CN101988722A - 一种自然冷源冷水机组 - Google Patents

Abstract

一种自然冷源冷水机组，该设备包括室外机和室内机，室外机部分主要包括制冷系统的全封闭涡旋式压缩机、蒸发器和蒸发式冷凝器、自然冷源搜集器以及带三通阀的水路循环系统，可实现蒸发式冷凝器的机械制冷、自然冷源搜集器的蒸发式冷却以及风冷冷却，其特征在于同时设置蒸发式冷凝器和高效自然冷源搜集器，布置在冷却循环水池上方，上部空间配有轴流风机。当室外湿球温度高于6℃～8℃时，主要采用蒸发式冷凝器实现制冷，当室外湿球温度低于6℃～8℃、高于0℃～2℃时，主要采用冷却塔喷淋形式的自然冷源搜集器以实现蒸发式冷却，当室外湿球温度低于0℃～2℃时，主要采用风冷形式的自然冷源搜集器以实现冷却。

Description

一种自然冷源冷水机组

技术领域

本发明涉及一种自然冷源冷水机组，更具体的说，涉及一种带有高效自然冷源搜集器和蒸发式冷凝器的恒温恒湿冷水机组设备。

背景技术

目前，对于持续高发热量的场所，如电信基站，信息设备机房等，一般都采用标准配置的分体空调。这种传统式的分体空调利用户外冷机的运行来满足基站内部的冷负荷要求，并未考虑到在寒冷季节对自然冷源的利用。如此以来，空调设备由于持续运行而需要大量的能耗。也有少数采用了一些手段来利用寒冷季节的自然冷源，如直接引进室外空气，对设备进行冷却，或单纯利用表冷器室外换取自然冷量。这些手段却导致了一些新的问题，由于室外空气质量没有保障，使得基站设备受损；单纯单表冷器简单换取自然冷源无法满足需求，导致重复投资；单纯利用表冷器室外换取自然冷量时而满足时而不满足负荷需求，导致冷机频繁启停，增加了不必要的能耗和设备损失。

本发明研发出适用于大型机房的自然冷源冷水机组。此套设备放置于室外环境，在传统的风冷机组基础上配置了高效自然冷源搜集器和蒸发式冷凝器，能保证在室外低温的条件下，通过自身主动的搜集自然冷源来满足负荷需求，满足全年制冷场合；自然冷源冷水机组的冷媒水进入室内机，实现机房内部的全封闭式换热，采用下送风方式，具有高效，节能，气流稳定的优点，能保证室内稳定的恒温恒湿状态。由于使用了加强性的高效自然冷源搜集器和蒸发式冷凝器，使得冷机运行的时间大大减少，既减少了能耗和水耗，又有利于冷机的保养和维护，室内全封闭式的对流换热过程，高效节能而且能够避免外界新风对机房设备的影响。

蒸发式冷凝器是在吸收国外最先进的热交换技术基础上研制开发的一种高效节能的换热设备，蒸发式冷凝器是靠水的蒸发潜热带走被冷介质的热量，蒸发式冷凝器实际耗水量约为水冷式冷凝器的5％～10％，同时降低了电耗。该产品集传统式冷凝器、冷却塔、循环水泵、水池及连接水管为一体，具有占地面积小，安装极为方便，噪声低、节水省电、投资省、运行费低、不污染环境、使用寿命长、维修简便等众多优点。美国、加拿大等国家在20世纪70年代起就在冷库制冷装置上加以应用，我国从20世纪80年代起，化工、医药、工业制冷及啤酒饮料，食品的低温加工冷藏，建筑空调制冷等领域也开始采用蒸发式冷凝器，经过20余年的实践证明，蒸发式冷凝器具有明显的节能效果。

本发明的机组设备在传统冷机机械制冷的基础上，优先使用自然冷源，以水系统作为内部换热设备消除负荷。它可提供连续、精确的温湿度控制，为计算机房、程控交换机、卫星移动通讯站、网管中心、动力机房、培训中心、标准室洁净室、工业控制中心、大型医疗设备室、实验室、测试室、精密电子仪器生产车间等高精密环境中的精密电子设备提供高精度、高可靠性的环境，使其高效、可靠地运行。

发明内容

本发明采用解决了传统技术能耗高，不能连续、充分地利用自然冷源的弊端，在传统冷机机械制冷的基础上，优先使用自然冷源，提供全年连续的制冷和温湿度控制，满足节能、节水和可靠的环境控制要求。本发明的目的是提供一种在全年制冷的场合，在室外温度低于6℃~10℃时充分利用室外自然冷源的空调冷水机组系统形式。

为实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种恒温恒湿冷水机组设备。该设备包括室外机和室内机。

室外机部分主要包括制冷系统的全封闭涡旋式压缩机、蒸发器和冷凝器，带三通阀的水路循环系统，机组上部带有轴流风机，翅片式换热器共两组，即自然冷源搜集器和蒸发式冷凝器，可实现蒸发式冷凝器的机械制冷、自然冷源搜集器的蒸发式冷却，以及风冷式冷却。

在上述技术方案中，压缩机安装于室外机内与气流部分隔离，通过减震装置固定的框架上，以避免噪音和震动传输到机组结构上。采用全封闭涡旋式压缩机，其特点为高效率、长寿命、噪音低和抗液击能力强，能适应各种工况，保证机组安全、可靠地运行。蒸发式冷凝器由冷却管组、循环水泵、喷嘴和冷却水循环水池组成，冷却管组为翅片式蛇形盘管组，其特征在于蒸发式冷凝器下方或上方设置高效自然冷源搜集器，布置在冷却水循环水池上方两侧，其特征还在于所述室外机上部空间配有轴流风机。在夏季需机械制冷工况时，位于室外机壳体内的制冷系统高温制冷剂经过压缩机进入蒸发式冷凝器得到冷却、节流后进入蒸发器换热实现制冷循环，采用盐水或者水-防冻液混合物作为冷媒，冷媒经由冷水管路将冷量带到室内机组进行换热；在过渡季或冬季可利用室外空气自然冷源时，通过带三通阀的水路循环系统，可自行切换来改变水路分配流量，冷媒直接进入高效自然冷源搜集器，自然冷源搜集器或冷凝器实现蒸发式冷却，抑或通过轴流风机实现风冷冷却，室外空气从高效自然冷源搜集器两侧进风经由轴流风机从室外机上部排出，换热后冷媒将冷量带到室内机组进行换热。

室内机部分主要包括电极式加湿器、管翅式电加热器、初中效板式无纺布空气过滤器、无蜗壳风机、翅片式换热器和双层底板结构。室内机安装在控制房间内部，采用电极式加湿器，响应快，加湿量可调节，产生的蒸汽纯度高，其加湿器本体安装在机组的控制部分，与空气处理部分隔离，减少气流阻力，且便于检修。电加热器采用管翅式电加热器，加热反应迅速，使除湿运行保持温度恒定；分成三级控制，可根据机房的情况分级启动，大大的降低了能耗。空气过滤器采用初中效板式无纺布过滤器，过滤面积大，过滤效率高且空气阻力小，具有较长使用寿命。无蜗壳风机置于双层底板之间，引导气流分布均匀，风阻损失小。室内空气从室内机上部经过过滤，与冷媒在翅片式换热器热交换后进入双层底板结构，并经由恒温恒湿控制，送入室内，实现置换通风，可以实现完全封闭的室内空气循环，避免外界劣质空气的影响，可以很好的将双层底板和建筑结构的双层地板结合起来，能充分利用双层地板之间的空间，起到静压箱的作用，介于双层底板中间的高效蜗壳风机将起到良好的引导作用，使被冷却的空气均匀进入双层地板之间的空间，经过此“静压箱”之后分配到室内各个角落，在设备机房进行干式冷却，消除负荷，采用大风量、小焓差的设计以提高机组运行的经济性，而且有利于提高控制房间的洁净度，优化的制冷系统设计能避免产生不必要的除湿和加湿循环，减少无谓的能量消耗，实现节能效果。其特征在于上部具有过滤器，过滤器下方置有翅片式换热器，底部具有双层底板结构，无蜗壳风机置于双层底板之间，实现置换通风。

在控制方面，全年不同工况通过室外湿球温度或回水温度来进行工况切换；冷凝风机可以根据冷凝压力控制执行调速运行，以确保风机运行的低噪音、长寿命和高可靠性；调速运行可以降低因环境湿度的变化对室内控制温度的影响，同时有利于节能。在控制精度方面，根据每日每时的要求，按照不同设定点自动调整机组运行状态；机组采用湿度控制仪，控制灵敏、准确、精度高；机组设置了制冷系统的高压、低压保护、压缩机和风机的过载、过热保护、电源系统的短路、断相、错相、过电压欠电压保护、欠风压保护及过滤器堵塞报警等多重保护装置，保证机组运行安全可靠。

附图说明

下面结合附图，通过具体的实验方式加以说明，以使得本发明变得更加清楚。

图1.为本发明单台室内机和单台室外机的工况图

图2.为本发明利用蒸发式冷凝的一种工况图

图3.为本发明利用自然冷源的一种工况图

图4.为蒸发式冷凝器和自然冷源搜集器的示意图

图5.为本发明所述室外机外观图示(三台)

附图中标号：1为室外机，2为室内机，3为全封闭涡旋式压缩机，4为蒸发式冷凝器，5为自然冷源搜集器，6为蒸发器，7为带止回阀的三通阀，8为三通阀，9为冷却水循环水泵，10为冷却水循环水池，11为喷嘴，12为轴流风机，13为无蜗壳风机，14为初中效板式无纺布空气过滤器，15为翅片式换热器，16为节流阀，17为冷却水管路，18为制冷剂管路，19为冷媒水管路一(蒸发器进出口)，20为冷媒水管路二(自然冷源搜集器进出口)，21为冷媒水循环水泵，22为双层底板结构

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式详细阐述本发明的内容。应该理解本发明并不局限于下述优选实施方式，优选实施方式仅仅作为本发明的示例性说明。

如图1.所示，图1.中的自然冷源搜集器5，蒸发器6，冷却水管路17，制冷剂管路18，冷媒水管路19和冷媒水管路20的在机组中位置、管路走向均为系统原理的示意图。本发明的室内机1下部的冷却水循环水池10的冷却水经由冷却水循环水泵9、冷却水管路17送至喷嘴11，喷洒在蒸发式冷凝器4和自然冷源搜集器5的翅片式盘管上，并在盘管外表面形成水膜，下落的水膜与从室外机1两侧的进风栅进入的空气形成逆流，一部分水受热直接变成蒸汽被空气带走，另一部分水在下落过程中被高速气流吹托缓慢下降或被吹散形成小水滴，飘飞上扬，与空气换热，最后由冷却水循环水池10收集回落，热量被空气经由上部设置轴流风机12带走。为了防止未蒸发的水滴被空气带走，在喷水管的上部装有挡水板，将热湿空气分离出来的水滴流向积水槽。如此，以空气和水为冷却介质，一方面，利用部分冷却水蒸发带走气相热介质，冷凝过程放出的热量包括部分气相和部分液相的显热；另一方面，以接近湿球温度的冷空气冷却循环水并通过被反复冷却的循环水与发式冷凝器4和自然冷源搜集器5中热流体的间接换热来达到冷凝、冷却的目的。以上两过程视室外湿球温度通过水路控制而分别发生。

如图2.和图3.所示，全年不同工况通过室外温度或回水温度来进行工况切换。

如图2.所示，在夏季需机械制冷工况时，例如典型的机械制冷工况：进水温度+15℃/+10℃，室外湿球温度8℃以上，位于室外机1壳体内的制冷系统高温制冷剂从全封闭涡旋式压缩机3进入蒸发式冷凝器4得到冷却，经由节流阀16的节流后进入蒸发器6换热实现制冷循环的制冷剂管路18，冷媒经由冷媒水管路19将冷量带到室内机2中翅片式换热器15进行换热；冷媒水经由三通阀8直接进入蒸发器入口，由蒸发器出口经由三通阀7经由管路进入冷媒水循环水泵，送入室内循环换热。如图3.所示，在过渡季或冬季可利用室外空气自然冷源时，例如典型的自然冷源制冷工况：进水温度+15℃/+10℃，室外湿球温度8℃下，冷媒通过带三通阀的水路循环系统，经由三通阀8直接进入高效自然冷源搜集器5，自然冷源搜集器5实现蒸发式淋水冷却，室外空气从室外机1两侧进风经由轴流风机12从室外机上部排出实现风冷式冷却，换热后冷媒经由冷媒水管路20、带止回阀的三通阀7与蒸发器6出口冷媒汇合，由冷媒水循环水泵21将冷量带到室内机2的翅片式换热器15进行换热。室内空气从室内机2部经过初中效板式无纺布空气过滤器14过滤，翅片式换热器15换后进入双层底板结构22，并经由恒温恒湿控制，在介于双层底板中间的高效无蜗壳风机13的引导作用下，使被冷却的空气均匀进入双层地板之间的空间，分配到室内各个角落。

因此依据系统方案，在不同季节和室外环境下，提出本发明专利的一种运行工况方法：当室外湿球温度高于某一计算控制温度(依据不同气候条件，例如典型的计算控制温度为6℃~8℃)时，冷媒水经由三通阀8直接进入蒸发器6入口，由蒸发器6出口经由三通阀7经由管路进入冷媒水循环水泵21，送入室内循环换热，同时冷却水依次经由蒸发式冷凝器4和自然冷源搜集器5蒸发冷却，该工况主要采用蒸发式冷凝器4实现制冷；当室外湿球温度低于6℃~8℃、高于0℃~2℃时，冷媒水经由三通阀8直接进入自然冷源搜集器5入口，由自然冷源搜集器5出口经由三通阀7经由管路进入冷媒水循环水泵21，送入室内循环换热，同时冷却水依次经由蒸发式冷凝器4和自然冷源搜集器5蒸发冷却，该工况主要采用冷却水喷淋形式的自然冷源搜集器以实现蒸发式冷却；当室外湿球温度低于0℃~2℃时，从室外机1两侧的进风栅进入的空气形成逆流，依次经由自然冷源搜集器4和蒸发式冷凝器5实现风冷，由上部设置轴流风机12排出，该工况主要采用风冷形式的自然冷源搜集器以实现冷却。

如图4.所示，蒸发式冷凝器4和自然冷源搜集器5设置及其换热管束情况，图4.中示意的分别是3排换热盘管和4排换热盘管。结合图1.~图3.，以单台室外机为例，本发明所述室外机组制冷剂管路18冷媒水管路一19和冷媒水管路二20的连接方式，图5.中自然冷源搜集器5位于蒸发式冷凝器4下方，喷淋冷却水在经过蒸发式冷凝器4后水温变热，再次经过自然冷源搜集器5时，空气从下部向上形成逆流，将冷却水温冷却，此时自然冷源搜集器5的换热器就起到了填料的作用，最后冷却水由循环水池10收集。从室外机1两侧的进风栅进入的空气形成逆流，经由上部设置轴流风机12排出。反之，自然冷源搜集器5位于蒸发式冷凝器4上方，蒸发式冷凝器4就起到了填料的作用。

如图5.所示，本发明所述室外机2外观图示，以三台室外机并联情况为例，包括立面图和俯视图。

Claims (8)

1.一种自然冷源冷水机组，该机组包括室外机和室内机，室外机包括制冷系统的压缩机、蒸发器和蒸发式冷凝器、自然冷源搜集器以及带三通阀的水路循环系统，可实现冷凝器的机械制冷、自然冷源搜集器的蒸发式冷却和风冷冷却，其特征在于：蒸发式冷凝器和自然冷源搜集器设置在冷却水池上方，上部空间配有轴流风机。

2.根据权利要求1所述的自然冷源冷水机组的一种使用方法，其特征在于：所述的蒸发式冷凝器和自然冷源搜集器为翅片式蛇形盘管组，自然冷源搜集器设置在蒸发式冷凝器下方或上方，换热器同时实现了填料功能，其特征还在于：自然冷源搜集器进出口、蒸发器冷媒水进出口通过三通阀与冷媒管路相连形成冷媒水循环系统，蒸发式冷凝器进出口、蒸发器制冷剂进出口与制冷剂管路相连形成制冷剂循环系统。

3.根据权利要求1所述的自然冷源冷水机组，其特征在于在夏季夜间、过渡季或冬季可利用室外空气自然冷源时，通过带三通阀的水路循环系统，通过工况控制自行切换来改变冷媒水路通过蒸发器和自然冷源搜集器的流量。

4.根据权利要求3所述的自然冷源冷水机组的一种运行工况方法，当室外湿球温度高于6℃~8℃时，冷媒水经由三通阀8直接进入蒸发器入口，由蒸发器出口经由三通阀7经由管路进入冷媒水循环水泵，送入室内循环换热，同时冷却水依次经由蒸发式冷凝器和自然冷源搜集器蒸发冷却，该工况主要采用蒸发式冷凝器实现制冷；当室外湿球温度低于6℃~8℃、高于0℃~2℃时，冷媒水经由三通阀8直接进入自然冷源搜集器入口，由自然冷源搜集器出口经由三通阀7经由管路进入冷媒水循环水泵，送入室内循环换热，同时冷却水依次经由蒸发式冷凝器和自然冷源搜集器蒸发冷却，该工况主要采用冷却水喷淋形式的自然冷源搜集器以实现蒸发式冷却；当室外湿球温度低于0℃~2℃时，从室外机两侧 的进风栅进入的空气形成逆流，依次经由自然冷源搜集器和蒸发式冷凝器实现风冷，由上部设置的轴流风机排出，该工况主要采用风冷形式的自然冷源搜集器以实现冷却。

5.根据权利要求3所述的自然冷源冷水机组，所述运行工况控制是根据室外湿球温度或冷媒回水温度来进行的。

6.根据权利要求3所述的蒸发器和自然冷源搜集器，其特征在于：冷媒经由三通阀可直接单独进入自然冷源搜集器，或并联分别进入蒸发器和自然冷源搜集器，同时实现蒸发式冷却、机械制冷和风冷冷却。

7.根据权利要求1所述的自然冷源冷水机组，其特征在于所述的室外机的蒸发式冷却系统由两组翅片式蛇形盘管、循环水泵、喷嘴和冷却水循环水池组成，冷却水依次通过蒸发式冷凝器和自然冷源搜集器实现蒸发式冷却和风冷冷却。

8.根据权利要求1所述的自然冷源冷水机组，其特征在于所述的室内机所处理的室内空气从上部进，经过过滤后，与冷媒在翅片式换热器进行热交换，并经恒温恒湿控制后，经由无蜗壳风机，被冷却的空气均匀进入双层地板之间的空间，经过此“静压箱”之后分配到室内各个角落送入室内，实现完全封闭的室内空气循环。 

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