CN107155280B - 一种一体化通风冷却热回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体化通风冷却热回收装置，该装置包括密闭通风系统和单制冷系统及热回收制冷系统，其中密闭通风系统包括连接成循环风道的回风段、送风道、进风过滤器、发热设备和回风道，单制冷系统及热回收制冷系统包括单制冷循环系统、热回收制冷循环系统、加热循环系统及喷淋循环系统；密闭通风系统用于将发热设备的余热循环带出；利用单制冷循环系统和喷淋循环系统去除发热设备散发的部分热量；利用热回收制冷循环系统和加热循环系统回收余热，从而达到设备经济排热和回收余热的目的。该装置避免了水冷风险、克服了风冷效果差，运行不经济的缺陷，并可有效控制设备环境噪声、节省投资及运行费用。

Description

一种一体化通风冷却热回收装置

技术领域

本发明涉及电器设备通风及余热利用技术领域，具体涉及一种一体化通风冷却热回收装置。

背景技术

为了节约输变电能耗，无功补偿柜的设置已必不可少，且容量也越来越大，过去只在终端或厂变设置，现在已经扩展到大中型变电站了。此类设备的冷却，通常容量小的采用机房通风，容量大的采用设备通风或水冷。但风冷效果差、卫生条件也差，往往还得加上效率低的风冷空调设备进行机房制冷；水冷效果虽好，但用水量大，还存在漏水风险。随着设备容量的进一步扩大，发热总量也越来越多，50Mvar无功补偿柜发热量在100KW至400KW之间波动，平均150KW，相当于1台0.5吨的蒸汽锅炉在变负荷运行。如何搞好设备通风、如何利用好这部分热量已成了节能工作者关注的问题。另一方面，大型变电站往往处于城乡结合部，人口相对集中，但基础设施往往处于待改善状态，有的连自来水都还未供应，更不用说集中供热了，这为热能开发利用提供了可能。本发明是一项低成本解决此类问题的核心技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：利用制冷技术、密闭通风技术实现设备高效排热，利用热泵技术实现热回收为区域供热创造条件(例如：50Mvar补偿站回收满负荷30％热量，可以惠及500至700人卫生用水或者2500平米以上的建筑采暖)，从而达到避免水冷风险、克服风冷效果差，运行不经济的缺陷，并能有效利用余热，实现节能。

为实现上述目的，本发明所述的一体化通风冷却热回收装置包括密闭通风系统和单制冷系统及热回收制冷系统，其中所述的密闭通风系统包括连接成循环风道的回风段、送风道、进风过滤器、发热设备和回风道，所述的单制冷系统及热回收制冷系统包括单制冷循环系统、热回收制冷循环系统、加热循环系统及喷淋循环系统；所述的密闭通风系统用于将发热设备的余热循环带出；利用所述的单制冷循环系统和喷淋循环系统去除发热设备散发的部分热量；利用热回收制冷循环系统和加热循环系统回收余热，从而达到设备经济排热和回收余热的目的。

其中，所述的单制冷循环系统包括连接成封闭的单制冷循环管路的第一制冷压缩机、第一冷凝器、第一节流膨胀阀、蒸发器二段及制冷工质管道。

所述的热回收制冷循环系统包括第二制冷压缩机、板式换热器、第二节流膨胀阀、蒸发器一段和第二冷凝器，其中第二制冷压缩机的出口分别与板式换热器的制冷工质入口和第二冷凝器的制冷工质入口连接；板式换热器的制冷工质出口和第二冷凝器的制冷工质出口均与第二节流膨胀阀的入口连接，板式换热器和第二冷凝器并联；第二节流膨胀阀的出口与蒸发器一段的制冷工质入口连接，蒸发器一段的制冷工质出口与第二制冷压缩机的入口连接。

所述的加热循环系统由板式换热器、热水罐、低阻过滤器、循环加热泵及循环水管组成，其中热水罐的出口、低阻过滤器、循环加热泵、板式换热器的入水口、板式换热器的出水口和热水罐的入口之间通过循环水管连接成循环回路。

所述的喷淋循环系统包括单制冷部分喷淋循环系统和热回收制冷备用部分喷淋循环系统；其中所述的单制冷部分喷淋循环系统由第一冷凝器、第一低阻过滤器、第一喷淋泵以及第一水盘、第一风机和第一喷淋管道组成；第一水盘中的水经第一低阻过滤器、第一喷淋泵加压后喷到第一冷凝器的外表吸热蒸发，多余的水落至第一水盘，在第一风机的共同作用下将第一冷凝器内的高温工质冷却。

所述的热回收制冷备用部分喷淋循环系统由第二冷凝器、第二低阻过滤器、第二喷淋泵以及第二水盘、第二风机和第二喷淋管道组成；第二水盘中的水经第二过滤器、第二喷淋泵加压后喷到第二冷凝器的外表吸热蒸发，多余的水落至第二水盘，在第二风机的共同作用下将第二冷凝器内的高温工质冷却。

所述的回风段与送风道之间由通风管道连接，在回风段与送风道之间的通风管道中依次设置有前消声器、百叶阀、新风段、初效过滤器、蒸发器一段、蒸发器二段、循环直流变频风机墙和后消声器。

所述的发热设备为无功补偿功率柜。

所述的无功补偿功率柜包括功率模块、进风过滤器、进风道、进风导流板、排风导流板和排风道，进风过滤器设置在进风道的入口处，功率模块设置在进风道和排风道之间，进风导流板设置在进风道内，排风导流板设置在排风道内，进风导流板和排风导流板构成下进上出导流板结构。

所述的第一冷凝器和/或第二冷凝器采用蒸发式冷凝器。

本发明位为解决其技术问题所采取的技术手段包括：

①在无功补偿柜内增设前后通风道，并在通风道内增加导流板实现柜内功率模块均匀送风，降低送风量和送风阻力。

②在无功补偿柜入口增设初效过滤装置一方面做好柜间风量平衡，另一方面保持送风干净。

③通风方式采用冷却通风柜密闭循环通风，这有利于设备清洁和热回收。将通风柜内蒸发器分成二段：第一段负荷稳定且气温较高，用作热回收；第二段负荷变化大且气温较低，用作调节出风温度。

④制冷系统由独立的热回收制冷系统和单制冷系统组成，铜管铝翅片蒸发器直接布置在冷却风柜内。取消冷冻水泵，减少了能耗和换热损失。

⑤制冷系统由独立的热回收制冷系统和单制冷系统组成，冷凝器采用蒸发式冷凝器，提高换热温差，取消冷却水泵，减少了冷却能耗。

⑥将热回收系统冷凝器与热回收系统板式换热器并联使用，通过控制阀切换。冷凝器仅在不回收热量时使用，板式换热器在回收热量时使用。

⑦冷却风柜循环风机采用直流变频风机墙，可以根据设备局部允许温升来确定经济风量，即提高了设备运行可靠性，又能降低自身能耗。

⑧冷凝器采用喷淋蒸发式冷凝器，采用风冷和水冷相结合的冷凝方式。可以根据气候条件调整喷淋水量，一方面可以提高制冷能效比，另一方面又可以节省用水量和防冻。

⑨制冷、热回收、冷却风柜采用一体化结构，屋面露天布置，节约占地面积，并可实现远程监控，实现无人值守。

本发明具有如下优点：本发明所述的一体化通风冷却热回收装置与现有技术相比，利用一段蒸发器、板式换热器、压缩机实现余热回收，从而达到设备经济排热，回收余热的目的。同时避免了水冷风险、克服了风冷效果差，运行不经济的缺陷，并可有效控制设备环境噪声、节省投资及运行费用。

以50Mvar无功补偿为例：采用本发明所述的一体化通风冷却热回收装置总能耗150KW左右，其综合可比能效比可达4.5以上，高于同级别制冷系统4.1的节能标准；可以稳定连续回收满负荷30％以上的热量，可以惠及500至700人卫生用水或者2500平米以上的建筑采暖，吨水可比能耗4KW，远低于同类热回收设备，在制热水行业属领先水平。与由水冷螺杆式热回收机组组成的通风冷却系统相比，投资和自身能耗均下降30％以上，本发明在本行业中具有良好的推广应用价值。

附图说明

图1是所述一体化通风冷却热回收装置的冷却及热回收系统流程图。

图2是所述无功补偿功率柜通风原理图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1和图2所示，本发明所述的一体化通风冷却热回收装置包括密闭通风系统A和单制冷系统及热回收制冷系统B，其中所述的密闭通风系统A包括连接成循环风道的回风段1、送风道8、进风过滤器9、发热设备10和回风道11，所述的单制冷系统及热回收制冷系统B包括单制冷循环系统、热回收制冷循环系统、加热循环系统及喷淋循环系统；所述的密闭通风系统用于将发热设备的余热循环带出；利用所述的单制冷循环系统和喷淋循环系统去除发热设备散发的部分热量；利用热回收制冷循环系统和加热循环系统回收余热，从而达到设备经济排热和回收余热的目的。

其中，所述的单制冷循环系统包括连接成封闭的单制冷循环管路的第一制冷压缩机13、第一冷凝器14、第一节流膨胀阀15、蒸发器二段5及制冷工质管道。

所述的单制冷循环系统的工作流程是：蒸发器二段5中的液态制冷工质吸收热量后变成低压气体，气体通过第一制冷压缩机13压缩后变成高温高压气体，经第一冷凝器14冷凝后变成高压液体，再经第一节流膨胀阀15节流后变成低温低压液体进入蒸发器二段5蒸发吸热，完成制冷工质循环和换热。

所述的热回收制冷循环系统包括第二制冷压缩机17、板式换热器18、第二节流膨胀阀19、蒸发器一段16和第二冷凝器25，其中第二制冷压缩机17的出口分别与板式换热器18的制冷工质入口和第二冷凝器25的制冷工质入口连接；板式换热器18的制冷工质出口和第二冷凝器25的制冷工质出口均与第二节流膨胀阀19的入口连接，板式换热器18和第二冷凝器25并联；第二节流膨胀阀19的出口与蒸发器一段16的制冷工质入口连接，蒸发器一段16的制冷工质出口与第二制冷压缩机17的入口连接。

所述的热回收制冷循环系统的工作流程是：蒸发器一段16中的液态制冷工质吸收热量后变成低压气体，气体通过第二压缩机17压缩后变成高温高压气体，经板式换热器18或第二冷凝器25冷凝后变成高压液体，再经第二节流膨胀阀19节流后变成低温低压液体进入蒸发器一段16蒸发吸热，完成制冷工质循环和换热。

所述的加热循环系统由板式换热器18、热水罐22、低阻过滤器23、循环加热泵24及循环水管组成，其中热水罐22的出口、低阻过滤器23、循环加热泵24、板式换热器18的入水口、板式换热器18的出水口和热水罐22的入口之间通过循环水管连接成循环回路。

所述的加热循环系统的工作流程是：热水罐22中的水经低阻过滤器23、循环加热泵24进入板式换热器18加热，加热后再流回储水罐22，完成水循环加热。

所述的喷淋循环系统包括单制冷部分喷淋循环系统和热回收制冷备用部分喷淋循环系统；其中所述的单制冷部分喷淋循环系统由第一冷凝器14、第一低阻过滤器20、第一喷淋泵21以及第一水盘、第一风机和第一喷淋管道组成；第一水盘中的水经第一低阻过滤器20、第一喷淋泵21加压后喷到第一冷凝器14的外表吸热蒸发，多余的水落至第一水盘，在第一风机的共同作用下将第一冷凝器14内的高温工质冷却。

所述的热回收制冷备用部分喷淋循环系统由第二冷凝器25、第二低阻过滤器26、第二喷淋泵27以及第二水盘、第二风机和第二喷淋管道组成；第二水盘中的水经第二过滤器26、第二喷淋泵27加压后喷到第二冷凝器25的外表吸热蒸发，多余的水落至第二水盘，在第二风机的共同作用下将第二冷凝器25内的高温工质冷却。

所述的热回收制冷备用部分喷淋循环系统的喷淋仅在不回收热量时使用。

所述的回风段1与送风道8之间由通风管道连接，在回风段1与送风道8之间的通风管道中依次设置有前消声器2、百叶阀3、新风段4、初效过滤器12、蒸发器一段16、蒸发器二段5、循环直流变频风机墙6和后消声器7。

在一个优选实施例中，所述的发热设备10为无功补偿功率柜。

如图2所示，所述的无功补偿功率柜包括功率模块101、进风过滤器102、进风道103、进风导流板104、排风导流板105和排风道106，进风过滤器102设置在进风道103的入口处，功率模块101设置在进风道103和排风道106之间，进风导流板104设置在进风道103内，排风导流板105设置在排风道106内，进风导流板104和排风导流板105构成下进上出导流板结构。

本发明所述的一体化通风冷却热回收装置的工作流程是：冷风由循环直流变频风机墙6送出，经进风过滤器9送入无功补偿功率柜10，冷风将设备(无功补偿功率柜)冷却后变成热风，再经过排风道11回到冷却风柜的回风段1、经消声段2、百页阀3、初效过滤器12后，吸收蒸发器一段16、蒸发器二段5的冷量降温，再通过循环直流变频风机墙6经后消声器7送出。送风温度20～25℃左右，设备温升25℃左右。循环直流变频风机墙6由多台直流变频风机组成，某台风机事故时，其余风机仍可通过变频来满足设计风量要求。回风段1上设置有排风阀，制冷系统故障时打开回风段1、排风阀和新风段4上的新风阀，连锁关闭百页阀3，热风通过排风阀排出，新风通过新风阀进入，实现直流式通风。蒸发器一段16担负30％相对稳定的冷量，主要用于热回收；蒸发器二段5担负70％变化的冷量，主要用于冷量调节。

热回收制冷循环系统及加热循环系统将根据水温和对外供水流量来控制，基本能满负荷运行，热水温度可以达到63℃。喷淋循环系统将根据冷凝器压力控制，制冷循环将根据送风温度控制，送风温度可以达到20℃。

本发明提供了一种无功补偿柜一体化通风冷却热回收技术，将设备余热通过闭式均匀低阻通风系统循环带出；利用制冷循环、喷淋循环通过制冷工质管路在喷淋蒸发式冷凝器冷却排热；利用热回收循环、加热循环回收余热，从而达到设备经济排热和回收余热的目的。

制冷蒸发器直接布置在冷却风柜内。

无功补偿柜内设置下进上出导流板。

在无功补偿柜入口增设过滤器。

制冷冷凝器采用蒸发式冷凝器。

制冷系统取消冷冻水泵和冷却水泵、用制冷工质管代替水管。

单制冷系统和热回收制冷系统完全分开，相互不干扰。

热回收加热器采用板式换热器。

喷淋循环系统和加热循环系统的过滤装置采用4kPa以下低阻过滤器。

闭式循环风机采用多台直流变频风机组成风机墙。

制冷、热回收、冷却风柜采用一体化结构，屋面露天布置，并可实现远程监控。

本发明所述的一种无功补偿柜一体化通风冷却热回收技术将设备余热通过闭式均匀低阻通风系统循环带出。利用冷却风柜内一、二段蒸发器、柜外压缩机，通过制冷工质管路在蒸发式冷凝器或板式换热器冷却排热；利用一段蒸发器、板式换热器、压缩机实现余热回收，从而达到设备经济排热，回收余热的目的。同时避免了水冷风险、克服了风冷效果差，运行不经济的缺陷，并可有效控制设备环境噪声、节省投资及运行费用。

以50Mvar无功补偿为例：采用本技术系统总能耗150KW左右，其综合可比能效比可达4.5以上，高于同级别制冷系统4.1的节能标准；可以稳定连续回收满负荷30％以上的热量，可以惠及500至700人卫生用水或者2500平米以上的建筑采暖，吨水可比能耗4KW，远低于同类热回收设备，在制热水行业属领先水平。与由水冷螺杆式热回收机组组成的通风冷却系统相比，投资和自身能耗均下降30％以上，本发明在本行业中具有良好的推广应用价值。

以上所述仅是本发明的优选实施方案，应当指出在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出诸多改进，冷却对象也不局限于无功补偿功率柜，这些改进和用途的扩展也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种一体化通风冷却热回收装置，其特征在于，所述一体化通风冷却热回收装置包括密闭通风系统和单制冷系统及热回收制冷系统，其中所述的密闭通风系统包括连接成循环风道的回风段、送风道、进风过滤器、发热设备和回风道，

所述的单制冷系统及热回收制冷系统包括单制冷循环系统、热回收制冷循环系统、加热循环系统及喷淋循环系统；

所述的密闭通风系统用于将发热设备的余热循环带出；利用所述的单制冷循环系统和喷淋循环系统去除发热设备散发的部分热量；利用热回收制冷循环系统和加热循环系统回收余热，从而达到设备经济排热和回收余热的目的；

所述的回风段与送风道之间由通风管道连接，在回风段与送风道之间的通风管道中依次设置有前消声器、百叶阀、新风段、初效过滤器、蒸发器一段、蒸发器二段、循环直流变频风机墙和后消声器；

所述回风段上设置有排风阀，制冷系统故障时打开回风段、排风阀和新风阀，连锁关闭百页阀，热风通过排风阀排出，新风通过新风阀进入，实现直流式通风。

2.如权利要求1所述的一体化通风冷却热回收装置，其特征在于，所述的单制冷循环系统包括连接成封闭的单制冷循环管路的第一制冷压缩机、第一冷凝器、第一节流膨胀阀、蒸发器二段及制冷工质管道。

3.如权利要求2所述的一体化通风冷却热回收装置，其特征在于，所述的热回收制冷循环系统包括第二制冷压缩机、板式换热器、第二节流膨胀阀、蒸发器一段和第二冷凝器，其中第二制冷压缩机的出口分别与板式换热器的制冷工质入口和第二冷凝器的制冷工质入口连接；板式换热器的制冷工质出口和第二冷凝器的制冷工质出口均与第二节流膨胀阀的入口连接，板式换热器和第二冷凝器并联；第二节流膨胀阀的出口与蒸发器一段的制冷工质入口连接，蒸发器一段的制冷工质出口与第二制冷压缩机的入口连接。

4.如权利要求1所述的一体化通风冷却热回收装置，其特征在于，所述的加热循环系统由板式换热器、热水罐、低阻过滤器、循环加热泵及循环水管组成，其中热水罐的出口、低阻过滤器、循环加热泵、板式换热器的入水口、板式换热器的出水口和热水罐的入口之间通过循环水管连接成循环回路。

5.如权利要求1所述的一体化通风冷却热回收装置，其特征在于，所述的喷淋循环系统包括单制冷部分喷淋循环系统，所述的单制冷部分喷淋循环系统由第一冷凝器、第一低阻过滤器、第一喷淋泵以及第一水盘、第一风机和第一喷淋管道组成；第一水盘中的水经第一低阻过滤器、第一喷淋泵加压后喷到第一冷凝器的外表吸热蒸发，多余的水落至第一水盘，在第一风机的共同作用下将第一冷凝器内的高温工质冷却。

6.如权利要求1所述的一体化通风冷却热回收装置，其特征在于，所述的喷淋循环系统包括热回收制冷备用部分喷淋循环系统，所述的热回收制冷备用部分喷淋循环系统由第二冷凝器、第二低阻过滤器、第二喷淋泵以及第二水盘、第二风机和第二喷淋管道组成；第二水盘中的水经第二过滤器、第二喷淋泵加压后喷到第二冷凝器的外表吸热蒸发，多余的水落至第二水盘，在第二风机的共同作用下将第二冷凝器内的高温工质冷却。

7.如权利要求1所述的一体化通风冷却热回收装置，其特征在于，所述的发热设备为无功补偿功率柜。

8.如权利要求7所述的一体化通风冷却热回收装置，其特征在于，所述的无功补偿功率柜包括功率模块、进风过滤器、进风道、进风导流板、排风导流板和排风道，进风过滤器设置在进风道的入口处，功率模块设置在进风道和排风道之间，进风导流板设置在进风道内，排风导流板设置在排风道内，进风导流板和排风导流板构成下进上出导流板结构。

9.如权利要求3所述的一体化通风冷却热回收装置，其特征在于，所述的第一冷凝器和/或第二冷凝器采用蒸发式冷凝器。