CN200946950Y - 大中型内冷式冷凝机组软化水自动喷淋降温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大中型内冷式冷凝机组软化水自动喷淋降温装置，它包括软水器、储水箱、增压机构、控制阀和雾化喷头，软水器连接储水箱的入水口，储水箱的出水口经增压机构、控制阀与置于空调机组冷凝器下方的雾化喷头相连接。增压机构一种是直接采用常开式变流量增压泵；另一种包括常流量增压泵、单向水阀和压力储水箱，压力储水箱的出水口经管道依次连接常流量增压泵、单向水阀和压力储水箱再与控制阀连接。本实用新型对冷凝机组无需改动或调整，只需在冷凝器翅片下方安装雾化喷头，经试验测试，机房专用空调的室外冷凝压力下降了4－5kgf/cm²，既冷凝温度从60℃降低至50℃，并推算出机组的节能效率约为20％。

Description

大中型内冷式冷凝机组软化水自动喷淋降温装置

一、技术领域

本实用新型涉及一种自动喷淋降温装置，具体的说是一种应用于大中型内冷式冷凝机组上的软化水自动喷淋降温装置。

二、背景技术

随着地球大气层温室效应的不断加居，近年来的夏季室外气温比往年越来越高。恶劣的散热条件使得大中型内冷式冷凝机组的散热效果明显减弱。现以中国联通有限公司北京京门大厦通信机房专用空调室外机组(属内冷式冷凝机组)安装平台为例，由于该大厦原先土建设计是用于商厦，后期被联通购买后转型成通信机房。故机房专用空调室外机组没有理想的位置，只能见缝插针式的在大厦周围安装机房专用空调室外机组。目前运行环境最恶劣的区域是大厦北侧的五层室外平台，在一条一百米长，四米宽的窄长性通道中被安装了五十多台加拿大佳力图机房专用空调(六万/七万大卡)的内冷式冷凝机组，在通道的两个长边方向有很高的墙体或隔音屏障阻挡空气的横向流通，通风效果很差。一到夏季，当外界气温达到30℃时，而在五层室外平台中的空气温度将达到50℃以上(离地1.5米高处测量)！一旦大气气温上升至35℃，机房专用空调普遍出现高压警报而宕机，严重影响机房温度的稳定性。

空调机组的理论制冷系数ε为空调设备单位耗功所能获得的制冷量，是表示空调设备节能型好坏的一个重要参数，用以下公式表示：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{T0}{\mathrm{Tk}-T0}$ 其中：

T0—蒸发器的蒸发温度，单位：K；

Tk—冷凝器的冷凝温度，单位：K；

K＝℃+273。

根据上述公式分析，空调制冷系统的蒸发温度是与机房内温度有关的，机房设定的温度值越高，T0值会越高(0～7.2℃范围之间变化)；冷凝温度是与室外气温有关的，室外气温越高，Tk值会越高。

下面以蒸发温度和冷凝温度的变化来推算制冷系统的制冷系数变化情况。

1、假定冷凝温度为55℃不变，则把机房的温度提升，使得蒸发温度从5℃升高6℃，则理想制冷系数ε由5.56W/W上升至5.69W/W，上升率约2.3％。另外，每把机房温度提升1℃，相应外界向机房的传热量也相应降低6％左右，综合一下，机房整体节能将达8％左右！

2、假定蒸发温度为5℃不变，如果室外气温上升，使得制冷系统的冷凝温度从原先的55℃升高至56℃(升高1℃)，则制冷系统的理想制冷系数ε由原先的5.56W/W下降至5.45W/W，下降率约2.0％。

从上述推算结果来看，要想空调达到节能，在空调设备选定后，有两种基本途径可以获得。一种方法是在机房电子设备允许的范围内，尽量把机房温度设高，该方法虽然可以达到节能降耗的目的，但是对机房内昂贵的设备可能会带来负面影响；而另一种方法是设法降低冷凝器的冷凝温度值，目前现有的大中型内冷式冷凝机组冷凝器的降温都是采用风冷方式，其在夏日工作时已不能满足需要，而如果不采取其他辅助降温措施的话，为了保证热量从制冷剂传递给外界空气，冷凝温度会随着大气温度的上升而提升很高，直至发生高压警报为止，其结果是直接影响制冷系统的产冷量，加大压缩机的功耗，但目前业内尚未见有关辅助降温措施的报道。

三、发明内容

1、发明目的：本实用新型的目的是提供一种在不改变冷凝器的散热面积及风量的前提下，增设自动喷淋降温装置，使得冷凝器的散热量由冷却空气和水两部分媒介来承担，相应降低了冷凝器向冷却空气的散热量。

2、技术方案：本实用新型所述的一种大中型内冷式冷凝机组软化水自动喷淋降温装置，其特征是：它包括软水器、储水箱、增压机构、控制阀和雾化喷头，所述软水器一端与水源相连接，其另一端连接储水箱的入水口，储水箱的出水口与提高软化水压力的增压机构相连接，该增压机构经控制阀与置于空调机组冷凝器下方的雾化喷头相连接。

本实用新型将水直接喷洒在冷凝器翅片上进行汽化吸热，使得冷凝器的散热量增大，散热效率提高，并且通过将喷淋水增压，再经雾化喷头产生雾化水滴，微小的水滴被冷却空气带到冷凝器的翅片表面，其一旦接触到热翅片后，会进行汽化吸热，最终转变成水蒸气。水所发生的汽化吸热过程是物态的转变过程，在满足同样的散热量条件下，雾化水滴耗水量比直接喷射要少得多。例如：水的比潜热约为2450kj/kg，而冷却水喷射到翅片后温升最多只有10℃，即每公斤冷却水只能带走42kj的热量，所以理论上雾化喷淋得耗水量只是直接水喷淋冷却的1/60。

其中，增压机构有两种方案，一种是直接采用常开式变流量增压泵；另一种方案包括常流量增压泵、单向水阀和压力储水箱，压力储水箱的出水口经管道依次连接常流量增压泵、单向水阀和压力储水箱再与控制阀连接。

在压力储水罐顶部至少设置以下几个接口，一个是压差控制器，其与常流量增压泵的控制回路连锁实现联动控制，在气压低时启动增压水泵，维持压力储水罐的压力，一个是氮气充入口，通过充入口向压力罐充入40％-50％总体积的干燥氮气，利用气体的压缩性调控水的压力，当压力罐的水位降低后，上部的氮气体积膨大，相应气压降低，此时压差控制器发出指令启动增压泵供水，随着水位的上升，上部的氮气体积变小，相应气压升高，当达到额定压力时压差控制器发出指令关闭增压泵。此外还可以设置一个是压力指示表接口接入压力表，用于维护人员掌握系统的内部压力变化情况。在增压水泵与压力储水罐之间还必须安装一个单向水阀，防止水泵停机后水会倒流之软化水储水箱中。

控制阀可以是防水电磁阀，该防水电磁阀经压力开关与空调压缩机的排气管相连接实现联动。当压缩机的排气压力高于压力开关的设定值后，压力开关导通电磁阀电源，启动喷淋装置。

所述软水器是离子置换式软水器或其它形式的软水器。

为了防止储水箱内的水位过高和过低，在储水箱内设有高水位保护行程开关和低水位保护行程开关。在软水器和储水箱之间安装有进水电磁阀，进水电磁阀的控制电路与高水位保护行程开关相连接。而低水位保护行程开关则与常流量增压泵的控制电路连接实现联动。

3、有益效果：本实用新型对冷凝机组各设备无需进行改动或安装位置的调整，只需在冷凝器的翅片下方安装雾化喷头，对室外空间有限的场所非常有效，还适用于对现有冷凝机组的改造，经试验测试，机房专用空调的室外冷凝压力从原先的23～24kgf/cm²降低至18～19kgf/cm²，下降4-5kgf/cm²。既冷凝温度从60℃降低至50℃达10度之多，根据上述的概算公式，粗略推算出机组的节能效率约为20％。

四、附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1中喷嘴部分的主视图；

图3是本实用新型的电气控制原理图；

图4是活塞式制冷压缩机的值对照图。

五、具体实施方式

如图1、图2所示是本实用新型所述的大中型内冷式冷凝机组软化水自动喷淋降温装置，它包括软水器1、储水箱2、增压机构、控制阀3和雾化喷头4，所述软水器1是离子置换式软水器，其一端与水源相连接，另一端经进水电磁阀13连接储水箱2的入水口，储水箱2内设有高水位保护行程开关11和低水位保护行程开关12，其中，高水位保护行程开关11与进水电磁阀13的控制电路相连接实现对储水箱2内的高水位保护控制，而低水位保护行程开关12与常流量增压泵5的控制电路连接实现联动。储水箱2的出水口与增压机构相连接，该增压机构包括常流量增压泵5、单向水阀6和压力储水箱7，储水箱2的出水口依次连接常流量增压泵5、单向水阀6和压力储水箱7，之后经控制阀3与置于空调机组冷凝器下方的雾化喷头4相连接。在压力储水箱7顶部设有氮气充入口8、压差控制器9和压力表14，压差控制器9与常流量增压泵5的控制电路连接实现联动控制。控制阀3是防水电磁阀，该防水电磁阀经压力开关10与空调压缩机的排气管相连接实现联动。图3给出了喷淋装置的电气原理图。

下面详细介绍喷淋装置的组成：

(1)软水器

由于城市自来水或多或少含有钙镁离子，尤其是北方区域，城市自来水水质太硬，如果直接利用楼宇提供的自来水增压后直接喷射到冷凝器的薄铝翅片上，长时间后会在翅片表面产生一层很厚的水垢，为了解决这一难题，本实用新型在喷淋装置中增设了一套软化水处理器，保障喷淋水不含结垢离子，使得该装置能适用于全国各个区域。

软水器容量的选择应根据被改造项目室外冷凝器数量来定，一般按以下方式计算：

Q＝[N*n]*35(l/h)*P

式中，Q—软水器的额定流量，单位：升/小时；

N—系统中冷凝器数量，单位：个；

n—每个冷凝器所安装的雾化喷头数量，单位：个；

35l/h—为单个雾化喷头在6公斤压力下的水流量；

P—冷凝器的启动同步率，根据机房空调的备用情况，一般取值范围在40％-60％之间。

(2)储水箱

考虑到软水器的置换作用和大厦的临时停水，必须对软化水有一定的储备能力，在软水器之后的储水箱就是有力保障。储水箱的体积要视安装现场和初投资规模而定，在条件允许的情况下，应当把储水箱尽量做大些。

(3)增压泵、高压储水罐

为了保证雾化喷头的正常喷雾，进入喷头的软化水必须增压至4kgf/cm²以上。考虑到冷凝器的启动不定时性，整个系统所需的水流量是不确定的。为了达到喷头前的高压要求，一种方法是采用常开式变流量增压泵，还有一种方法是采用常流量增压泵加一个压力储水箱，增压泵间断的向压力储水箱补充水，保持压力储水箱的水压不低于要求值。变量泵的初投资高，并且常年运行，能耗较大，而常量泵和压力储水箱的组合则在满足使用要求的基础上减少了成本。

(4)压力开关和雾化喷头

为了防止冷凝器未运行而启动喷淋浪费水资源，本实用新型在喷头前端设置一个防水电磁阀，电磁阀采用一个压力开关与压缩机的排气压力联动，当压缩及的排气压力之高于压力开关的设定值后，压力开关导通电磁阀电源，启动喷淋装置。下面是压力开关的相关资料。

压力开关型号：H2OPS(M)-2.0/1.6，是一种国际上较先进的微型压力开关。它是一种随被控介质的压力升降而使控制路闭合或断开的电开关。广泛用于制冷机组、各类空调、油泵和气泵以及其它需要自行调节介质压力，保护压力系统的工业设备中。H2OPS系列压力开关工作原理：当被控介质压力上升到某一设定值时，蝶形金属膜片产尘失稳跳跃，通过推动项杆，使开关触头接通(或断开)。当被控介质压力下降到另一设定值时，蝶形金属膜片会突然反向跳跃到原来状态，使开关触头断开(或接通)，从而实现了开关的作用。为了使得软化水喷出的水滴达到极佳的雾化效果，所采用的喷头为高压雾化喷头。

下面通过验算对比一下采用和未采用本实用新型的同一型号冷凝机组的能耗状况：

制冷系统启动后，压缩机排出的高压气态制冷剂在冷凝器中所放出的热量应等于制冷剂在蒸发器中吸收的热量(制冷量Φ0)，再加上低压气态制冷剂在制冷压缩机中被压缩成高压气态时所获得的机械功。这样，冷凝器的热负荷为：

$\mathrm{\Φk}\≅\mathrm{\Φ}0+\mathrm{Pi}\left(\mathrm{KW}\right)$ 公式(1)

由于压缩机的指示功率Pi与制冷量有关，因此上式可以简化为：

Φk＝·Φ0(KW)          公式(2)

式中，是系数，它与蒸发温度T0、冷凝温度Tk、压缩机气缸冷却方式以及制冷剂种类有关，其数值随T0的降低和Tk的升高而增加。图4是活塞式制冷压缩机的值对照图。

通过上式，可以查找出冷凝温度在60℃时

，冷凝温度在50℃时2＝1.25，在保证空调设备制冷量Φ0不变的情况下，压缩机功耗Pi降低率计算：

根据公式(1)和公式(2)，推算出

Pi＝Φk-Φ0＝[·Φ0]-Φ0＝[-1]·Φ0

则，两种工况下的压缩机能耗降低率：

把1＝1.33，2＝1.25值代入上式中，得出压缩机的功耗降低率为24.24％。

为了进一步验证以上推算，在北京联通京门大厦进行了设备现场测试对比，获得以下数据。计算整理后，与上面理论推算获得同样的结论。

工况点	压缩机型号	吸气压力	排气压力	运行电压	运行电流	耗功率
							工况1(高温)	美国COPELAND	0.50MPa	2.25MPa	380V	17.4A	9.2Kw
工况2(高温+喷淋)	ZR125KC	0.480MPa	1.85MPa	380V	14.2A	7.5Kw
							计算结果	通过软化水喷淋后，压缩机的功耗降低：22.7％

测试设备型号：佳力图机房专用空调9AD20；编号：030215/C01/08A。

根据上式数据，可以粗略估算出这台采用本实用新型的该机房专用空调在全年夏季总共节能值，上述被测机房专用空调设备的压缩机累计运行时间为18260小时，机组风机累计运行时间为26450小时，压缩机在机组运行过程中的启动频率为69％。

以当地北京市区气候为例，由于大气环境的普遍升温，夏季的高温时间从7月份一直延续至10月，估计气温高于30度的总天数在60天以上。现以60天为例，计算该设备在整个夏季采用喷淋辅助降温后的总节约电能值。

ΔP＝60天×24小时/天×69％×[9.2-7.5kW]＝1689.1[kW.H]

北京联通京门大厦总共有佳力图机房专用空调142台(有128台双压缩机型，14台单压缩机型机组)，折算成压缩机数量有270个，若全部采用软化水喷淋系统后，整个夏季可以节省电能为45.6万度电，以每度工业生产用电单价1.0元/度计算，可共节省45.6万人民币，而该套改造装置的每套初投资在8万左右(能喷淋50-70个冷凝器)。

Claims (9)

1、一种大中型内冷式冷凝机组软化水自动喷淋降温装置，其特征是：它包括软水器(1)、储水箱(2)、增压机构、控制阀(3)和雾化喷头(4)，所述软水器(1)一端与水源相连接，其另一端连接储水箱(2)的入水口，储水箱(2)的出水口与提高软化水压力的增压机构相连接，该增压机构经控制阀(3)与置于空调机组冷凝器下方的雾化喷头(4)相连接。

2、根据权利要求1所述的大中型内冷式冷凝机组软化水自动喷淋降温装置，其特征是：所述增压机构是常开式变流量增压泵。

3、根据权利要求1所述的大中型内冷式冷凝机组软化水自动喷淋降温装置，其特征是：所述增压机构包括常流量增压泵(5)、单向水阀(6)和压力储水箱(7)，储水箱(2)的出水口依次连接常流量增压泵(5)、单向水阀(6)和压力储水箱(7)，压力储水箱(7)再与控制阀(3)连接。

4、根据权利要求3所述的大中型内冷式冷凝机组软化水自动喷淋降温装置，其特征是：在压力储水箱(7)顶部设有氮气充入口(8)和压差控制器(9)，所述压差控制器(9)与常流量增压泵(5)的控制电路连接实现联动控制。

5、根据权利要求1、2或3所述的大中型内冷式冷凝机组软化水自动喷淋降温装置，其特征是：所述控制阀(3)是防水电磁阀，该防水电磁阀经压力开关(10)与空调压缩机的排气管相连接实现联动。

6、根据权利要求1、2或3所述的大中型内冷式冷凝机组软化水自动喷淋降温装置，其特征是：所述软水器(1)是离子置换式软水器。

7、根据权利要求1、2或3所述的大中型内冷式冷凝机组软化水自动喷淋降温装置，其特征是：在储水箱(2)内设有高水位保护行程开关(11)和低水位保护行程开关(12)。

8、根据权利要求7所述的大中型内冷式冷凝机组软化水自动喷淋降温装置，其特征是：在软水器(1)和储水箱(2)之间安装有进水电磁阀(13)，进水电磁阀(13)的控制电路与高水位保护行程开关(11)相连接。

9、根据权利要求7所述的大中型内冷式冷凝机组软化水自动喷淋降温装置，其特征是：低水位保护行程开关(12)与常流量增压泵(5)的控制电路连接实现联动。

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