一种多功能消防水箱及其控制方法与流程

2021-01-20 14:01:01|

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本发明涉及消防水箱及蓄冷领域，具体涉及一种多功能消防水箱及其控制方法。

背景技术：

消防水箱是为灭火救援活动提供水源的消防设施，存在火灾隐患的场所都需要安装消防水箱以备不时之需，但消防水箱仅仅在出现火灾的情况下才会使用，仅具备消防功能，并且消防水箱大部分时间处于不工作的状态，造成资源浪费。鉴于消防水箱容量大，可作为蓄冷空调的蓄水箱，如果在用电低谷期用电能制出冷水储存起来，在用电高峰期利用制备好的冷水进行制冷，减少在用电高峰期的用电量，就能达到电力“削峰填谷”的目的，但是现有的消防水箱低矮宽大，在蓄冷与释冷过程容易形成较厚的斜温层，使蓄水箱的蓄冷效率减小。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种多功能消防水箱及其控制方法将消防水箱改造成集蓄冷、释冷、消防为一体的多功能水箱，其改造简单，改造成本低，蓄冷效率高，管理方便，提高消防水箱的利用率。

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供的一种多功能消防水箱，包括消防水箱本体，所述消防水箱本体内部设有多个隔板，隔板将消防水箱本体分成多个独立的蓄水箱，每个所述蓄水箱通过循环主管与制冷设备构成并联的蓄冷循环回路；每个所述蓄水箱通过旁通主管与用冷设备构成并联的释冷循环回路；所有蓄水箱均通过循环主管与消防用水设备连接构成消防用水通路；所述蓄冷循环回路、释冷循环回路和消防用水通路的运行流程均由控制器控制。

进一步的，本发明一种多功能消防水箱，其中，每个所述蓄水箱的上端均设有上循环支管，上循环支管上设有第一单通电磁阀，每个所述蓄水箱的下端均设有下循环支管，下循环支管上设有第二单通电磁阀，所述上循环支管和下循环支管通过循环主管连接至制冷设备；所述第一单通电磁阀与制冷设备之间的循环主管上设有第一三通电磁阀，所述第二单通电磁阀与制冷设置之间的循环主管上设有第二三通电磁阀，所述第一三通电磁阀与第二三通电磁阀通过旁通主管连接至用冷设备；所述循环主管上还设有第三单通电磁阀，第三单通电磁阀通过消防水管连接至消防用水设备；所述第一单通电磁阀、第二单通电磁阀、第三单通电磁阀、第一三通电磁阀、第二三通电磁阀、制冷设备、用冷设备和消防用水设备分别与控制器连接。

进一步的，本发明一种多功能消防水箱，其中，所述蓄水箱的高径比为1.55-1.88,蓄水箱的顶部设有上布水器，蓄水箱的底部设有下布水器，所述消防水箱本体的外部设有保温层。

进一步的，本发明一种多功能消防水箱，其中，所述蓄水箱的内侧壁上端设有第一温度传感器，所述蓄水箱的内侧壁下端设有第二温度传感器，所述第一温度传感器和第二温度传感器分别与控制器连接。

本发明提供的一种上述多功能消防水箱的控制方法，包括：

蓄冷循环回路运行流程控制过程、释冷循环回路运行流程控制过程以及消防用水通路运行流程控制过程，

设定距离制冷设备最近的蓄水箱为第一蓄水箱，距离制冷设备最远的蓄水箱为第二蓄水箱；

所述蓄冷循环回路运行流程控制过程包括以下步骤：

当控制器接收到制冷设备的运行信号时，控制器发出控制信号打开第一蓄水箱上循环支管连接的第一单通电磁阀和下循环支管连接的第二单通电磁阀，制冷设备制备的冷水从第一蓄水箱的下端进入，为第一蓄水箱蓄入冷水；

当第一蓄水箱内蓄满冷水时，控制器发出控制信号关闭第一蓄水箱上循环支管连接的第一单通电磁阀和下循环支管连接的第二单通电磁阀，同时打开与第一蓄水箱相邻的蓄水箱上循环支管连接的第一单通电磁阀和下循环支管连接的第二单通电磁阀，为相邻的蓄水箱蓄入冷水，之后按照从第一蓄水箱至第二蓄水箱的顺序依次为蓄水箱中蓄入冷水，直至第二蓄水箱蓄满冷水；

所述释冷循环回路运行流程控制过程包括以下步骤：

当控制器接收到用冷设备的运行信号时，控制器发出控制信号驱动第一三通电磁阀和第二三通电磁阀动作将用冷设备接入循环主管，同时打开第二蓄水箱上循环支管连接的第一单通电磁阀和下循环支管连接的第二单通电磁阀，用冷设备需要的冷水从第二蓄水箱的下端流出，为用冷设备提供冷水；

当第二蓄水箱内冷水用尽时，控制器发出控制信号关闭第二蓄水箱上循环支管连接的第一单通电磁阀和下循环支管连接的第二单通电磁阀，同时打开与第二水箱相邻的蓄水箱上循环支管连接的第一单通电磁阀和下循环支管连接的第二单通电磁阀，调用相邻的蓄水箱内的冷水，之后按照从第二蓄水箱至第一蓄水箱的顺序依次调用蓄水箱中的冷水，直至第一蓄水箱内的冷水用尽；

所述消防用水通路运行流程控制过程包括以下步骤：

当消防用水设备开始运行时，控制器发出控制信号关闭所有蓄水箱上方的第一电磁阀，开启所有蓄水箱下方的第二电磁阀和消防水管上的第三单通电磁阀，将蓄水箱内的水全部汇入消防水管为消防用水设备供水。

进一步的，本发明一种多功能消防水箱的控制方法，所述蓄冷循环回路运行流程控制过程还包括以下监测流程：

当某一个所述蓄水箱内的第一温度传感器监测的温度达到预定温度时，控制器发出控制信号关闭与所述蓄水箱连接的第一单通电磁阀和第二单通电磁阀，为其他蓄水箱蓄入冷水；

当第二蓄水箱内的第一温度传感器监测的温度达到预定值时，控制器发出控制信号控制冷设备停止运行。

进一步的，本发明一种多功能消防水箱的控制方法，所述释冷循环回路运行流程控制过程还包括以下监测流程：

当某一个所述蓄水箱内的第二温度传感器监测的温度达到预定温度时，控制器发出控制信号关闭与所述蓄水箱连接的第一单通电磁阀和第二单通电磁阀，调用其他蓄水箱内的冷水；

当第一蓄水箱内的第二温度传感器监测的温度达到预定值时，控制器发出控制信号控制用冷设备停止运行。

本发明一种多功能消防水箱及控制方法系统及其控制方法与现有技术相比，具有以下优点：无需改变消防水箱本体的外部结构，仅在消防水箱本体内部加装隔板，不存在复杂的内部结构设计，降低了改造成本。利用隔板将消防水箱本体改造成多个具有有利于提高蓄冷效率的独立的蓄水箱，降低了蓄水箱内斜温层的厚度提高了蓄冷效率。每个蓄水箱通过循环主管与制冷设备构成并联的蓄冷循环回路，在用电低谷进行蓄冷，达到了“削峰填谷”的目的；每个蓄水箱通过旁通主管与用冷设备构成并联的释冷循环回路，为用冷设备提供冷源；所有蓄水箱均通过循环主管与消防用水设备连接构成消防用水通路，为消防用水设备提供水源；使消防水箱集蓄冷、释冷和消防多种功能于一体；蓄冷循环回路、释冷循环回路和消防用水通路的运行流程均由控制器控制，可以减少人工的操作，对于运行管理也较为便利。

下面结合附图所示具体实施方式对本发明一种多功能消防水箱及控制方法系统及其控制方法作进一步详细说明：

附图说明

图1为本发明一种多功能消防水箱的结构示意图；

图2为本发明一种多功能消防水箱中控制器的电路连接结构示意图；

图3为本发明一种多功能消防水箱在蓄冷循环回路运行流程控制过程中水的流向示意图；

图4为本发明一种多功能消防水箱在释冷循环回路运行流程控制过程中水的流向示意图；

图5为本发明一种多功能消防水箱在消防用水通路运行流程控制过程中水的流向示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

参见图1，本发明一种多功能消防水箱的具体实施方式，包括消防水箱本体1，消防水箱本体1内部设有多个隔板2，隔板2将消防水箱本体1分成多个独立的蓄水箱3，每个蓄水箱3通过循环主管11与制冷设备4构成并联的蓄冷循环回路；每个蓄水箱3通过旁通主管12与用冷设备5构成并联的释冷循环回路；所有蓄水箱3均通过循环主管11与消防用水设备6连接构成消防用水通路；蓄冷循环回路、释冷循环回路和消防用水通路的运行流程均由控制器7控制。通过以上设置就可以实现将现有消防水箱改造成集蓄冷、释冷、消防多种功能于一身的多功能水箱。在实际改造中，无需改变消防水箱本体1的外部结构，仅在消防水箱本体1内部加装隔板2，不存在复杂的内部结构设计，降低了改造成本；利用隔板2将消防水箱本体1改造成多个具有有利于提高蓄冷效率的独立的蓄水箱3，降低了蓄水箱3内斜温层的厚度，提高了蓄冷效率；每个蓄水箱3通过循环主管11与制冷设备4构成并联的蓄冷循环回路，在用电低谷进行蓄冷；每个蓄水箱3通过旁通主管12与用冷设备5构成并联的释冷循环回路，为用冷设备5提供冷源，在用电高峰释冷，达到了“削峰填谷”的目的；所有蓄水箱3均通过循环主管11与消防用水设备6连接构成消防用水通路，为消防用水设备6提供水源；使消防水箱集蓄冷、释冷和消防多种功能于一体。其中，蓄冷循环回路、释冷循环回路和消防用水通路的运行流程均由控制器控制，可以减少人工的操作，对于运行管理也较为便利。

本领域技术人员可以理解，控制器可以采用dsp(digitalsignal5processing)数字信号处理器、fpga(field-programmablegatearray)现场可编程门阵列、mcu(microcontrollerunit)系统板、soc(systemonachip)系统板或包括i/o的plc(programmablelogiccontroller)最小系统。通过预置控制逻辑可以完成数据接收与发送、数据拆封包、数据协议转换、数据内容处理等数据解析处理过程。

作为优化方案，参见图1并结合图2，本具体实施方式在每个蓄水箱3的上端均设有上循环支管31，上循环支管31上设有第一单通电磁阀32，在每个蓄水箱3的下端均设有下循环支管33，下循环支管33上设有第二单通电磁阀34，上循环支管31和下循环支管33通过循环主管11连接至制冷设备4，进而形成多组并联的蓄冷循环回路，利用每个蓄水箱3对应设置的第一单通电磁阀32和第二单通电磁阀34控制所在蓄冷循环回路的通断；

在第一单通电磁阀32与制冷设备4之间的循环主管11上设有第一三通电磁阀13，在第二单通电磁阀34与制冷设置4之间的循环主管11上设有第二三通电磁阀14，且在第一三通电磁阀13与第二三通电磁阀14通过旁通主管12连接至用冷设备5，进而形成多组并联的释冷循环回路，利用第一三通电磁阀13配合第二三通电磁阀14实现蓄冷循环回路与释冷循环回路的切换，利用每个蓄水箱3对应设置的第一单通电磁阀32和第二单通电磁阀34控制所在释冷循环回路的通断；

循环主管11上还设有第三单通电磁阀62，且将第三单通电磁阀62安装在下循环支管33一侧的循环主管11上，然后将第三单通电磁阀62通过消防水管61连接至消防用水设备6，形成消防用水通路，由此实现为消防用水设备6提供消防用水；

第一单通电磁阀32、第二单通电磁阀34、第三单通电磁阀62、第一三通电磁阀13、第二三通电磁阀14、制冷设备4、用冷设备5和消防用水设备6分别与控制器7连接，受控于控制器7，上述蓄冷循环回路、释冷循环回路和消防用水通路中涉及的各个部件的动作均由控制器7控制，各部件接受控制器7发出的控制信号动作，实现自动控制，减少了人工的操作，节约了运营成本。

作为优化方案，本具体实施方式中将蓄水箱3的高径比设计为1.55-1.88,由于传统的消防水箱高径比过低，容易在蓄冷和释冷过程中形成过厚的斜温层，降低蓄冷效率，具体的可以将蓄水箱3的高径比设置为1.6，用以降低斜温层的厚度。为了进一步的减小斜温层对蓄冷效率的影响，在蓄水箱3的顶部设有上布水器35，蓄水箱3的底部设有下布水器36，利用上布水器35和下布水器36在蓄冷循环回路和释冷循环回路的供回水过程中形成重力流，使供回水在循环过程中更缓慢均一的进出蓄水箱3，形成更加稳定、厚度更小蓄水箱3内斜温层，并在消防水箱本体1的外部设有保温层8，防止蓄水箱3中能量的散失。

作为优化方案，本具体实施方式为了方便监测蓄冷循环过程中和释冷循环过程中蓄水箱3内的温度，在蓄水箱3的内侧壁上端设有第一温度传感器37，第一温度传感器37用于监测蓄水箱3上出口处的水温，且在蓄水箱3的内侧壁下端设有第二温度传感器38，第二温度传感器38用于监测蓄水箱3下出口处的水温，为了过程控制的自动化，将第一温度传感器37和第二温度传感器38分别与控制器7连接。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种上述多功能消防水箱的控制方法，具体包括以下运行流程控制过程：

为了方便描述，设定距离制冷设备4最近的蓄水箱3为第一蓄水箱(即图1中最左端的蓄水箱)，距离制冷设备4最远的蓄水箱3为第二蓄水箱(即图1中最右端的蓄水箱)；

蓄冷循环回路运行流程控制过程：

当控制器7接收到制冷设备4的运行信号时，控制器7发出控制信号打开第一蓄水箱上循环支管连接的第一单通电磁阀和下循环支管连接的第二单通电磁阀，制冷设备4制备的冷水从第一蓄水箱的下端进入，为第一蓄水箱蓄入冷水；

当第一蓄水箱内蓄满冷水时，控制器7发出控制信号关闭第一蓄水箱上循环支管31连接的第一单通电磁阀32和下循环支管33连接的第二单通电磁阀34，同时打开与第一蓄水箱相邻的蓄水箱上循环支管31连接的第一单通电磁阀32和下循环支管33连接的第二单通电磁阀34，为相邻的蓄水箱蓄入冷水，之后按照从第一蓄水箱至第二蓄水箱的顺序依次为蓄水箱中蓄入冷水，直至第二蓄水箱蓄满冷水；

具体地，在蓄冷循环回路运行流程控制过程中，参照图3，为了加快蓄冷过程可以将制冷设备4并联接入蓄冷循环回路，在蓄冷循环回路运行流程控制过程的初始状态下，每个蓄水箱3连接的第一单通电磁阀32和第二单通电磁阀34均为关闭状态，第一三通电磁阀13和第二三通电磁阀14的1、2方向导通(如图3所示)。当控制器7接收到制冷设备4的运行信号时，控制器7发出控制信号，打开第一蓄水箱3上循环支管31连接的第一单通电磁阀32和下循环支管33连接的第二单通电磁阀34，制冷设备4制备的冷水从第一蓄水箱3的下端进入，热水从第一蓄水箱3的上端流出(当然可以理解的是当制冷设备4驱动冷水循环动力不足时，可以在循环主管11上增设循环水泵)。直至第一蓄水箱3内蓄满冷水时，控制器7发出控制信号关闭第一蓄水箱3上循环支管连接的第一单通电磁阀32和下循环支管连接的第二单通电磁阀34，打开与第一水箱相邻的蓄水箱3上循环支管31连接的第一单通电磁阀32和下循环支管33连接的第二单通电磁阀34，为蓄水箱3蓄冷水。依次类推，直至如图3所示左侧最后一个蓄水箱3蓄满冷水，所有第一单通电磁阀32和第二单通电磁阀34全部关闭，制冷设备4停止运行，完成蓄冷循环回路的运行流程控制过程。

释冷循环回路运行流程控制过程：

当控制器7接收到用冷设备5的运行信号时，控制器7发出控制信号驱动第一三通电磁阀13和第二三通电磁阀14动作将用冷设备5接入循环主管11，同时打开第二蓄水箱上循环支管31连接的第一单通电磁阀32和下循环支管33连接的第二单通电磁阀34，用冷设备5需要的冷水从第二蓄水箱的下端流出，为用冷设备5提供冷水；

当第二蓄水箱内冷水用尽时，控制器7发出控制信号关闭第二蓄水箱上循环支管31连接的第一单通电磁阀32和下循环支管33连接的第二单通电磁阀34，同时打开与第二水箱相邻的蓄水箱上循环支管31连接的第一单通电磁阀32和下循环支管33连接的第二单通电磁阀34，调用相邻的蓄水箱内的冷水，之后按照从第二蓄水箱至第一蓄水箱的顺序依次调用蓄水箱中的冷水，直至第一蓄水箱内的冷水用尽；

具体地，在释冷循环回路运行流程控制过程中，参照图4，在释冷循环回路运行流程控制过程的初始状态下，蓄冷循环过程已经完成，每个蓄水箱3连接的第一单通电磁阀32和第二单通电磁阀34均为关闭状态。当控制器7接收到制冷设备4的运行信号时，控制器7发出控制信号，使第一三通电磁阀13和第二三通电磁阀14的2、3方向导通(如图4所示)，并打开第二蓄水箱3上循环支管连接的第一单通电磁阀32和下循环支管连接的第二单通电磁阀34，制冷设备4制备需要的冷水从第二蓄水箱3的下端流出，热水从第二蓄水箱3的上端进入(当然可以理解的是当用冷设备5驱动冷水循环动力不足时，可以在旁通主管12上增设循环水泵)。直至第二蓄水箱3内冷水的冷能用尽时，控制器7发出控制信号关闭第二蓄水箱3上循环支管31连接的第一单通电磁阀32和下循环支管32连接的第二单通电磁阀34，同时打开与第一水箱相邻的蓄水箱3上循环支管31连接的第一单通电磁阀32和下循环支管33连接的第二单通电磁阀34，调用此蓄水箱3内的冷水。依此类推，之后按照如图4所示从左往右的顺序依次调用蓄水箱3中的冷水，由于首先从第二蓄水箱3开始取冷水，此时管路较长，管道内在第二蓄水箱3释冷过程中已经充满了冷水，另外蓄水箱3切换过程中的关闭、开启不会影响到用冷设备5用水的温度，保障用冷设备5的稳定运行。

消防用水通路运行流程控制过程：

当消防用水设备6开始运行时，控制器7发出控制信号关闭所有蓄水箱3上方的第一电磁阀32，开启所有蓄水箱3下方的第二电磁阀34和消防水管61上的第三单通电磁阀62，将蓄水箱3内的水全部汇入消防水管61为消防用水设备6供水。

具体地，在消防用水通路运行流程控制过程中，参照图5，当控制器7接收到消防用水设备6的运行信号时，控制器7发出控制信号，关闭正在运行的制冷设备4或用冷设备5，关闭第一三通电磁阀13和第二三通电磁阀14，并且关闭所有蓄水箱3上循环支管31上的第一单通电磁阀32，打开所有蓄水箱3下循环支管33上的第二电通电磁阀。所有蓄水箱3内的水通过下循环支管33汇入循环主管11(当然可以理解的是，消防水箱本身就具备消防功能，当用消防用水设备6的水压不足时，可以在消防水管61上增设循环水泵)，为消防设备提供水源。

在本实施例中，通过合理的阀控逻辑，实现了蓄水箱各个工况的自动控制。日常作为蓄水箱时可以更加高效地利用制冷机组制出的冷水，提高了用冷设备5的经济性，减少了对于能源的浪费。在需要提供消防用水时，可以保证消防时的供水量，保证消防水箱的原始作用。

作为优化方案，本具体实施方式还设置了以下监测流程：

在蓄冷循环回路运行流程控制过程中，当某一蓄水箱3内的第一温度传感器37监测的温度达到预定温度时(蓄冷温度为4℃)，表明此蓄水箱3内已经蓄满冷水，控制器7发出控制信号关闭与此蓄水箱3连接的第一单通电磁阀32和第二单通电磁阀34，同时打开与此蓄水箱3右侧相邻蓄水箱3连接的第一单通电磁阀32和第二单通电磁阀34，为其他蓄水箱3蓄冷水。当最右端蓄水箱3内的第一温度传感器37监测的温度达到预定值时，表明最后一个蓄水箱3已经蓄满冷水，控制器7发出控制信号控制冷设备4停止运行，避免造成电能的损失。

在释冷循环回路运行流程控制过程中，当某一蓄水箱3内的第二温度传感器38监测的温度达到预定温度时(回水温度为摄氏度15℃)，表明此蓄水箱3内的冷能已用尽，控制器7发出控制信号关闭与此蓄水箱3连接的第一单通电磁阀32和第二单通电磁阀34，同时打开与此蓄水箱3左侧相邻蓄水箱3连接的第一单通电磁阀32和第二单通电磁阀34，调用其他蓄水箱3内的冷水为用冷设备5提供冷源，当最左端蓄水箱3内的第二温度传感器38监测的温度达到预定值时，表明最后一个蓄水箱3内的冷水的冷能用尽，控制器7发出控制信号控制用冷设备5停止运行，防止用冷设备5空转，造成不必要的浪费。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；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。

以上所述实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围的限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域工程技术人员依据本发明的技术方案做出的各种形式的变形，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

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