技术领域
本发明涉及制冷领域，尤其是一种液氮气化冷量回收利用系统及其控制方法。
背景技术
氮气作为一种惰性气体，在锂离子电池的制造过程中被广泛应用。氮气一般以液态储存于液氮罐中，使用时，液氮通过气化器吸收外部环境的热量转化为氮气。由于液氮的低温性质，空气中的水分接触到气化器的低温表面会出现结冰现象，为确保生产车间的氮气供应，液氮单元一般配有双空浴式气化器交替使用。目前，锂电池厂房的制冷主机运行耗电量规模庞大，有必要回收液氮气化冷量，从而减少锂电池厂房的运行成本。
通常情况下，制冷主机根据末端的供冷需求选择相应的型号，而液氮气化过程产生的冷量难以直接匹配末端的供冷需求。因此，考虑增加蓄冷单元储存液氮气化过程产生的冷量，部分时间段替代制冷单元为末端供冷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液氮气化冷量回收利用系统及其控制方法，利用水蓄冷单元回收液氮气化冷量，从而降低制冷单元的运行功耗。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明公开了一种液氮气化冷量回收利用系统，包括集水器、分水器，以及，并联设于集水器和分水器之间的制冷单元、液氮单元和蓄冷单元；所述蓄冷单元包括串联的第五循环泵、蓄冷罐和第六循环泵，所述第五循环泵的一端与集水器连接，第六循环泵的一端与分水器连接。
进一步的方案所述制冷单元包括冷却塔、第一循环泵、制冷主机和第二节流阀；所述冷却塔的出口端与制冷主机的冷却水进口端连接，制冷主机的冷却水出口端与第一循环泵连接，第一循环泵的另一端与冷却塔的进口端连接，集水器与第二循环泵连接，第二循环泵的另一端与制冷主机的冷冻水进口端连接，制冷主机的冷冻水出口与分水器连接。
进一步的方案所述液氮单元包括液氮罐、气化器、第三循环泵、换热器和第四循环泵；液氮罐的出口与气化器的液氮进口连接，气化器的氮气出口与车间氮气管网的进口通过管道相连，气化器的载冷剂出口与第三循环泵的进口相连，第三循环泵的出口与换热器的第一进口相连，换热器的第一出口与气化器的载冷剂进口相连，集水器的出口与第四循环泵的进口相连，第四循环泵的出口与换热器的第二进口相连，换热器的第二出口与分水器的进口相连。
进一步的方案所述蓄冷单元还包括并联在第五循环泵两端的第十二节流阀、并联在第六循环泵两端的第十三节流阀、并联在蓄冷罐两端的第十一节流阀、设于集水器与第五循环泵之间的第十四节流阀、设于第六循环泵与分水器之间的第十五节流阀。
进一步的方案所述液氮单元还包括并联在第四循环泵两端的第七节流阀、设于第四循环泵与集水器之间的第八节流阀、设于换热器与分水器之间的第十节流阀。
进一步的方案所述制冷单元还包括并联在第二循环泵两端的第二节流阀、串联在第一循环泵和制冷主机之间的第一节流阀、设于第二循环泵与集水器之间的第三节流阀、设于换热器与分水器之间的第五节流阀。
进一步的方案还包括控制模块、串联在制冷主机与分水器之间的第一温度传感器、设于第一温度传感器与分水器之间的第四节流阀；还包括设于换热器与分水器之间的第二温度传感器、设于第二温度传感器与分水器之间的第九节流阀。
第二方面，本发明公开了一种上述的液氮气化冷量回收利用系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤S101、控制模块获取冷冻水末端设备的供冷需求指令；
步骤S102、控制模块判断液氮单元是否工作，若液氮单元工作则进入步骤S103，若液氮单元不工作则进入步骤S108；
步骤S103、控制模块根据第二温度传感器检测的冷冻水送水温度判断液氮单元是否满足供冷需求，若液氮单元满足供冷需求则进入步骤S104，若液氮单元不满足供冷需求则进入S105；
步骤S104、执行液氮单元独立供冷模式，制冷单元和蓄冷单元停止运行，集水器、第四循环泵、换热器、分水器形成通路，实现液氮单元为末端供冷；
步骤S105、控制模块判断蓄冷单元是否满足供冷要求，若满足供冷要求则进入步骤S106，若不满足供冷要求则进入S107；
步骤S106、执行液氮单元蓄冷单元联合供冷模式，制冷单元停止运行，集水器、第四循环泵、换热器、分水器形成通路，集水器、蓄冷罐、第六循环泵、分水器形成通路，实现液氮单元蓄冷单元联合为末端供冷；
步骤S107、执行制冷单元供冷液氮单元蓄冷模式，集水器、第二循环泵、制冷主机、分水器形成通路，实现制冷单元为末端供冷，同时蓄冷罐、第五循环泵、换热器、蓄冷罐形成通路，实现液氮单元为蓄冷单元供冷；
步骤S108、控制模块判断蓄冷单元是否满足供冷要求，若满足供冷要求则进入步骤S109，若不满足供冷要求则进入S110；
步骤S109、执行蓄冷单元独立供冷模式，制冷单元和液氮单元停止运行，集水器、蓄冷罐、第六循环泵、分水器形成通路，实现蓄冷单元为末端供冷；
步骤S110、执行制冷单元独立供冷模式，液氮单元和蓄冷单元停止运行，集水器、第二循环泵、制冷主机、分水器形成通路，实现制冷单元为末端供冷。
进一步的方案步骤S104中，执行液氮单元独立供冷模式时，控制模块根据第二温度传感器检测的冷冻水温度控制第六节流阀的开度，当第二温度传感器检测的温度大于设定值时，增大第六节流阀的开度，当第二温度传感器检测的温度小于设定值时，减小第六节流阀的开度。
进一步的方案步骤S106中，执行液氮单元蓄冷单元联合供冷模式时，控制模块根据第二温度传感器检测的冷冻水温度判断液氮单元是否满足供冷需求，当第二温度传感器检测的温度大于设定值时，减小第四循环泵的功率，增大第六循环泵的功率，当第二温度传感器检测的温度小于设定值时，增大第四循环泵的功率，减小第六循环泵的功率。
进一步的方案步骤S107中，执行制冷单元供冷液氮单元蓄冷模式时，控制模块根据第一温度传感器检测的冷冻水温度判断制冷单元是否满足供冷需求，当第一温度传感器检测的温度大于设定值时，增大制冷主机和第二循环泵的功率，当第一温度传感器检测的温度小于设定值时，减小制冷主机和第二循环泵的功率；控制模块根据第二温度传感器检测的冷冻水温度判断液氮单元是否满足蓄冷需求，当第二温度传感器检测的温度大于设定值时，减小第五循环泵的功率，当第二温度传感器检测的温度小于设定值时，增大第五循环泵的功率。
进一步的方案：步骤S110中，执行制冷单元独立供冷模式时，控制模块根据第一温度传感器检测的冷冻水温度判断制冷单元是否满足供冷需求，当第一温度传感器检测的温度大于设定值时，增大制冷主机和第二循环泵的功率，当第一温度传感器检测的温度小于设定值时，减小制冷主机和第二循环泵的功率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
利用蓄冷单元回收液氮气化过程产生的冷量，优先采用液氮单元和蓄冷单元供冷，减少制冷单元的运行时间，实现节能减排。与直接将液氮气化过程产生的冷量用于制冷主机冷冻水回水的预冷相比，采用蓄冷方案可以延长制冷主机的停机时间，避免制冷主机因负荷变化而频繁启停。
附图说明
图1为本发明中液氮气化冷量回收利用系统的结构示意图；
图2为本发明的控制方法流程图；
图3为本发明中液氮单元独立供冷模式示意图；
图4为液氮单元蓄冷单元联合供冷模式示意图；
图5为制冷单元供冷液氮单元蓄冷模式示意图；
图6为蓄冷单元独立供冷模式示意图；
图7为制冷单元独立供冷模式示意图；
图中：101-冷却塔；102-第一循环泵；103-第一节流阀；104-制冷主机；105-第二循环泵；106-第二节流阀；107-第三节流阀；108-第四节流阀；109-第五节流阀；110-第一温度传感器；201-液氮罐；202-第六节流阀；203-气化器；204-稳压阀；205-第三循环泵；206-换热器；207-第四循环泵；208-第七节流阀；209-第八节流阀；210-第九节流阀；211-第十节流阀；212-第二温度传感器；301-蓄冷罐；302-第十一节流阀；303-第五循环泵；304-第十二节流阀；305-第六循环泵；306-第十三节流阀；307-第十四节流阀；308-第十五节流阀；401-集水器；402-分水器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。
请参阅图1~2，本实施例中，一种液氮气化冷量回收利用系统，包括制冷单元、液氮单元和蓄冷单元，其中：制冷单元包括冷却塔101、第一循环泵102、制冷主机104、第二循环泵105；液氮单元包括液氮罐201、气化器203、第三循环泵205、换热器206、第四循环泵207；蓄冷单元包括蓄冷罐301、第五循环泵303、第六循环泵305。
冷却塔101的出口与制冷主机104的冷却水进口通过管道相连，制冷主机104的冷却水出口与第一循环泵102的进口通过管道相连，第一循环泵102的出口与冷却塔101的进口通过管道相连，集水器401的出口与第二循环泵105的进口通过管道相连，第二循环泵105的出口与制冷主机104的冷冻水进口通过管道相连，制冷主机104的冷冻水出口与分水器402进口通过管道相连。
液氮罐201的出口与气化器203的液氮进口通过管道相连，气化器203的氮气出口与车间氮气管网的进口通过管道相连，气化器203的载冷剂出口与第三循环泵205的进口通过管道相连，第三循环泵205的出口与换热器206的第一进口通过管道相连，换热器206的第一出口与气化器203的载冷剂进口通过管道相连，集水器401的出口与第四循环泵的207进口通过管道相连，第四循环泵207的出口与换热器206的第二进口通过管道相连，换热器206的第二出口与分水器402的进口通过管道相连。
集水器401的出口与第五循环泵303的进口通过管道相连，第五循环泵303的出口与蓄冷罐301的热水口通过管道相连，蓄冷罐301的冷水口与第六循环泵305的进口通过管道相连，第六循环泵305的出口与分水器402的进口通过管道相连。
优选地，本系统还包括设置于第一循环泵102的进口与制冷主机104的冷却水出口间的第一节流阀103，第二循环泵105设有并联的第一旁通管道，第一旁通管道设有第二节流阀106，制冷单元的冷冻水环路依次设有第三节流阀107、第四节流阀108和第五节流阀109；
优选地，本系统还包括设置于液氮罐201的出口与气化器203的液氮进口间的第六节流阀202，气化器的氮气出口与车间氮气管网的进口间设有稳压阀204，第四循环泵207设有并联的第二旁通管道，第二旁通管道设有第七节流阀208，液氮单元的冷冻水环路依次设有第八节流阀209、第九节流阀210和第十节流阀211；
优选地，液氮气化冷量回收利用系统还包括设置于蓄冷罐301的热水管道和冷水管道间的第十一节流阀302，第五循环泵303设有并联的第三旁通管道，第三旁通管道设有第十二节流阀304，第六循环泵305设有并联的第四旁通管道，第四旁通管道设有第十三节流阀306，蓄冷单元的热水管道设有第十四节流阀307，蓄冷单元的冷水管道设有第十五节流阀308；
优选地，液氮气化冷量回收利用系统还包括控制模块，设置于制冷主机104的冷冻水出口与第四节流阀108间的第一温度传感器110，设置于换热器206的第二出口与第九节流阀210间的第二温度传感器212。
上述的液氮气化冷量回收利用系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤S101、控制模块获取冷冻水末端设备的供冷需求指令；
步骤S102、控制模块判断液氮单元是否工作，若液氮单元工作则进入步骤S103，若液氮单元不工作则进入步骤S108；
步骤S103、控制模块根据第一温度传感器110检测的冷冻水温度判断液氮单元是否满足供冷需求，若液氮单元满足供冷需求则进入步骤S104，若液氮单元不满足供冷需求则进入S105；
步骤S104、执行液氮单元独立供冷模式，制冷单元和蓄冷单元停止运行，集水器401、第四循环泵207、换热器206、分水器402形成通路，实现液氮单元为末端供冷；
优选地，步骤S104中控制模块根据第二温度传感器212检测的冷冻水温度控制第六节流阀202的开度，当第二温度传感器212检测的温度大于设定值时，增大第六节流阀202的开度，当第二温度传感器212检测的温度小于设定值时，减小第六节流阀202的开度。
步骤S105、控制模块判断蓄冷单元是否满足供冷要求，若满足供冷要求则进入步骤S106，若不满足供冷要求则进入S107；
步骤S106、执行液氮单元蓄冷单元联合供冷模式，集水器401、第四循环泵207、换热器206、分水器402形成通路，集水器401、蓄冷罐301、第六循环泵305、分水器402形成通路，实现液氮单元蓄冷单元联合为末端供冷。
优选地，步骤S106中控制模块根据第二温度传感器212检测的冷冻水温度判断液氮单元是否满足供冷需求，当第二温度传感器212检测的温度大于设定值时，减小第四循环泵207的功率，增大第六循环泵305的功率，当第二温度传感器212检测的温度小于设定值时，增大第四循环泵207的功率，减小第六循环泵305的功率。
步骤S107、执行制冷单元供冷液氮单元蓄冷模式，集水器401、第二循环泵105、制冷主机104、分水器402形成通路，实现制冷单元为末端供冷，同时蓄冷罐301、第五循环泵303、换热器206、蓄冷罐301形成通路，实现液氮单元为蓄冷单元供冷。
优选地，步骤S107中控制模块根据第一温度传感器110检测的冷冻水温度判断制冷单元是否满足供冷需求，当第一温度传感器110检测的温度大于设定值时，增大制冷主机104和第二循环泵105的功率，当第一温度传感器110检测的温度小于设定值时，减小制冷主机104和第二循环泵105的功率；控制模块根据第二温度传感器212检测的冷冻水温度判断液氮单元是否满足蓄冷需求，当第二温度传感器212检测的温度大于设定值时，减小第五循环泵303的功率，当第二温度传感器212检测的温度小于设定值时，增大第五循环泵303的功率。
步骤S108、控制模块判断蓄冷单元是否满足供冷要求，若满足供冷要求则进入步骤S109，若不满足供冷要求则进入S110；
步骤S109、执行蓄冷单元独立供冷模式，集水器401、蓄冷罐301、第六循环泵305、分水器402形成通路，实现蓄冷单元为末端供冷。
步骤S110、执行制冷单元独立供冷模式，集水器401、第二循环泵105、制冷主机104、分水器402形成通路，实现制冷单元为末端供冷。
优选地，骤S110中控制模块根据第一温度传感器110检测的冷冻水温度判断制冷单元是否满足供冷需求，当第一温度传感器110检测的温度大于设定值时，增大制冷主机104和第二循环泵105的功率，当第一温度传感器110检测的温度小于设定值时，减小制冷主机104和第二循环泵105的功率。
需要特别指出的是，本领域技术人员能够理解的是，第一温度传感器和第二温度传感器检测的设定温度值可以是一个具体的温度值，也可以是一个温度范围，例如12℃、[7，12℃]、[10℃，15℃]等，具体可以根据末端供冷需求设定。
请继续参阅图3~7，下面结合附图详细介绍各个模式的运行过程，图3~7中的箭头表示介质的流动方向。
如图3所示，在执行液氮单元独立供冷模式时，制冷单元与蓄冷单元不运行，冷冻水回路的第四节流阀108、第十四节流阀307和第十五节流阀308关闭，第三节流阀107、第五节流阀109、第八节流阀209、第九节流阀210和第十节流阀211开启，第四循环泵207运行，与第四循环泵207并联的第七节流阀208关闭，在第四循环泵207的作用下，循环冷冻水流经集水器401、第四循环泵207、换热器206，分水器402，实现液氮单元为末端供冷；
如图4所示，在执行液氮单元蓄冷单元联合供冷模式时，制冷单元不运行，冷冻水回路的第四节流阀108关闭，第三节流阀107、第五节流阀109、第八节流阀209、第九节流阀210、第十节流阀211、第十四节流阀307、第十五节流阀308开启，第四循环泵207运行，与第四循环泵207并联的第七节流阀208关闭，蓄冷单元的第十一节流阀302关闭，第五循环泵303关闭，与第五循环泵303并联的第十二节流阀304开启，第六循环泵305运行，与第六循环泵305并联的第十三节流阀306关闭，在第四循环泵207的作用下，循环冷冻水流经集水器401、第四循环泵207、换热器206、分水器402，同时在第六循环泵305的作用下，循环冷冻水流经集水器401、蓄冷罐301、第六循环泵305、分水器402，实现液氮单元蓄冷单元联合为末端供冷。
如图5所示，在执行制冷单元供冷液氮单元蓄冷模式时，冷冻水回路的第八节流阀209和第十节流阀211关闭，第三节流阀107、第四节流阀108、第五节流阀109、第九节流阀210、第十四节流阀307和第十五节流阀308开启，第二循环泵105运行，与第二循环泵105并联的第二节流阀106关闭，第四循环泵207关闭，与第四循环泵207并联的第七节流阀208开启，蓄冷单元的第十一节流阀302关闭，第五循环泵303运行，与第五循环泵303并联的第十二节流阀304关闭，第六循环泵305关闭，与第六循环泵305并联的第十三节流阀306开启，在第二循环105泵的作用下，循环冷冻水流经集水器401、第二循环泵105、制冷主机104、分水器402，实现制冷单元为末端供冷，同时在第五循环泵303的作用下，循环冷冻水流经蓄冷罐301、第五循环泵303、换热器206、蓄冷罐301，实现液氮单元为蓄冷单元供冷。
如图6所示，在执行蓄冷单元独立供冷模式时，制冷单元与液氮单元不运行，冷冻水回路的第四节流阀108、第九节流阀210关闭，第三节流阀107、第五节流阀109、第八节流阀209、第十节流阀211、第十四节流阀307和第十五节流阀308开启，第五循环泵303关闭，与第五循环泵303并联的第十二节流阀304开启，第六循环泵305运行，与第六循环泵305并联的第十三节流阀306关闭，在第六循环泵305的作用下，循环冷冻水流经集水器401、蓄冷罐301、第六循环泵305、分水器402，实现蓄冷单元为末端供冷。
如图7所示，在执行制冷单元独立供冷模式时，液氮单元与蓄冷单元不运行，冷冻水回路的第八节流阀209、第九节流阀210、第十节流阀211、第十四节流阀307和第十五节流阀308关闭，第三节流阀107、第四节流阀108和第五节流阀109开启，第二循环泵105运行，与第二循环泵105并联的第二节流阀106关闭，在第二循环泵105的作用下，循环冷冻水流经集水器401、第二循环泵105、制冷主机104、分水器402，实现制冷单元为末端供冷。
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。