CN102980346A - 一种工业设备冷却系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业设备冷却系统及其控制方法，工业设备冷却系统包括有水源热泵、冷却水塔、冷冻水循环泵和多个控制阀，冷冻水循环泵的输出端通过第一控制阀与冷却水塔的输入端连接，冷却水塔的输出端通过第二控制阀与水源热泵的制冷换热端连接，且冷冻水循环泵的输出端通过第三控制阀与水源热泵的制冷换热端连接。本发明在外界温度较低的情况下，可优先采用冷却水塔为工业冷却水降温，此部分能耗显著低于开启冷水机组制冷的能耗，同时显著减小了水源热泵开启的负荷，降低了冷却系统的运行成本。
Description
技术领域
本发明涉及工业设备冷却领域，具体是一种工业设备冷却系统及其控制方法。
背景技术
工业冷却有着自身的特点，一般全年都需要冷却设备，需要一套冷却系统全年提供低温冷水，常规采用的有水冷式冷水机组、特殊设计的风冷式冷水机组等，但或多或少的存在以下的不足：第一，水冷式或风冷式冷水机组在提供工业冷却需要的低温冷水的同时，产生了大量的废热，并没有充分得到利用，造成能源利用率低，工业能耗加大；第二，风冷式冷水机组是利用空气中冷量对风冷冷凝器进行降温，但是此技术在极低的气温下制冷尚不完善，特别在-5℃以下制取冷冻水，风冷式冷水机组的设计并不成熟；第三，水冷式或风冷式冷水机组都是完全利用机组进行冷却降温，其系统能耗消耗大，运行成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工业设备冷却系统及其控制方法，其根据外界的环境温度，将空气冷量和水源热泵机组结合制冷，降低了水源热泵机组制冷的能量消耗，降低了冷却系统的运行成本。
本发明的技术方案为：
一种工业设备冷却系统，包括有水源热泵、冷却水塔、冷冻水循环泵和多个控制阀，冷冻水循环泵的输出端通过第一控制阀与冷却水塔的输入端连接，所述的冷却水塔的输出端通过第二控制阀与水源热泵的制冷换热端连接，且冷冻水循环泵的输出端通过第三控制阀与水源热泵的制冷换热端连接。
所述的水源热泵是由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器循环连接而成，所述的蒸发器端为水源热泵的制冷换热端，冷凝器端为水源热泵的制热换热端。
所述的工业设备冷却系统还包括有余热利用设备，所述的余热利用设备的换热端与水源热泵的制热换热端连接。
所述的工业设备冷却系统还包括有余热排放装置，所述的余热排放装置与水源热泵的制热换热端连接。
所述的余热排放装置选用冷却水塔。
所述的工业设备冷却系统还包括有设置于水源热泵的制热换热端处的冷水却循环泵。
所述的工业设备冷却系统还包括有第四控制阀和第五控制阀，所述的余热利用设备的换热端、第四控制阀、冷水却循环泵、水源热泵的制热换热端和第五控制阀依次循环连接。
所述的工业设备冷却系统还包括有第六控制阀和第七控制阀，所述的余热排放装置、第六控制阀、水源热泵的制热换热端和第七控制阀依次循环连接。
一种工业设备冷却系统的控制方法，首先将被冷却设备的换热输出端与冷冻水循环泵的输入端连接，被冷却设备的换热输入端与水源热泵的制冷换热端连接，然后进行以下控制：
（1）、水源热泵冷却设备模式：
首先开启冷冻水循环泵、第三控制阀、水源热泵、冷却水循环泵、第六控制阀和第七控制阀，被冷却设备的换热输出端将携带有热量的冷冻水依次通过冷冻水循环泵、第三控制阀传递给水源热泵的制冷换热端-蒸发器，冷冻水与蒸发器内的制冷剂进行换热，换热后降温的冷冻水重新传输回被冷却设备对冷却设备进行降温，被加热的制冷剂经过水源热泵内部制冷循环将蒸发器的热量传递给冷凝器，冷凝器内的制冷剂再与外部的冷却水换热将此热量排放，最后加热的冷却水经过第七控制阀进入余热排放装置将热量排放；
（2）、水源热泵冷却设备结合余热利用模式：
首先开启冷冻水循环泵、第三控制阀、水源热泵、冷却水循环泵、第四控制阀和第五控制阀，被冷却设备的换热输出端将携带有热量的冷冻水依次通过冷冻水循环泵、第三控制阀传递给水源热泵的制冷换热端-蒸发器，冷冻水与蒸发器内的制冷剂进行换热，换热后降温的冷冻水重新传输回被冷却设备对冷却设备进行降温，被加热的制冷剂经过水源热泵内部制冷循环将蒸发器的热量传递给冷凝器，冷凝器内的制冷剂再与外部的冷却水换热将此热量排放，最后加热的冷却水经过第五控制阀被传递给余热利用设备从而对此热能进行再利用；
（3）、冷却水塔结合水源热泵冷却模式：
首先开启冷冻水循环泵、第一控制阀、第二控制阀、水源热泵、冷却水循环泵、第六控制阀和第七控制阀，被冷却设备的换热输出端将携带有热量的冷冻水依次通过冷冻水循环泵、第一控制阀传递给冷却水塔，冷却水塔将部分热量释放到空气中，剩余热量经过第二控制阀传递给水源热泵的制冷换热端-蒸发器，冷冻水与蒸发器内的制冷剂进行换热，换热后降温的冷冻水重新传输回被冷却设备对冷却设备进行降温，被加热的制冷剂经过水源热泵内部制冷循环将蒸发器的热量传递给冷凝器，冷凝器内的制冷剂再与外部的冷却水换热将此热量排放，最后加热的冷却水经过第七控制阀进入余热排放装置将热量排放；
（4）、冷却水塔结合水源热泵冷却和余热利用模式：
首先开启冷冻水循环泵、第一控制阀、第二控制阀、水源热泵、冷却水循环泵、第四控制阀和第五控制阀，被冷却设备的换热输出端将携带有热量的冷冻水依次通过冷冻水循环泵、第一控制阀传递给冷却水塔，冷却水塔将部分热量释放到空气中，剩余热量经过第二控制阀传递给水源热泵的制冷换热端-蒸发器，冷冻水与蒸发器内的制冷剂进行换热，换热后降温的冷冻水重新传输回被冷却设备对冷却设备进行降温，被加热的制冷剂经过水源热泵内部制冷循环将蒸发器的热量传递给冷凝器，冷凝器内的制冷剂再与外部的冷却水换热将此热量排放，最后加热的冷却水经过第五控制阀被传递给余热利用设备从而对此热能进行再利用。
本发明的优点：
（1）、在外界温度较低的情况下，可优先采用冷却水塔为工业冷却水降温，此部分能耗显著低于开启冷水机组制冷的能耗，同时显著减小了水源热泵开启的负荷，降低了冷却系统的运行成本；
（2）、利用余热利用设备对水源热泵机组换热后的热能进行回收利用，可用做制取生活或工艺热水，也可在冬季为办公、住宅等建筑供暖，能源利用率极高，系统效率基本翻了一倍，同时也可减少工业企业的供暖或者热水的设备投入；
（3）、本发明系统不存在风冷式冷水机组在冬季低温下制冷的不稳定情况，在越低的室外气温下工作更节能、更可靠。
附图说明
图1是本发明的使用结构示意图。
具体实施方式
见图1，一种工业设备冷却系统，包括有水源热泵1、第一冷却水塔2、冷冻水循环泵3、第二冷却水塔4、冷却水循环泵5、余热利用设备6和多个控制阀，冷冻水循环泵3的输出端通过第一控制阀7与第一冷却水塔2的输入端连接，第一冷却水塔2的输出端通过第二控制阀8与水源热泵1的制冷换热端连接，且冷冻水循环泵3的输出端通过第三控制阀9与水源热泵1的制冷换热端连接，余热利用设备6的换热端、第四控制阀10、冷水却循环泵5、水源热泵1的制热换热端和第五控制阀11依次循环连接，第二冷却水塔4、第六控制阀12、水源热泵1的制热换热端和第七控制阀13依次循环连接；其中，水源热泵1是由压缩机14、冷凝器15、节流阀16和蒸发器17循环连接而成，蒸发器17端为水源热泵1的制冷换热端，冷凝器15端为水源热泵的制热换热端。
见图1，一种工业设备冷却系统的控制方法，首先将被冷却设备18的换热输出端与冷冻水循环泵3的输入端连接，被冷却设备18的换热输入端与水源热泵1的制冷换热端连接，然后进行以下控制：
（1）、水源热泵冷却设备模式：
首先开启冷冻水循环泵3、第三控制阀9、水源热泵1、冷却水循环泵5、第六控制阀12和第七控制阀13，被冷却设备18的换热输出端将携带有热量的冷冻水依次通过冷冻水循环泵3、第三控制阀9传递给水源热泵1的制冷换热端-蒸发器17，冷冻水与蒸发器17内的制冷剂进行换热，换热后降温的冷冻水重新传输回被冷却设备18对冷却设备进行降温，被加热的制冷剂经过水源热泵1内部制冷循环将蒸发器17的热量传递给冷凝器15，冷凝器15内的制冷剂再与外部的冷却水换热将此热量排放，最后加热的冷却水经过第七控制阀13进入第二冷却水塔4将热量排放；被冷却设备18的制冷循环为：18→3→9→17→18，水源热泵1内部制冷循环为：17→14→15→16→17，第二冷却水塔4的换热循环为：4→12→5→15→13→4；
（2）、水源热泵冷却设备结合余热利用模式：
首先开启冷冻水循环泵3、第三控制阀9、水源热泵1、冷却水循环泵5、第四控制阀10和第五控制阀11，被冷却设备18的换热输出端将携带有热量的冷冻水依次通过冷冻水循环泵3、第三控制阀3传递给水源热泵1的制冷换热端-蒸发器17，冷冻水与蒸发器17内的制冷剂进行换热，换热后降温的冷冻水重新传输回被冷却设备18对冷却设备进行降温，被加热的制冷剂经过水源热泵1内部制冷循环将蒸发器17的热量传递给冷凝器15，冷凝器15内的制冷剂再与外部的冷却水换热将此热量排放，最后加热的冷却水经过第五控制阀11被传递给余热利用设备6从而对此热能进行再利用；被冷却设备18的制冷循环为：18→3→9→17→18，水源热泵1内部制冷循环为：17→14→15→16→17，余热利用设备6的换热循环为：6→10→5→15→11→6；
（3）、冷却水塔结合水源热泵冷却模式：
首先开启冷冻水循环泵3、第一控制阀7、第二控制阀8、水源热泵1、冷却水循环泵5、第六控制阀12和第七控制阀13，被冷却设备18的换热输出端将携带有热量的冷冻水依次通过冷冻水循环泵3、第一控制阀7传递给第一冷却水塔2，第一冷却水塔2将部分热量释放到空气中，剩余热量经过第二控制阀8传递给水源热泵1的制冷换热端-蒸发器17，冷冻水与蒸发器17内的制冷剂进行换热，换热后降温的冷冻水重新传输回被冷却设备18对冷却设备进行降温，被加热的制冷剂经过水源热泵1内部制冷循环将蒸发器17的热量传递给冷凝器15，冷凝器15内的制冷剂再与外部的冷却水换热将此热量排放，最后加热的冷却水经过第七控制阀13进入第二冷却水塔4将热量排放；被冷却设备18的制冷循环为：18→3→7→2→8→17→18，水源热泵1内部制冷循环为：17→14→15→16→17，第二冷却水塔4的换热循环为：4→12→5→15→13→4；
（4）、冷却水塔结合水源热泵冷却和余热利用模式：
首先开启冷冻水循环泵3、第一控制阀7、第二控制阀8、水源热泵1、冷却水循环泵5、第四控制阀10和第五控制阀11，被冷却设备18的换热输出端将携带有热量的冷冻水依次通过冷冻水循环泵3、第一控制阀7传递给第一冷却水塔2，第一冷却水塔2将部分热量释放到空气中，剩余热量经过第二控制阀8传递给水源热泵1的制冷换热端-蒸发器17，冷冻水与蒸发器17内的制冷剂进行换热，换热后降温的冷冻水重新传输回被冷却设备18对冷却设备进行降温，被加热的制冷剂经过水源热泵1内部制冷循环将蒸发器17的热量传递给冷凝器15，冷凝器15内的制冷剂再与外部的冷却水换热将此热量排放，最后加热的冷却水经过第五控制阀11被传递给余热利用设备6从而对此热能进行再利用；被冷却设备18的制冷循环为：18→3→7→2→8→17→18，水源热泵1内部制冷循环为：17→14→15→16→17，余热利用设备6的换热循环为：6→10→5→15→11→6。
Claims (9)
1.一种工业设备冷却系统，其特征在于：包括有水源热泵、冷却水塔、冷冻水循环泵和多个控制阀，冷冻水循环泵的输出端通过第一控制阀与冷却水塔的输入端连接，所述的冷却水塔的输出端通过第二控制阀与水源热泵的制冷换热端连接，且冷冻水循环泵的输出端通过第三控制阀与水源热泵的制冷换热端连接。
2.根据权利要求1所述的一种工业设备冷却系统，其特征在于：所述的水源热泵是由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器循环连接而成，所述的蒸发器端为水源热泵的制冷换热端，冷凝器端为水源热泵的制热换热端。
3.根据权利要求1所述的一种工业设备冷却系统，其特征在于：所述的工业设备冷却系统还包括有余热利用设备，所述的余热利用设备的换热端与水源热泵的制热换热端连接。
4.根据权利要求1所述的一种工业设备冷却系统，其特征在于：所述的工业设备冷却系统还包括有余热排放装置，所述的余热排放装置与水源热泵的制热换热端连接。
5.根据权利要求4所述的一种工业设备冷却系统，其特征在于：所述的余热排放装置选用冷却水塔。
6.根据权利要求3或4所述的一种工业设备冷却系统，其特征在于：所述的工业设备冷却系统还包括有设置于水源热泵的制热换热端处的冷水却循环泵。
7.根据权利要求6所述的一种工业设备冷却系统，其特征在于：所述的工业设备冷却系统还包括有第四控制阀和第五控制阀，所述的余热利用设备的换热端、第四控制阀、冷水却循环泵、水源热泵的制热换热端和第五控制阀依次循环连接。
8.根据权利要求6所述的一种工业设备冷却系统，其特征在于：所述的工业设备冷却系统还包括有第六控制阀和第七控制阀，所述的余热排放装置、第六控制阀、水源热泵的制热换热端和第七控制阀依次循环连接。
9.一种工业设备冷却系统的控制方法，其特征在于：首先将被冷却设备的换热输出端与冷冻水循环泵的输入端连接，被冷却设备的换热输入端与水源热泵的制冷换热端连接，然后进行以下控制：
（1）、水源热泵冷却设备模式：
首先开启冷冻水循环泵、第三控制阀、水源热泵、冷却水循环泵、第六控制阀和第七控制阀，被冷却设备的换热输出端将携带有热量的冷冻水依次通过冷冻水循环泵、第三控制阀传递给水源热泵的制冷换热端-蒸发器，冷冻水与蒸发器内的制冷剂进行换热，换热后降温的冷冻水重新传输回被冷却设备对冷却设备进行降温，被加热的制冷剂经过水源热泵内部制冷循环将蒸发器的热量传递给冷凝器，冷凝器内的制冷剂再与外部的冷却水换热将此热量排放，最后加热的冷却水经过第七控制阀进入余热排放装置将热量排放；
（2）、水源热泵冷却设备结合余热利用模式：
首先开启冷冻水循环泵、第三控制阀、水源热泵、冷却水循环泵、第四控制阀和第五控制阀，被冷却设备的换热输出端将携带有热量的冷冻水依次通过冷冻水循环泵、第三控制阀传递给水源热泵的制冷换热端-蒸发器，冷冻水与蒸发器内的制冷剂进行换热，换热后降温的冷冻水重新传输回被冷却设备对冷却设备进行降温，被加热的制冷剂经过水源热泵内部制冷循环将蒸发器的热量传递给冷凝器，冷凝器内的制冷剂再与外部的冷却水换热将此热量排放，最后加热的冷却水经过第五控制阀被传递给余热利用设备从而对此热能进行再利用；
（3）、冷却水塔结合水源热泵冷却模式：
首先开启冷冻水循环泵、第一控制阀、第二控制阀、水源热泵、冷却水循环泵、第六控制阀和第七控制阀，被冷却设备的换热输出端将携带有热量的冷冻水依次通过冷冻水循环泵、第一控制阀传递给冷却水塔，冷却水塔将部分热量释放到空气中，剩余热量经过第二控制阀传递给水源热泵的制冷换热端-蒸发器，冷冻水与蒸发器内的制冷剂进行换热，换热后降温的冷冻水重新传输回被冷却设备对冷却设备进行降温，被加热的制冷剂经过水源热泵内部制冷循环将蒸发器的热量传递给冷凝器，冷凝器内的制冷剂再与外部的冷却水换热将此热量排放，最后加热的冷却水经过第七控制阀进入余热排放装置将热量排放；
（4）、冷却水塔结合水源热泵冷却和余热利用模式：
首先开启冷冻水循环泵、第一控制阀、第二控制阀、水源热泵、冷却水循环泵、第四控制阀和第五控制阀，被冷却设备的换热输出端将携带有热量的冷冻水依次通过冷冻水循环泵、第一控制阀传递给冷却水塔，冷却水塔将部分热量释放到空气中，剩余热量经过第二控制阀传递给水源热泵的制冷换热端-蒸发器，冷冻水与蒸发器内的制冷剂进行换热，换热后降温的冷冻水重新传输回被冷却设备对冷却设备进行降温，被加热的制冷剂经过水源热泵内部制冷循环将蒸发器的热量传递给冷凝器，冷凝器内的制冷剂再与外部的冷却水换热将此热量排放，最后加热的冷却水经过第五控制阀被传递给余热利用设备从而对此热能进行再利用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130320 |