CN118189667A - 二级冷凝蒸发式冷凝器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二级冷凝蒸发式冷凝器及其控制方法，包括横向并列布置的一级换热器和二级换热器；还包括位于一级换热器和二级换热器之间的挡风隔板。挡风隔板向上至壳体的顶板，前后至壳体的前后壁板，下端位于换热器的下端部。还包括分别位于一级换热器和二级换热器上方的各一套喷淋机构，两套喷淋机构分别连接有循环水泵。还包括分别位于一级换热器和二级换热器上方的循环风机。本发明冷凝器内部具有更大的温度梯度，并且冷凝器的排热负荷更便于调节。

Description

二级冷凝蒸发式冷凝器及其控制方法

技术领域

本发明属于热交换技术领域，涉及一种蒸发式冷凝器并涉及所述蒸发式冷凝器的控制方法。

背景技术

蒸发式冷凝中，两级以上换热冷凝具备独特的优势。主要体现在：通过前一级冷凝使管（板）程内介质部分液化，这部分已经液化的介质提前排出系统，气相介质进入后一级换热器继续冷凝。这种方式具有冷凝速度和换热效率更高的特点。

作为现有技术的蒸发式冷凝器一般将换热器布置于壳体内部同一个空间中，针对换热器前后不同区域，循环风和喷淋水的作用程度难于区分调整。其主要缺点是，第一、冷凝器内温度梯度小，能量调整困难，难于适应两级以上换热冷凝的需求；第二、对于大型蒸发冷，换热管过长，管长甚至超过40米，导致流体阻力过大，影响换热效果，这是多年来困扰制冷行业的一个难题。第三、换热器结垢块，增加了运行成本。

另一方面，在实际应用过程中，蒸发式冷凝器换热负荷的波动是非常大的。如春秋季与夏季之间，特别是冬季和夏季之间，排热负荷均存在很大差导。用户都是按照夏季最大排热负荷选配蒸发冷。调节蒸发冷排热量的一般控制方法是，设定制冷压缩机的排气压力在一定的范围内。如0.9Mpa到1.2Mpa之间，压缩机的排气压力到0.9Mpa时，循环风机停，只有喷淋水运行。排气压力到1.2MPa时，循环风机开。在排热负荷较小时，循环风机需要频繁开停，有时20分钟就开停一次。频繁开停影响设备使用寿命，并且导致压缩机的制冷量不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种二级冷凝蒸发式冷凝器及其控制方法，冷凝器内部具有更大的温度梯度，并且更便于调节冷凝器的排热负荷。

本发明的技术方案如下：

二级冷凝蒸发式冷凝器，包括壳体，安装在壳体内部的换热器，设置在所述换热器下方的循环水箱，设置在所述换热器上方的喷淋机构，设置在所述喷淋机构上方的疏水器，安装在壳体外侧的循环风机以及安装在壳体外侧的循环水泵，壳体开设有进风口，循环水箱连接有补充水管，所述换热器包括横向并列布置的一级换热器和二级换热器；其中一级换热器的进气端连接有进气管，出口端连接有气液分离集管；所述气液分离集管的上方设置有通过过渡管与气液分离集管相连通的二级进气集管；所述二级换热器的进气端连接所述二级进气集管，二级换热器的出液端连接所述气液分离集管；所述气液分离集管连接有出液管；

所述蒸发式冷凝器还包括位于一级换热器和二级换热器之间的挡风隔板；所述挡风隔板向上穿过所述疏水器至壳体的顶板，前后至壳体的前后壁板，下端位于所述换热器的下端部；

所述喷淋机构包括分别位于一级换热器和二级换热器上方的一级喷淋机构和二级喷淋机构；一级喷淋机构通过循环水管和一级循环水泵连接所述循环水箱，二级喷淋机构通过循环水管和二级循环水泵连接所述循环水箱；所述挡风隔板位于一级喷淋机构和二级喷淋机构之间；

所述循环风机包括分别位于一级换热器和二级换热器上方的一级循环风机和二级循环风机。

优选地，所述补充水管与所述循环水箱之间的连接位置位于二级换热器下方，以确保二级循环水泵抽出的喷淋水温度低于一级循环水泵抽出的喷淋水温度。

进一步优选地，所述循环水箱中安装有隔水板，所述隔水板将循环水箱内空间隔离为两个区域；该两个区域分别为与一级循环水泵相连接的高温水区域和与二级循环水泵相连接的低温水区域。

更进一步优选地，所述隔水板上开有用于水位平衡的连通孔，以确保所述两个区城水位一致。

优选地，所述过渡管纵向设置；过渡管下端与气液分离集管之间的连接位置高于一级换热器出口端与气液分离集管之间的连接位置，并且高于二级换热器出液端与气液分离集管之间的连接位置。

优选地，所述进风口为开设在壳体上并且位于一级换热器下方的一级进风口和开设在壳体上并且位于二级换热器下方的二级进风口；其中一级进风口带有开关门，二级进风口为常开进风口。

所述二级冷凝蒸发式冷凝器的控制方法，通过选择以下方式之一进行控制：

第一种方式：一级进风口处于开启状态，一级喷淋机构和二级喷淋机构均处于工作状态；开启一级循环风机和二级循环风机分别作用于一级换热器和二级换热器；

第二种方式：一级进风口处于开启状态，一级循环水泵和二级循环水泵均处于停止状态，开启一级循环风机和二级循环风机分别作用于一级换热器和二级换热器；

第三种方式：一级进风口处于开启状态，一级循环水泵停止，二级循环水泵处于开启状态，开启一级循环风机和二级循环风机分别作用于一级换热器和二级换热器；一级换热器实现风冷冷却；二级换热器实现喷淋水加循环风冷却；

第四种方式：一级进风口处于关闭状态，一级循环风机开启，一级喷淋水泵停止，一级换热器实现单独风冷冷凝；并且二级循环水泵开启，二级循环风机停止，二级换热器实现单独水冷冷却；

第五种方式：一级进风口处于关闭状态，一级循环风风机、一级喷淋水泵、二级循环风机和二级循环水泵全部处于开启状态。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果。

第一、本发明两级换热器在两个不同的区域内冷凝。两个区域的喷淋冷却水能建立足夠大的温差。二级换热器喷淋水泵入口处的水温低于一级换热器循环水泵入口的水温。使二级换热器内部被冷凝的介质蒸气温度更低，二级换热器内部的静态冷凝压力明显低于一级换热器内被冷凝介质的静态冷凝压力。这样，一级换热器内部的静态冷凝压力的与二级换热器的静态冷凝压力建立起更大的压力差。这种压力差能夠抵消一级换热器内介质流动所产生的阻力，能使压缩机的排气压力降低。同时，这种压力差使得一级换热器内部被冷凝的介质的流动速度加快，排冷凝液体的速度加快，并且冷凝换热器内表面的冷凝液膜更薄。因此提升了冷凝器的整体换热效率及冷凝效果。换热器内整体冷凝压力降低，使得制冷压缩机的排气压力降低，压缩机的轴功率降低，不仅达到了节电目的，而且压缩机运行工况更好，安全隐患降低，使用寿命延长。

第二、本发明蒸发冷的排热量可以根据环境温度情况实现多级调节。能够根据排热负荷的大小，结合实际情况，对循环风机及循环水泵进行交替或搭配开停。操作灵活方便。调节范围大。

第三、降低结水垢，可以实现运行过程中爆水垢。本发明蒸发冷的换热效率及冷凝效果的提高，降低了制冷压缩机的排气压力，压缩机的轴功率降低，使排到蒸发冷的热负荷降低，水的蒸发量减少，结水垢程度降低。由于在环境温度低的情况下，一级换热器的喷淋水可以停止，只开二级换热器的喷淋水系统，第一级换热器实现风冷，第二级实现喷淋水蒸发式冷凝。一部分热量被风带走，可以大幅降低水的蒸发，结水垢降低。风冷的过程中，再加上热胀冷缩的作用，原一级换热器上的水垢还可以自行爆裂脱除。

第四、本发明关闭一级进风口的方案中，一级换热器的进风来自二级换热器的下方，该设计的最突出优点是，在排热负荷较小的时候，可以只开一级循环风机，停一级喷淋水泵，一级换热器实现单独风冷冷凝，而且，一级换热器的进风是经过二级冷凝换热器的下方，二级换热器只有喷淋水运行，二级循环风机处于停止状态，二级换热器实现单独水冷冷凝。二级喷淋落水过程中又给喷淋水降了温，在一级循环风的作用下，二级喷淋水的温度连续降低。同时由于一级循环风带走的大量热量，可以减少了喷淋水的总蒸发量，不仅节约用水，而且又减轻了换热器的结垢。上述排热负荷调节方法，使得制冷压缩机的运行稳定性提高，压缩机的使用寿命延长。一级循环风从二级冷凝换热器的下方经过还有一个优点，当热负荷较大时，一级循环风风机、一级喷淋水泵、二级循风风机和二级喷淋水泵都开启时，一二级循环风都经过二级喷淋落水处，使二级喷淋水的降温效果更好，循环水温更低，逆流冷凝优势更加明显。蒸发冷凝器的整体冷凝效果得到进一步提高。二级冷凝喷淋水温度的有效降低的积极效果还体现在，二级冷凝换热器的内部静态饱和冷凝压力更低。因此一级换热器内的介质流动速度加快，排冷凝液体速度加快，一级换热器内部表面的冷凝液膜更薄。流动速度的加快和冷凝液膜的变薄，使换热效率及冷凝效果更好。并且蒸发冷换热器的整体压力降进一步降低，制冷效果进一步增加。其次是，排冷凝液体的过程中，闪蒸现象更加明显，排冷凝液体的温度更低，制冷系数进一步提高，单位耗电的制冷量增加。

附图说明

图1是本发明实施例的整体结构示意图。

图中，1、壳体，2、一级换热器，3、进气管，4、平衡管，5、一级喷淋机构，6、一级疏水器，7、一级循环风机，8、二级循环风机，9、二级疏水器，10、二级喷淋机构，11、挡风隔板，12、二级换热器，13、二级进风口，14、补充水管，15、二级循环水泵，16、循环水箱，17、隔水板，18、连通孔，19、一级循环水泵，20、一级进风口，21、出液管，22、一级进气集管，23、气液分离集管，24、二级进气集管，25、过渡管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明。

以下是本发明蒸发式冷凝器的实施例。

如图1，本实施例包括壳体1，安装在壳体1内部的换热器，设置在所述换热器下方的循环水箱16，设置在所述换热器上方的喷淋机构，设置在所述喷淋机构上方的疏水器，安装在壳体1顶部外侧的循环风机以及安装在壳体1外侧的循环水泵，壳体1开设有进风口，循环水箱16连接有补充水管14。所述补充水管14用于向循环水箱16内连续补入低温水（比如地下水）。

所述换热器包括横向并列布置的一级换热器2和二级换热器12。其中一级换热器2的进气端通过一级进气集管22连接有进气管3，出口端连接有气液分离集管23。所述气液分离集管23的上方设置有通过过渡管25与气液分离集管23相连通的二级进气集管24，所述二级换热器12的进气端连接所述二级进气集管24，二级换热器12的出液端连接所述气液分离集管23。所述气液分离集管23连接有外端位于壳体1外侧的出液管21。

一个实施例中，所述进风口为常规设置。另一个实施例中，所述进风口为开设在壳体1上并且位于一级换热器2下方的一级进风口20和开设在壳体1上并且位于二级换热器12下方的二级进风口13。

所述另一个实施例中，所述进风口为开设在壳体1靠近一级换热器2的一侧壁板上的一级进风口20和开设在壳体1靠近二级换热器12的一侧壁板上的二级进风口13。其中一级进风口20带有开关门，二级进风口13为常开进风口。

进一步地，所述过渡管25纵向设置。过渡管25下端与气液分离集管23之间的连接位置高于一级换热器2出口端与气液分离集管23之间的连接位置，并且高于二级换热器12出液端与气液分离集管23之间的连接位置。这样设计的目的是在气液分离集管23中分离出来的气相进入二级换热器12。

进一步地，所述二级进气集管24连接有外端位于壳体1外侧的平衡管4。

经所述进气管3进入换热器的介质可以是蒸气，也可以是高温高压制冷剂气体，本实施例以高温高压蒸气为例。

本实施例还包括位于所述一级换热器2和二级换热器12之间的挡风隔板11。所述挡风隔板11向上穿过所述疏水器至壳体1的顶板，前后至壳体1的前后壁板，下端位于所述换热器的下端部。一般情况下所述一级换热器2和二级换热器12下端平齐，挡风隔板11下端与换热器下端平齐，或者略高于换热器下端，或者略低于换热器下端。

本实施例所述喷淋机构包括分别位于所述一级换热器2和二级换热器12上方的一级喷淋机构5和二级喷淋机构10，一级喷淋机构5通过循环水管和一级循环水泵19连接所述循环水箱16，二级喷淋机构10通过循环水管和二级循环水泵15连接所述循环水箱16。所述喷淋机构包括与所述循环水管相通的喷淋管以及安装在所述喷淋管上的若干个喷嘴，所述喷嘴用于向所述换热器喷淋循环水。所述挡风隔板11位于一级喷淋机构5和二级喷淋机构10之间。

本实施例所述疏水器包括分别位于所述一级换热器2和二级换热器12上方的一级疏水器6和二级疏水器9。所述挡风隔板11位于一级疏水器6和二级疏水器9之间。所述疏水器还可以是一个疏水器，所述挡风隔板11穿过该一个疏水器。

本实施例所述循环风机包括分别位于所述一级换热器2和二级换热器12上方的一级循环风机7和二级循环风机8。

通过上述结构设置使一级换热器2、二级换热器12所处空间及各自上方空间被挡风隔板11分成两个空间。一级循环风机7和二级循环风机8的进风端分别连通所述两个空间并分别作用于一级换热器2和二级换热器12。

进一步地，所述补充水管14与所述循环水箱16之间的连接位置位于二级换热器12下方，以确保二级循环水泵15抽出的喷淋水温度低于一级循环水泵19抽出的喷淋水温度。更进一步地，所述补充水管14与所述循环水箱16之间的连接位置位于壳体1的一侧，并且该一侧与二级循环水泵15连接循环水箱16的一侧为同一侧，以确保二级循环水泵15抽出的喷淋水温度更低。

再进一步地，所述循环水箱16中安装有隔水板17。所述隔水板17将循环水箱16内空间隔离为两个区域，该两个区域分别为与一级循环水泵19相连接的高温水区域和与二级循环水泵15相连接的低温水区域。所述隔水板17可以隔离为两个部分相通的区域，比如隔水板17中部开设连通孔18，再比如隔水板17其中一端与壳体1壁板之间留有过水通道，再比如隔水板17上侧低于循环水箱16内水位。也可以不设隔水板17

以下是本发明蒸发式冷凝器的控制方法实施例。

通过以下五种方式中的一种或两种以上调节一级换热器2与二级换热器12所处区域（壳程）的换热条件。

第一种方式：一级进风口20处于开启状态，一级喷淋机构5和二级喷淋机构10均处于工作状态。开启一级循环风机7和二级循环风机8分别作用于一级换热器2和二级换热器12。

第一种方式一般适合于以下工况：环境温度在20℃以上。

第二种方式：一级进风口20处于开启状态，一级喷淋机构5和二级喷淋机构10均处于停止状态。一级循环水泵19和二级循环水泵15均处于停止状态。作用于一级换热器2的一级循环风机7和作用于二级换热器12的二级循环风机8均处于工作状态。一级换热器2和二级换热器12均为风冷状态。

第二种方式一般适合于以下工况：环境温度在0℃以下。

第三种方式：一级进风口20处于开启状态，一级喷淋机构5处于停止状

态，二级喷淋机构10处于工作状态。一级循环水泵19处于停止状态，二级循环水泵15处于开启状态；作用于一级换热器2的一级循环风机7和作用于二级换热器12的二级循环风机8均处于工作状态。一级换热器2处于风冷凝状态，二级换热器12处于喷淋水加风冷状态。

第三种方式一般适合于以下工况：环境温度在0℃~20℃之间。

第四种方式：一级进风口20处于关闭状态，开一级循环风机7，停一级喷淋水泵19，一级换热器2实现单独风冷冷凝，这种情况下一级换热器2的进风是经过二级冷凝换热器12的下方；并且开二级循环水泵15，停二级循环风机8，二级换热器12实现单独水冷冷凝。

第四种方式一般适合于以下工况：环境温度在0℃~16℃

第五种方式：一级进风口20处于关闭状态，一级循环风风机7、一级喷淋水泵19、二级循环风机8和二级循环水泵15全部开启。

第五种方式一般适合于以下工况：环境温度在25℃以上。

Claims (7)

1.二级冷凝蒸发式冷凝器，包括壳体（1），安装在壳体（1）内部的换热器，设置在所述换热器下方的循环水箱（16），设置在所述换热器上方的喷淋机构，设置在所述喷淋机构上方的疏水器，安装在壳体（1）外侧的循环风机以及安装在壳体（1）外侧的循环水泵，壳体（1）开设有进风口，循环水箱（16）连接有补充水管（14），其特征在于：所述换热器包括横向并列布置的一级换热器（2）和二级换热器（12）；其中一级换热器（2）的进气端连接有进气管（3），出口端连接有气液分离集管（23）；所述气液分离集管（23）的上方设置有通过过渡管（25）与气液分离集管（23）相连通的二级进气集管（24）；所述二级换热器（12）的进气端连接所述二级进气集管（24），二级换热器（12）的出液端连接所述气液分离集管（23）；所述气液分离集管（23）连接有出液管（21）；

所述蒸发式冷凝器还包括位于一级换热器（2）和二级换热器（12）之间的挡风隔板（11）；所述挡风隔板（11）向上穿过所述疏水器至壳体（1）的顶板，前后至壳体（1）的前后壁板，下端位于所述换热器的下端部；

所述喷淋机构包括分别位于一级换热器（2）和二级换热器（12）上方的一级喷淋机构（5）和二级喷淋机构（10）；一级喷淋机构（5）通过循环水管和一级循环水泵（19）连接所述循环水箱（16），二级喷淋机构（10）通过循环水管和二级循环水泵（15）连接所述循环水箱（16）；所述挡风隔板（11）位于一级喷淋机构（5）和二级喷淋机构（10）之间；

所述循环风机包括分别位于一级换热器（2）和二级换热器（12）上方的一级循环风机（7）和二级循环风机（8）。

2.如权利要求1所述的二级冷凝蒸发式冷凝器，其特征在于：所述补充水管（14）与所述循环水箱（16）之间的连接位置位于二级换热器（12）下方，以确保二级循环水泵（15）抽出的喷淋水温度低于一级循环水泵（19）抽出的喷淋水温度。

3.如权利要求2所述的二级冷凝蒸发式冷凝器，其特征在于：所述循环水箱（16）中安装有隔水板（17），所述隔水板（17）将循环水箱（16）内空间隔离为两个区域；该两个区域分别为与一级循环水泵（19）相连接的高温水区域和与二级循环水泵（15）相连接的低温水区域。

4.如权利要求3所述的二级冷凝蒸发式冷凝器，其特征在于：所述隔水板（17）上开有用于水位平衡的连通孔（18），以确保所述两个区城水位一致。

5.如权利要求1所述的二级冷凝蒸发式冷凝器，其特征在于：所述过渡管（25）纵向设置；过渡管（25）下端与气液分离集管（23）之间的连接位置高于一级换热器（2）出口端与气液分离集管（23）之间的连接位置，并且高于二级换热器（12）出液端与气液分离集管（23）之间的连接位置。

6.如权利要求1至5任意一项所述的二级冷凝蒸发式冷凝器，其特征在于：所述进风口为开设在壳体（1）上并且位于一级换热器（2）下方的一级进风口（20）和开设在壳体（1）上并且位于二级换热器（12）下方的二级进风口（13）；其中一级进风口（20）带有开关门，二级进风口（13）为常开进风口。

7.权利要求6所述二级冷凝蒸发式冷凝器的控制方法，其特征在于通过选择以下方式之一进行控制：

第一种方式：一级进风口（20）处于开启状态，一级喷淋机构（5）和二级喷淋机构（10）均处于工作状态；开启一级循环风机（7）和二级循环风机（8）分别作用于一级换热器（2）和二级换热器（12）；

第二种方式：一级进风口（20）处于开启状态，一级循环水泵（19）和二级循环水泵（15）均处于停止状态，开启一级循环风机（7）和二级循环风机（8）分别作用于一级换热器（2）和二级换热器（12）；

第三种方式：一级进风口（20）处于开启状态，一级循环水泵（19）停止，二级循环水泵（15）处于开启状态，开启一级循环风机（7）和二级循环风机（8）分别作用于一级换热器（2）和二级换热器（12）；一级换热器（2）实现风冷冷却；二级换热器（12）实现喷淋水加循环风冷却；

第四种方式：一级进风口（20）处于关闭状态，一级循环风机（7）开启，一级喷淋水泵（19）停止，一级换热器（2）实现单独风冷冷凝；并且二级循环水泵（15）开启，二级循环风机（8）停止，二级换热器（12）实现单独水冷冷却；

第五种方式：一级进风口（20）处于关闭状态，一级循环风风机（7）、一级喷淋水泵（19）、二级循环风机（8）和二级循环水泵（15）全部处于开启状态。