一种压力可控型储液装置，包括储液罐和恒温冷源；其中，所述储液罐内腔中设有换热组件，所述储液罐壳体侧壁上设有工质进口、工质出口及与所述换热组件连通的载冷剂入口、载冷剂出口，所述载冷剂出口与所述恒温冷源入口连通，所述载冷剂入口与所述恒温冷源出口连通，且所述恒温冷源出口与所述载冷剂入口之间连接有频率可调的载冷剂泵；所述储液罐内腔底部还设有对储存工质进行搅拌的搅拌组件，所述储液罐壳体外底部接有用于驱使所述搅拌组件运行的驱动组件。
作为改进的，还包括压力测量元件以及控制器；所述压力测量元件用于测量所述储液罐内腔储存工质压力，所述控制器分别与恒温冷源、载冷剂泵、驱动组件、压力测量元件通过电信号连接，以实现储存工质压力的自动化控制。
优选的，所述驱动组件选型为频率可调的磁力驱动器，所述搅拌组件选型为磁力搅拌棒。上述结构中，选用磁力搅拌棒作为搅拌组件，控制更加方便，搅拌结构简单，占用空间小。
再改进的，所述换热组件包括第一换热盘管，所述第一换热盘管进口与所述载冷剂入口连通，所述第一换热盘管出口与所述载冷剂出口连通，且所述第一换热盘管出口与所述载冷剂出口之间连接有第一控制阀；且所述第一控制阀与所述控制器通过电信号连接。上述改进结构中，选用盘管结构作为换热组件，换热效率高，并通过第一控制阀准确控制载冷剂在第一换热盘管内的流量，使得储液罐内的工质的换热性能控制更加的准确。
再改进的，所述换热组件还包括与所述第一换热盘管换热性质不同的第二换热盘管，所述第二换热盘管进口接通至所述第一换热盘管出口与所述第一控制阀之间的管路上，所述第二换热盘管出口接通至所述载冷剂出口与所述第一控制阀之间的管路上，所述第一换热盘管出口与所述第二换热盘管进口之间连接有第二控制阀，且所述第二控制阀与所述控制器通过电信号连接。上述改进结构中，两种换热特性不同的换热盘管共同组成换热组件，并通过所述第一控制阀、所述第二控制阀相对开度的调节准确控制载冷剂在第一换热盘管、第二换热盘管内的循环流量，即可实现第一换热盘管的单独实用，也可实现第一换热盘管和第二换热盘管的组合应用，使得储液罐内储存工质与载冷剂间换热特性得到更加准确的控制。
再改进的，所述载冷剂出口与所述恒温冷源入口之间连接有流量计，且所述流量计与所述控制器通过电信号连接。上述改进结构中，流量计主要用于测量载冷剂循环流量。
再改进的，所述恒温冷源的运行功率可调，且所述恒温冷源出口与所述载冷剂入口之间管路上设有温度测量元件。上述改进结构中，温度测量元件的设置用于实时反映恒温冷源的载冷剂输出温度，使得恒温冷源的功率控制更加的精准。
再改进的，所述储液罐壳体侧壁上设置有用于观察其内腔储存工质液位的液位计，进而为所述储液罐内储存工质液位的实时监测提供了方便。
本质而言，本发明的一种压力可控型储液装置，在储液罐内腔设置不同换热特性的换热组件，换热组件与恒温冷源通过载冷剂连通，并通过载冷剂泵调节换热组件内载冷剂循环流量，进而实现载冷剂与换热组件壁面间对流换热特性的控制；在储液罐内腔底部设有可对储液罐内腔储存工质进行搅动的搅拌组件，并通过驱动组件运行频率的调节控制搅拌组件对储存工质的扰动程度，进而实现储存工质与换热组件壁面间对流换热特性的控制；在不同换热特性的换热组件间设有控制阀，进而通过调节载冷剂与储存工质间有效换热面积控制两者间换热特性；各调节方式旨在通过调节储存工质与载冷剂之间换热特性，实现储液装置内储存工质压力的高精度控制；另外的，控制器作为数据处理***，使所述储存工质的压力调节为数据采集、数据对比、执行操作等步骤组成的闭环自动化控制程序。
另外的，本发明还提供了一种压力可控型储液装置的控制方法，主要通过被动式换热强化方式，对所述储液罐内腔储存工质与载冷剂之间换热特性进行调节，进而实现储存工质压力的高精度控制，主要包括以下步骤：
S1：初始状态时，第一控制阀开启，第二控制阀关闭，载冷剂泵运行频率、磁力驱动器运行频率、恒温冷源出口载冷剂温度均处于默认值，并观测初始工况下所述储液罐内储存工质压力；
S2：开始操作前，首先判定储液罐内腔储存工质压力实际值与设定值之间差值x，并选择a、b、c作为不同调节方式的选择基准值，其中，a、b、c数值为压力实际值与设定值间差值与设定值的比值，并且a＞b＞c，值x在不同范围内采取不同的调节方式，即：
当x>a时，通过控制器调节载冷剂泵的运行频率，即通过调节换热组件中载冷剂循环流量调节载冷剂与换热组件壁面间的对流换热特性，使x值减小；
当b<x<a时，通过调节磁力搅拌器运行频率，对储液罐内腔储存工质进行搅拌，以调节储存工质与换热组件壁面间的对流换热特性，使储存工质压力进一步接近设定值；
当c<x<b时，通过调节恒温冷源功率控制载冷剂出口温度，即通过调节储存工质与载冷剂间换热温差控制两者换热量，使x值进一步减小，直至小于c；
当x<c时，通过第一控制阀、第二控制阀相对开度的调节控制第二换热盘管内载冷剂循环流量，即通过调节载冷剂与储存工质间有效换热面积实现储液罐内腔储存工质压力的控制。
S3：经步骤S2调节后，对储液罐内储存工质压力实际值进行进一步判断，当调后压力值达到设定值时，储液罐内储存工质与载冷剂达到动态热平衡状态，从而实现储存工质的恒压控制；当调后压力值未达到设定值时，重复步骤S2，直至储存工质调后压力值达到设定值。
在上述的一种压力可控型储液装置的压力控制方法中，各调节方式互不干扰、独立运行，可借助控制器实现自动化控制，即可在运行机组能耗最低的前提下实现各调节方式的最优组合；其中，通过第一控制阀、第二控制阀相对开度的调节实现第二换热盘管内载冷剂循环流量的控制，进而实现储液罐内储存工质压力的最高精度调节，一般为整个压力控制程序的最后步骤。
本发明涉及的一种压力可控型储液装置及其控制方法，基于储液装置内换热组件的设计，实现储存工质与载冷剂间能量的高效传输，并通过两者间对流换热特性的精确调节、多调节方式的协作运行实现储液装置内储存工质压力的高精度控制。
附图说明
图1为本发明的压力可控型储液装置结构示意图；
图2为本发明中压力可控型储液装置的控制逻辑图。
附图标记说明：
1、储液罐；2、恒温冷源；3、载冷剂入口；4、载冷剂出口；5、载冷剂泵；6、搅拌组件；7、驱动组件；8、第一换热盘管；9、第一控制阀；10、第二换热盘管；11、第二控制阀；12、流量计；13、温度测量元件；14、工质进口；15、工质出口；16、压力测量元件；17、液位计。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“侧壁”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。另外的，本发明的描述中，术语“第一”、“第二”只是为了方便描述，便于区分，并没有特指的含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明提供了一种压力可控型储液装置，主要包括储液罐1和恒温冷源2两部分；其中，所述储液罐1内腔中设有换热组件，储液罐1壳体侧壁设有工质进口14、工质出口15及与换热组件连通的载冷剂入口3、载冷剂出口4，载冷剂出口4与恒温冷源2入口连通，载冷剂入口3与恒温冷源2出口连通，且恒温冷源2出口与载冷剂入口之间连接有频率可调的载冷剂泵5；储液罐1内腔底部还设有对储存工质进行搅拌的搅拌组件6，储液罐1壳体外底部接有用于驱使搅拌组件6运行的驱动组件7。此外，使用压力测量元件16测储液罐1内腔储存工质压力，并使用信号传输线或无线传输方式连接控制器与恒温冷源2、载冷剂泵5、驱动组件7、压力测量元件16等元件，以实现储存工质压力的自动化控制。
本实施例中，驱动组件7选型为频率可调的磁力驱动器，搅拌组件6选型为磁力搅拌棒。
换热组件包含两种换热特性不同的换热盘管，即第一换热盘管8和第二换热盘管10。其中，第一换热盘管8进口与载冷剂入口3连通，第一换热盘管8出口与载冷剂出口4连通，且第一换热盘管8出口与载冷剂出口4之间连接有第一控制阀9；第二换热盘管10进口接通至第一换热盘管8出口与第一控制阀9之间的管路上，第二换热盘管10出口接通至载冷剂出口4与第一控制阀9之间的管路上，第一换热盘管8出口与第二换热盘管10进口之间连接有第二控制阀11。
两种换热特性不同的换热盘管共同组成换热组件，并通过第一控制阀9、第二控制阀11相对开度的调节准确控制载冷剂在第一换热盘管8、第二换热盘管10内的循环流量，即可实现第一换热盘管8的单独实用，也可实现第一换热盘管8和第二换热盘管10的组合应用，使得储液罐1内储存工质与载冷剂间换热特性得到更加准确的控制。此外，此结构可保证所述恒温冷源2产生的冷量以100％的效率传输至储存工质中，不存在能量损失。
上述结构中，载冷剂出口4与恒温冷源入口之间连接有流量计12，且流量计12与控制器通过电信号连接。恒温冷源2的运行功率可调，且恒温冷源2出口与载冷剂入口3之间管路上设有温度测量元件13。在储液罐1壳体侧壁上还设置有用于观察其内腔储存工质液位的液位计17；进而为所述储液罐1内储存工质液位的实时监测提供了方便。
工程应用中，压力测量元件16选用压力变送器，把其布置在储液罐1顶部，用于实时监测储存工质压力；温度测量元件13选用铂电阻，安装在恒温冷源2出口位置，用于测量储液罐1入口载冷剂温度；第一换热盘管8选用带有内肋片的强化管，第二换热盘管10选用光滑管。此外，第一控制阀9、第二控制阀11、流量计12均通过信号传输线或无线传输方式与控制器连接。控制器作为数据处理***，使储存工质的压力调节为数据采集、数据对比、执行操作等步骤组成的闭环自动化控制程序。
此外，本发明还公开了一种压力可控型储液装置的压力控制方法，详细操作步骤如下，可参照附图2：
S1：初始状态时，第一控制阀9开启，第二控制阀11关闭，载冷剂泵5运行频率、磁力驱动器运行频率、恒温冷源2出口载冷剂温度均处于默认值，并观测初始工况下所述储液罐1内储存工质压力；
S2：开始操作前，首先判定储液罐1内腔储存工质压力实际值与设定值之间差值x，并选择a、b、c作为不同调节方式的选择基准值，其中，a、b、c数值为压力实际值与设定值间差值与设定值的比值，并且a＞b＞c。
本质而言，本发明的一种压力可控型储液装置，在储液罐1内腔设置不同换热特性的换热组件，换热组件与所述恒温冷源2通过载冷剂连通，并通过所述载冷剂泵5调节换热组件内载冷剂循环流量，进而实现载冷剂与换热组件壁面间对流换热特性的控制；在储液罐1内腔底部设有可对储液罐1内腔储存工质进行搅动的搅拌组件6，并通过驱动组件7运行频率的调节控制搅拌组件6对储存工质的扰动程度，进而实现储存工质与换热组件壁面间对流换热特性的控制；在不同换热特性的换热组件间设有控制阀，进而通过调节载冷剂与储存工质间有效换热面积控制两者间换热特性。各调节方式旨在通过调节储存工质与载冷剂之间换热特性，实现储液装置内储存工质压力的高精度控制。换而言之，值x在不同范围内采取不同的调节方式，即
当x>a时，通过控制器调节载冷剂泵5的运行频率，即通过调节换热组件中载冷剂循环流量调节载冷剂与换热组件壁面间的对流换热特性，使x值减小；
当b<x<a时，通过调节磁力驱动器运行频率，对储液罐1内腔储存工质进行搅拌，以调节储存工质与换热组件壁面间的对流换热特性，使储存工质压力进一步接近设定值；
当c<x<b时，通过调节恒温冷源2功率控制载冷剂出口4温度，即通过调节储存工质与载冷剂间换热温差控制两者换热量，使x值进一步减小，直至小于c；
当x<c时，通过第一控制阀9、第二控制阀11相对开度的调节控制第二换热盘管10内载冷剂循环流量，即通过调节载冷剂与储存工质间有效换热面积实现储液罐1内腔储存工质压力的控制。
在上述压力可控型储液装置的压力控制方法中，根据储液罐1内储存工质压力实际值与设定值之间的差值，对各调节方式的优先级进行设定。随着值x的减小，调节方式采取顺序为：控制载冷剂泵5运行频率、控制磁力驱动器运行频率、控制恒温冷源2运行功率、控制第二换热盘管10内载冷剂流量。上述换热特性调节方式互不干扰、相互独立，可借助控制器实现自动化控制；以上各调节方式采取顺序并不固定，而是基于机组运行功耗最低原则实现各调节方式进行最优组合排序。
S3：经步骤S2调节后，对储液罐1内储存工质压力实际值进行进一步判断，当调后压力值达到设定值时，储液罐1内储存工质与载冷剂达到动态热平衡状态，从而实现储存工质的恒压控制；当调后压力值未达到设定值时，重复步骤S2，直至储存工质调后压力值达到设定值。
虽然本发明披露如上，但本发明的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种压力可控型储液装置，其特征在于：包括储液罐(1)和恒温冷源(2)，其中，所述储液罐(1)内腔中设有换热组件，所述储液罐(1)壳体侧壁上设有工质进口(14)、工质出口(15)及与所述换热组件连通的载冷剂入口(3)、载冷剂出口(4)，所述载冷剂出口(4)与所述恒温冷源(2)入口连通，所述载冷剂入口(3)与所述恒温冷源(2)出口连通，且所述恒温冷源(2)出口与所述载冷剂入口(3)之间连接有频率可调的载冷剂泵(5)；所述储液罐(1)内腔底部还设有对储存工质进行搅拌的搅拌组件(6)，所述储液罐(1)壳体外底部连接有用于驱使所述搅拌组件(6)运行的驱动组件(7)。
2.根据权利要求1所述的压力可控型储液装置，其特征在于：还包括压力测量元件(16)以及控制器；所述压力测量元件(16)用于测量所述储液罐(1)内腔储存工质压力，所述控制器分别与恒温冷源(2)、载冷剂泵(5)、驱动组件(7)、压力测量元件(16)通过电信号连接，以实现储存工质压力的自动化控制。
3.根据权利要求2所述的压力可控型储液装置，其特征在于：所述驱动组件(7)为频率可调的磁力驱动器，所述搅拌组件(6)为磁力搅拌棒。
4.根据权利要求2所述的压力可控型储液装置，其特征在于：所述换热组件包括第一换热盘管(8)，所述第一换热盘管(8)进口与所述载冷剂入口(3)连通，所述第一换热盘管(8)出口与所述载冷剂出口(4)连通，且所述第一换热盘管(8)出口与所述载冷剂出口(4)之间连接有第一控制阀(9)，所述第一控制阀(9)与所述控制器通过电信号连接。
5.根据权利要求4所述的压力可控型储液装置，其特征在于：所述换热组件还包括与所述第一换热盘管(8)换热性质不同的第二换热盘管(10)，所述第二换热盘管(10)进口接通至所述第一换热盘管(8)出口与所述第一控制阀(9)之间的管路上，所述第二换热盘管(10)出口接通至所述载冷剂出口(4)与所述第一控制阀(9)之间的管路上，且所述第一换热盘管(8)出口与所述第二换热盘管(10)进口之间连接有第二控制阀(11)，所述第二控制阀(11)与所述控制器通过电信号连接。
6.根据权利要求5所述的压力可控型储液装置，其特征在于：所述载冷剂出口(4)与所述恒温冷源(2)入口之间连接有流量计(12)，且所述流量计(12)与所述控制器通过电信号连接。
7.根据权利要求1所述的压力可控型储液装置，其特征在于：所述恒温冷源(2)的运行功率可调，且所述恒温冷源(2)出口与所述载冷剂入口(3)之间管路上设有温度测量元件(13)。
8.根据权利要求1所述的压力可控型储液装置，其特征在于：所述储液罐(1)壳体侧壁上设置有用于观察其内腔储存工质液位的液位计(17)。
9.一种基于权利要求1至8任意一项所述压力可控型储液装置的压力控制方法，其特征在于：主要通过被动式换热强化方式，对所述储液罐(1)内腔储存工质与载冷剂之间换热特性进行调节，进而实现储存工质压力的高精度控制，主要包括以下步骤，
S1：初始状态时，第一控制阀(9)开启，第二控制阀(11)关闭，载冷剂泵(5)运行频率、磁力驱动器运行频率、恒温冷源(2)出口载冷剂温度均处于默认值，并观测初始工况下所述储液罐(1)内储存工质压力；
S2：开始操作前，首先判定储液罐(1)内腔储存工质压力实际值与设定值之间差值x，并选择a、b、c作为不同调节方式的选择基准值，其中，a、b、c数值为压力实际值与设定值间差值与设定值的比值，并且a＞b＞c，值x在不同范围内采取不同的调节方式，即：
当x>a时，通过控制器调节载冷剂泵(5)的运行频率，即通过调节换热组件中载冷剂循环流量调节载冷剂与换热组件壁面间的对流换热特性，使x值减小；
当b<x<a时，通过调节磁力驱动器运行频率，对储液罐(1)内腔储存工质进行搅拌，以调节储存工质与换热组件壁面间的对流换热特性，使储存工质压力进一步接近设定值；
当c<x<b时，通过调节恒温冷源(2)功率控制载冷剂出口温度，即通过调节储存工质与载冷剂间换热温差控制两者换热量，使x值进一步减小，直至小于c；
当x<c时，通过第一控制阀(9)、第二控制阀(11)相对开度的调节控制第二换热盘管(10)内载冷剂循环流量，即通过调节载冷剂与储存工质间有效换热面积实现储液罐(1)内腔储存工质压力的控制；
S3：经步骤S2调节后，对储液罐(1)内储存工质压力实际值进行进一步判断，当调后压力值达到设定值时，储液罐(1)内储存工质与载冷剂达到动态热平衡状态，从而实现储存工质的恒压控制；当调后压力值未达到设定值时，重复步骤S2，直至储存工质调后压力值达到设定值。
10.根据权利要求9所述的一种压力可控型储液装置的压力控制方法，其特征在于：各调节方式互不干扰、独立运行，可借助控制器实现自动化控制，即可在运行机组能耗最低的前提下实现各调节方式的最优组合；其中，通过第一控制阀(9)、第二控制阀(11)相对开度的调节实现第二换热盘管(10)内载冷剂循环流量的控制，进而实现储液罐(1)内储存工质压力的最高精度调节，为整个压力控制程序的最后步骤。
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