CN102679636A - 一种相变储能蒸发式冷凝器及冷凝器控制方法 - Google Patents

一种相变储能蒸发式冷凝器及冷凝器控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种相变储能蒸发式冷凝器，通过相变储能设备储存冷量，并当储冷设备的温度低于其设定值的情况下，将空调制冷剂流经储冷设备通过热交换进行制冷后再导入冷凝管盘内，可有效降低冷凝管盘中制冷剂的温度，节约运行成本。同时，本发明还公开了一种蒸发式冷凝器的控制方法，在蒸发式冷凝器内设置有可进行液体热交换的储冷设备，当冷凝器水池中的水温较低时，使水流流经储冷设备通过热交换储存冷量。如果储冷设备的温度低于其设定值，将空调制冷剂流经储冷设备通过热交换进行制冷后再导入冷凝管盘内，节约精密空调运行成本。本发明节能环保，适用于通信机房、数据中心等通讯设备机房的温度调节。

Description

一种相变储能蒸发式冷凝器及冷凝器控制方法
技术领域
本发明涉及一种空调冷凝器及控制方法。
背景技术
随着信息技术的飞速发展，政府部门、大型企业、科研院所、高校、医院等均建立了自己的信息系统机房，根据中华人民共和国国家标准GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》附录A 各级电子信息系统机房技术要求中的规定：开机时机房内环境温度为：A级、B级23±1℃，C级18～28℃；开机时机房内环境湿度为：A级、B级40％～55％，C级35％～75％；根据中华人民共和国国家标准GB50174-2008第3.1.3条中对B级电子信息系统机房的举例说明，可知当前大部分机房均属于B级。因此，必须采用精密空调调节机房温湿度环境，而且，上述机房提供的服务非常重要，一旦机房温湿度出现异常，将导致服务中断，其损失可能是灾难性的。TIA-942标准《数据中心电信基础设施标准》也指出空调系统必须保证每天24小时、每年365天提供，空调系统必须连接到备用发电机系统。根据国家标准GB50174-2008第7.4.13条：电子信息系统机房内空调系统的用电量约占机房总用电量的20%～50%。由此可见，机房精密空调系统的节能措施是机房节能设计中的重要环节。精密空调由空调室内机和空调室外机构成，空调室外机即冷凝器，按冷却方式分为：风冷式、水冷式和蒸发式及淋水式。水冷式冷凝器需要大量的冷却水，随着工业生产的迅速发展，节约冷却水的消耗量已成为一个很重要的问题，特别是在缺水地区，这个矛盾更为突出；风冷式冷凝器虽然不需要冷却水，但存在冷凝器表面的传热系数较小、传热效率不高、冷凝器难于清洗等问题；蒸发式冷凝器水的消耗很少，传热效率较高，特别适合缺水的地区。蒸发式冷凝器通过水的蒸发和空气对流共同带走冷凝器中的热量，中国大部分地区大部分时间昼夜温差较大，通常在10摄氏度以上，此时，完全可以在蒸发式冷凝器中放置相变材料，相变材料利用夜间低温储存冷量，白天相变材料释放储存的冷量传递给蒸发式冷凝器，从而降低蒸发式冷凝器中制冷剂的温度，节约精密空调运行成本。
发明内容
为了克服现有方案中水资源缺乏，冷凝器传热系数小、传热效率不高、难于清洗等问题，本发明提供一种相变储能蒸发式冷凝器，该相变储能蒸发式冷凝器具有用水量少、传热系数高、传热效果好等优点，同时，可利用夜间低温储存冷量，白天释放冷量，从而降低精密空调的能耗，节约精密空调运行成本，低碳环保。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种相变储能蒸发式冷凝器25，包括蒸发式冷凝器，还包括相变储能系统，所述的相变储能系统由储能箱2、第一温度温度传感器23、第二温度传感器24、第一电磁阀17、第二电磁阀18、第三电磁阀19、第四电磁阀20、止回阀22和控制器21组成；其中，储能箱2内设置有第一翅片管15、第二翅片管16并填充相变材料3；第一温度传感器23设置在储能箱2内；第二温度传感器24设置在蓄水池1内；第一电磁阀17设置在冷凝管盘8与空调室内机的压缩机相连的管道上；依次将第二电磁阀18、第一翅片管15和止回阀22串连接后与第一电磁阀17并连接；第四电磁阀20设置在蓄水池与水泵6连接的管道上；将第三电磁阀19、第二翅片管16串连接后与第四电磁阀20并连接；控制器21依次与第一温度传感器23、第二温度传感器24、第一电磁阀17、第二电磁阀18、第三电磁阀19、第四电磁阀20连接。
进一步地，所述的相变材料3熔点在5℃-30℃之间。
进一步地，所述的相变材料3包括下列材料之一：CaCl2·6H2O、Na2SO4·10H2O、MgCl2·6H2O、Na2CO3·10H2O、KF·4H2O、Na2CrO4·10H2O、Na2HPO4·10H2O、LiNO3·3H2O、K2HPO4·6H2O、二氯氟乙烷气体水合物、四氟乙烷气体水合物、三氟乙烷水合物、一氟二氯乙烷水合物或无机与有机混合相变材料。
进一步地，所述冷凝管盘8为蛇形管组，冷凝管盘入口13位于蛇形管上部，冷凝管盘出口14位于蛇形管下部。
进一步地，所述储能箱2的四周及上下板均填充保温隔热材料，防止冷量散失，节约能源。
进一步地，本发明提出一种蒸发式冷凝器控制方法，在蒸发式冷凝器内设置有可进行液体热交换的储冷设备，测定蓄水池内水温和储冷设备的温度，并确定：如果水温低于其设定值，使水流流经储冷设备通过热交换储存冷量再导入喷嘴内；如果水温高于其设定值，将水流直接导入至喷嘴内；如果储冷设备的温度低于其设定值，将空调制冷剂流经储冷设备通过热交换进行制冷后再导入冷凝管盘内；如果储冷设备的温度高于其设定值，将空调制冷剂直接导入冷凝管盘内。
本发明提出的相变储能蒸发式冷凝器所达到的有益效果是：通过相变材料的储能作用，能使相变储能蒸发式冷凝器在室外温度较低时，吸收室外大量的冷量将相变材料制冷成固态，储存冷量。在室外温度较高时，机房所需制冷量较大，此时，相变材料融解成液态，释放冷量，从而可有效降低精密空调运行成本，节约能源。同时，提出一种蒸发式冷凝器的控制控制方法，在蒸发式冷凝器内设置有可进行液体热交换的储冷设备，当冷凝器水池中的水温较低时，使水流流经储冷设备通过热交换储存冷量。如果储冷设备的温度低于其设定值，将空调制冷剂流经储冷设备通过热交换进行制冷后再导入冷凝管盘内，节约精密空调运行成本。本发明采用常温相变材料储能，储能效果好，能量损耗少，能效比高。
附图说明
图1为本发明提出的相变储能蒸发式冷凝器的一个实施例的示意图。
图中，1、蓄水池，2、储能箱，3、相变材料，4、水面，5、浮球，6、水泵，7、进风口，8、冷凝管盘，9、喷嘴，10、挡水板，11、风机，12、出风口，13、冷凝管盘入口，14、冷凝管盘出口，15、第一翅片管，16、第二翅片管，17、第一电磁阀，18、第二电磁阀，19、第三电磁阀，20、第四电磁阀，21、控制器，22、止回阀，23、第一温度传感器，24、第二温度传感器，25、相变储能蒸发式冷凝器。  
具体实施方式
在图1的相变储能蒸发式冷凝器25中，水泵6将蓄水池1中的水泵入冷凝管盘8的上方，通过喷嘴9喷向冷凝管盘8，冷凝管盘8中为高温制冷剂，使得水的温度急剧上升，并导致部分水分蒸发，吸走大量的热量，同时也降低了冷凝管盘8中制冷剂的温度。在相变储能蒸发式冷凝器25的工作状态下，控制器21通过第二温度传感器24实时监测蓄水池1中水的温度，如果水温低于相变材料3的熔点，控制器21打开第三电磁阀19，同时关闭第四电磁阀20，水泵6先将水导入储能箱2的第二翅片管16中，利用热交换将储能箱2中的相变材料3制冷成固态，储存冷量，水泵6再将水导入到喷嘴9，喷嘴9将水喷出对冷凝管盘8制冷；如果水温高于相变材料3的熔点，控制器21关闭第三电磁阀19，打开第四电磁阀20，水泵6把蓄水池中的水直接导入到喷嘴9，喷嘴9将水喷出对冷凝管盘8制冷。与此同时，控制器21通过第一温度传感器23监测储能箱2内相变材料3的温度，若相变材料3的温度低于相变材料3的熔点，控制器21关闭第一电磁阀17，打开第二电磁阀18，使得空调中的制冷剂先经过储能箱2中的第一翅片管15，储能箱2中的相变材料3融解成液态对制冷剂进行制冷，经过制冷后的制冷剂再流入冷凝管盘8中，从而降低空调的能耗；若相变材料3的温度高于相变材料3的熔点，控制器21打开第一电磁阀17，关闭第二电磁阀18，此时储能箱2中的相变材料3不对空调的制冷剂进行制冷。
此外，本实施例中，风机11向上排风，导致风机11下方为负压，室外空气通过进风口7被吸入，对冷凝管盘8制冷，降低冷凝管盘8中制冷剂的温度，同时带走产生的水蒸汽。浮球5浮于蓄水池1的水面4上，水面4低于某一限度时，在浮球5的作用下，开启自动补水装置，补充蓄水池1中的水，水量补充到一定程度时，浮球5上升到限定高度，自动关闭补水装置。挡水板10位于冷凝管盘8的上方，用于阻挡空气中的水滴，有效减少用水量。

Claims (6)

1.一种相变储能蒸发式冷凝器，包括蒸发式冷凝器，其特征在于，还包括相变储能系统，所述的相变储能系统由储能箱（2）、第一温度传感器（23）、第二温度传感器（24）、第一电磁阀（17）、第二电磁阀（18）、第三电磁阀（19）、第四电磁阀（20）、止回阀（22）和控制器（21）组成；其中，储能箱（2）内设置有第一翅片管（15）、第二翅片管（16）并填充相变材料（3）；第一温度传感器（23）设置在储能箱（2）内；第二温度传感器（24）设置在蓄水池（1）内；第一电磁阀（17）设置在冷凝管盘（8）与空调室内机的压缩机相连的管道上；第二电磁阀（18）、第一翅片管（15）和止回阀（22）依次串连后与第一电磁阀（17）并连连接；第四电磁阀（20）设置在蓄水池（1）与水泵（6）连接的管道上；第三电磁阀（19）、第二翅片管（16）串连后与第四电磁阀（20）并连连接；控制器（21）分别与第一温度温度传感器（23）、第二温度传感器（24）、第一电磁阀（17）、第二电磁阀（18）、第三电磁阀（19）、第四电磁阀（20）连接。
2.根据权利要求1所述的相变储能蒸发式冷凝器，其特征在于，所述的相变材料（3）熔点在5℃-30℃之间。
3.根据权利要求2或3所述的相变储能蒸发式冷凝器，其特征在于，相变材料（3）包括至少一种下列材料：CaCl2·6H2O、Na2SO4·10H2O、MgCl2·6H2O、Na2CO3·10H2O、KF·4H2O、Na2CrO4·10H2O、Na2HPO4·10H2O、LiNO3·3H2O、K2HPO4·6H2O、二氯氟乙烷气体水合物、四氟乙烷气体水合物、三氟乙烷水合物、一氟二氯乙烷水合物或无机与有机混合相变材料。
4.根据权利要求1或2所述的相变储能蒸发式冷凝器，其特征在于，所述冷凝管盘（8）为蛇形管组，冷凝管盘入口（13）位于蛇形管上部，冷凝管盘出口（14）位于蛇形管下部。
5.根据权利要求1或2所述的相变储能蒸发式冷凝器，其特征在于，所述储能箱（2）的四周及上下板均填充保温隔热材料。
6.一种蒸发式冷凝器的控制方法，其特征在于，蒸发式冷凝器内设置有可进行液体热交换的储冷设备，测定蓄水池内水温和储冷设备的温度，并确定：如果水温低于其设定值，使水流流经储冷设备通过热交换储存冷量再导入喷嘴内；如果水温高于其设定值，将水流直接导入至喷嘴内；如果储冷设备的温度低于其设定值，将空调制冷剂流经储冷设备通过热交换进行制冷后再导入冷凝管盘内；如果储冷设备的温度高于其设定值，将空调制冷剂直接导入冷凝管盘内。
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