CN116839121A - 一种带正常和应急制冷功能的新型热管空调系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于核电厂主控室制冷技术领域，具体涉及一种带正常和应急制冷功能的新型热管空调系统，用于核电厂的主控室或电气设备间房间(18)的制冷，包括设有冷凝段和蒸发段的分离式热管(3)；冷凝段设置制冷机(1)用于带走冷凝段的冷凝散热量；蒸发段设有主动式冷梁(10)，用于吸收主控室或电气设备间房间(18)内部的热量，主动式冷梁(10)设置在主控室或电气设备间房间(18)内。本发明提供的新型热管空调系统通过制冷机(1)的冰蓄冷功能和分离式热管(3)的非能动换热的方式，相比传统空调加应急柴油机的能动模式，有效解决了成本高，可靠性差的问题。且本发明提供的新型热管空调系统在正常工况也可运行，降低正常通风系统的设备容量。
Description
技术领域
本发明属于核电厂主控室制冷技术领域，具体涉及一种带正常和应急制冷功能的新型热管空调系统。
背景技术
核电厂的主控室及电气间内电仪设备在运行过程中会产生大量热量，因此需要配置大功率空调设备降低房间温度，从而保障人员的工作环境及电仪设备稳定可靠地运行。为有效降低机房能耗，提高用电设备电能利用率，保证在正常和失电工况下空调系统连续运行，满足人员及电仪设备对温湿度的要求。
传统空调机组加载应急柴油机的能动模式，成本高，可靠性差，且设备机房与风管占用空间大，布置困难，风机输配能耗大。
水蓄冷加整体式热管的方式，水箱体积大，蓄冷密度低，热管长度小，服务范围受限。由于水蓄冷是利用冷冻水的显热进行贮存冷量，蓄冷量较低，且存在水的分层问题。整体式热管蒸发段和冷凝段可结合的冷热源形式单一，系统灵活性较差。
热管蒸发段放在室内，若仅采用自然对流不拓展蒸发段面积，外表面换热系数低，制冷功率难以满足要求。因而需提高蒸发段与冷凝段换热温差，增加能耗，若工作温度不匹配，且易造成热管干涸、失效的问题。
冰蓄冷融冰水直接供应至蒸发器的方式，水泄漏后会对电气设备产生危害。
若将冰槽直接置于室内缓慢融冰，会造成人员可居留房间湿度过高，不利于人员的热舒适和电气设备安全有效地运行。
发明内容
针对目前背景技术部分中的现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种用于核电厂的主控室或电气设备间的热管空调系统，该热管空调系统具备成本低，可靠性高，设备机房与风管占用空间小，布置简单的特点。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种带正常和应急制冷功能的新型热管空调系统，用于核电厂的主控室或电气设备间房间的制冷，其中，包括设有冷凝段和蒸发段的分离式热管；所述冷凝段设置制冷机用于提供冷源，带走所述冷凝段的冷凝散热量；所述蒸发段设有主动式冷梁，用于吸收所述主控室或电气设备间房间内部的热量，所述主动式冷梁设置在所述主控室或电气设备间房间内。
进一步，所述制冷机采用直接蒸发方式产生用于制冷的冰晶，具有制冰、蓄冰和融冰功能，具备蓄冰同时供冷的运行模式；在正常工况下，所述制冷机处于动态制冰/融冰模式，为所述分离式热管的所述冷凝段提供制冷；在事故工况下，所述制冷机通过融冰模式，利用所述冰晶中提前蓄存的冷量为所述分离式热管的所述冷凝段提供制冷；所述分离式热管的所述冷凝段置于所述制冷机的冰槽内。
进一步，
所述分离式热管包括若干相对应的所述蒸发段和所述冷凝段，采用分离式热管技术，以冷媒做为中间介质，相对的一个蒸发段和一个冷凝段之间通过一根蒸气上升管和一根液体下降管连接起来；
所述分离式热管的所述冷凝段为冷凝器，所述冷凝器与所述制冷机相连，所述制冷机提供的所述冰晶带走所述冷凝器的冷凝散热量；
所述分离式热管的所述蒸发段还设有冷辐射板和风机盘管，所述冷辐射板和所述风机盘管设置在所述主控室或电气设备间房间内；所述主动式冷梁、所述冷辐射板和所述风机盘管彼此通过独立的所述蒸发段连接至所述分离式热管；所述主动式冷梁、所述冷辐射板和所述风机盘管通过往末端盘管通入冷水，蒸发吸热，带走所述主控室或电气设备间房间内空气热量。
进一步，还包括与所述分离式热管和所述主动式冷梁相连的新风处理机组，所述新风处理机组包括空气过滤器、冷却器、加热器和第一风机；所述新风处理机组用于过滤冷却室外新风，为所述主动式冷梁提供一次风，诱导室内二次风。
进一步，还包括与所述主动式冷梁相连的压缩空气储气模块，所述压缩空气储气模块包括通过管线与所述主动式冷梁连通的应急压空储气罐，所述压缩空气储气模块用于在事故工况下为所述主动式冷梁提供诱导动力，并提供所述主控室或电气设备间房间内人员所需新风量，维持所述主控室或电气设备间房间内的相对湿度；所述压缩空气储气模块能够连续、稳定地输出所需的压缩空气。
进一步，
在正常工况下，所述制冷机处于动态制冰/融冰模式，所述新风处理机组投入使用，将被所述分离式热管中的冷媒冷却的新风送至所述主动式冷梁,为所述主动式冷梁提供诱导动力,用于诱导并冷却室内回风,并为所述主控室或电气设备间房间提供新风，保持室内空气品质；
在正常工况下，也能够将所述分离式热管中的冷媒直接通入所述冷辐射板或所述风机盘管，达到不同方式的供冷效果；
在事故工况下，所述新风处理机组，所述制冷机通过融冰模式，将所述冰晶中提前蓄存的冷量放出，将冷量供给所述主动式冷梁、所述冷辐射板和所述风机盘管，此时采用所述压缩空气储气模块中的压缩空气为所述主动式冷梁提供诱导动力，满足所述主控室或电气设备间房间内人员及用电设备的用冷需求。
进一步，在正常工况下，所述主动式冷梁属于空气-水诱导器系统，经所述新风处理机组冷却的一次风在冷梁内产生负压，诱导室内二次风并与之混合，共同送入所述主控室或电气设备间房间内。
进一步，所述风机盘管由第二风机和盘管组成，能自主独立运行；所述第二风机能够配置蓄电池。
进一步，还包括设置在所述主控室或电气设备间房间内的温度仪表及湿度仪表，用于监测所述主控室或电气设备间房间的温度和湿度。
进一步，所述制冷机采用具备蓄放冷功能的相变蓄冷水箱，所述相变蓄冷水箱使用的相变材料采用有机物加入纳米级粒子复合而成，封装于多孔扁管或金属圆管中，进行固-液转换。
本发明的有益效果在于：
1.本发明提供的新型热管空调系统通过制冷机1的冰蓄冷功能和分离式热管3的非能动换热的方式，相比传统空调加应急柴油机的能动模式，有效解决了成本高，可靠性差的问题。且本发明提供的新型热管空调系统在正常工况也可运行，降低正常通风系统的设备容量。
2.采用制冷机1的冰蓄冷加分离式热管3的方式，解决了传统的水蓄冷加整体热管系统中水箱体积大，蓄冷密度低，热管长度小，服务范围受限的问题。解决了将冰蓄冷融冰水直接供应至蒸发器中，若水泄漏对电气设备产生危害的问题。解决了冰蓄冷蓄冰槽在室内缓慢融冰，造成人员可居留房间湿度过高的问题。
3.采用主动式冷梁10、冷辐射板11、风机盘管12等末端装置，解决了热管的蒸发段仅采用自然对流，换热面积小，换热方式单一，造成外表面换热系数低，制冷量难以满足要求的问题。
4.采用分离式热管技术，以冷媒做为中间介质，将相互关联的一个蒸发段和一个冷凝段通过一根蒸气上升管和一根液体下降管连接起来，有效提高热管的适用性，导热性和均温性好，且低温侧和高温侧的流体不会因泄漏互相干扰；热管空调的蒸发段端通过采用主动式冷梁10、冷辐射板11、风机盘管12的形式，可实现对房间的温湿度进行控制。
5.传统冰蓄冷系统体量大，各部件分散布置，制融冰速度慢，灵活性较差，本发明提供的制冷机1是冰晶式蓄冷系统，装置紧凑，冰晶具有良好的流动性，蓄冰槽布置方便，有利用建筑一体化；冰晶无冰桥和冰死角的缺点，换热面积相比普通制冰系统大，即使空调负荷变化较大，制冷机1的冰晶系统也能保持稳定的出水温度；且由于供水温度低，能增强系统除湿能力，使得空调区域的相对湿度较低，提高舒适性和空调品质。
6.本发明提供的制冷机1的制冰过程连续，所生成的冰晶均匀，融冰释冷速率快；冰晶蓄冷为“动态”制冰方式，能实现低温送风，从而大大减小风管、冷却器尺寸和风机耗电量，降低热管空调系统的初投资。
7.压缩空气储气模块14可连续、稳定地输出所需的压缩空气，系统运行安全可靠，压缩空气储罐布局合理紧凑，占用空间小，保证主控室人员的呼吸用气。
8.热管空调末端(即蒸发段)同时采用风机盘管12或冷辐射板11的形式。风机盘管12由小功率的第二风机(可带蓄电池)和盘管组成，能自主独立运行，在气候潮湿的地区也适用，且自控要求简单；蒸发段通过与冷辐射板11结合，通过增加传热面积，提高热管空气侧的换热系数。与常规空调相比，冷辐射板11不会对人员造成吹风感，舒适性高。且能耗量低，可用温度较高的冷水，自我调节能力强，短时间内丧失冷源不会影响室内环境。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中所述的一种带正常和应急制冷功能的新型热管空调系统的示意图；
图2是本发明具体实施方式中所述的主动式冷梁10的示意图；
图中：1-制冷机，2-冷凝器，3-分离式热管，4-新风处理机组，5-空气过滤器，6-冷却器，7-加热器，8-第一风机，9-风管，10-主动式冷梁，11-冷辐射板，12-风机盘管，13-应急压空储气罐，14-压缩空气储气模块，15-温度仪表，16-湿度仪表，17-盘柜，18-主控室或电气设备间房间，19-风道，20-孔板槽，21-孔板，22-热交换器，23-混合区，24-送风口，25-隔板，26-喷嘴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，本发明提供的一种带正常和应急制冷功能的新型热管空调系统，用于核电厂的主控室或电气设备间房间18(简称“房间”)的制冷，其中，包括设有冷凝段和蒸发段的分离式热管3；冷凝段设置制冷机1用于提供冷源，带走冷凝段的冷凝散热量；蒸发段设有主动式冷梁10，用于吸收主控室或电气设备间房间18内部的热量，主动式冷梁10设置在主控室或电气设备间房间18内。
制冷机1采用直接蒸发方式产生用于制冷的冰晶，具有制冰、蓄冰和融冰功能(制/蓄/融冰一体机)，具备蓄冰同时供冷的运行模式；在正常工况下，制冷机1处于动态制冰/融冰模式，为分离式热管3的冷凝段提供制冷；在事故工况下，制冷机1通过融冰模式，利用冰晶中提前蓄存的冷量为分离式热管3的冷凝段提供制冷；分离式热管3的冷凝段置于制冷机1的冰槽内。
与常规热管相比，分离式热管3包括若干相对应的蒸发段和冷凝段，采用分离式热管技术，以冷媒做为中间介质，相对的一个蒸发段和一个冷凝段之间通过一根蒸气上升管和一根液体下降管连接起来；位于空调末端的热管蒸发段吸收房间的热量，内部工质受热蒸发，将热量传递给冷凝段的冰水，然后在重力和毛细力的作用下，冷凝回流到蒸发段，完成一个闭合循环，从而将大量的热量从加热段传到散热段；
分离式热管3的冷凝段为冷凝器2，冷凝器2与制冷机1相连，制冷机1提供的冰晶带走冷凝器2的冷凝散热量；
分离式热管3的蒸发段还设有冷辐射板11和风机盘管12，冷辐射板11和风机盘管12设置在主控室或电气设备间房间18内；主动式冷梁10、冷辐射板11和风机盘管12彼此通过独立的蒸发段连接至分离式热管3；主动式冷梁10、冷辐射板11和风机盘管12通过往末端盘管通入冷水，蒸发吸热，带走主控室或电气设备间房间18内空气热量(分离式热管3作为冷媒系统，连接蒸发段与冷凝段，起到中间桥梁的作用)。
还包括与分离式热管3和主动式冷梁10相连的新风处理机组4，新风处理机组4包括空气过滤器5、冷却器6、加热器7和第一风机8；新风处理机组4用于过滤冷却室外新风，仅在正常工况下为主动式冷梁10提供一次风，诱导室内二次风。
还包括与主动式冷梁10相连的压缩空气储气模块14，压缩空气储气模块14包括通过管线与主动式冷梁10连通的应急压空储气罐13，压缩空气储气模块14用于在事故工况下为主动式冷梁10提供诱导动力，并提供主控室或电气设备间房间18内人员所需新风量，维持主控室或电气设备间房间18内的相对湿度；压缩空气储气模块14能够连续、稳定地输出所需的压缩空气。
在正常工况下，制冷机1处于动态制冰/融冰模式，新风处理机组4投入使用，将被分离式热管3中的冷媒冷却的新风送至主动式冷梁10,为主动式冷梁10提供诱导动力,用于诱导并冷却室内回风,并为主控室或电气设备间房间18提供一定比例的新风，保持室内空气品质；
在正常工况下，也能够将分离式热管3中的冷媒直接通入冷辐射板11或风机盘管12，达到不同方式的供冷效果；
在事故工况下，新风处理机组4，制冷机1通过融冰模式，将冰晶中提前蓄存的冷量源源不断地放出，将冷量供给空调系统末端装置，包括主动式冷梁10、冷辐射板11和风机盘管12，此时采用压缩空气储气模块14中的压缩空气为主动式冷梁10提供诱导动力，满足主控室或电气设备间房间18内人员及用电设备的用冷需求。
在正常工况下，主动式冷梁10属于空气-水诱导器系统，经新风处理机组4冷却的一次风在冷梁内产生负压，诱导室内二次风并与之混合，共同送入主控室或电气设备间房间18内。如图2所示，主动式冷梁10的包括风道19，风道19的顶部密封，底部为第一敞开结构，在风道19的第一敞开结构中设置孔板槽20；孔板槽20顶部为第二敞口结构，底部为能够通过气流的孔板21，孔板槽20内部设置热交换器22(分离式热管蒸发段)；在孔板槽20的两侧与风道19的侧壁之间设有能够通过气流的混合区23，混合区23的底部作为主动式冷梁10的送风口24；在风道19内设置隔板25，隔板25位于孔板槽20的第二敞口结构的上方，隔板25上设置喷嘴26，喷嘴26位于混合区23的上方；一次风和二次风在主动式冷梁10内混合的具体的过程是：一次风通过喷嘴26的形成的高速气流在混合区23内产生负压，诱导室内二次风室内空气经过热交换器22换热后与一次风在混合区23混合，经出主动式冷梁10的送风口24送入主控室或电气设备间房间18内。
风机盘管12由小功率的第二风机和盘管组成，能自主独立运行；第二风机能够配置蓄电池。
还包括设置在主控室或电气设备间房间18内的温度仪表15及湿度仪表16，用于监测主控室或电气设备间房间18的温度和湿度。
制冷机1还可以采用具备蓄放冷功能的相变蓄冷水箱，相变蓄冷水箱使用的相变材料采用有机物(如月桂醇-辛酸)加入纳米级粒子(如SiC颗粒)复合而成，封装于多孔扁管或金属圆管中，进行固-液转换。能够进一步提高相变材料的导热系数和蓄放冷速度，从而提高了系统的蓄冷能力和压缩机效率，达到节能效果。
本发明所提供的一种带正常和应急制冷功能的新型热管空调系统的制冷设备容量和装设功率小于常规空调系统，其占用空间小、蓄能密度大，蓄冷温度低，在相同的空调负荷下，可减少冷水供应量和空调送风量，减少送风机容量和降低噪声污染，并能有效减小管道尺寸及电力需求，避免传统空调系统庞大、管路复杂导致布置空间不足，在失电工况因丧失冷源造成房间温度无法保证。且由于冰蓄冷在传热过程中的相变特性，能极大提高供冷量，节省运行费用。
热管在传热过程中，蒸发和冷凝侧的外表面传热热阻在热管总热阻中比重最大，为提高热管在自然对流环境下空气侧外表面的传热系数，本发明引入主动式冷梁10和冷辐射板11技术解决这一问题。二者通过对流换热冷却周围空气，同时以辐射的方式与周围的围护结构等壁面进行换热。为进一步强化换热，也便于在蒸发段和冷凝段布置翅片，达到良好的换热效果。
本发明由制冷机1(制/蓄/融冰一体机)、空调末端设备(包括主动式冷梁10、冷辐射板11和风机盘管12)及分离式热管3三部分协同运行，共同保证事故后一定时间内房间温度不超标。正常运行工况下，为使主动式冷梁10有效运行，设置新风处理机组4处理新风诱导室内二次风。由于主动式冷梁10有防结露要求，在房间布置温湿度传感器(温度仪表15和湿度仪表16)，检测室内空气温度及相对湿度。本发明通过温度较低的冷媒冷却新风，承担室内湿负荷及新风负荷，再将温度较高的冷媒通入主动式冷梁10的盘管，冷却室内二次风，承担室内显热负荷，二者相互匹配共同实现对房间的温湿度控制。事故工况下用压缩空气为主动式冷梁10提供一定诱导比的新风。此外，由于风机盘管12对一次风的送风参数要求低，且无需对房间湿度进行监测和控制，可与主动式冷梁10配合使用。冷辐射板11具有节能，温度分布均匀，噪音低，且占用空间小的特点，主动式冷梁10、冷辐射板11和风机盘管12三者互相配合，弥补不足，增加了热管空调系统的可靠性和灵活性。
本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。
Claims (10)
1.一种带正常和应急制冷功能的新型热管空调系统，用于核电厂的主控室或电气设备间房间(18)的制冷，其特征是：包括设有冷凝段和蒸发段的分离式热管(3)；所述冷凝段设置制冷机(1)用于提供冷源，带走所述冷凝段的冷凝散热量；所述蒸发段设有主动式冷梁(10)，用于吸收所述主控室或电气设备间房间(18)内部的热量，所述主动式冷梁(10)设置在所述主控室或电气设备间房间(18)内。
2.如权利要求1所述的一种带正常和应急制冷功能的新型热管空调系统，其特征是：所述制冷机(1)采用直接蒸发方式产生用于制冷的冰晶，具有制冰、蓄冰和融冰功能，具备蓄冰同时供冷的运行模式；在正常工况下，所述制冷机(1)处于动态制冰/融冰模式，为所述分离式热管(3)的所述冷凝段提供制冷；在事故工况下，所述制冷机(1)通过融冰模式，利用所述冰晶中提前蓄存的冷量为所述分离式热管(3)的所述冷凝段提供制冷；所述分离式热管(3)的所述冷凝段置于所述制冷机(1)的冰槽内。
3.如权利要求2所述的一种带正常和应急制冷功能的新型热管空调系统，其特征是：
所述分离式热管(3)包括若干相对应的所述蒸发段和所述冷凝段，采用分离式热管技术，以冷媒做为中间介质，相对的一个蒸发段和一个冷凝段之间通过一根蒸气上升管和一根液体下降管连接起来；
所述分离式热管(3)的所述冷凝段为冷凝器(2)，所述冷凝器(2)与所述制冷机(1)相连，所述制冷机(1)提供的所述冰晶带走所述冷凝器(2)的冷凝散热量；
所述分离式热管(3)的所述蒸发段还设有冷辐射板(11)和风机盘管(12)，所述冷辐射板(11)和所述风机盘管(12)设置在所述主控室或电气设备间房间(18)内；所述主动式冷梁(10)、所述冷辐射板(11)和所述风机盘管(12)彼此通过独立的所述蒸发段连接至所述分离式热管(3)；所述主动式冷梁(10)、所述冷辐射板(11)和所述风机盘管(12)通过往末端盘管通入冷水，蒸发吸热，带走所述主控室或电气设备间房间(18)内空气热量。
4.如权利要求3所述的一种带正常和应急制冷功能的新型热管空调系统，其特征是：还包括与所述分离式热管(3)和所述主动式冷梁(10)相连的新风处理机组(4)，所述新风处理机组(4)包括空气过滤器(5)、冷却器(6)、加热器(7)和第一风机(8)；所述新风处理机组(4)用于过滤冷却室外新风，为所述主动式冷梁(10)提供一次风，诱导室内二次风。
5.如权利要求4所述的一种带正常和应急制冷功能的新型热管空调系统，其特征是：还包括与所述主动式冷梁(10)相连的压缩空气储气模块(14)，所述压缩空气储气模块(14)包括通过管线与所述主动式冷梁(10)连通的应急压空储气罐(13)，所述压缩空气储气模块(14)用于在事故工况下为所述主动式冷梁(10)提供诱导动力，并提供所述主控室或电气设备间房间(18)内人员所需新风量，维持所述主控室或电气设备间房间(18)内的相对湿度；所述压缩空气储气模块(14)能够连续、稳定地输出所需的压缩空气。
6.如权利要求5所述的一种带正常和应急制冷功能的新型热管空调系统，其特征是：
在正常工况下，所述制冷机(1)处于动态制冰/融冰模式，所述新风处理机组(4)投入使用，将被所述分离式热管(3)中的冷媒冷却的新风送至所述主动式冷梁(10),为所述主动式冷梁(10)提供诱导动力,用于诱导并冷却室内回风,并为所述主控室或电气设备间房间(18)提供新风，保持室内空气品质；
在正常工况下，也能够将所述分离式热管(3)中的冷媒直接通入所述冷辐射板(11)或所述风机盘管(12)，达到不同方式的供冷效果；
在事故工况下，所述新风处理机组(4)，所述制冷机(1)通过融冰模式，将所述冰晶中提前蓄存的冷量放出，将冷量供给所述主动式冷梁(10)、所述冷辐射板(11)和所述风机盘管(12)，此时采用所述压缩空气储气模块(14)中的压缩空气为所述主动式冷梁(10)提供诱导动力，满足所述主控室或电气设备间房间(18)内人员及用电设备的用冷需求。
7.如权利要求6所述的一种带正常和应急制冷功能的新型热管空调系统，其特征是：在正常工况下，所述主动式冷梁(10)属于空气-水诱导器系统，经所述新风处理机组(4)冷却的一次风在冷梁内产生负压，诱导室内二次风并与之混合，共同送入所述主控室或电气设备间房间(18)内。
8.如权利要求3所述的一种带正常和应急制冷功能的新型热管空调系统，其特征是：所述风机盘管(12)由第二风机和盘管组成，能自主独立运行；所述第二风机能够配置蓄电池。
9.如权利要求1所述的一种带正常和应急制冷功能的新型热管空调系统，其特征是：还包括设置在所述主控室或电气设备间房间(18)内的温度仪表(15)及湿度仪表(16)，用于监测所述主控室或电气设备间房间(18)的温度和湿度。
10.如权利要求2所述的一种带正常和应急制冷功能的新型热管空调系统，其特征是：所述制冷机(1)采用具备蓄放冷功能的相变蓄冷水箱，所述相变蓄冷水箱使用的相变材料采用有机物加入强化换热的纳米级粒子复合而成，封装于多孔扁管或金属圆管中，进行固-液转换。
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| CN117704540B (zh) * | 2024-02-04 | 2024-05-24 | 无锡菲兰爱尔空气质量技术有限公司 | 一种搭配冷梁的辐射末端系统控制装置及其方法 |
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