CN102435032B - 一种密闭式循环水冷却装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种密闭式循环水冷却装置和方法，其中装置包括：内冷却装置、板式换热器(7)、冰蓄冷辅助冷却装置；内冷却装置包括空冷器(3)；冰蓄冷辅助冷却装置包括冰蓄冷装置(9)；流经所述板式换热器(7)的内冷却装置中的内冷却水与流经板式换热器(7)的冰蓄冷辅助冷却装置中的外冷却水交换热量。本发明的密闭式循环水冷却装置和方法提高了冷却装置的冷却能力，解决了当环境温度大于等于工艺设备允许的最大进水温度时，冷却装置仍具有足够的冷却能力的问题，并且设备运行过程中无任何水的损耗，达到了节水的目的。

Description

一种密闭式循环水冷却装置和方法
技术领域
本发明涉及冷却装置领域，尤其涉及通过板式换热器将经过空气冷却器的冷却水再次冷却的密闭式循环水冷却装置和方法。
背景技术
目前国内有众多的发电、输电站如换流站均建设在干旱缺水的北方地区，这些地区往往具有在夏季温度较高，水份蒸发量大等特点，因此水资源比较珍贵。而如果采用普通的水冷却方式对发电、输电站如换流站等的设备进行冷却，则有可能消耗掉当地的稀有的水资源，所以这些电站常用的冷却设备均采用空气冷却器。由于换流站所在地环境温度均相对较低，使用空气冷却器即可满足电站工艺设备——换流阀的冷却需要，并且冷却效果较好。
但部分地区的高温温度较高，空冷器无法将流体冷却到环境温度，则会限制空冷器在干旱地区中的应用。例如在国内西北某地极端环境最高温度高达44℃，而直流输电工程中的核心设备换流阀所允许的最大进阀温度只有40℃，在此情况下，空冷器不仅无法将换流阀所用的纯水冷却，而且相反地，是在将冷却水加热。因此此时仅适用空气冷却器是不合适的。
同时由于发电设备和电力输送设备往往在最炎热的夏季进行最大规格的运行，而此时正是环境温度最高、最极端的时候，在此情况下空冷器往往不具有足够的冷却能力，使得换流站不得不采取降负荷、降功率的形式，带来极大的经济损失的同时也不利于国民经济的健康发展。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种冷却装置，提高冷却装置的冷却能力。
一种密闭式循环水冷却装置，包括：内冷却装置、板式换热器7和冰蓄冷辅助冷却装置；其中所述内冷却装置包括内冷循环泵2和空冷器3；所述冰蓄冷辅助冷却装置包括外冷循环泵8和冰蓄冷装置9；流经所述板式换热器7的所述内冷却装置中的内冷却水与流经所述板式换热器7的所述冰蓄冷辅助冷却装置中的外冷却水交换热量。
根据本发明装置的一个实施例，所述内冷却装置进一步包括第一回路阀门4和第二回路阀门5或6；在第一回路阀门4开启，并且第二回路阀门5和6关闭的状态下，空冷器3和被冷却器件1形成第一回路，内冷却水在所述第一回路中循环；在第一回路阀门4关闭，并且第二回路阀门5和6开启的状态下，被冷却器件1、空冷器3和板式换热器7形成第二回路，内冷却水在所述第二回路中循环。
根据本发明装置的一个实施例，当环境温度低于温度阈值T1时，所述冰蓄冷辅助冷却装置停止运行，所述内冷却水在所述第一回路中循环，所述内冷却水经过空冷器3被冷却后，再冷却被冷却器件1；当环境温度高于T1并且低于温度阈值T2时，关闭第一回路阀门4，并且开启第二回路阀门5、6，所述内冷却水在所述第二回路中循环，所述内冷却水经过板式换热器7被所述外冷却水冷却后，再冷却被冷却器件1；所述冰蓄冷装置9在夜间运行、蓄冷；当环境温度高于T2并且低于温度阈值T3时，关闭第一回路阀门4，并且开启第二回路阀门5、6，所述内冷却水在所述第二回路中循环，所述内冷却水经过空冷器3被冷却，再经过板式换热器7被所述外冷却水冷却，进一步冷却后的内冷却水再冷却被冷却器件1；所述冰蓄冷装置9在夜间运行并蓄冷；其中，T1小于T2并且T2小于T3。
根据本发明装置的一个实施例，所述内冷却装置还包括水温传感器和/或环境温度传感器，以及根据所述水温传感器测量的内冷却水的水温和/或所述环境温度传感器测量的环境温度，控制所述第一回路阀门4、第二回路阀门5、6的开闭的控制单元。
根据本发明装置的一个实施例，所述板式换热器7和所述冰蓄冷装置9形成外冷循环水的循环回路。
根据本发明装置的一个实施例，所述内冷循环泵2和外冷循环泵8采用主-备冗余方式配置。
根据本发明装置的一个实施例，所述被冷却器件1为直流输电设备中的换流阀.
本发明的冷却装置利用板式换热器结合蓄冰空调设备，对经过空气冷却器的内冷却水进行再次冷却，提高了冷却装置的冷却能力。解决了空气冷却器无法将流体冷却到环境温度及环境温度以下的问题，并且，设备运行过程中无任何水的损耗，达到了节水的目的。
本发明要解决的一个技术问题是提供一种冷却方法，提高冷却装置的冷却能力。
一种密闭式循环水冷却方法，包括：内冷却装置中的内冷却水冷却被冷却器件1；所述内冷却水流经板式换热器6，与流经板式换热器6的冰蓄冷辅助冷却装置中的外冷却水交换热量；其中，所述内冷却装置包括内冷循环泵2和空冷器3；所述冰蓄冷辅助冷却装置包括外冷循环泵8和冰蓄冷装置9；
根据本发明方法的一个实施例，将第一回路阀门4开启，并且将第二回路阀门5、6关闭，空冷器3和被冷却器件1形成第一回路，内冷却水在所述第一回路中循环；将第一回路阀门4关闭，并且将第二回路阀门5、6开启，被冷却器件1、空冷器3和板式换热器7形成第二回路，内冷却水在所述第二回路中循环；所述板式换热器7和所述冰蓄冷装置9形成外冷循环水的循环回路，所述外冷却水在所述外冷却水的循环回路中循环。
根据本发明方法的一个实施例，当环境温度低于温度阈值T1时，所述冰蓄冷辅助冷却装置停止运行，所述内冷却水在所述第一回路中循环，所述内冷却水经过空冷器3被冷却后，再冷却被冷却器件1；当环境温度高于T1并且低于温度阈值T2时，关闭第一回路阀门4，并且开启第二回路阀门5、6，所述内冷却水在所述第二回路中循环，所述内冷却水经过板式换热器7被所述外冷却水冷却后，再冷却被冷却器件1；所述冰蓄冷装置9在夜间运行、蓄冷；当环境温度高于T2并且低于温度阈值T3时，关闭第一回路阀门4，并且开启第二回路阀门5、6，所述内冷却水在所述第二回路中循环，所述内冷却水经过空冷器3被冷却，再经过板式换热器7被所述外冷却水冷却，进一步冷却后的内冷却水再冷却被冷却器件1；所述冰蓄冷装置9在夜间运行并蓄冷；其中，T1小于T2并且T2小于T3。
根据本发明方法的一个实施例，所述内冷却装置还设置水温传感器和/或环境温度传感器；控制单元根据所述水温传感器测量的内冷却水的水温和/或所述环境温度传感器测量的环境温度，控制所述第一回路阀门4和第二回路阀门5、6的开闭。
根据本发明方法的一个实施例，所述内冷循环泵2和外冷循环泵8采用主-备冗余方式配置。
根据本发明方法的一个实施例，所述被冷却器件1为直流输电设备中的换流阀。
本发明的方法利用板式换热器结合蓄冰空调设备，对经过空气冷却器的内冷却水进行再次冷却，提高了冷却装置的冷却能力。解决了空气冷却器无法将流体冷却到环境温度及环境温度以下的问题，并且，设备运行过程中无任何水的损耗，达到了节水的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明的冷却装置的一个实施例的示意图；
图2为根据本发明的冷却装置的一个实施例的一种运行状态的示意图；
图3为根据本发明的冷却装置的一个实施例的另一种运行状态的示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。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。
本发明的冷却装置和方法利用板式换热器结合蓄冰空调设备，对经过空气冷却器的内冷却水进行再次冷却，提高了冷却装置的冷却能力。
下面结合图和实施例对本发明的技术方案进行多方面的描述。
图1为根据本发明的冷却装置的一个实施例的示意图。如图1所示，内冷却装置包括：内冷循环泵2、空冷器3、第一回路阀门4、两个第二回路阀门5和阀门6；辅助冷却装置包括：外冷循环泵8、冰蓄冷装置9；当第一回路阀门4开启，第二回路阀门5和阀门6关闭时，空冷器3和被冷却器件1形成回路；内冷循环泵2提供动力，使内冷却水在回路中循环；其中，内冷却水经过空冷器被3冷却后，冷却被冷却器件1。
当第一回路阀门4关闭，第二回路阀门5和阀门6开启时，被冷却器件1、空冷器3和板式换热器7形成回路；内冷循环泵2提供动力，使内冷却水在回路中循环；其中，内冷却水经过空冷器3被冷却后，进入板式换热器7被继续冷却，再冷却被冷却器件1。
外冷循环泵8提供动力，使外冷循环水在板式换热器7和冰蓄冷装置9形成的回路中循环，其中，冰蓄冷装置9对外冷循环水进行冷却。
根据本发明的一个实施例，第二回路阀门可以有1个，安装在板式换热器7的出水口或进水口。第二回路阀门也可以有两个，分别安装在板式换热器7的出水口和进水口。
根据本发明的一个实施例，冰蓄冷装置9采用电制冷进行制冰，并存储冰。被冷却器件1为直流输电设备中的换流阀，内冷却水为纯水。
根据本发明的一个实施例，内冷却水在被换流阀加热升温后，由内冷循环泵2驱动，经过板式换热器7，内冷却水将得到冷却，降温后的内冷却水由内冷循环泵2驱动再送至换流阀，内冷水如此周而复始地循环。
在环境温度相对较高时，关闭第一回路阀门4、打开两个第二回路阀门5和阀门6，将空冷器已经冷却了部分热量的内冷水利用板式换热器7继续冷却到工业设备所允许的温度范围内。板式换热器7利用冰蓄冷装置9将收集获取到的热量散发出去。
根据本发明的一个实施例，第一回路阀门4和第二回路阀门5和阀门6可以采用自动或手动阀门。
内冷却装置还包括控制单元，在图1中没有画出，当内冷却水的温度高于阈值，或环境温度高于阈值时，控制单元关闭第一回路阀门4，开启第二回路阀门5和阀门6。内冷却装置中设置了水温传感器和/或环境温度传感器，用于测量内冷却水的水温和环境温度。
根据本发明的一个实施例，内冷循环泵2和外冷循环泵8可以采用主-备冗余方式配置，从而提高冷却装置运行的安全性和可靠性。
图2为根据本发明的冷却装置的一个实施例的一种运行状态的示意图。如图2所示，内冷却装置包括：内冷循环泵2、空冷器3、其中，被冷却器件1、空冷器3形成回路；内冷循环泵2提供动力，使内冷却水在回路中循环；其中，内冷却水经过空冷器3被冷却后，再冷却被冷却器件1，内冷水如此周而复始地循环。
图3为根据本发明的冷却装置的一个实施例的另一种运行状态的示意图。如图3所示，内冷却装置包括：内冷循环泵2、空冷器3；辅助冷却装置包括：外冷循环泵8、冰蓄冷装置9；其中外冷循环泵8提供动力，使外冷循环水在板式换热器7和冰蓄冷装置9形成的回路中循环，其中，冰蓄冷装置9对外冷循环水进行冷却。
被冷却器件1、空冷器3和板式换热器7形成回路；内冷循环泵2提供动力，使内冷却水在回路中循环；其中，内冷却水经过空冷器3被冷却后，进入板式换热器7被继续冷却，再冷却被冷却器件1；流经所述板式换热器7的内冷却水与流经所述板式换热器7的外冷却水交换热量，内冷水如此周而复始地循环。
由以上可知，所有水均在设备内部做密闭式循环，没有任何水的损失与浪费，体现了无水耗的特点。
根据本发明的一个实施例，当环境温度低于温度阈值T1时，其中T1的值由空冷器3的设计容量确定，一般为-5-25℃，使用空冷器3即可满足冷却容量要求。在此模式中，冰蓄冷辅助冷却装置停止运行，第一回路阀门4开启，第二回路阀门5和阀门6关闭，空冷器3和被冷却器件1形成回路，内冷却水在第一回路中循环，内冷却水经过空冷器3被冷却后，再冷却被冷却器件1。内冷循环泵2处于运行状态，在此运行模式下，典型的一套冷却系统的最大能耗为2/3的空冷器3风机进入全速运转状态(即此种模式下的最大能耗为176kW)。
当环境温度高于T1并且低于温度阈值T2时，T1的温度定值与上述的模式中T1的温度一致，T2由空冷器设计裕度确定，当裕度越大，T2温度值越高，基本上T2值约比极端环境最高温度低3-8℃(T2一般为30-38℃)。在此模式中，在夜间启动冰蓄冷装置进行蓄冷，白天启动板式换热器将夜间储存的冷量释放。关闭第一回路阀门4，并且开启第二回路阀门5、6，被冷却器件1、空冷器3和板式换热器7形成第二回路，内冷却水在第二回路中循环，内冷却水经过板式换热器7被外冷却水冷却后，再冷却被冷却器件1。冰蓄冷装置9在夜间运行、蓄冷。空冷器3可以运行也可以不运行。如果晚间的温度下降到低于温度阈值T1时，第一回路阀门4开启，第二回路阀门5和阀门6关闭，空冷器3和被冷却器件1形成回路，内冷却水在回路中循环。在此运行模式下，典型的一套换流阀冷却系统的外冷设备最大能耗约相当于2/3的空冷器风机进入全速运转状态。
当环境温度高于T2并且低于温度阈值T3时，T2的温度定值与上个模式中T2的温度一致，T3为极端环境最高温度，T3一般为38-45℃。在此模式中，夜间必须启动蓄冰空调设备进行蓄冷，在白天启动板式换热器将储存的冷量释放。空冷器3白天基本均处于全速运转状态，板式换热器及外冷主循环泵也处于运转状态。关闭第一回路阀门4，并且开启第二回路阀门5、6，被冷却器件1、空冷器3和板式换热器7形成第二回路，内冷却水在第二回路中循环，内冷却水经过空冷器3被冷却，再经过板式换热器7被外冷却水冷却，被进一步冷却的内冷却水冷却被冷却器件1。冰蓄冷装置9在夜间运行、蓄冷。在此运行模式下，典型的一套冷却系统的能耗最大需要319kW。
本发明的冷却装置和方法解决了空气冷却器无法将流体冷却到环境温度及环境温度以下的问题。当环境温度大于等于工艺设备允许的最大进水温度时，空冷器无法将一次冷却水冷却，反而将冷却水加热，本发明的冷却装置仍具有足够的冷却能力，满足工艺设备运行需要。本发明的冷却装置在运行过程中无任何水的损耗，达到了节水的目的，解决了使用冷却塔时消耗水量大的缺点。在夜间冷却装置能耗较小时，利用蓄冰空调设备进行蓄冰储能，在白天将冰储蓄的能量释放，均匀分配了电力负荷。并且可根据环境温度，选取不同的运转模式，从而确保设备运行时能耗最小。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (8)

1.一种密闭式循环水冷却装置，其特征在于，包括：
内冷却装置、板式换热器（7）和冰蓄冷辅助冷却装置；
其中，所述内冷却装置包括内冷循环泵（2）和空冷器（3）；所述冰蓄冷辅助冷却装置包括外冷循环泵（8）和冰蓄冷装置（9）；流经所述板式换热器（7）的所述内冷却装置中的内冷却水与流经所述板式换热器（7）的所述冰蓄冷辅助冷却装置中的外冷却水交换热量；
所述内冷却装置进一步包括第一回路阀门（4）和第二回路阀门（5、6）；
在第一回路阀门（4）开启，并且第二回路阀门（5、6）关闭的状态下，空冷器（3）和被冷却器件（1）形成第一回路，内冷却水在所述第一回路中循环；
在第一回路阀门（4）关闭，并且第二回路阀门（5、6）开启的状态下，被冷却器件（1）、空冷器（3）和板式换热器（7）形成第二回路，内冷却水在所述第二回路中循环；
所述板式换热器（7）和所述冰蓄冷装置（9）形成所述外冷却水的循环回路;
当环境温度低于温度阈值T1时，所述冰蓄冷辅助冷却装置停止运行，所述内冷却水在所述第一回路中循环，所述内冷却水经过空冷器（3）被冷却后，再冷却被冷却器件（1）；
当环境温度高于T1并且低于温度阈值T2时，关闭第一回路阀门（4），并且开启第二回路阀门（5、6），所述内冷却水在所述第二回路中循环，所述内冷却水经过板式换热器（7）被所述外冷却水冷却后，再冷却被冷却器件（1）；所述冰蓄冷装置（9）在夜间运行并蓄冷；
当环境温度高于T2并且低于温度阈值T3时，关闭第一回路阀门（4），并且开启第二回路阀门（5、6），所述内冷却水在所述第二回路中循环，所述内冷却水经过空冷器（3）被冷却，再经过板式换热器（7）被所述外冷却水冷却后冷却被冷却器件（1）；所述冰蓄冷装置（9）在夜间运行并蓄冷；
其中，T1小于T2，并且T2小于T3。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述内冷却装置还包括水温传感器和/或环境温度传感器，以及根据所述水温传感器测量的内冷却水的水温和/或所述环境温度传感器测量的环境温度，控制所述第一回路阀门（4）和第二回路阀门（5、6）的开闭的控制单元。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述内冷循环泵（2）和外冷循环泵（8）采用主-备冗余方式配置。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述被冷却器件（1）为直流输电设备中的换流阀。
5.一种密闭式循环水冷却方法，其特征在于，包括：
内冷却装置中的内冷却水冷却被冷却器件（1）；
所述内冷却水流经板式换热器（6），与流经板式换热器（6）的冰蓄冷辅助冷却装置中的外冷却水交换热量；
其中，所述内冷却装置包括内冷循环泵（2）和空冷器（3）；所述冰蓄冷辅助冷却装置包括外冷循环泵（8）和冰蓄冷装置（9）；
将第一回路阀门（4）开启，并且将第二回路阀门（5、6）关闭，空冷器（3）和被冷却器件（1）形成第一回路，内冷却水在所述第一回路中循环；
将第一回路阀门（4）关闭，并且将第二回路阀门（5、6）开启，被冷却器件（1）、空冷器（3）和板式换热器（7）形成第二回路，内冷却水在所述第二回路中循环；
所述板式换热器（7）和所述冰蓄冷装置（9）形成外冷循环水的循环回路，所述外冷却水在所述外冷循环水的循环回路中循环;
当环境温度低于温度阈值T1时，所述冰蓄冷辅助冷却装置停止运行，所述内冷却水在所述第一回路中循环，所述内冷却水经过空冷器（3）被冷却后，再冷却被冷却器件（1）；
当环境温度高于T1并且低于温度阈值T2时，关闭第一回路阀门（4），并且开启第二回路阀门（5、6），所述内冷却水在所述第二回路中循环，所述内冷却水经过板式换热器（7）被所述外冷却水冷却后，再冷却被冷却器件（1）；所述冰蓄冷装置（9）在夜间运行并蓄冷；
当环境温度高于T2并且低于温度阈值T3时，关闭第一回路阀门（4），并且开启第二回路阀门（5、6），所述内冷却水在所述第二回路中循环，所述内冷却水经过空冷器（3）被冷却，再经过板式换热器（7）被所述外冷却水冷却后冷却被冷却器件（1）；所述冰蓄冷装置（9）在夜间运行并蓄冷；
其中，T1小于T2，且T2小于T3。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：
所述内冷却装置还设置水温传感器和/或环境温度传感器；
控制单元根据所述水温传感器测量的内冷却水的水温和/或所述环境温度传感器测量的环境温度，控制所述第一回路阀门（4）和第二回路阀门（5、6）的开闭。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：
所述内冷循环泵（2）和外冷循环泵（8）采用主-备冗余方式配置。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于：
所述被冷却器件（1）为直流输电设备中的换流阀。
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