CN109855218A - 一体化闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一体化闭式蒸发冷却‑冷凝冷水机组，包括有填料塔以及在填料塔左右两侧呈对称设置的间接蒸发冷却段，填料塔的左右两侧呈对称设置有两个第一进风口，间接蒸发冷却段远离填料塔的一侧设置有第二进风口，间接蒸发冷却段靠近填料塔的一侧设置有一次出风口，填料塔内还设置有冷凝盘管，冷凝盘管还连接有机械制冷单元，填料塔连接有水管G₅，水管G₅的另一端分两路分别与两组间接蒸发冷却段连接，填料塔通过水管G₄为室内空调末端供水，室内空调末端的回水通过水管G₇分两路分别为两组间接蒸发冷却段供水。本发明的闭式蒸发冷却‑冷凝冷水机组能够降低了机械制冷的电能消耗，节省了占地面积，同时解决了冬季制冷和防冻问题。

Description

一体化闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组

技术领域

本发明属于空调设备技术领域，具体涉及一种一体化闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组。

背景技术

蒸发冷却空调技术可以充分利用干空气能来制取冷风和冷水，对建筑室内进行降温。近些年来，一些工业建筑室内降温冷却成为制冷空调行业关注的热点领域，例如纺织厂、生产车间、数据中心等。特别是数据中心建设的高速增长导致机房内部各种设备越来越多，为保证数据中心提供恒温恒湿的制冷环境。数据中心用电量会大大增加，随之而来冷却系统、配电系统、UPS和发电机等都会按比例增加，这给数据中心能耗带来重大挑战。

在数据中心降温冷却仅使用传统机械制冷冷水机组，电能消耗大，运行维护成本较高；随着数据中心设计温度范围的扩大，供水温度得以提高，间接-直接蒸发冷却冷水机组制取高温冷水的出水温度符合部分时间的设计需求，而且电能消耗更小，运行维护成本更低。但是，仅使用间接-直接蒸发冷却冷水机组制取的冷水温度受制于气象条件，在中高湿度地区的夏季，或是干燥地区的连续阴雨天，仍然需要传统机械制冷冷水机组制取高温冷水；而且使用开式蒸发冷却冷水机组制取冷水的时候，机组在运行的时候，会产生漂水现象，造成水量损失，同时外界的杂物也会进入冷却水中，造成水质污染；同时，传统的蒸发冷却冷水机组在冬季严寒天气容易结冰，在需要全年供冷的数据中心等领域使用需要充分考虑防冻措施。

发明内容

本发明的目的是提供一体化闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组，本机组能够降低了机械制冷的电能消耗，节省了占地面积，同时解决了冬季制冷和防冻问题。

本发明所采用的技术方案是，一体化闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组，包括有填料塔以及在填料塔左右两侧呈对称设置的间接蒸发冷却段，填料塔的左右两侧呈对称设置有两个第一进风口，间接蒸发冷却段远离填料塔的一侧设置有第二进风口，间接蒸发冷却段靠近填料塔的一侧设置有一次出风口，两个第一进风口分别与其对应一侧的间接蒸发冷却段的一次出风口连通，填料塔内还设置有冷凝盘管，冷凝盘管还连接有机械制冷单元，填料塔连接有水管G₅，水管G₅的另一端分两路分别与两组间接蒸发冷却段连接，填料塔通过水管G₄为室内空调末端供水，室内空调末端的回水通过水管G₇分两路分别为两组间接蒸发冷却段供水。

本发明的特征还在于，

填料塔包括壳体a，壳体a的顶壁设置有排风口，壳体a内由上至下依次设置有布水器a、填料b，冷水盘管、填料a及水箱a，水箱a通过水管G₁与布水器a连接，水管G₁上设置有水泵a，两个第一进风口在填料a下方对应的壳体a左右两侧呈对称设置，两个第一进风口处均设有均流板，冷水盘管的出水口通过水管G₄为室内空调末端供水，冷水盘管的进水口与水管G₅连接。

排风口内设置有风机a。

间接蒸发冷却段包括有壳体b，壳体b远离填料塔一侧的侧壁上设置有第二进风口，壳体b靠近填料塔一侧的侧壁上设置有一次出风口，一次出风口与第一进风口连通；在壳体b内沿空气流动方向依次设置有粗效过滤器、换热盘管及板管间接蒸发冷却单元，水管G₅的一端与冷水盘管的进水口连接，水管G₅的另一端分两路分别与两个换热盘管的出水口连接，室内空调末端的回水通过水管G₇分两路分别与两个换热盘管的进水口连接。

板管间接蒸发冷却单元包括有由上至下依次设置的布水器b、板管间接蒸发冷却器及水箱b，水箱b通过水管G₆与布水器b连接，水管G₆上还设置有水泵b。

壳体b顶壁上设置有出风口，出风口位于布水器b上方，出风口内设置有风机b，在板管间接蒸发冷却器的下方对应的壳体b的侧壁上设置有二次空气进风口。

换热盘管与板管式间接蒸发冷却器之间设置有风阀。

机械制冷单元包括有通过水管G₈连接的蒸发器与压缩机，蒸发器通过水管G₂与冷凝盘管的出水口连接，压缩机通过水管G₃与冷凝盘管的进水口连接。

水管G₂上设置有节流阀。

水管G₄上设置有阀门a，水管G₄上设置有水管G₉，水管G₉上设置有阀门b，水管G₉通过蒸发器后为室内空调末端供水。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组，可全年供冷，多种模式切换运行，冬季运行时增加了预热防冻措施，过渡季节采用蒸发冷却结合机械制冷制取高温冷水，采用两级间接蒸发冷却段降低进入填料塔空气的干湿球温度，制取更低温度的高温冷水，降低了冷凝温度，提升了蒸发器的蒸发温度，延长了蒸发冷却运行的时间；

(2)本发明的闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组，采用内外冷相结合强化传热的机组形式，采用的板管间接蒸发冷却器截面流道较宽，板管管壁外侧水膜更加均匀，管型阻力更小，国内大多使用不锈钢材质；

(3)本发明的闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组，在夏季和过渡季节运行间接-直接蒸发冷却冷水机组(包括填料塔及间接蒸发冷却段)时，通过旁通风阀的调节，依据气候条件，使用被机组两侧换热盘管预冷后干湿球温度都降低的一次空气和室外空气混合后作为板管间接蒸发冷却器管外侧的二次空气，可以进一步降低管内侧的一次空气的出风温度；

(4)本发明的闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组，高温冷水采用闭式循环，填料塔内布置了冷水盘管，盘管内冷水不受环境影响，避免水质污染，防止堵塞末端设备，也不会污染环境；同时闭式循环水系统不使用板式换热器，节约占地和清洗成本，避免了板式换热器传热损失，集成高效；

(5)本发明的闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组，填料塔内进风空气和循环喷淋水采取逆流接触方式，强化传热传质效果；

(6)本发明的闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组，在填料塔内的冷凝盘管与冷水盘管之间设置常规填料设置，在过渡季节，由间接-直接蒸发冷却冷水机组联合机械制冷冷水机组(包括冷凝盘管、蒸发器及压缩机)制取高温冷水，此时填料塔内的循环水喷淋后，先冷却冷凝盘管后，吸收了冷凝热量的喷淋水再通过常规填料冷却降温后，再冷却冷水盘管；

(7)本发明的闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组，在填料塔内的进风口处设置组合式填料，该组合式填料分为两层布置：上层为方体填料，下层为“V”型填料，相比传统的将填料底层布置于间接蒸发冷却段一次空气出风口上方，这样设置可有效利用下方空间，在保证填料高度的前提下有效降低机组高度，同时下方“V”型填料借鉴机械制冷模块机中的风冷冷凝器盘管布置方式，与空气进入的气流状态比较相符，更有助于换热的进行，同时在填料塔进风口加设均流板，优化填料塔内的气流组织，强化传热传质，可以制取更低温度的高温冷水；

(8)本发明的闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组，将机械制冷冷水机组、间接-直接蒸发冷却冷水机组等一体式组装，若有多余空间可多布置一个备用水箱，考虑结构的承重能力，将间接蒸发冷却段放置在一体式机组的上方，一体式机组减少了输配系统能耗，增加储存水量，方便运输、安装、维护，提升整机运行时的COP。

附图说明

图1是本发明一体化闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组的结构示意图；

图2是本发明闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组的设备安装位置示意图；

图3是本发明闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组中板管间接蒸发冷却器的工作原理示意图；

图4是本发明闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组中均流板的结构示意图。

图中，1.第二进风口，2.粗效过滤器，3.换热盘管，4.风阀，5.二次空气进风口，6.水泵b，7.风机b，8.布水器b，9.板管式间接蒸发冷却器，10.水泵a，11.均流板，12.填料a，13.冷水盘管，14.填料b，15.冷凝盘管，16.布水器a，17.风机a，18.填料塔，19.节流阀，20.蒸发器，21.压缩机，22.阀门a，23.阀门b，24.第一进风口，25.排风口，26.水箱a，27.水箱b，28.出风口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一体化闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组，如图1、3及4所示，包括有填料塔18以及在填料塔18左右两侧呈对称设置的间接蒸发冷却段，填料塔18的左右两侧呈对称设置有两个第一进风口24，间接蒸发冷却段远离填料塔18的一侧设置有第二进风口1，间接蒸发冷却段靠近填料塔18的一侧设置有一次出风口，两个第一进风口24分别与其对应一侧的间接蒸发冷却段的一次出风口连通，填料塔18内还设置有冷凝盘管15，冷凝盘管15还连接有机械制冷单元，填料塔18连接有水管G₅，水管G₅的另一端分两路分别与两组间接蒸发冷却段连接，填料塔18通过水管G₄为室内空调末端供水，室内空调末端的回水通过水管G₇分两路分别为两组间接蒸发冷却段供水，过渡季节和夏季冷凝盘管15通入制冷剂，开启机械制冷；冬季冷凝盘管15不通入制冷剂，关闭机械制冷。

填料塔18包括壳体a，壳体a的顶壁设置有排风口25，壳体a内由上至下依次设置有布水器a16、填料b14，冷水盘管13、填料a12及水箱a26，水箱a26通过水管G₁与布水器a16连接，水管G₁上设置有水泵a10，两个第一进风口24在填料a12下方对应的壳体a左右两侧呈对称设置，两个第一进风口24处均设有均流板11，冷水盘管13的出水口通过水管G₄为室内空调末端供水，冷水盘管13的进水口与水管G₅连接。

填料a12为组合式填料，该组合式填料分为两层布置，上层为方体填料，下层为“V”型填料。

排风口25内设置有风机a17。

间接蒸发冷却段包括有壳体b，壳体b远离填料塔18一侧的侧壁上设置有第二进风口1，壳体b靠近填料塔18一侧的侧壁上设置有一次出风口，一次出风口与第一进风口24连通；在壳体b内沿空气流动方向依次设置有粗效过滤器2、换热盘管3及板管间接蒸发冷却单元，水管G₅的一端与冷水盘管13的进水口连接，水管G₅的另一端分两路分别与填料塔18两侧的换热盘管3的出水口连接，室内空调末端的回水通过水管G₇分两路分别与填料塔18两侧的换热盘管3的进水口连接。

板管间接蒸发冷却单元包括有由上至下依次设置的布水器b8、板管间接蒸发冷却器9及水箱b27，水箱b27通过水管G₆与布水器b8连接，水管G₆上还设置有水泵b6。

壳体b顶壁上设置有出风口28，出风口28位于布水器b8上方，出风口28内设置有风机b7，在板管间接蒸发冷却器9的下方对应的壳体b的侧壁上设置有二次空气进风口5。

换热盘管3与板管式间接蒸发冷却器9之间设置有风阀4，被换热盘管3等湿冷却后的室外新风一部分通过风阀4进入板管间接蒸发冷却器9管外侧的湿通道。

机械制冷单元包括有通过水管G₈连接的蒸发器20与压缩机21，蒸发器20通过水管G₂与冷凝盘管15的出水口连接，压缩机21通过水管G₃与冷凝盘管15的进水口连接。

水管G₂上设置有节流阀19。

水管G₄上设置有阀门a22，水管G₄上设置有水管G₉，水管G₉上设置有阀门b23，水管G₉通过蒸发器20后为室内空调末端供水。

如图2所示，将机械制冷单元、间接-直接蒸发冷却冷水机组等一体式组装，若有多余空间可多布置一个备用水箱，考虑结构的承重能力，将间接蒸发冷却段放置在一体式机组的上方，一体式机组减少了输配系统能耗，增加储存水量，方便运输、安装、维护，提升整机运行时的COP。

本发明的闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组的具体工作模式如下：

(1)冬季运行模式：

由间接-直接蒸发冷却冷水机组制取高温冷水，具体为：室内空调末端的回水通入机组两侧的换热盘管3预热室外新风后，通入填料塔18内的冷水盘管13，被换热盘管3预热后的新风进入填料塔18内和冷水盘管13外侧的循环喷淋水发生热质交换，冷水盘管13内的回水被冷却后，关闭阀门b23，开启阀门a22，制得高温冷水后，供给室内空调末端。

(2)过渡季节运行模式：

由间接-直接蒸发冷却冷水机组联合机械制冷单元制取高温冷水，并由间接-直接蒸发冷却冷水机组制取冷凝盘管15的冷却水，具体为：室内空调末端的回水先通入机组两侧的换热盘管3预冷室外新风后，再通入填料塔18内的冷水盘管13，被换热盘管3预冷后的新风进入填料塔18内和冷水盘管13外侧的循环喷淋水发生热质交换，冷水盘管13内的回水被冷却后，关闭阀门a22，开启阀门b23，再通入蒸发器20被冷却到设计供水温度后，供给室内空调末端。

(3)夏季运行模式：

由机械制冷单元制取高温冷水，并由间接-直接蒸发冷却冷水机组制取冷凝盘管15的冷却水，具体为：室内空调末端的回水先通入机组两侧的换热盘管3预冷室外新风后，再通入填料塔18内的冷水盘管13，关闭阀门a22，开启阀门b23，再通入蒸发器20被冷却到设计供水温度后，供给室内空调末端。

(4)板管间接蒸发冷却器运行原理：

板管间接蒸发冷却器9，仅在夏季和过渡季节工作，如图3所示，其中：

一次空气流程：室外新风先经过机组外侧的换热盘管3预冷后，经过板管式间接蒸发冷却器9的管内被进一步等湿冷却后，进入填料塔18内与循环喷淋水发生热质交换；

二次空气流程：被换热盘管3等湿冷却后的室外新风一部分通过旁通风阀4进入板管间接蒸发冷却器9管外侧的湿通道后，与通过二次空气进风口5进入的室外新风混合后，进入管外壁的湿通道内和循环喷淋水发生热质交换，冷却板管内壁的一次空气后，被上方的风机7排向环境。

Claims (10)

1.一体化闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组，其特征在于，包括有填料塔(18)以及在所述填料塔(18)左右两侧呈对称设置的间接蒸发冷却段，所述填料塔(18)的左右两侧呈对称设置有两个第一进风口(24)，所述间接蒸发冷却段远离填料塔(18)的一侧设置有第二进风口(1)，所述间接蒸发冷却段靠近填料塔(18)的一侧设置有一次出风口，两个所述第一进风口(24)分别与其对应一侧的间接蒸发冷却段的一次出风口连通，所述填料塔(18)内还设置有冷凝盘管(15)，所述冷凝盘管(15)还连接有机械制冷单元，所述填料塔(18)连接有水管G₅，所述水管G₅的另一端分两路分别与两组间接蒸发冷却段连接，所述填料塔(18)通过水管G₄为室内空调末端供水，室内空调末端的回水通过水管G₇分两路分别为两组间接蒸发冷却段供水。

2.根据权利要求1所述的一体化闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组，其特征在于，所述填料塔(18)包括壳体a，所述壳体a的顶壁设置有排风口(25)，所述壳体a内由上至下依次设置有布水器a(16)、填料b(14)，冷水盘管(13)、填料a(12)及水箱a(26)，所述水箱a(26)通过水管G₁与布水器a(16)连接，所述水管G₁上设置有水泵a(10)，两个所述第一进风口(24)在所述填料a(12)下方对应的壳体a左右两侧呈对称设置，两个所述第一进风口(24)处均设有均流板(11)，所述冷水盘管(13)的出水口通过水管G₄为室内空调末端供水，所述冷水盘管(13)的进水口与水管G₅连接。

3.根据权利要求2所述的一体化闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组，其特征在于，所述排风口(25)内设置有风机a(17)。

4.根据权利要求2所述的一体化闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组，其特征在于，所述间接蒸发冷却段包括有壳体b，所述壳体b远离填料塔(18)一侧的侧壁上设置有第二进风口(1)，所述壳体b靠近填料塔(18)一侧的侧壁上设置有一次出风口，所述一次出风口与第一进风口(24)连通；在所述壳体b内沿空气流动方向依次设置有粗效过滤器(2)、换热盘管(3)及板管间接蒸发冷却单元，所述水管G₅的一端与所述冷水盘管(13)的进水口连接，所述水管G₅的另一端分两路分别与两个换热盘管(3)的出水口连接，室内空调末端的回水通过水管G₇分两路分别与两个换热盘管(3)的进水口连接。

5.根据权利要求4所述的一体化闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组，其特征在于，所述板管间接蒸发冷却单元包括有由上至下依次设置的布水器b(8)、板管间接蒸发冷却器(9)及水箱b(27)，所述水箱b(27)通过水管G₆与布水器b(8)连接，所述水管G₆上还设置有水泵b(6)。

6.根据权利要求5所述的一体化闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组，其特征在于，所述壳体b顶壁上设置有出风口(28)，所述出风口(28)位于布水器b(8)上方，所述出风口(28)内设置有风机b(7)，在所述板管间接蒸发冷却器(9)的下方对应的壳体b的侧壁上设置有二次空气进风口(5)。

7.根据权利要求5所述的一体化闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组，其特征在于，所述换热盘管(3)与所述板管式间接蒸发冷却器(9)之间设置有风阀(4)。

8.根据权利要求2所述的一体化闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组，其特征在于，所述机械制冷单元包括有通过水管G₈连接的蒸发器(20)与压缩机(21)，所述蒸发器(20)通过水管G₂与冷凝盘管(15)的出水口连接，所述压缩机(21)通过水管G₃与冷凝盘管(15)的进水口连接。

9.根据权利要求8所述的一体化闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组，其特征在于，所述水管G₂上设置有节流阀(19)。

10.根据权利要求8所述的一体化闭式蒸发冷却-冷凝冷水机组，其特征在于，所述水管G₄上设置有阀门a(22)，所述水管G₄上设置有水管G₉，所述水管G₉上设置有阀门b(23)，所述水管G₉通过蒸发器(20)后为室内空调末端供水。