CN109855219B - 基于机械制冷的一体式蒸发冷却-冷凝冷水机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开的基于机械制冷的一体式蒸发冷却‑冷凝冷水机组，包括有机械制冷单元、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器盘管，填料塔连接有板式换热器，机械制冷单元、填料塔、冷凝器盘管、填料塔左右两侧呈对称设置的间接蒸发冷却段、板式换热器之间通过水管网连接。本发明的冷水机组，相比现有的间接‑直接蒸发冷却冷水机组，提升了机组制冷的稳定性，解决了冬季制冷和防冻问题。

Description

基于机械制冷的一体式蒸发冷却-冷凝冷水机组

技术领域

本发明属于空调设备技术领域，具体涉及一种基于机械制冷的一体式蒸发冷却-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，数据中心的用电量会大大增加，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。

现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，仅使用间接蒸发冷却冷水机组制取的冷水受制于气象条件，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，而传统机械制冷冷水机组的冷凝方式包括：风冷、水冷、蒸发式，蒸发式冷凝器的冷凝能力受限于环境湿球温度，而湿球温度比干球温度低，加上蒸发式冷凝器上侧风机引起的负压环境，蒸发式冷凝器相比于风冷冷凝器，冷凝温度及功耗都较低。相比于水冷冷凝器，蒸发式冷凝器能够充分利用水的汽化潜热，节水效果显著。蒸发式冷凝器通过将冷凝器盘管和冷却塔结合成一体，节省空间，间接-直接蒸发冷却冷水机组可以制取低于环境湿球温度的高温冷水，既可以通入板式换热器冷却机房末端回水，同时也使得机械制冷冷凝温度可以低于环境湿球温度。基于机械制冷的一体式蒸发冷却-冷凝冷水机组充分考虑冬季运行防冻措施，在进风口加入预热装置。可以预见，本机组在数据中心有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于机械制冷的一体式蒸发冷却-冷凝冷水机组，相比现有的间接-直接蒸发冷却冷水机组，提升了机组制冷的稳定性，解决了冬季制冷和防冻问题。

本发明所采用的技术方案是，基于机械制冷的一体式蒸发冷却-冷凝冷水机组，包括有机械制冷单元、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器盘管，填料塔还连接有板式换热器，机械制冷单元、填料塔、冷凝器盘管、填料塔左右两侧呈对称设置的间接蒸发冷却段、板式换热器之间通过水管网连接。

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挡水板、布水器、填料及第一水箱，两个第一进风口在填料下方对应的壳体a左右两侧呈对称设置，第一水箱和布水器与机械制冷单元、冷凝器盘管、填料塔左右两侧呈对称设置的间接蒸发冷却段、板式换热器之间通过水管网连接。

排风口内设置有第一风机。

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换热盘管及板管间接蒸发冷却单元，换热盘管与第一水箱和布水器、机械制冷单元、冷凝器盘管、板式换热器之间通过水管网连接。

板管间接蒸发冷却单元包括有由上至下依次设置的第二风机、布水器、板管间接蒸发冷却器及第二水箱，第二水箱通过供水管与布水器连接，供水管上还设置有第二水泵，第二风机上方对应的壳体b的顶壁上设置有出风口，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。

换热盘管与第一水箱和布水器、机械制冷单元、冷凝器盘管、板式换热器之间的水管网结构具体如下：

第一水箱通过依次连通的水管G2、板式换热器及水管G1与布水器连接；水管G2与水管G1还通过水管G3连接；

冷凝器盘管分别通过管道G4与管道G5与机械制冷单元连接形成循环回路；

板式换热器上还连接有水管G8与水管G9，水管G8与水管G9通过板式换热器连通，水管G8为室内空调末端供水，室内空调末端通过水管G9为板式换热器供水，水管G9上还分别连接有水管G6与水管G7，水管G7分两路分别与填料塔左右两侧的换热盘管的进水口连接，水管G6分两路分别与填料塔左右两侧的换热盘管的出水口连接；水管G9与水管G8还通过水管G10连接。

水管G2上还设置有第一水泵。

机械制冷单元包括通过管道G11连接的蒸发器及压缩机，蒸发器通过管道G4与冷凝器盘管的出口连接，压缩机通过管道G5与冷凝器盘管的进口连接，水管G4上设置有节流阀。

水管G8通过蒸发器后为室内空调末端供水，水管G8上还连接有水管G12，水管G12为室内空调末端供水。

水管G2上设置有第一阀门；水管G3上设置有第二阀门；水管G9上设置有第三阀门；水管G10上设置有第四阀门；水管G8上设置有第五阀门；水管G12上还设置有第六阀门。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的一体式蒸发冷却-冷凝冷水机组，可全年供冷，多种模式切换运行，夏季采用蒸发冷凝模式，节地节水，能够提升机组运行COP；过渡季节采用两级间接-直接蒸发冷却冷水机组制取低于环境湿球温度的高温冷水，能够延长蒸发冷却的运行时间，提升系统的COP；冬季完全采用蒸发冷却模式，并采取防冻预热措施，解决了冬季制冷和防冻问题；

(2)本发明的一体式蒸发冷却-冷凝冷水机组，采用内外冷相结合强化传热的机组形式，机组两侧的换热盘管通入末端回水，冬季预热新风防冻，夏季预冷新风，降低新风的干湿球温度；夏季和过渡季节，机组两侧的板管间接蒸发冷却器进一步等湿冷却新风，进一步降低了新风的干湿球温度，使得进入填料内的新风可以制取更低温度的冷水，同时也降低了冷凝温度，提升了机械制冷运行时的COP；

(3)本发明的一体式蒸发冷却-冷凝冷水机组，二次风机采用高效变频风机，通过调频可以改变湿通道内的气水比，控制经间接段处理后的一次空气的干湿球温度，填料上方的排风机也采用变频风机，通过调频可以改变填料内的气水比，改变循环喷淋水被冷却效果，控制该机组的出水温度；

(4)本发明的一体式蒸发冷却-冷凝冷水机组，将冷凝器盘管置于间接-直接蒸发冷却冷水机组填料上方，节省占地，并且填料内空气和喷淋水采用逆流形式强化传热传质；

(5)本发明的一体式蒸发冷却-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、板式换热器等一体式组装，减少输配系统能耗，方便运输、安装、维护，并使用间接-直接蒸发冷却冷水机组替代冷却塔，制取的高温冷水对冷凝器盘管冷却。

附图说明

图1是本发明基于机械制冷的一体式蒸发冷却-冷凝冷水机组的结构示意图；

图2是本发明一体式蒸发冷却-冷凝冷水机组的安装位置示意图；

图3是本发明一体式蒸发冷却-冷凝冷水机组中板管间接蒸发冷却器芯体的示意图。

图中，1.换热盘管，2.二次空气进风口，3.板管间接蒸发冷却器，4.布水器，5.第二风机，6.第二水泵，7.填料塔，8.第一风机，9.挡水板，10.布水器，11.冷凝器盘管，12.填料，13.第一水泵，14.节流阀，15.蒸发器，16.压缩机，17.板式换热器，18.第一阀门，19.第二阀门，20.第三阀门，21.第四阀门，22.第五阀门，23.第一进风口，24.排风口，25.第六阀门26.第一水箱，27.第二进风口，28.第二水箱，29.出风口，30.供水管，31.水泵。

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。

本发明基于机械制冷的一体式蒸发冷却-冷凝冷水机组，如图1、3所示，包括有机械制冷单元、填料塔7以及在填料塔7左右两侧呈对称设置的间接蒸发冷却段，填料塔7的左右两侧呈对称设置有两个第一进风口23，间接蒸发冷却段远离填料塔7的一侧设置有第二进风口27，间接蒸发冷却段靠近填料塔7的一侧设置有一次出风口，两个第一进风口23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7内还设置有冷凝器盘管11，填料塔7还连接有板式换热器17，机械制冷单元、填料塔7、冷凝器盘管11、填料塔7左右两侧呈对称设置的间接蒸发冷却段、板式换热器17之间通过水管网连接。

填料塔7包括壳体a，壳体a的顶壁设置有排风口24，壳体a内由上至下依次设置有挡水板9、布水器10、填料12及第一水箱26，两个第一进风口23在填料12下方对应的壳体a左右两侧呈对称设置，第一水箱26和布水器10与机械制冷单元、冷凝器盘管11、填料塔7左右两侧呈对称设置的间接蒸发冷却段、板式换热器17之间通过水管网连接。

排风口24内设置有第一风机8。

间接蒸发冷却段包括有壳体b，壳体b远离填料塔7一侧的侧壁上设置有第二进风口27，壳体b靠近填料塔7一侧的侧壁上设置有一次出风口，一次出风口与第一进风口23连通；在壳体b内沿空气流动方向依次设置有换热盘管1及板管间接蒸发冷却单元，换热盘管1与第一水箱26和布水器10、机械制冷单元、冷凝器盘管11、板式换热器17之间通过水管网连接。

板管间接蒸发冷却单元包括有由上至下依次设置的第二风机5、布水器4、板管间接蒸发冷却器3及第二水箱28，第二水箱28通过供水管30与布水器4连接，供水管30上还设置有第二水泵6，第二风机5上方对应的壳体b的顶壁上设置有出风口29，在板管间接蒸发冷却器3的下方对应的壳体b的侧壁上设置有二次空气进风口2，由图3可以看出一次空气与二次空气在板管间接蒸发冷却器3芯体内的流向。

换热盘管1与第一水箱26和布水器10、机械制冷单元、冷凝器盘管11、板式换热器17之间的水管网结构具体如下：

第一水箱26通过依次连通的水管G2、板式换热器17及水管G1与布水器10连接；水管G2与水管G1还通过水管G3连接；

冷凝器盘管11分别通过管道G4与管道G5与机械制冷单元连接形成循环回路；

板式换热器17上还连接有水管G8与水管G9，水管G8与水管G9通过板式换热器17连通，水管G8为室内空调末端供水，室内空调末端通过水管G9为板式换热器17供水，水管G9上还分别连接有水管G6与水管G7，水管G7分两路分别与填料塔7左右两侧的换热盘管1的进水口连接，水管G6分两路分别与填料塔7左右两侧的换热盘管1的出水口连接；水管G9与水管G8还通过水管G10连接。

水管G2上还设置有第一水泵13。

机械制冷单元包括通过管道G11连接的蒸发器15及压缩机16，蒸发器15通过管道G4与冷凝器盘管11的出口连接，压缩机16通过管道G5与冷凝器盘管11的进口连接，管道G4上设置有节流阀14。

水管G8通过蒸发器15后为室内空调末端供水，水管G8上还连接有水管G12，水管G12为室内空调末端供水。

水管G2上设置有第一阀门18；水管G3上设置有第二阀门19；水管G9上设置有第三阀门20；水管G10上设置有第四阀门21；水管G8上设置有第五阀门22；水管G12上还设置有第六阀门25。

第一风机8及第二风机5均为高效变频风机。

水管G9上设置有水泵31。

如图2所示，将机械制冷单元、间接-直接蒸发冷却冷水机组(包括填料塔7及间接蒸发冷却段)、板式换热器17、冷凝器盘管11等一体式组装，减少输配系统能耗，方便运输、安装、维护。

本发明一体式蒸发冷却-冷凝冷水机组的运行模式及工作原理如下：

(1)冬季运行模式：

由间接-直接蒸发冷却冷水机组制取冷水，具体为：打开第一阀门18、第三阀门20、第六阀门25，关闭第二阀门19、第四阀门21、第五阀门22，关闭第二风机5、第二水泵6，打开第一风机8、第一水泵13，机组两侧的板管间接蒸发冷却器3停止工作，关闭压缩机16、蒸发器15、冷凝器盘管11，机械制冷单元停止工作，在水管G9上设置的水泵31的作用下，室内空调末端的一部分回水通过水管G7通入机组两侧的换热盘管1预热室外新风后，与另一部分室内空调末端的回水混合后通过水管G9通入板式换热器17，被间接-直接蒸发冷却冷水机组制取的冷水冷却到设计水温后通过水管G8连接水管G12供入室内空调末端，被换热盘管1预热后的新风进入填料12内与循环水发生热质交换，制取的冷水在第一水泵13的作用下，通过水管G2先通入板式换热器17，再经过水管G1返回布水器10喷淋。

(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冷水，并由间接-直接蒸发冷却冷水机组制取冷凝器盘管11的冷却水，具体为：打开第一阀门18、第三阀门20、第五阀门22，关闭第二阀门19、第四阀门21，打开第二风机5、第二水泵6，打开第一风机8、第一水泵13，机组两侧的板管间接蒸发冷却器3工作，开启压缩机16、蒸发器15、冷凝器盘管11，机械制冷单元工作，在水泵31的作用下，室内空调末端的一部分回水通过水管G7通入机组两侧的换热盘管1预冷室外新风后，与另一部分室内空调末端的回水混合后通过水管G9通过板式换热器17被间接-直接蒸发冷却冷水机组制取的冷水冷却后通过水管G8供入蒸发器15冷却到设计水温后供入室内空调末端，被换热盘管1预冷后的新风进入填料12内与循环水发生热质交换，制取的冷水在水泵13的作用下，通过水管G2先通入板式换热器17，再经过水管G1返回布水器10喷淋。

(3)夏季运行模式：

由机械制冷单元制取冷水，并由间接-直接蒸发冷却冷水机组制取冷凝器盘管11的冷却水，具体为：打开第二阀门19、第四阀门21、第五阀门22，关闭第一阀门18、第三阀门20、第六阀门25，打开第二风机5、第二水泵6，打开第一风机8、第一水泵13，机组两侧的板管间接蒸发冷却器3工作，开启压缩机16、蒸发器15、冷凝器盘管11，机械制冷单元工作，在水泵31的作用下，室内空调末端的一部分回水通过水管G7通入机组两侧的换热盘管1预冷室外新风后，与另一部分室内空调末端的回水混合后通过水管G8通入蒸发器15冷却到设计水温后供入室内空调末端，被换热盘管1预冷后的新风进入填料12内与循环水发生热质交换，制取的冷水在水泵13的作用下，通过水管G2连接水管G1返回布水器10喷淋。

(4)板管间接蒸发冷却器运行原理：

一体式蒸发冷却-冷凝冷水机组的板管间接蒸发冷却器只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1预冷后，经过板管式间接蒸发冷却器3的管内被进一步等湿冷却后，进入填料12上与循环水发生热质交换后，被第一风机8通过排风口24排向环境；

二次空气流程：室外新风从间接蒸发冷却器3下方的二次空气进风口2进入，在管外壁的湿通道内和喷淋水发生热质交换，冷却板管内壁的一次空气后，被上方的第二风机5通过出风口29排向环境；

循环水流程：水箱28内的水被水泵6通过水管30连接布水器4，从布水器4喷淋落在板管间接蒸发冷却器3外壁，冷却内壁的一次空气后，落入水箱28。

Claims (5)

1.基于机械制冷的一体式蒸发冷却-冷凝冷水机组，其特征在于，包括有机械制冷单元、填料塔（7）以及在所述填料塔（7）左右两侧呈对称设置的间接蒸发冷却段，所述填料塔（7）的左右两侧呈对称设置有两个第一进风口（23），所述间接蒸发冷却段远离填料塔（7）的一侧设置有第二进风口（27），所述间接蒸发冷却段靠近填料塔（7）的一侧设置有一次出风口，两个所述第一进风口（23）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（7）内还设置有冷凝器盘管（11），所述填料塔（7）还连接有板式换热器（17），所述机械制冷单元、填料塔（7）、冷凝器盘管（11）、填料塔（7）左右两侧呈对称设置的间接蒸发冷却段、板式换热器（17）之间通过水管网连接；

所述填料塔（7）包括壳体a，所述壳体a的顶壁设置有排风口（24），所述壳体a内由上至下依次设置有挡水板（9）、布水器10、填料（12）及第一水箱（26），两个所述第一进风口（23）在所述填料（12）下方对应的壳体a左右两侧呈对称设置，所述第一水箱（26）和布水器10与机械制冷单元、冷凝器盘管（11）、填料塔（7）左右两侧呈对称设置的间接蒸发冷却段、板式换热器（17）之间通过水管网连接；

所述排风口（24）内设置有第一风机（8）；

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（7）一侧的侧壁上设置有第二进风口（27），所述壳体b靠近填料塔（7）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（23）连通；在所述壳体b内沿空气流动方向依次设置有换热盘管（1）及板管间接蒸发冷却单元，所述换热盘管（1）与第一水箱（26）和布水器10、机械制冷单元、冷凝器盘管（11）、板式换热器（17）之间通过水管网连接；

所述板管间接蒸发冷却单元包括有由上至下依次设置的第二风机（5）、布水器4、板管间接蒸发冷却器（3）及第二水箱（28），所述第二水箱（28）通过供水管（30）与布水器4连接，所述供水管（30）上还设置有第二水泵（6），所述第二风机（5）上方对应的壳体b的顶壁上设置有出风口（29），在所述板管间接蒸发冷却器（3）的下方对应的壳体b的侧壁上设置有二次空气进风口（2）；

所述换热盘管（1）与第一水箱（26）和布水器10、机械制冷单元、冷凝器盘管（11）、板式换热器（17）之间的水管网结构具体如下：

所述第一水箱（26）通过依次连通的水管G2、板式换热器（17）及水管G1与布水器10连接；所述水管G2与所述水管G1还通过水管G3连接；

所述冷凝器盘管（11）分别通过水管G4与水管G5与机械制冷单元连接形成循环回路；

所述板式换热器（17）上还连接有水管G8与水管G9，所述水管G8与水管G9通过所述板式换热器（17）连通，所述水管G8为室内空调末端供水，室内空调末端通过所述水管G9为板式换热器（17）供水，所述水管G9上还分别连接有水管G6与水管G7，所述水管G7分两路分别与填料塔（7）左右两侧的换热盘管（1）的进水口连接，所述水管G6分两路分别与填料塔（7）左右两侧的换热盘管（1）的出水口连接；所述水管G9与所述水管G8还通过水管G10连接。

2.根据权利要求1所述的基于机械制冷的一体式蒸发冷却-冷凝冷水机组，其特征在于，所述水管G2上还设置有第一水泵（13）。

3.根据权利要求1所述的基于机械制冷的一体式蒸发冷却-冷凝冷水机组，其特征在于，所述机械制冷单元包括通过管道G11连接的蒸发器（15）及压缩机（16），所述蒸发器（15）通过管道G4与冷凝器盘管（11）的出水口连接，所述压缩机（16）通过管道G5与冷凝器盘管（11）的进水口连接，所述水管G4上设置有节流阀（14）。

4.根据权利要求3所述的基于机械制冷的一体式蒸发冷却-冷凝冷水机组，其特征在于，所述水管G8通过蒸发器（15）后为室内空调末端供水，所述水管G8上还连接有水管G12，所述水管G12为室内空调末端供水。

5.根据权利要求4所述的基于机械制冷的一体式蒸发冷却-冷凝冷水机组，其特征在于，所述水管G2上设置有第一阀门（18）；所述水管G3上设置有第二阀门（19）；所述水管G9上设置有第三阀门（20）；所述水管G10上设置有第四阀门（21）；所述水管G8上设置有第五阀门（22）；所述水管G12上还设置有第六阀门（25）。

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