CN109065514A - 一种冷水机组制冷式密闭水冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷水机组制冷式密闭水冷系统，包括主循环回路、补水支路和去离子支路，去离子支路和补水支路串联后与主循环回路并联，主循环回路包括依次呈环形串联的主水泵、冷水机组、主过滤器、SVC晶闸管阀组和缓冲罐，冷水机组包括两个以上，且相互之间为串联或并联，每个的冷水机组包括两个以上且独立的制冷回路，且每个冷水机组的进水口串联有温度监控装置。本发明提供的冷水机组制冷式SVC水冷系统的外冷设备采用冷水机组能够为SVC晶闸管阀组提供恒温恒流的冷却水，特别适用于高温缺水的环境，为超高环境温度及换流阀进阀温度需要大幅低于环境温度的应用。

Description

一种冷水机组制冷式密闭水冷系统

技术领域

本发明属于SVC散热技术领域，具体涉及一种冷水机组制冷式密闭水冷系统。

背景技术

大功率电力电子设备在运行中会产生大量的热，若不能及时散去则影响其使用寿命，甚至影响其安全运行。相对于空气冷却，水冷系统具有较高的冷却效率和可靠性，因此较为常用，为了防止在高电压环境下产生漏电流，所用冷却系统的冷却介质必须具有极低的电导率。目前大功率电力电子设备水冷系统的外冷设备多为空气冷却器、板式换热器和冷却塔，然而在使用中，空气冷却器要求环境温度低于被冷却介质的温度5℃以上，板式换热器和冷却塔则要求周围有充足的水源，因此在高温缺水的环境下，上述的冷却方式的冷却效率不高，甚至不能满足使用要求。

常规的冷水机组蒸发器的铜管在运行中会有离子析出，致使冷却用水的电导率升高，因此应用中必须为冷水机组设立一个二次循环系统，必须增加水泵、不锈钢板式换热器和附属的阀门及管道，造成整个SVC系统的复杂化，因而降低了冷却系统的可靠性，增加了一套在持续运行的水泵之后，整体的可靠性从理论计算上降低了一半。

发明内容

本发明的目的是提供一种冷水机组制冷式密闭水冷系统，以解决高温缺水情况下冷却效率低的问题。

本发明的一种冷水机组制冷式密闭水冷系统是这样实现的：

一种冷水机组制冷式密闭水冷系统，包括主循环回路、补水支路和去离子支路，所述去离子支路和补水支路串联后与所述主循环回路并联，所述主循环回路包括依次呈环形串联的主水泵、冷水机组、主过滤器、SVC晶闸管阀组和缓冲罐，所述冷水机组包括两个以上，且相互之间为串联或并联，每个所述的冷水机组包括两个以上且独立的制冷回路，且每个冷水机组的进水口串联有温度监控装置。

进一步的，所述冷水机组与所述主过滤器之间串联有蓄冷罐。

进一步的，所述主水泵包括并联的两台，每台所述的主水泵的进水口串联有检修蝶阀和波纹补偿器，出水口串联有波纹补偿器、止回阀和检修蝶阀，且出水口还设置有排水阀。

进一步的，所述制冷回路包括蒸发器，以及串联在所述蒸发器制冷管路两端的压缩机、冷凝器和膨胀阀，且每个所述的制冷回路中至少设置有两个冷凝风机；

所述蒸发器为不锈钢材质。

进一步的，所述冷水机组的进水口和出水口分别设置有常开蝶阀，且进水口和进水口之间设置有带有常闭蝶阀的短接旁路。

进一步的，所述主过滤器包括并联的两台，且每个主过滤器上均并联有差压表。

进一步的，所述补水支路包括依次串联的补水罐、补水泵和精密过滤器Ⅰ，经过所述精密过滤器Ⅰ的冷却用水串入去离子支路中。

进一步的，经过所述主过滤器的冷却用水分出一支路在所述精密过滤器Ⅰ的进水口处汇入补水支路中。

进一步的，所述去离子支路包括并联后的两个离子交换器与一精密过滤器Ⅱ串联，且经过所述精密过滤器Ⅱ的冷却用水在所述缓冲罐的进水口汇入主循环回路中。

进一步的，所述缓冲罐上方设置有空压机、压力表、排气阀和安全阀，底部设置有排水阀，且所述缓冲罐与空压机之间串联有电动阀。

采用了上述技术方案后，本发明具有的有益效果为：

（1）本发明中提供的冷水机组制冷式SVC水冷系统的外冷设备采用冷水机组，其能够为SVC晶闸管阀组提供恒温恒流的冷却用水，更加适合超高环境温度及换流阀进阀温度需要大幅低于环境温度的应用；

（2）本发明中每个冷水机组包括两个以上的独立的制冷回路，即使有一个制冷回路出现故障，仍然能够保证冷水机组具有部分的制冷能力，提高了SVC冷却系统的可靠性，并且通过与温度监控装置的结合，可以实现每台冷水机组的制冷能力的调节，能够适应SVC晶闸管阀组的各种工况，具有优秀的节能效果；

（3）本发明由于多个冷水机组采用串联或并联方式连接在系统中，可以进一步提高系统运行的可靠性；

（4）本发明在主水泵入口设置缓冲罐，使其不仅具有稳压和缓冲作用，而且能够稳定温度的波动，并达到设计要求的蓄冷功能，并且通过与温度监控装置的结合，使得冷水机组中的压缩机具有一定的启停频率，保障了冷水机组的长期运行的可靠性和优秀的节能效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例1的冷水机组制冷式密闭水冷系统的结构图；

图2是本发明实施例1的冷水机组制冷式密闭水冷系统的主循环回路的结构图；

图3是本发明实施例1的冷水机组制冷式密闭水冷系统的主水泵的连接示意图；

图4是本发明实施例1的冷水机组制冷式密闭水冷系统的冷水机组的连接示意图；

图5是本发明实施例1的冷水机组制冷式密闭水冷系统的主过滤器的连接示意图；

图6是本发明实施例1的冷水机组制冷式密闭水冷系统的SVC晶闸管阀组的连接示意图；

图7是本发明实施例1的冷水机组制冷式密闭水冷系统的缓冲罐的连接示意图；

图8是本发明实施例1的冷水机组制冷式密闭水冷系统的补水支路的结构图；

图9是本发明实施例1的冷水机组制冷式密闭水冷系统的去离子支路的结构图；

图10是本发明实施例2的冷水机组制冷式密闭水冷系统的结构图；

图11是本发明实施例2的冷水机组制冷式密闭水冷系统的蓄冷罐的连接示意图；

图中：主水泵1，检修蝶阀Ⅰ11，波纹补偿器12，止回阀13，排水阀Ⅰ14，冷水机组2，制冷回路21，蒸发器22，压缩机23，冷凝器24，膨胀阀25，冷凝风机26，波纹管Ⅱ27，常开蝶阀Ⅱ28，常闭蝶阀29，主过滤器3，差压表31，检修蝶阀Ⅱ32，SVC晶闸管阀组4，波纹管Ⅰ41，常开蝶阀Ⅰ42，缓冲罐5，空压机51，压力表Ⅰ52，排气阀Ⅰ53，安全阀Ⅰ54，排水阀Ⅲ55，电动阀56，液位变送器Ⅱ57，蓄冷罐6，安全阀Ⅱ61，排气阀Ⅱ62，压力表Ⅱ63，液位变送器Ⅲ64，排水阀Ⅳ65，补水罐7，液位变送器Ⅰ71，排水阀Ⅱ72，精密过滤器Ⅰ81，精密过滤器Ⅱ82，单向阀83，离子交换器9，支路浮子流量计91，补水泵10。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1-9所示，一种冷水机组制冷式密闭水冷系统，包括主循环回路、补水支路和去离子支路，去离子支路和补水支路串联后与主循环回路并联，主循环回路包括依次呈环形串联的主水泵1、冷水机组2、主过滤器3、SVC晶闸管阀组4和缓冲罐5，冷水机组2包括两个以上，且相互之间为串联或并联，每个的冷水机组2包括两个以上且独立的制冷回路21，且每个冷水机组2的进水口串联有温度监控装置。

本实施例所公开的系统中冷水机组2包括并联的两组，且每组冷水机组2中含有两个制冷回路21。

温度监控装置监测设置可以对冷水机组2的进出水温度进行监控，当进水温度低于设定值时，压缩机23不工作，冷水机组2不制冷仅起到导通的作用，而当进水温度高于设定值时，冷水机组2的压缩机开始工作，冷水机组2处于制冷状态，因此冷水机组2中的压缩机23具有一定的启停频率，保障了冷水机组2的长期运行的可靠性和优秀的节能效果。

具体的，温度监控装置可以采用温度变送器。

如图6所示，SVC晶闸管阀组4各项并联在系统中，可以保证散热效果。

为了减小SVC晶闸管阀组4工作时产生的震动，其进水口和出水口处均连接有波纹管Ⅰ41。

而为了便于对SVC晶闸管阀组4进行检修，其进水口和出水口均连接有常开蝶阀Ⅰ42。

如图3所示，为了防止因主水泵1出现故障而影响整个系统的运作，主水泵1包括并联的两台，两台主水泵1的设置可以在其中一台使用时，将另外一台作为备用，可以在其中一台出现故障时及时启动另一台工作，提高系统影响的可靠性。

每台的主水泵1的进水口串联有检修蝶阀Ⅰ11和波纹补偿器12，出水口串联有波纹补偿器12、止回阀13和检修蝶阀Ⅰ11，且出水口还设置有排水阀Ⅰ14。其中检修蝶阀Ⅰ11的设置可以在与其相连的主水泵1出现故障时，利用其将管路关闭，便于对该主水泵1进行检修维护。波纹补偿器12的设置使通过其伸缩变形，吸收管路中因热胀冷缩产生的尺寸变化。止回阀13的设置是用于保证冷却用水在管路中按照同一方向流动，避免出现逆流造成主水泵1的损坏。排水阀Ⅰ14的设置可以方便排去出现故障的主水泵1内部残余的冷却用水，便于对其进行检修。

如图4所示，为了提高冷水机组2的制冷效果，制冷回路21包括蒸发器22，以及串联在蒸发器22制冷管路两端的压缩机23、冷凝器24和膨胀阀25，且每个的制冷回路21中至少设置有两个冷凝风机26；其中冷却用水从冷水机组2的进水口进入蒸发器22的水管路中，而蒸发器22内的制冷管路中为氟利昂，氟利昂在压缩机23、冷凝器24、膨胀阀25和蒸发器22的制冷管路中循环，其经过压缩机23和冷凝器24的处理在进入蒸发器22的制冷管路中时可以对蒸发器内的冷却用水进行降温，降温后的冷却用水经冷水机组2中的蒸发器22的水管路的出水口再次进入系统中，冷凝风机26的设置可以降低制冷回路的环境温度，从而提高制冷的效果。

而膨胀阀25的设置可以通过蒸发器22末端的过热度变化来控制阀门流量，防止出现蒸发器22面积利用不足或敲缸现象。

具体的，氟利昂可以采用R134a氟利昂。R134a不含氯原子，对大气臭氧层不起破坏作用，并且R134a具有良好的安全性能，不易燃，不爆炸，无毒，无刺激性无腐性；R134a的传热性能好，因此制冷剂的用量可大大减少。

常规的冷水机组2蒸发器22的铜管在运行中会有离子析出，致使冷却用水的电导率升高，因此应用中必须为冷水机组2设立一个二次循环系统，必须增加水泵、不锈钢板式换热器和附属的阀门及管道，造成整个SVC系统的复杂化，因而降低了冷却系统的可靠性，增加了一套在持续运行的水泵之后，整体的可靠性从理论计算上降低了一半。因此本实施例中，蒸发器22为不锈钢材质。不锈钢材质的蒸发器22能够保证冷却水的低电导率的性能，使整个SVC系统简单化，增加冷却系统的可靠性。

具体的，蒸发器22的不锈钢可以选择316不锈钢。

另外，每组冷水机组2的进水口和出水口均设置有波纹管Ⅱ27，可以降低蒸发器22在工作过程中产生的震动。

为了方便对冷水机组2的检修和维护，冷水机组2的进水口和出水口分别设置有常开蝶阀Ⅱ28，且进水口和进水口之间设置有带有常闭蝶阀29的短接旁路。正常运行时，将冷水机组2的进水口和出水口的常开蝶阀Ⅱ28，打开，短接旁路上的常闭蝶阀29关闭，冷水机组2正常工作；冷水机组2进行检修或维护时，将冷水机组2进出口的常开蝶阀Ⅱ28，关闭，短接旁路上的常闭蝶阀29打开，冷却用水从短接旁路流过，实现在不停主设备的情况下对隔离出来的冷水机组2进行检修维护，提高了系统运行的可靠性。

如图5所示，为了防止因主过滤器3出现故障而影响整个系统的运作，主过滤器3包括并联的两台，在其中一个主过滤器3出现问题时，可以及时启用另一个主过滤器3进行工作，保证整个系统的正常运作。

为了对主过滤器3的过滤效果进行监测，每个主过滤器3上均并联有差压表31。差压表31可以实时得出主过滤器3进水口和出水口压差，当压差过高时，则表明主过滤器3的滤芯上吸附了较多的杂质，需要对其进行更换，保证系统的稳定性和可靠性。

而为了方便对主过滤器3进行检修，其进水口和出水口均设置有检修蝶阀Ⅱ32。

如图8所示，补水支路包括依次串联的补水罐7、补水泵10和精密过滤器Ⅰ81，经过精密过滤器Ⅰ81的冷却用水串入去离子支路中。补水支路是用于为系统补充冷却用水，而精密过滤器Ⅰ81的设置是用于过滤掉补充水中的杂质。

为了方便掌握补水罐7的水量，补水罐7上连接有液位变送器Ⅰ71。

另外，补水罐的底部设置有排水阀Ⅱ72。

为了保证补水支路的水流方向，精密过滤器Ⅰ81出水口处设置有单向阀83。

如图9所示，为了去除系统中冷却用水内的带电离子，降低其电导率，经过主过滤器3的冷却用水分出一支路在精密过滤器Ⅰ81的进水口处汇入补水支路中。该支路的冷却水量占据主过滤器3出水口的出水量的3%-5%左右，且一直处于接通状态，可以不断地对系统中冷却用水进行去离子操作，从而提高冷却系统的可靠性。

为了便于去除补充冷却用水中的带电离子，降低其电导率，去离子支路包括并联后的两个离子交换器9与一精密过滤器Ⅱ82串联，且经过精密过滤器Ⅱ82的冷却用水在缓冲罐5的进水口汇入主循环回路中。其中，离子交换器9可以有效地去除冷却用水中的带电离子，保证主循环回路的冷却用水具有较低的电导率，放置在高电压环境下产生漏电流，增加冷却系统的可靠性。

由于离子交换器9内采用的是离子交换树脂，在冷却用水经过其内部时不免会携带少量的树脂颗粒，精密过滤器Ⅱ82的设置是则是用于除去冷却用水中的微小树脂颗粒。

为了便于掌握进入离子交换器9内冷却用水的流量，离子交换器9的进水口处安装有支路浮子流量计91。

如图7所示，缓冲罐5上方设置有空压机51、压力表Ⅰ52、排气阀Ⅰ53和安全阀Ⅰ54，底部设置有排水阀Ⅲ55，且缓冲罐5与空压机51之间串联有电动阀56。现有的缓冲罐5一般采用氮气进行稳压，但是氮气的制取比较麻烦，因此本实施例中采用的是空压机51，直接利用空气对缓冲罐5进行稳压。

缓冲罐5液面下降，压力表Ⅰ52检测出缓冲罐5压力较低时，空压机51启动，电动阀56打开，为缓冲罐5补气直至缓冲罐5内压力达到设定值，缓冲罐5液面上升，压力表Ⅰ52检测出缓冲罐5压力较高时，打开排气阀Ⅰ53排气，直至缓冲罐5压力值降到设定值。此外，安全阀Ⅰ54的设置可以提高系统的安全性和可靠性。

为了掌握缓冲罐5内水量的变化，缓冲罐5上连接有液位变送器Ⅱ57。

传统的水冷系统的缓冲罐5的容量大约在73L左右，仅仅起到在主水泵1进水口处起到一个缓冲稳压的作用，而本实施例中的缓冲罐5的容量大约在1800L，其不仅对整个系统起到缓冲稳压的作用，而且可以将系统内的冷却用水储存在其中，使整个系统中循环过程中的水量占据缓冲罐内所储存水量的一少部分，从而能够稳定温度的波动，达到一定的蓄冷要求，使冷水机组2中的压缩机23具有一定的启停频率，保障了冷水机组2的长期运行的可靠性和优秀的节能效果。

本实施例中将缓冲稳压作用和蓄冷作用均集中一个缓冲罐5中，可以减少零部件的数量，降低成本以及维护难度。

另外，本实施例中为了提高缓冲罐5的蓄冷效果，需要在缓冲罐5的外部进行隔热与铠装处理。而整个系统的管道外侧也需要进行保冷处理，一般采用保温棉和铝铂包裹在管道和罐体的外侧来进行实现。

实施例2：

如图10-11所示，在实施例1的基础上，本实施例提供了一种冷水机组制冷式密闭水冷系统，其大体结构与实施例1相同，不同之处在于：

本实施例中的缓冲罐5可以采用传统的小容量例如73L的缓冲罐5，其在系统中可以仅仅起到一个缓冲稳压的功能，而在冷水机组2和主过滤器3之间串联一个蓄冷罐6，蓄冷罐6的容量较大，例如1800L，其内部存储的冷却用水可以达到系统中循环中的水量的数倍以上，从而对整个系统起到一个蓄冷的作用。当然本实施例中的缓冲罐5也可以采用如实施例1中的缓冲罐5，这样则可以实现双重的蓄冷效果。

经过冷水机组2降温后的冷却用水可以直接存储在蓄冷罐6中，未经过SVC晶闸管阀组4，从而增加了整个系统的蓄冷效果，可以进一步实现节能的效果。

并且蓄冷罐6的外侧也需要进行隔热和铠装处理，与实施例1中缓冲罐6一样，可以利用保温棉或者铝铂来实现。

为了增加蓄冷罐6的安全性能，蓄冷罐6上安装有安全阀Ⅱ61、排气阀Ⅱ62、压力表Ⅱ63和液位变送器Ⅲ64，蓄冷罐6的底部设置有排水阀Ⅳ65。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

Claims (10)

1.一种冷水机组制冷式密闭水冷系统，其特征在于：包括主循环回路、补水支路和去离子支路，所述去离子支路和补水支路串联后与所述主循环回路并联，所述主循环回路包括依次呈环形串联的主水泵（1）、冷水机组（2）、主过滤器（3）、SVC晶闸管阀组（4）和缓冲罐（5），所述冷水机组（2）包括两个以上，且相互之间为串联或并联，每个所述的冷水机组（2）包括两个以上且独立的制冷回路（21），且每个冷水机组（2）的进水口串联有温度监控装置。

2.根据权利要求1所述的冷水机组制冷式密闭水冷系统，其特征在于：所述冷水机组（2）与所述主过滤器（3）之间串联有蓄冷罐（6）。

3.根据权利要求1所述的冷水机组制冷式密闭水冷系统，其特征在于：所述主水泵（1）包括并联的两台，每台所述的主水泵（1）的进水口串联有检修蝶阀Ⅰ（11）和波纹补偿器（12），出水口串联有波纹补偿器（12）、止回阀（13）和检修蝶阀Ⅰ（11），且出水口还设置有排水阀Ⅰ（14）。

4.根据权利要求1所述的冷水机组制冷式密闭水冷系统，其特征在于：所述制冷回路（21）包括蒸发器（22），以及串联在所述蒸发器（22）制冷管路两端的压缩机（23）、冷凝器（24）和膨胀阀（25），且每个所述的制冷回路（21）中至少设置有两个冷凝风机（26）；

所述蒸发器（22）为不锈钢材质。

5.根据权利要求1所述的冷水机组制冷式密闭水冷系统，其特征在于：所述冷水机组（2）的进水口和出水口分别设置有常开蝶阀Ⅱ（28），且进水口和进水口之间设置有带有常闭蝶阀（29）的短接旁路。

6.根据权利要求1 所述的冷水机组制冷式密闭水冷系统，其特征在于：所述主过滤器（3）包括并联的两台，且每个主过滤器（3）上均并联有差压表（31）。

7.根据权利要求1所述的冷水机组制冷式密闭水冷系统，其特征在于：所述补水支路包括依次串联的补水罐（7）、补水泵（10）和精密过滤器Ⅰ（81），经过所述精密过滤器Ⅰ（81）的冷却用水串入去离子支路中。

8.根据权利要求7所述的冷水机组制冷式密闭水冷系统，其特征在于：经过所述主过滤器（3）的冷却用水分出一支路在所述精密过滤器Ⅰ（81）的进水口处汇入补水支路中。

9.根据权利要求1所述的冷水机组制冷式密闭水冷系统，其特征在于：所述去离子支路包括并联后的两个离子交换器（9）与一精密过滤器Ⅱ（82）串联，且经过所述精密过滤器Ⅱ（82）的冷却用水在所述缓冲罐（5）的进水口汇入主循环回路中。

10.根据权利要求1所述的冷水机组制冷式密闭水冷系统，其特征在于：所述缓冲罐（5）上方设置有空压机（51）、压力表Ⅰ（52）、排气阀Ⅰ（53）和安全阀Ⅰ（54），底部设置有排水阀Ⅲ（55），且所述缓冲罐（5）与空压机（51）之间串联有电动阀（56）。