CN104501447B - 一种制冷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制冷系统，本发明利用直流输电工程中换流阀运行时产生的热量进行回收，并借助吸附式原理，将热量用于制冷，达到替代或部分替代空调压缩机制冷，形成了一种将换流阀热量回收利用的新型制冷工艺方法。本发明既降低了重要阀外冷设备的冷却负荷、实现替代或部分替代空调压缩机制冷，又将余热合理利用，解决了现有的问题，并填补现有技术上的空白。

Description

一种制冷系统
技术领域
本发明涉及一种用于直流输电换流站的制冷系统。
背景技术
换流阀为直流输电工程中交流与直流转换的核心单元，换流阀运行过程中各元件具有较大功耗发热量。随着我国(特)高压直流输电工程技术的迅速发展，直流输电工程输送功率不断提高，电压等级为±800kV的直流输电换流阀损耗高达20MW左右，该损耗98％以上需要通过常规阀冷系统进行冷却。
现有直流输电工程换流阀发热量主要通过阀冷系统带走，换流阀水冷系统的工艺流程如图1所示：阀冷系统设备主要由主循环泵和室外换热设备组成。其中主循环泵作为换流阀的一次冷却水循环的动力源，而室外换热设备是保证换流阀冷却要求的核心和保证，没有它整个换流阀冷却设备将失去效用，室外换热设备通常为空气冷却器或闭式冷却塔。
阀冷系统将换流阀带出的热量交换给室外换热设备，直接或者间接的排放至空气中，在要求室外换热具有高冷却能力的同时又造成了大量热量的浪费。
换流站阀厅、屏柜间、生活区等多个区域均需要借助空调系统进行降温冷却，常规空调系统结构复杂，需借助空调主机(包含蒸发器、冷凝器、压缩机、节流阀等)将环境空气冷却。常规空调系统的工艺流程如图2所示：常规空调系统主要由压缩机、蒸发器、节流阀、冷凝器等设备组成。由高效的冷却工质氟利昂或其类似物质组成回路，在压缩机驱动下，完成制冷。
常规空调的一次性设备投资成本较高且存在制冷剂(氟利昂)泄漏造成臭氧层破坏的风险。
在此条件下，需考虑提出一种新型制冷工艺方法。采用此方法既能将换流阀发热量合理利用，又能实现对换流站阀厅、屏柜间、生活区等多个区域的降温冷却。
发明内容
本发明的目的是提供一种制冷系统，用以解决现有技术中需要对换流阀和换流站阀厅等区域分别设置冷却系统造成的热量浪费和投资大的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
一种制冷系统，包括内冷水循环系统(A)和吸附式制冷系统(B)；内冷水循环系统(A)包括换流阀(1)和主循环泵(2)，内冷水管路经过吸附床(3)；吸附式制冷系统(B)包括两条循环回路，这两条循环回路均经过吸附床(3)，一条回路为制冷剂回路，包括冷凝器(4)和蒸发器(5)；另一条循环回路为冷却水回路，包括用于冷却冷却水的室外换热设备(6)和冷却水循环泵(7)；主循环泵驱动内冷水，将待换流阀产生的热量带给吸附式冷却系统；在内冷水交换给吸附床的热量的驱动下，制冷剂在吸附床解吸，进入冷凝器后被冷却成液体流入蒸发器，液体制冷剂在蒸发器中形成蒸气被吸附床吸附，完成制冷；在冷却水循环泵的驱动下，冷却水对吸附床内吸附剂进行冷却，实现制冷剂在吸附床内冷却吸附，完成制冷；流过吸附床的高温冷却水进入室外换热设备被冷却后重新进入吸附床。
所述蒸发器(5)可以为空气式换热器。
所述蒸发器(5)可以为管壳式换热器，此时新增换热回路(C),换热回路(C)包括空调循环泵(8)和空调冷却器(9)。
所述换热回路(C)中还包括空调主机(10)。
所述内冷水循环系统(A)中必要时应包括第二室外换热设备(11)。
所述吸附式制冷系统(B)为可以为单级吸附式制冷系统或多级循环吸附式制冷系统。
所述待冷却设备为换流阀。
所述换流阀为晶闸管换流阀、IGBT换流阀、IGCT换流阀、IGET换流阀。
本发明利用直流输电工程中换流阀运行时产生的热量进行回收，并借助吸附式原理，将热量用于制冷，达到替代或部分替代空调压缩机制冷，形成了一种将换流阀热量回收利用的新型制冷工艺方法。本发明既降低了重要阀外冷设备的冷却负荷、实现替代或部分替代空调压缩机制冷，又将余热合理利用，解决了现有的问题，并填补现有技术上的空白。
本发明的系统：①、创造性地将直流输电换流阀损耗热量用于新型制冷系统，形成热量合理利用的复合式制冷系统；采用吸附—解吸原理完成制冷剂的蒸发与冷凝，与传统结构复杂的压缩机制系统冷相比，省去了耗能设备压缩机，系统具备节能的优点；②、采用天然制冷剂，如水、氨、甲醇等，其臭氧层破坏系数(ODP)和温室效应系数(GWP)均为零，系统具备环保的优点；避免了传统压缩机制冷制冷剂泄漏引起温室效应的问题；③、与常规直流输电工程中直接将换流阀损耗排向环境的阀冷系统相比，本系统工艺将直流输电换流阀损耗合理利用，降低了传统阀冷系统室外换热设备负荷，降低了阀冷系统一次性投资成本，同时提高了系统安全性和可靠性；④、本系统将换流阀发热量合理利用，在实现低品位能利用的同时，减少了对环境的热污染。
附图说明
图1是常规阀冷系统构成图；
图2是常规空调系统构成图；
图3是本发明实施例1的结构图；
图4是本发明实施例2的结构图；
图5是本发明实施例3的结构图；
图6是本发明实施例4的结构图；
内冷水循环系统A，吸附式制冷系统B，换流阀1，主循环泵2，冷凝器4，蒸发器5，室外换热设备6，冷却水循环泵7，阀厅/设备间中央空调循环泵8，阀厅/设备间中央空调系统空冷器9，空调主机10，第二室外换热设备11。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
本发明提供了一种冷却系统，以下给出的是将该冷却系统应用于直流输电换流站的具体实施方式，用于实现对换流阀和阀厅等区域进行制冷。
实施例1
如图3所示的一种用于直流换流站的制冷系统，包括内冷水循环系统A和吸附式制冷系统B；内冷水循环系统A包括换流阀1和主循环泵2，内冷水回路经过吸附床3；吸附式制冷系统B包括两条循环回路，这两条循环回路均经过吸附床3，一条回路为制冷剂回路，包括冷凝器4和蒸发器5；另一条循环管路为冷却水回路，包括用于冷却冷却水的室外换热设备6和冷却水循环泵7。
对于上述各回路来讲：
内冷水回路：主循环泵驱动内冷水，将待冷却设备产生的热量带给吸附式冷却系统。
冷却剂回路：在内冷水交换给吸附床的热量的驱动下，制冷剂在吸附床解吸，进入冷凝器后被冷却成液体流入蒸发器，液体制冷剂在蒸发器中形成蒸气被吸附床吸附，完成制冷。
冷却水回路：冷却水循环泵的驱动下，冷却水对吸附床内吸附剂进行冷却，实现制冷剂在吸附床内冷却吸附，完成制冷；流过吸附床的高温冷却水进入室外换热设备被冷却后重新进入吸附床。
换流阀为晶闸管换流阀、IGBT换流阀、IGCT换流阀、IGET换流阀。
所述蒸发器5为空气式换热器。
由以上各设备特点可知：带走换流阀发热量的内冷水直接进入吸附式制冷被冷却后，降低了室外换热设备的负荷，降低了一次设备投资成本，提高了阀冷系统运行可靠性。同时内冷水交换给吸附床的热量实现了加热解吸，将热量最终转换成了冷量得到了合理的利用，实现了热量的回收利用；空调压缩机被吸附式制冷系统替代或部分替代，吸附式制冷系统采用的制冷剂为天然制冷剂，如水、氨、甲醇等，其臭氧层破坏系数(ODP)和温室效应系数(GWP)均为零，不存在制冷剂的污染，体现了整套系统环保的特点。
实施例2
对于适用于柜式空调制冷的屏柜间、生活区域，实施例1中蒸发器采用空气式换热器。制冷剂在蒸发器内蒸发，将屏柜间、生活区域空气冷却，完成制冷。
对于适用于中央空调的阀厅、设备间等区域，蒸发器5为管壳式换热器，如图4所示。蒸发器5的换热回路C包括阀厅/设备间中央空调循环泵8和阀厅/设备间中央空调系统空冷器9。
实施例3
制冷形式可根据直流工程输送功率大小进行调整，具体可以分为单独吸附式制冷和吸附式制冷+常规空调串联形式制冷。对于直流工程输送功率≥A1的换流站，建议单独采用吸附式制冷系统，如实施例1；对于A1＞直流工程输送功率≥A2的换流站，可以采用吸附式制冷+中央空调主机串联形式制冷(如本实施例，图5)；对于直流工程输送功率＜A2的换流站，可以直接采用中央空调主机制冷。
如图5所示，与实施例2的区别仅在于，换热回路C中还包括空调主机10。
实施例4
换流阀冷却形式可根据直流工程输送功率大小及换流阀允许阀冷系统出阀温度高低进行调整，具体可以分为单独吸附式制冷和吸附式制冷+室外换热设备相结合制冷。对于直流工程输送功率≥B1的换流站，建议单独采用吸附式制冷+室外换热设备相结合制冷(本实施例，如图6所示)；对于直流工程输送功率＜B1的换流站，建议单独采用吸附式制冷。对于换流阀允许阀冷系统出阀温度不超过50℃的换流站建议采用常规阀冷系统。
如图6，本实施例与实施例1的区别仅在于，内冷水循环系统A中还包括室外换热设备11。
实施例5
吸附式制冷系统制冷形式可根据直流工程输送功率大小进行调整。对于直流工程输送功率≥C1的换流站，建议采用单级吸附式制冷系统；对于C1＞直流工程输送功率≥C2的换流站，建议采用热量回收多级循环吸附式制冷系统。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。譬如，以上几种典型实施方式的实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5之间也可以组合形成更多的方案。
本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。例如，A1、A2、B1、B2、C1、C2等均为本领域技术人员可以根据实际需求进行设定的参数。
在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种制冷系统，其特征在于，包括内冷水循环系统(A)和吸附式制冷系统(B)；
内冷水循环系统(A)包括换流阀(1)和主循环泵(2)，内冷水管路经过吸附床(3)；
吸附式制冷系统(B)包括两条循环回路，这两条循环回路均经过吸附床(3)，一条回路为制冷剂回路，包括冷凝器(4)和蒸发器(5)；另一条循环回路为冷却水回路，包括用于冷却冷却水的室外换热设备(6)和冷却水循环泵(7)；
主循环泵驱动内冷水，将待换流阀产生的热量带给吸附式冷却系统；
在内冷水交换给吸附床的热量的驱动下，制冷剂在吸附床解吸，进入冷凝器后被冷却成液体流入蒸发器，液体制冷剂在蒸发器中形成蒸气被吸附床吸附，完成制冷；
在冷却水循环泵的驱动下，冷却水对吸附床内吸附剂进行冷却，实现制冷剂在吸附床内冷却吸附，完成制冷；流过吸附床的高温冷却水进入室外换热设备被冷却后重新进入吸附床。
2.根据权利要求1所述的一种制冷系统，其特征在于，所述蒸发器(5)可以为空气式换热器。
3.根据权利要求1所述的一种制冷系统，其特征在于，所述蒸发器(5)可以为管壳式换热器，此时新增换热回路(C),换热回路(C)包括空调循环泵(8)和空调冷却器(9)。
4.根据权利要求3所述的一种制冷系统，其特征在于，所述换热回路(C)中还包括空调主机(10)。
5.根据权利要求1或3或4所述的一种制冷系统，其特征在于，所述内冷水循环系统(A)中包括第二室外换热设备(11)。
6.根据权利要求5所述的一种制冷系统，其特征在于，所述吸附式制冷系统(B)为可以为单级吸附式制冷系统或多级循环吸附式制冷系统。
7.根据权利要求1所述的一种制冷系统，其特征在于，所述待冷却设备为换流阀。
8.根据权利要求7所述的一种制冷系统，其特征在于，所述换流阀为晶闸管换流阀、IGBT换流阀、IGCT换流阀、IGET换流阀。
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