CN202435232U - 循环冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种循环冷却系统。其中在循环冷却系统分为内冷循环装置、板式换热器和外冷循环装置三部分，其中内冷循环装置用于对发热设备进行循环冷却；板式换热器用于将来自外冷循环装置中的外冷却水和来自内冷循环装置中的内冷却水进行热交换；外冷循环装置，用于对外冷却水进行冷却。同时可以分别对外冷循环装置中包括的外冷主循环泵、蓄冷水池、水风板翅式换热器、蓄冷空冷器、第一阀门和第二阀门进行控制。从而在对发热设备进行冷却的同时，有效地节省了用水量和用电量。

Description

循环冷却系统

技术领域

本实用新型涉及冷却领域，特别是涉及循环冷却系统及控制循环冷却系统的方法。

背景技术

目前在众多的发电、输电设备中使用的一次冷却设备均采用密闭循环的冷却系统。为保证发热设备的温度在其材料可承受或工艺要求的范围内，一般有最大进水温度的要求。

以直流输电设备中的换流阀为例，换流阀冷却设备中直接冷却换流阀的一次冷却水为纯水，该纯水将换流阀晶闸管发出的热量带走。为了能够循环利用该一次冷却水，换流阀冷却设备必须配备专用的室外冷却设备。

图1为现有技术中密闭循环冷却设备的示意图。如图1所示，现有的密闭循环冷却设备主要由主循环泵1、稳压装置2、旁路水处理装置3、补水装置4、室外换热设备5组成。其中主循环泵1作为换流阀的一次冷却水循环的动力源；稳压装置2是系统稳定运行的必要前提和基础；旁路水处理装置3是保证一次冷却水的水质满足换流阀要求的必需设备；补水装置4是在系统水量不足时必要的补充设施；室外换热设备5是保证换流阀冷却要求的核心和保证，没有它整个换流阀冷却设备将失去效用。

目前常用的室外冷却设备主要有闭式冷却塔和空气冷却器两种。

空气冷却器在环境温度较低时效果较好，但是随着环境温度的上升，空气冷却器的性能会显著下降，甚至起不到冷却的作用。同时空气冷却器耗电量较大，运行成本较高。

闭式冷却塔受环境温度影响较小，但是因蒸发导致的水损耗量比较大，为了确保闭式冷却塔能够正常工作，需要连续对因蒸发而损失的水进行补充，因此运行成本较高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种循环冷却系统及控制循环冷却系统的方法，从而在对发热设备进行冷却的同时，有效地节省了用水量和用电量。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种循环冷却系统，所述系统包括内冷循环装置、外冷循环装置和板式换热器，其中：内冷循环装置对发热设备进行循环冷却；外冷循环装置对外冷却水进行冷却；板式换热器对来自外冷循环装置中的外冷却水和来自内冷循环装置中的内冷却水进行热交换。

优选地，所述外冷循环装置还包括外冷主循环泵、蓄冷水池、水风板翅式换热器、蓄冷空冷器、第一阀门、第二阀门，其中：外冷主循环泵驱动外冷却水在外冷循环装置中循环；蓄冷水池存储和冷却外冷却水；第一阀门控制将蓄冷水池存储的外冷却水提供给板式换热器；水风板翅式换热器对来自蓄冷水池的外冷却水进行冷却，并将外冷却水提供给蓄冷空冷器；蓄冷空冷器对来自水风板翅式换热器的外冷却水进行冷却，并将外冷却水提供给板式换热器；第二阀门控制将蓄冷水池存储的外冷却水提供给水风板翅式换热器。

优选地，所述系统还包括温度传感器、控制器，其中：温度传感器周期性地对环境温度进行测量，并将测量的环境温度发送给控制器；控制器根据温度传感器测量的环境温度对外冷循环装置中的外冷主循环泵、蓄冷空冷器、第一阀门和第二阀门进行控制。

优选地，内冷循环装置包括内冷主循环泵、内冷空冷器、第三阀门、第四阀门和第五阀门，其中：内冷主循环泵驱动内冷却水在内冷循环装置中循环；内冷空冷器对发热设备加热的内冷却水进行冷却；第三阀门控制内冷空冷器将内冷却水提供给发热设备；第四阀门控制内冷空冷器将内冷却水提供给板式换热器；第五阀门控制板式换热器将内冷却水提供给发热设备。

优选地，控制器还根据温度传感器测量的环境温度对内冷循环装置中的内冷主循环泵、内冷空冷器、第三阀门、第四阀门和第五阀门进行控制。

基于上述技术方案，本实用新型将循环冷却系统分为内冷循环装置、板式换热器和外冷循环装置三部分，其中内冷循环装置对发热设备进行循环冷却；外冷循环装置对外冷却水进行冷却；板式换热器对来自外冷循环装置中的外冷却水和来自内冷循环装置中的内冷却水进行热交换。从而可有效节省用水量和用电量。

附图说明

图1为现有技术中密闭循环冷却设备的示意图。

图2为本实用新型循环冷却系统一个实施例的示意图。

图3为本实用新型循环冷却系统另一个实施例的示意图。

图4为本实用新型循环冷却系统又一个实施例的示意图。

图5为本实用新型循环冷却系统又一个实施例的示意图。

图6为本实用新型循环冷却系统又一个实施例的示意图。

图7为本实用新型循环冷却系统又一个实施例的示意图。

图8为本实用新型循环冷却系统又一个实施例的示意图。

图9为本实用新型循环冷却系统又一个实施例的示意图。

图10为本实用新型循环冷却系统又一个实施例的示意图。

图11为本实用新型循环冷却系统又一个实施例的示意图。

图12为本实用新型循环冷却系统又一个实施例的示意图。

图13为本实用新型循环冷却系统又一个实施例的示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本实用新型进行更全面的描述，其中说明本实用新型的示例性实施例。

图2为本实用新型循环冷却系统一个实施例的示意图。如图2所示，循环冷却系统包括内冷循环装置21、板式换热器22和外冷循环装置23，其中内冷循环装置对发热设备进行循环冷却；外冷循环装置对外冷却水进行冷却；板式换热器对来自外冷循环装置中的外冷却水和来自内冷循环装置中的内冷却水进行热交换。

基于本实用新型上述实施例提供的循环冷却系统，本实用新型将循环冷却系统分为内冷循环装置、板式换热器和外冷循环装置三部分，其中内冷循环装置对发热设备进行循环冷却；外冷循环装置对外冷却水进行冷却；板式换热器对来自外冷循环装置中的外冷却水和来自内冷循环装置中的内冷却水进行热交换。从而可有效节省用水量和用电量。

图3为本实用新型循环冷却系统另一实施例的示意图。其中图3所示实施例中包括的内冷循环装置21、板式换热器22与图2所示实施例中包括的内冷循环装置21、板式换热器22相同。如图3所示，外冷循环装置23包括外冷主循环泵231、蓄冷水池232、水风板翅式换热器233、蓄冷空冷器234、第一阀门235和第二阀门236，其中：

外冷主循环泵231，用于驱动外冷却水在外冷循环装置23中循环。

蓄冷水池232，用于存储和冷却外冷却水，并接收板式换热器22提供的外冷却水。

水风板翅式换热器233，用于对来自蓄冷水池232的外冷却水进行冷却，并将外冷却水提供给蓄冷空冷器234。

蓄冷空冷器234，用于对来自水风板翅式换热器233的外冷却水进行冷却，并将外冷却水提供给板式换热器22。

第一阀门235，用于控制将蓄冷水池232存储的外冷却水提供给板式换热器22。

第二阀门236，用于控制将蓄冷水池232存储的外冷却水提供给水风板翅式换热器233。

根据本实用新型另一具体实施例，循环冷却系统还包括温度传感器和控制器，其中：

温度传感器，用于周期性地对环境温度进行测量。

控制器，用于根据温度传感器测量的环境温度对外冷循环装置中的外冷主循环泵231、蓄冷空冷器234、第一阀门235和第二阀门236进行控制。

根据本实用新型另一具体实施例，温度传感器的测量周期为半个小时、1个小时、两个小时或其它合适的时间间隔。

图4为本实用新型循环冷却系统另一实施例的示意图。其中图4中包括的板式换热器22和外冷循环装置23与图3中所示的板式换热器22和外冷循环装置23相同。图4中的内冷循环装置21具体包括内冷主循环泵211、内冷空冷器212、第三阀门213、第四阀门214和第五阀门215。其中在内冷循环装置21中：

内冷主循环泵211，用于驱动内冷却水在内冷循环装置21中循环。

内冷空冷器212，用于对发热设备加热的内冷却水进行冷却。

第三阀门213，用于控制内冷空冷器212将内冷却水提供给发热设备。

第四阀门214，用于控制内冷空冷器212将内冷却水提供给板式换热器22；

第五阀门215，用于控制板式换热器22将内冷却水提供给发热设备。

根据本实用新型另一具体实施例，循环冷却系统中的控制器还根据温度传感器周期性测量的环境温度对内冷循环装置21中的内冷主循环泵211、内冷空冷器212、第三阀门213、第四阀门214和第五阀门215进行控制。

根据本实用新型另一具体实施例，温度传感器的测量周期为半个小时、1个小时、两个小时或其它合适的时间间隔。

图5为本实用新型循环冷却系统又一个实施例的示意图。在图5中，当环境温度不大于温度T1时，控制器打开外冷主循环泵231、内冷主循环泵211，关闭内冷空冷器212和蓄冷空冷器234的风机、打开第二阀门236、第四阀门214、第五阀门215，关闭第一阀门235、第三阀门213。

其中温度T1由系统使用地点处的环境最低温度而定。在本实用新型一个具体实施例中，T1的取值范围为-10℃～-5℃。

在该实施例中，由于环境温度较低，内冷空冷器212和蓄冷空冷器234的风机全停，系统只依赖内冷空冷器212、蓄冷空冷器234的自然散热和自然通风的板翅式换热器233的冷却来满足冷却的需要。在此实施例中，典型的一套循环冷却系统的最大能耗只有55KW。

图6为本实用新型循环冷却系统又一个实施例的示意图。在图6中，当环境温度低于温度T0、并且发热设备停止运行时，为了防止系统结冻，可采用温度相对较高的蓄冷水池232中的水进行补偿的方式，其中T0＜T1，该T1与图5所示实施例中的温度T1相同。具体为，在图5所示实施例的基础上，进一步打开外冷循环装置23中的第一阀门235，并关闭第二阀门236。

在本实用新型一个具体实施例中，T0的取值范围为-20℃～-10℃。

在该实施例中，典型的一套循环冷却系统的最大能耗只有55KW。

图7为本实用新型循环冷却系统又一个实施例的示意图。在图7中，在环境温度大于温度T1并不大于温度T2时，控制器打开外冷主循环泵231、内冷主循环泵211，打开蓄冷空冷器234的风机，关闭内冷空冷器212的风机，同时打开第二阀门236、第四阀门214、第五阀门215，关闭第一阀门235、第三阀门213，其中T1＜T2。

T1与图6所示的实施例中的温度T1相同，T2由内冷空冷器212在此环境温度范围内的散热量和自然通风的水风板翅式换热器233和蓄冷空冷器234的设计冷却容量裕度确定，当裕度越大时，T2的温度值越高。在本实用新型一个具体实施例中，T2的取值范围为5℃～10℃。

在该实施例中，系统只依赖内冷空冷器212的自然散热、蓄冷空冷器234的强制通风散热和板翅式换热器233的自然通风就可以满足冷却的需要。在此实施例中，典型的一套循环冷却系统的最大能耗为121KW。

图8为本实用新型循环冷却系统又一个实施例的示意图。在图8中，在环境温度大于温度T2并不大于温度T3时，控制器关闭外冷主循环泵231，并关闭蓄冷空冷器234的风机，打开内冷主循环泵211，打开内冷空冷器212的风机，同时打开第三阀门213，关闭第四阀门214、第五阀门215，其中T2＜T3，内冷空冷器212以预定比例的功率进行运转。在本实用新型一个具体实施例中，内冷空冷器212以50％的功率进行运转。

在该实施例中，T2与图7所示的实施例中的温度T2相同。T3由内冷空冷器212在此环境温度范围内时的设计冷却容量裕度确定，当裕度越大，T3的温度值越高。在本实用新型一个具体实施例中，T3的取值范围为15℃～20℃。

在该实施例中，系统只依赖内冷空冷器212中50％的功率即可满足冷却需要。在此实施例中，典型的一套循环冷却系统的最大能耗为132KW。

图9为本实用新型循环冷却系统又一个实施例的示意图。在图9中，在环境温度大于温度T3并不大于温度T4时，控制器打开外冷主循环泵231、内冷主循环泵211，打开内冷空冷器212的风机，关闭蓄冷空冷器234的风机，同时打开第二阀门236、第四阀门214、第五阀门215，关闭第一阀门235、第三阀门213，其中T3＜T4，内冷空冷器212以预定比例的功率进行运转。在本实用新型一个具体实施例中，内冷空冷器212以62％的功率进行运转。

在该实施例中，T3与图8所示的实施例中的温度T3相同。T4由在此环境温度范围内时内冷空冷器212的设计冷却容量裕度和水风板翅式换热器233的设计容量确定，当上述两者的任意其一的设计冷却容量裕度越大，T4的温度值越高。但出于节能及成本投资的角度考虑，可以考虑增大水风板翅式换热器的设计裕度。在本实用新型一个具体实施例中，T4的取值范围为20℃～30℃。

在该实施例中，可仅依赖内冷空冷器212即可满足冷却需要，也可采用蓄冷水池232夜间自然冷却，白天启动板式换热器233作为内冷空冷器212的辅助冷却设备的方式。毫无疑问，若采用内冷空冷器212的风机全开运转与水风板翅式换热器233结合的方式则无疑更加使得冷却系统运行更加节能。在该实施例中，典型的一套循环冷却系统的最大能耗为220KW，在夜间能耗能降低20％。

图10为本实用新型循环冷却系统又一个实施例的示意图。在图10中，在环境温度大于温度T4并不大于温度T5时，控制器打开外冷主循环泵231、内冷主循环泵211，打开内冷空冷器212的风机、蓄冷空冷器234的风机，同时打开第二阀门236、第四阀门214、第五阀门215，关闭第一阀门235、第三阀门213，其中T4＜T5，内冷空冷器212以预定比例的功率进行运转。在本实用新型一个具体实施例中，内冷空冷器212以70％的功率进行运转。

在该实施例中，T4与图9所示的实施例中的温度T4相同。T5由在此环境温度范围内时水风板翅式换热器的设计容量确定，当其设计冷却容量裕度越大，T5的温度值越高。在本实用新型一个具体实施例中，T5的取值范围为30℃～37℃。

在该实施例中，可仅依赖内冷空冷器212即可满足冷却需要，也可采用蓄冷水池232夜间自然冷却，白天启动板式换热器233作为内冷空冷器212的辅助冷却设备的方式。毫无疑问，若采用内冷空冷器212和蓄冷空冷器234的风机全开运转与水风板翅式换热器233结合的方式则无疑更加使得冷却系统运行更加节能，当然可以在夜间启动蓄冷空冷器234的风机以进一步对外冷却水进行冷却。在该实施例中，典型的一套循环冷却系统的最大能耗为240KW。

图11为本实用新型循环冷却系统又一个实施例的示意图。在图11中，在环境温度大于温度T5并不大于温度T6时，控制器关闭外冷主循环泵231，并关闭蓄冷空冷器234的风机，打开内冷主循环泵211，打开内冷空冷器212的风机，同时打开第三阀门213，关闭第四阀门214、第五阀门215，其中T5＜T6，内冷空冷器212以预定比例的功率进行运转。在本实用新型一个具体实施例中，内冷空冷器212以100％的功率进行运转。

在该实施例中，T5与图10所示的实施例中的温度T5相同。T6由系统所在地的极端环境最高温度所决定，在本实用新型一个具体实施例中，T6的取值范围为38℃～42℃。

在该实施例中，典型的一套循环冷却系统的最大能耗为285KW。

图12为本实用新型循环冷却系统又一个实施例的示意图。在图12中，在环境温度大于温度T6时，控制器打开内冷主循环泵211和外冷主循环泵231，打开内冷空冷器212的风机，关闭蓄冷空冷器234的风机，同时打开第一阀门235、第四阀门214、第五阀门215，关闭第二阀门236、第三阀门213。其中T6与图10所示的实施例中的温度T6相同，内冷空冷器212以预定比例的功率进行运转。在本实用新型一个具体实施例中，内冷空冷器212以100％的功率进行运转。

图13为本实用新型循环冷却系统又一个实施例的示意图。为了进一步节省能耗，控制器还在环境温度大于温度T6时，控制器除按图12所示方式进行控制外，还指示温度传感器停止对环境温度进行测量。

系统还包括第一定时器和第二定时器，其中：

第一定时器，用于在温度传感器测量的环境温度大于温度T6时开始计时。

控制器还在第一定时器计时达到M个小时后关闭第一定时器，在图12所示的控制方式的基础上，打开蓄冷空冷器234的风机，打开第二阀门236、第三阀门213，关闭第一阀门235、第四阀门214、第五阀门215，如图13所示，并指示第二定时器开始计时，并在第二定时器计时达到N个小时后关闭第二定时器，指示温度传感器重新开始测量的环境温度。

根据本实用新型的另一具体实施例，M和N的取值范围是10-12小时。

例如，当白天的温度超过38℃，系统会在第一定时器规定的M个小时内一直采用图12所述的实施例进行冷却，而在经过M个小时，此时可能处于夜间或温度较38℃有明显降低，此时一方面利用内冷空冷器212对内冷却水进行强制通风，另一方面利用蓄冷空冷器234的强制通风和水风板翅式换热器233的自然冷却对外冷却水进行N个小时的冷却，以便在白天温度较高时利用经过冷却的外冷却水进行冷却时能够节省能耗。

在该实施例中，典型的一套循环冷却系统的最大能耗为319KW。

根据以上实施例，可将循环冷却系统的运行特点概括如下：

在环境温度较低时，如小于T2，内冷空冷器风机全停，外冷循环设备只依赖水风板翅式换热器和蓄冷空冷器进行冷却。

在环境温度较高时，例如在T2和T6之间，采用内冷空冷器强制通风运行并结合其它方式进行冷却。

当环境温度高于一定值时，例如大于T6，此时内冷空冷器冷却能力将不再能够满足冷却的需求，因此需要使用在夜间冷却的外冷却水作为内冷却水的冷却介质，从而有效保证了环境最热时仍可满足发热设备对冷却容量和冷却水温度的要求。

上述图5-图13所示实施例的最大能耗如表1所示：

表1

从表1中可以看到，本实用新型相比于现有技术，节能效果有明显改善，并且随着环境温度的降低，节能效果越好。

本实用新型的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (5)

1.一种循环冷却系统，其特征在于，所述系统包括内冷循环装置、外冷循环装置和板式换热器，其中：

内冷循环装置对发热设备进行循环冷却；外冷循环装置对外冷却水进行冷却；板式换热器对来自外冷循环装置中的外冷却水和来自内冷循环装置中的内冷却水进行热交换。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述外冷循环装置还包括外冷主循环泵、蓄冷水池、水风板翅式换热器、蓄冷空冷器、第一阀门、第二阀门，其中：

外冷主循环泵驱动外冷却水在外冷循环装置中循环；蓄冷水池存储和冷却外冷却水；第一阀门控制将蓄冷水池存储的外冷却水提供给板式换热器；水风板翅式换热器对来自蓄冷水池的外冷却水进行冷却，并将外冷却水提供给蓄冷空冷器；蓄冷空冷器对来自水风板翅式换热器的外冷却水进行冷却，并将外冷却水提供给板式换热器；第二阀门控制将蓄冷水池存储的外冷却水提供给水风板翅式换热器。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括温度传感器、控制器，其中：

温度传感器周期性地对环境温度进行测量，并将测量的环境温度发送给控制器；控制器根据温度传感器测量的环境温度对外冷循环装置中的外冷主循环泵、蓄冷空冷器、第一阀门和第二阀门进行控制。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，内冷循环装置包括内冷主循环泵、内冷空冷器、第三阀门、第四阀门和第五阀门，其中：

内冷主循环泵驱动内冷却水在内冷循环装置中循环；内冷空冷器对发热设备加热的内冷却水进行冷却；第三阀门控制内冷空冷器将内冷却水提供给发热设备；第四阀门控制内冷空冷器将内冷却水提供给板式换热器；第五阀门控制板式换热器将内冷却水提供给发热设备。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，

控制器还根据温度传感器测量的环境温度对内冷循环装置中的内冷主循环泵、内冷空冷器、第三阀门、第四阀门和第五阀门进行控制。

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