一种空调冷却系统及空调制冷方法与流程

专利2022-05-10  6



1.本发明属于核工程领域,具体涉及一种空调冷却系统及空调制冷方法。


背景技术:

2.目前,核电厂通风空调系统的冷源主要通过两种形式提供:一种是通过冷水机组制取冷水送往空调机组冷却器,另一种采用直接膨胀式空调机组。这两种方式都是完全依靠压缩机通过蒸汽压缩式制冷提供冷源,存在耗电量大的问题,并且,在室外温度较低时,无法有效充分利用外界环境中的自然冷源。


技术实现要素:

3.本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的以上不足,提供一种空调冷却系统及空调制冷方法,能够利用自然冷源,降低能耗。
4.根据本发明的一个方面,本发明提供一种空调冷却系统,其技术方案为:
5.一种空调冷却系统,包括空调机组、冷凝器、工质输送管线、以及工质返回管线,其中:
6.所述空调机组包括冷却器,所述冷却器用于供冷;
7.所述工质输送管线包括第二输送管线和第三输送管线,所述工质返回管线包括第一返回管线和第二返回管线,所述第二输送管线的两端分别与所述冷凝器的出口和所述冷却器的入口相连,所述第一返回管线的两端分别与所述冷却器的出口和所述冷凝器的入口相连,且第二输送管线上设有泵,第一返回管线上设有第二隔离阀,所述第三输送管线的两端分别与所述冷凝器的出口和所述冷却器的入口相连,所述第二返回管线的两端分别与所述冷却器的出口和所述冷凝器的入口相连,且第三输送管线上设有第三隔离阀,第二返回管线上设有压缩制冷装置,冷凝器、第二输送管线、第一返回管线、以及冷却器共同构成泵驱动回路热管回路,冷凝器、第三输送管线、第二返回管线、以及冷却器共同构成蒸汽压缩式制冷回路,所述泵驱动回路热管回路和所述蒸汽压缩式制冷回路均用于将冷凝器中制得的低温的冷却工质通入到冷却器中进行换热,并将换热后的冷却工质返回到冷凝器重新制取低温的冷却工质。
8.优选的是,所述工质输送管线还包括第一输送管线,所述第一输送管线的两端分别与所述冷凝器的出口和所述冷却器的入口相连,且第一输送管上设有第一隔离阀,冷凝器、第一输送管线、第一返回管线、以及冷却器共同构成分离式热管回路,用于将冷凝器中制得的低温的冷却工质通入到冷却器中进行换热,并将换热后的冷却工质返回到冷凝器重新制取低温的冷却工质。
9.优选的是,所述压缩制冷装置包括压缩机、气液分离器、以及油分离器,所述气液分离器的入口与所述第二返回管线相连,其气相出口与所述压缩机相连,气液分离器用于分离除去冷却器中经换热输出的冷却工质中的液相物,分离后得到的气相物再通入到压缩机中压缩制冷,所述油分离器的入口与所述压缩机相连,用于分离制冷后的冷却工质中的
油,油分离器的油出口通过回油管线与压缩机相连,以将分离出的油返回到压缩机中再次使用。
10.优选的是,本系统还包括第一温度检测器、第二温度检测器、以及控制器,所述第一温度检测器与所述控制器电连接,其设于冷却器供冷的室内,用于检测室内的温度,并将检测得到的第一温度值传送给所述控制器;
11.所述第二温度检测器与所述控制器电连接,其设于室外,用于检测室外的温度,并将检测得到的第二温度值传送给所述控制器;
12.控制器还与所述第一隔离阀、所述第二隔离阀、所述第三隔离阀、所述压缩机、以及所述泵分别电连接,控制器用于将第一温度值与第二温度值进行比较,并根据比较结果来分别控制分离式热管回路、泵驱动回路热管回路、以及所述蒸汽压缩式制冷回路的启闭。
13.优选的是,所述冷凝器的布置位置高于所述冷却器的布置位置。
14.优选的是,所述第三输送回管线上还设有节流装置,所述节流装置用于降低冷却工质的压力;
15.所述系统还包括储液罐和冷凝风机,所述储液罐的入口与所述冷凝器的出口相连,其出口与所述第一输送管线、第二输送管线、以及第三输送管线的入口端分别相连,所述冷凝风机用于对所述冷凝器进行散热。
16.优选的是,所述冷凝器为翅片式换热器,所述泵为离心式泵或轴流式泵或混流式泵。
17.优选的是,所述空调机组还包括过滤器、加热器、加湿器、以及风机,所述冷却器的入口通过所述加热器、所述过滤器与室外环境相连,用于从室外通入空气到冷却器中进行换热,并在换热之前对通入的空气进行过滤、加热;所述冷却器的出口通过所述加湿器、所述风机与所述室内相连,用于将冷却器中换热后的空气通入到室内,并在空气通入到室内之前对增加空气的湿度。
18.根据本发明的另一个方面,本发明提供一种空调制冷方法,其技术方案为:
19.一种空调制冷方法,用于对核电厂的房间进行制冷,其特征在于,采用以上所述的空调冷却系统,
20.在房间温度与外界温度的温差为大于等于5℃时,开启第二隔离阀和泵开启,使泵驱动回路热管回路运行;
21.在房间温度与外界温度的温差为小于5℃时,开启第三隔离阀和压缩制冷装置,使蒸汽压缩式制冷回路运行。
22.根据本发明的又一个方面,本发明提供一种空调制冷方法,其技术方案为:
23.一种空调制冷方法,用于对核电厂的房间进行制冷,采用以上所述的空调冷却系统,
24.在房间温度与外界温度的温差为大于15℃时,开启第一隔离阀和第二隔离阀,使分离式热管回路运行;
25.在房间温度与外界温度的温差为5

15时,开启第二隔离阀和泵开启,使泵驱动回路热管回路运行;
26.在房间温度与外界温度的温差为小于5℃时,开启第三隔离阀和压缩制冷装置,使蒸汽压缩式制冷回路运行。
27.本发明的空调冷却系统,通过设置多个不同类型的冷却工质回路,可针对不同的使用条件(室内外温度)灵活选用合适的冷却工质回路,从而充分利用自然冷源,大大减小了入耗电量,有利于节能减排。
28.本发明的空调制冷方法,由于采用了以上所述的空调冷却系统,可以充分利用自然冷源,大大降低能耗,有利于节能减排。
附图说明
29.图1为本发明实施例中空调冷却系统的一种结构示意图;
30.图2为本发明实施例中空调冷却系统的另一种结构示意图。
31.图中:1

空调机组;2

过滤器;3

加热器;4

冷却器;5

加湿器;6

风机;7

泵;8

止回阀;9

第一隔离阀;10

节流装置;11

第三隔离阀;12

第二隔离阀;13

油分离器;14

压缩机;15

汽液分离器;16

储液罐;17

冷凝器;18

冷凝风机;19

回油管线;20

新风小室;21

控制器;22

第二温度检测器;23

第一温度检测器;24

房间;25

第一输送管线;26第二输送管线;27

第三输送管线;28

第一返回管线;29

第二返回管线。
具体实施方式
32.为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案,下面将结合本发明中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明的保护范围。
33.在本发明的描述中,需要说明的是,属于“上”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系,仅是为了便于和简化描述,而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
34.在本发明的描述中,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或者暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
35.在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“连接”、“设置”、“安装”、“固定”等应做广义理解,例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接,或者一体地连接;可以是直接相连,也可以是通过中间媒介间接相连,还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.实施例1
37.如图1所示,本实施例公开一种空调冷却系统,包括空调机组1、冷凝器17、工质输送管线、以及工质返回管线,其中:
38.空调机组1包括冷却器4,冷却器4用于制冷;
39.工质输送管线包括第一输送管线25、第二输送管线26、以及第三输送管线27,工质返回管线包括第一返回管线28和第二返回管线29,其中,第一输送管线25的两端分别与冷凝器17的出口和冷却器4的入口相连,第一返回管线28的两端分别与冷却器4的出口和冷凝
器17的入口相连,且第一输送管25上设有第一隔离阀9,冷凝器17、第一输送管线25、第一返回管线28、以及冷却器4共同构成分离式热管回路;第二输送管线26两端分别与冷凝器17的出口和冷却器4的入口相连,且第二输送管线26上设有泵,第一返回管线28上设有第二隔离阀12,冷凝器17、第二输送管线26、第一返回管线28、以及冷却器4共同构成泵驱动回路热管回路;第三输送管线27的两端分别与冷凝器17的出口和冷却器4的入口相连,第二返回管线29的两端分别与冷却器4的出口和冷凝器17的入口相连,且第三输送管线27上设有第三隔离阀11,第二返回管线29上设有压缩制冷装置,分离式热管回路、泵驱动回路热管回路、以及蒸汽压缩式制冷回路均用于将冷凝器17中制得的低温的冷却工质通入到冷却器4中与空气进行换热,并将换热后的冷却工质返回到冷凝器17重新制取低温的冷却工质。
40.本实施例系统通过控制第一隔离阀9、第二隔离阀12、第三隔离阀11、压缩机14、以及泵7的开闭,可根据室内外的温度情况灵活选用不同的冷却工质回路为空调机组1的冷却器4提供低温的冷却工质,从而可以有效降低能耗,并且,可以充分利用外界环境中的自然冷源,实现节能减排。
41.具体来说,当第一隔离阀9、第二隔离阀12开启,第三隔离阀11、压缩机14、以及泵7关闭,分离式热管回路投入运行,此时,冷却工质在分离式热管回路中自然流动,冷却工质在流经冷凝器17时与外界环境换热降温,得到低温的冷却介质,低温的冷却介质在流经冷却器4时与冷却器4中的空气通道中流通的空气进行换热升温,升温后的冷却工质再返回到冷凝器17中与外界环境换热降温以实现循环。分离式热管回路适合在室内外温差较大时使用,通过室内外的温差驱动冷却工质自然流动,比如,在外界环境为

40℃低温环境时,从而充分利用自然冷源,不需要耗电。
42.当第二隔离阀12和泵7开启,第一隔离阀9、第三隔离阀11、以及压缩机14关闭,泵驱动热管回路投入运行,此时,冷却工质在泵7的驱动下在泵驱动热管回路中强制流动,相比于分离式热管回路,泵驱动热管回路中的冷却工质的流速快,比较适合在单独运行分离式热管回路时难以满足冷却器4的冷负荷要求时使用,比如,当室内外的温差减小而导致单独运行分离式热管回路难以满足冷却器4的冷负荷要求时使用。
43.当第三隔离阀11、压缩机14开启,第二隔离阀12、第三隔离阀11、以及泵7关闭,蒸汽压缩式制冷回路投入运行,此时,冷凝器17中换热降温得到低温的冷却介质在流经冷却器4时与冷却器4中的空气通道中流通的空气进行换热升温,升温后的冷却工质先通入到压缩制冷装置中进行压缩制冷,制冷后的冷却工质再返回到冷凝器17,以实现循环,相比于分离式热管回路和泵驱动热管回路,蒸汽压缩式制冷回路不用考虑室内外温差的影响,但是需要消耗大量的电能,尤其适合在单独运行泵驱动热管回路也难以满足冷却器4的冷负荷要求时使用。
44.需要注意的是,本实施例中的三个冷却工质回路除了在不同的室内外温差条件下可以分别单独运行之外,还可以根据实际情况配合运行,比如,在分离式热管回路不足以提供冷却器4所需的冷负荷时,还可以同时运行泵驱动热管回路和/或蒸汽压缩式制冷回路。
45.在一些实施方式中,冷却工质为低沸点工质,可以是单一工质,也可以是多种单一工质的混合物。本实施例中,冷却工质优选为氟利昂。
46.在一些实施方式中,压缩制冷装置包括压缩机14、气液分离器、以及油分离器13,其中,气液分离器的入口与第二返回管线相连,其气相出口与压缩机14相连,气液分离器用
于分离除去冷却器4中经换热输出的冷却工质中的液相物,分离后得到的气相物再通入到压缩机14中压缩制冷,气液分离器可以防止压缩机14吸气带液而造成液击;油分离器13的入口与压缩机14相连,用于分离制冷后的冷却工质中的油,油分离器13的油出口通过回油管线19与压缩机14的回油口相连,以将分离出的油返回到压缩机14中再次使用。本实施例中,油分离器13的出油口设于油分离器13的底部。
47.在一些实施方式中,本系统还包括第一温度检测器23、第二温度检测器22、以及控制器21,其中:第一温度检测器23与控制器21电连接,其设于冷却器4供冷的室内(即房间24内),用于检测室内的温度,并将检测得到第一温度值传送给控制器21;第二温度检测器22与控制器1电连接,其设于室外,比如,设于冷凝器17附近,用于检测室外的温度,并将检测得到第二温度值传送给控制器21;控制器21还用于将接收到的第一温度值与第二温度值进行比较,并根据第一温度值与第二温度值的比较结果来分别控制分离式热管回路、泵驱动回路热管回路、以及蒸汽压缩式制冷回路的启闭。也就是说,本系统可以根据对室内、外的温度对分离式热管回路、泵驱动热管回路、以及蒸汽压缩式制冷回路的通断实现联锁控制。
48.具体来说,当第一温度值与第二温度值的温度差大于15℃时,控制器21控制第一隔离阀9、第二隔离阀12开启,控制第三隔离阀11、压缩机14、以及泵7关闭,分离式热管回路单独投入运行,此时,采用分离式热管回路为冷却器4提供低温的冷却工质;当第一温度值与第二温度值的温度差为5

15℃时,控制器21控制第二隔离阀12和泵7开启,控制第一隔离阀9、第三隔离阀11、以及压缩机14关闭,泵驱动热管回路单独投入运行,此时,采用泵7驱动热管回路为冷却器4提供低温的冷却工质;当第一温度值与第二温度值的温度差小于5℃时,控制器21控制第三隔离阀11、压缩机14开启,控制第二隔离阀12、第三隔离阀11、以及泵7关闭,蒸汽压缩式制冷回路单独投入运行,此时,采用蒸汽压缩式制冷回路为冷却器4提供低温的冷却工质。
49.在一些实施方式中,为了确保分离式热管回路循环,冷凝器17的布置位置高于所述冷却器4的布置位置,更准确的来说,冷凝器17的最低点高于冷却器4的最高点,两者之间的连接管道应尽量短而直。
50.在一些实施方式中,第三输送回管线上还设有节流装置10,节流装置10可以将高压液体节流变成低压液体,可以起到降低冷却工质的压力的作用。具体来说,节能装置可以是膨胀阀,也可以是毛细管,还可以是节流孔板。
51.在一些实施方式中,本系统还包括储液罐16,用于存储低温的冷却工质,储液罐16的入口与冷凝器17的出口相连,其出口与第一输送管线25、第二输送管线26、以及第三输送管线27的入口端分别相连,以将低温的冷却工质通过不同的冷却工质回路通入到冷却器4中使用。
52.在一些实施方式中,冷凝器17为翅片式换热器,其数量可以是一个,也可以是多个。当冷凝器17的数量为多个时,多个冷凝器17可以是并联,也可以是串联。
53.在一些实施方式中,本系统还包括冷凝风机18,冷凝风机18用于对翅片式换热器进行通风散热,使冷凝器17中的冷却工质快速降温冷凝为液态。具体来说,冷凝风机18设于翅片式换热器的附近,冷凝风机18的数量可以是一个,也可以是多个。
54.当然,翅片式换热器也可以采用淋水式蒸发冷却,即本系统还可以包括喷淋器,用于对翅片式换热器进行喷水,通过水蒸发来吸收翅片式换热器中的冷却工质的热量。
55.在一些实施方式中,泵7可以为离心式泵,也可以为轴流式泵,还可以为混流式泵。
56.在一些实施方式中,第二输送管线26上还设有止回阀8,且止回阀8处于泵7的下游。
57.在一些实施方式中,空调机组还包括过滤器2、加热器3、加湿器5、以及风机6,其中:冷却器4的入口通过加热器3、过滤器2与室外环境相连,用于从室外通入空气到冷却器4中进行换热,并在换热之前对通入的空气进行过滤、加热;冷却器4的出口通过加湿器、风机6与室内相连,用于将冷却器4中换热后的空气通入到室内,并在将空气通入到室内之前进行增加空气的湿度。
58.具体来说,过滤器2的入口与新风小室20相连,新风小室20与室外环境相连,过滤器2用于对通入的空气进行过滤;加热器3的入口与过滤器2的出口相连,加热器3的出口与冷却器4的入口相连,加热器4用于对过滤后的空气进行加热,空气在冷却器4中与冷却工质进行换热降温;冷却器4的出口与加湿器5相连,加湿器5用于增加降温后的空气的湿度;风机6的入口与加湿器5的出口相连,其出口与室内相连,以将降温后的空气通入到室内,风机6用于提供空气流通所需的的驱动力。
59.需要说明的是,本实施例中的空调机组1还可以是其他任意一种有冷却需求的机组,而不限于上述的结构。
60.本实施例的空调冷却系统,通过将分离式热管回路、泵驱动热管回路以及蒸汽压缩式制冷回路耦合,可以根据室内外的温度,灵活选用合适的冷却工质回路,从而可充分利用自然冷源,大大减小耗电量,有利于节能减排。
61.实施例2
62.本实施例公开一种空调制冷方法,用于对核电厂的房间进行制冷,其采用实施例1所述的空调冷却系统,其中:
63.在房间温度与外界温度的温差为大于等于15℃时,开启第一隔离阀和第二隔离阀,使分离式热管回路投入运行,此时,冷却工质在分离式热管回路中循环流动,当冷却工质在流经冷凝器时,冷却工质与室外环境中自然冷源换热后降温,得到低温的冷却工质,再将低温的冷却工质在冷却器中与空气换热,从而使空气在流经冷却器时降温,降温后的空气再通入到室内而实现制冷;
64.在房间温度与外界温度的温差为5

15℃时,开启第二隔离阀和泵,使泵驱动回路热管回路投入运行,此时,冷却工质在泵驱动回路热管回路中循环流动,与分离式热管回路相比,区别在于:泵驱动回路热管回路是通过泵提供冷却工质循环流动所需的动力,冷却工质是在泵的作用下强制流动,泵的运行需要消耗能量,而分离式热管回路中的冷却工质是依靠室内外之间存在的温差而进行自然流动,不需要消耗能量;
65.在房间温度与外界温度的温差为小于5℃时,开启第三隔离阀和压缩制冷装置,使蒸汽压缩式制冷回路投入运行,此时,冷却工质在蒸汽压缩式制冷回路中循环流动,当低温的冷却工质在流经冷却器4时,与流经冷却器的空气进行换热,使空气降温,冷却工质在换热后升温,升温后的冷却工质先通入到压缩制冷装置中进行压缩制冷,制冷后的冷却工质再返回到冷凝器17重新制取低温的冷却工质,以实现循环,相比于分离式热管回路和泵驱动热管回路,蒸汽压缩式制冷回路不用考虑室内外温差的影响,但是需要消耗大量的电能。
66.本实施例的空调制冷方法,由于采用了实施例1所述的空调冷却系统,可以充分利
用自然冷源,大大降低能耗,有利于节能减排。
67.实施例3
68.如图2所示,本实施例公开一种空调冷却系统,其与实施例1相比,区别在于:本系统省去了分离式热管回路,仅通过泵7驱动热管回路和蒸汽压缩式制冷回路耦合来为冷却器4循环供冷,尤其适合用于在分离式热管回路难以达到冷却器4冷负荷需求时使用。
69.本实施例的空调冷却系统,通过将泵驱动热管回路以及蒸汽压缩式制冷回路耦合,可以根据室内外的温度,灵活选用合适的冷却工质回路,从而大大减小耗电量,并有效利用自然冷源,有利于节能减排。
70.实施例4
71.本实施例公开一种空调制冷方法,用于对核电厂的房间进行制冷,其与实施例2的区别在于:实施例2采用的是实施例1所述的空调冷却系统,而本实施例中采用的是实施例3所述的空调冷却系统,其中:
72.在房间温度与外界温度的温差为大于等于5℃时,开启第二隔离阀和泵,使泵驱动回路热管回路投入运行,此时,冷却工质在泵驱动回路热管回路中循环流动,与分离式热管回路相比,区别在于:泵驱动回路热管回路是通过泵提供冷却工质循环流动所需的动力,冷却工质是在泵的作用下强制流动,泵的运行需要消耗能量,而分离式热管回路中的冷却工质是依靠室内外之间存在的温差而进行自然流动,不需要消耗能量;
73.在房间温度与外界温度的温差为小于5℃时,开启第三隔离阀和压缩制冷装置,使蒸汽压缩式制冷回路投入运行,此时,冷却工质在蒸汽压缩式制冷回路中循环流动,当低温的冷却工质在流经冷却器4时,与流经冷却器的空气进行换热,使空气降温,冷却工质在换热后升温,升温后的冷却工质先通入到压缩制冷装置中进行压缩制冷,制冷后的冷却工质再返回到冷凝器17重新制取低温的冷却工质,以实现循环,相比于分离式热管回路和泵驱动热管回路,蒸汽压缩式制冷回路不用考虑室内外温差的影响,但是需要消耗大量的电能。
74.本实施例空调制冷方法,由于采用了实施例3所述的空调冷却系统,可以充分利用自然冷源,大大降低能耗,有利于节能减排。
75.可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
转载请注明原文地址: https://doc.8miu.com/read-1350177.html

最新回复(0)