CN107575971A - 一种蒸发式冷水机组和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蒸发式冷水机组和控制方法，所述蒸发式冷水机组包括：压缩机(1)和蒸发式冷凝器(2)；风冷型预冷换热器(8)，设置于所述压缩机(1)和所述蒸发式冷凝器(2)之间；水冷型预冷换热器(9)，设置于所述压缩机(1)和所述蒸发式冷凝器(2)之间、且与所述风冷型预冷换热器(8)并联连接。通过本发明能够相对于现有技术的风冷单预冷的方式，增加了水预冷的方式，由于水预冷的方式相对于风预冷的功耗较小，因此在对机组进行阻垢的同时、还减少机组的功耗，提高了机组的能效；同时由于风预冷与水预冷同时工作以对冷媒进行降温作用，还有效地提高了冷媒的降温放热效率，提高机组的换热能力。

Description

一种蒸发式冷水机组和控制方法

技术领域

本发明属于制冷技术领域，具体涉及一种蒸发式冷水机组和控制方法。

背景技术

随着我国轨道交通行业的快速发展，与地铁车站配套的空调设备逐渐扩大规模产业，蒸发式冷水机组正是满足其高能效、全天候、变工况、无冷却塔、占地少的市场需求。

但是蒸发式冷水机组面临着多种行业问题，阻碍其发展与推广。包括换热器表面结垢严重，昼夜干湿球温差大，机组区域通用性差等；导致运行不稳定，可靠性较差，换热能力下降，维保费用高，设计寿命短等。

许多工程技术人员在冷凝器前增加表冷器或翅片换热器，但是这种方法面临着能效差，受环境湿球温度(相对湿度)、昼夜温湿度变化影响较大，不能有效减缓换热器表面结垢，且运行不稳定，造成舒适性较差，用户体验差的现象。

由于现有技术中的蒸发式冷水机组存在阻垢(减缓结垢)手段的能效低、换热能力低、适用性较差、运行不稳定，造成舒适性较差，用户体验差等技术问题，因此本发明研究设计出一种蒸发式冷水机组和控制方法。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的蒸发式冷水机组存在减缓结垢时能效低的缺陷，从而提供一种蒸发式冷水机组和控制方法。

本发明提供一种蒸发式冷水机组，其包括：

压缩机和蒸发式冷凝器；

风冷型预冷换热器，设置于所述压缩机和所述蒸发式冷凝器之间；

水冷型预冷换热器，设置于所述压缩机和所述蒸发式冷凝器之间、且与所述风冷型预冷换热器并联连接。

优选地，所述水冷型预冷换热器包括冷却水循环水箱和设置于所述水箱中的套管换热器，冷媒在所述套管换热器中流动。

优选地，所述冷却水循环水箱的出水管与所述蒸发式冷凝器的入水管相连通。

优选地，所述冷却水循环水箱与所述蒸发式冷凝器之间还设置有水泵。

优选地，所述蒸发式冷凝器包括蒸发式冷媒换热管、喷淋***，其中所述入水管与所述喷淋***相连。

优选地，所述蒸发式冷凝器还包括设置在与所述蒸发式冷媒换热管对应位置的风机。

优选地，所述风冷型预冷换热器所在的并联支路上还设置有控制阀。

优选地，在所述压缩机的排气管路上还设置有压力传感器。

优选地，所述风冷型预冷换热器为翅片式换热器。

本发明还提供一种蒸发式冷水机组的控制方法，其使用前述的蒸发式冷水机组，根据室外温度和湿度的不同工况，对蒸发式冷凝器进行预冷的切换控制调节。

优选地，当包括压力传感器和控制阀时：

当压力传感器检测的压力P≤P1时，判断此时为高温低湿工况，则关闭控制阀，使得冷媒只通过所述水冷型预冷换热器流向所述蒸发式冷凝器；

当压力传感器检测的压力P>P1时，判断此时为高温高湿工况，则打开控制阀，使得冷媒分别通过所述水冷型预冷换热器和风冷型预冷换热器流向所述蒸发式冷凝器；

其中所述P1为冷媒工况变化预设压力值。

本发明提供的一种蒸发式冷水机组和控制方法具有如下有益效果：

1.本发明的蒸发式冷水机组和控制方法，通过在所述压缩机和所述蒸发式冷凝器之间、且与所述风冷型预冷换热器并联的方式设置的水冷型预冷换热器，能够相对于现有技术的风冷单预冷的方式，增加了水预冷的方式，由于水预冷的方式相对于风预冷的功耗较小，因此在对机组进行减缓结垢的同时、还有效地提高了机组的能效；同时由于风预冷与水预冷同时工作以对冷媒进行降温作用，还有效地提高了冷媒的降温放热效率，提高机组的换热能力；

2.本发明的蒸发式冷水机组和控制方法，在高温低湿情况下，由水箱中的低温水对冷凝器冷媒进行预冷，降低冷凝器中冷媒温度，减少由于高温低湿环境下，一般风冷型预冷装置引起的功率偏高，整机性能较差的情况。同时冷凝器中降低后的冷媒温度意味着蒸发式冷凝器表面的水蒸发量减少，结垢速率降低；

3.本发明的蒸发式冷水机组和控制方法，在高温高湿情况下，在水预冷套管换热器的预冷情况下，并联增加一路由冷凝器进口冷风对翅片换热器进行预冷，双管齐下进一步降低冷凝器中冷媒温度，减少高温高湿环境引起的高负荷冷凝器换热不足，提升整机的制冷量。同时冷凝器中降低后的冷媒温度意味着蒸发式冷凝器表面的水蒸发量减少，结垢速率降低；

4.本发明的蒸发式冷水机组和控制方法，解决全工况(高温高湿、高温低湿)下，最大限度的对蒸发式冷凝器的冷媒进行预冷，降低冷凝温度，减少由于其换热管表面水蒸发而产生的水垢。

附图说明

图1是本发明的蒸发式冷水机组的***流程结构示意图。

图中附图标记表示为：

1、压缩机；2、蒸发式冷凝器；20、入水管；21、喷淋***；3、电子膨胀阀；4、壳管蒸发器；5、水泵；6、风机；7、蒸发式冷媒换热管；8、风冷型预冷换热器；9、水冷型预冷换热器；91、冷却水循环水箱；91a、出水管；92、套管换热器；11、压力传感器；12、控制阀。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种蒸发式冷水机组，其包括：

压缩机1和蒸发式冷凝器2；

风冷型预冷换热器8，设置于所述压缩机1和所述蒸发式冷凝器2之间；

水冷型预冷换热器9，设置于所述压缩机1和所述蒸发式冷凝器2之间、且与所述风冷型预冷换热器8并联连接。

本发明解决了如下技术问题：蒸发式冷却机组在高温高湿的环境下适用性较差，高温低湿能效较差，以及换热器表面结垢比较严重，引发的用户体感差的问题。

通过在所述压缩机和所述蒸发式冷凝器之间、且与所述风冷型预冷换热器并联的方式设置的水冷型预冷换热器，能够相对于现有技术的风冷单预冷的方式，增加了水预冷的方式，由于水预冷的方式相对于风预冷的功耗较小，因此在对机组进行减缓结垢的同时、还有效地提高了机组的能效；同时由于风预冷与水预冷同时工作以对冷媒进行降温作用，增大换热面积，进一步降低进入蒸发式冷凝器的冷媒温度，从而降低蒸发式冷凝器换热耗功，提高整机能效，提高机组的换热能力；

在高温低湿情况下，由水箱中的低温水对冷凝器冷媒进行预冷，降低冷凝器中冷媒温度，减少由于干燥情况等高温低湿环境下，一般风冷型预冷装置引起的功率偏高，整机性能较差的情况，即仅仅使用风冷作为预冷的蒸发冷，能效较低的情况；同时冷凝器中降低后的冷媒温度意味着蒸发式冷凝器表面的水蒸发量减少，结垢速率降低，增大减缓结垢能力；

在高温高湿情况下，在水预冷套管换热器的预冷情况下，并联增加一路由冷凝器进口冷风对翅片换热器进行预冷，双管齐下进一步降低冷凝器中冷媒温度，减少高温高湿环境引起的高负荷冷凝器换热不足，提升整机的制冷量。即减少由于阴雨天气、潮湿环境下，即环境相对湿度过高(高湿)引起的蒸发式冷凝器的换热下降，机组冷负荷不足的情况。同时冷凝器中降低后的冷媒温度意味着蒸发式冷凝器表面的水蒸发量减少，结垢速率降低，增大减缓结垢能力；

本发明的蒸发式冷水机组，有效地解决了全工况(高温高湿、高温低湿)下，最大限度的对蒸发式冷凝器的冷媒进行预冷，降低冷凝温度，减少由于其换热管表面水蒸发而产生的水垢。

优选地，所述水冷型预冷换热器9包括冷却水循环水箱91和设置于所述水箱91中的套管换热器92，冷媒在所述套管换热器92中流动。通过冷却水循环水箱和套管换热器相结合的结构形式，能够使得冷媒在水箱中的套管换热器中流动时被水箱中的水给冷却，从而降低冷媒的温度，实现对冷媒预冷的作用和效果，降低进入蒸发式冷凝器中冷媒的温度，从而降低冷媒在冷凝器中的蒸发量，减少水垢的产生量，并且相比于风预冷的形式，这种具体的水预冷形式能够提高***的能效、降低能耗。

优选地，所述冷却水循环水箱91的出水管91a与所述蒸发式冷凝器2的入水管20相连通。通过这样的结构形式能够将水箱中被冷媒加热后的水导入至蒸发式冷凝器中、以在冷凝器中进行蒸发，从而提升了进入蒸发式冷凝器中水的温度，有利于水的蒸发，提高了换热效果，并且对水进行了充分的利用、提高循环效率。

优选地，所述冷却水循环水箱91与所述蒸发式冷凝器2之间还设置有水泵5。通过在上述位置设置水泵，能够对水从水箱中被加热后进入蒸发式冷凝器中提供运行的动力，保证水的循环流动过程。

优选地，所述蒸发式冷凝器2包括蒸发式冷媒换热管7、喷淋***21，其中所述入水管20与所述喷淋***21相连。通过冷媒换热管使得冷媒在冷媒换热管中流动并与管外的水进行换热，通过喷淋***能够有效地将水通过喷洒的方式与冷媒换热管进行接触并与冷媒进行换热、提高了换热效果，且喷淋***与入水管相连、能够有效地将冷却水循环水箱中被加热后的水引入至喷淋***中，提高换热的效率，提高水的循环利用。

优选地，所述蒸发式冷凝器2还包括设置在与所述蒸发式冷媒换热管7对应位置的风机6。通过在冷媒换热管对应位置设置风机能够有效地加强蒸发式冷凝器的换热效果。优选为轴流风机。

优选地，所述风冷型预冷换热器8所在的并联支路上还设置有控制阀12。(优选为电磁阀)通过控制阀能够对该支路上的风冷型预冷换热器的开闭进行控制调节，可以根据实际工况的需要选择打开或关闭该风冷型预冷换热器，起到智能控制的作用。

优选地，在所述压缩机1的排气管路上还设置有压力传感器11。通过在上述位置设置压力传感器能够对冷凝器的冷凝压力进行检测，当室外环境为高温高湿工况时，冷却水难以进行蒸发、导致冷媒难以进行换热，换热效率降低，从而使得检测得的压力偏高，相反地，当室外环境为高温低湿工况时，冷却水较易进行蒸发、导致冷媒较易进行换热，换热效率提高，从而使得检测得的压力偏低，因此通过检测压力便能够间接地获得室外环境工况的工况值，为机组实现智能控制提供条件。

优选地，所述风冷型预冷换热器8为翅片式换热器。这是本发明的风冷型预冷换热器的优选结构形式。

***运行概述：

改进后冷媒流路增加一个并联旁通流路的蒸发冷冷水机组，冷媒流路如下所示：

风预冷冷媒流路：压缩机1→风冷型预冷换热器8→蒸发式冷凝器2→电子膨胀阀3→壳管蒸发器4；

水预冷冷媒流路：压缩机1→水冷型预冷换热器9→蒸发式冷凝器2→电子膨胀阀3→壳管蒸发器4。

改机后机组运行原理：

在高温低湿工况下，冷媒流路为水预冷冷媒流路；此环境处于低负荷工况，蒸发式冷凝机组冷凝器中冷媒经过水冷型预冷换热器9降温，使用蒸发式冷凝器2进行冷凝，可以满足机组高效率的运行。

在高温高湿工况下，冷媒流路为水预冷与风预冷并联流路；此环境处于高负荷工况，冷媒在水预冷换热器进行预冷后，循环水温增加，导致并不能有效降低预冷器温度。因此根据冷凝器压力值P值的判定条件，预设风冷型预冷换热器8流路上的控制阀12打开，冷媒流路同时经由风冷型预冷换热器8与水冷型预冷换热器9后，从而进入蒸发式冷凝器2中，可以达到降低冷凝温度，降低蒸发式冷媒换热管7表面的水垢；从另一个角度来说，相当于高温高湿高负荷工况下，机组的冷凝方式为蒸发冷却式+水冷式+风冷式的组合方式，水冷型预冷换热器9与风冷型预冷换热器8分别担负一部分换热负荷，蒸发式冷凝器2的换热量减少，进一步提高换热量，提升能效。

本发明还提供一种蒸发式冷水机组的控制方法，其使用前述的蒸发式冷水机组，根据室外温度和湿度的不同工况，对蒸发式冷凝器2进行预冷的切换控制调节。

本发明解决了如下技术问题：蒸发式冷却机组在高温高湿的环境下适用性较差，高温低湿能效较差，以及换热器表面结垢比较严重，引发的用户体感差的问题。

通过在所述压缩机和所述蒸发式冷凝器之间、且与所述风冷型预冷换热器并联的方式设置的水冷型预冷换热器，能够相对于现有技术的风冷单预冷的方式，增加了水预冷的方式，由于水预冷的方式相对于风预冷的功耗较小，因此在对机组进行减缓结垢的同时、还有效地提高了机组的能效；同时由于风预冷与水预冷同时工作以对冷媒进行降温作用，还有效地提高了冷媒的降温放热效率，提高机组的换热能力；

在高温低湿情况下，由水箱中的低温水对冷凝器冷媒进行预冷，降低冷凝器中冷媒温度，减少由于干燥情况等高温低湿环境下，一般风冷型预冷装置引起的功率偏高，整机性能较差的情况，即仅仅使用风冷作为预冷的蒸发冷，能效较低的情况；同时冷凝器中降低后的冷媒温度意味着蒸发式冷凝器表面的水蒸发量减少，结垢速率降低，增大减缓结垢能力；

在高温高湿情况下，在水预冷套管换热器的预冷情况下，并联增加一路由冷凝器进口冷风对翅片换热器进行预冷，双管齐下进一步降低冷凝器中冷媒温度，减少高温高湿环境引起的高负荷冷凝器换热不足，提升整机的制冷量。即减少由于阴雨天气、潮湿环境下，即环境相对湿度过高(高湿)引起的蒸发式冷凝器的换热下降，机组冷负荷不足的情况。同时冷凝器中降低后的冷媒温度意味着蒸发式冷凝器表面的水蒸发量减少，结垢速率降低，增大减缓结垢能力；

本发明的蒸发式冷水机组控制方法，有效地解决了全工况(高温高湿、高温低湿)下，最大限度的对蒸发式冷凝器的冷媒进行预冷，降低冷凝温度，减少由于其换热管表面水蒸发而产生的水垢。

优选地，当包括压力传感器11和控制阀12时：

当压力传感器11检测的压力P≤P1时，判断此时为高温低湿工况，则关闭控制阀12，使得冷媒只通过所述水冷型预冷换热器流向所述蒸发式冷凝器2；

当压力传感器11检测的压力P>P1时，判断此时为高温高湿工况，则打开控制阀12，使得冷媒分别通过所述水冷型预冷换热器9和风冷型预冷换热器8流向所述蒸发式冷凝器2；

其中所述P1为冷媒工况变化预设压力值。

这是本发明的根据检测到的冷凝压力值而判断室外工况且进一步控制调节冷媒是单独经过水冷型预冷换热器中预冷、还是经过风冷型预冷换热器中预冷还是同时经过两个预冷换热器中进行预冷换热，以达到提高***能效，提高换热效率、且提高减缓结垢能力的效果。

根据冷凝器压力传感器11所采集到的P值，调整风冷型预冷换热器8所在支路中控制阀12的启闭，调整冷媒流路的走向，有效保障全工况下高能效的运行和减缓结垢速率。

若P≤P1时，控制阀12关闭(优选电磁阀)，此时为高温低湿工况。冷媒流路走向：压缩机1→水冷型预冷换热器9→蒸发式冷凝器2→电子膨胀阀3→壳管蒸发器4；当室外环境为高温低湿工况时，冷却水较易进行蒸发、导致冷媒较易进行换热，换热效率提高，从而冷媒压力降低、使得检测得的压力偏低，从而通过检测到的压力值P可以间接地判断出此时室外工况为高温低湿工况；

若P＞P1，控制阀12开启(优选电磁阀)。此时为高温高湿工况，冷媒流路走向：压缩机1→水冷型预冷换热器9/风冷型预冷换热器8→蒸发式冷凝器2→电子膨胀阀3→壳管蒸发器4。当室外环境为高温高湿工况时，冷却水难以进行蒸发、导致冷媒难以进行换热，换热效率降低，从而冷媒压力降低得很少、使得检测得的压力偏高，从而通过检测到的压力值P可以间接地判断出此时室外工况为高温高湿工况。

备注：P为冷凝器中冷媒压力，P1值根据不同冷媒设置值不同.如使用的制冷剂为R22冷媒时，P1＝1390Kpa；如使用的制冷剂为R134a冷媒时，P1＝910Kpa。P1的数值大小是根据大量的实验结果以及经验数值所得的的。

通过对制冷剂流路的控制过程的描述，该机组的设置和控制可以在高温高湿、高温低湿等全工况环境下，增加机组的换热量，提高机组能效和综合部分负荷性能系数，降低结垢速率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种蒸发式冷水机组，其特征在于：包括：

压缩机(1)和蒸发式冷凝器(2)；

风冷型预冷换热器(8)，设置于所述压缩机(1)和所述蒸发式冷凝器(2)之间；

水冷型预冷换热器(9)，设置于所述压缩机(1)和所述蒸发式冷凝器(2)之间、且与所述风冷型预冷换热器(8)并联连接。

2.根据权利要求1所述的蒸发式冷水机组，其特征在于：所述水冷型预冷换热器(9)包括冷却水循环水箱(91)和设置于所述水箱(91)中的套管换热器(92)，冷媒在所述套管换热器(92)中流动。

3.根据权利要求2所述的蒸发式冷水机组，其特征在于：所述冷却水循环水箱(91)的出水管(91a)与所述蒸发式冷凝器(2)的入水管(20)相连通。

4.根据权利要求2所述的蒸发式冷水机组，其特征在于：所述冷却水循环水箱(91)与所述蒸发式冷凝器(2)之间还设置有水泵(5)。

5.根据权利要求3所述的蒸发式冷水机组，其特征在于：所述蒸发式冷凝器(2)包括蒸发式冷媒换热管(7)、喷淋***(21)，其中所述入水管(20)与所述喷淋***(21)相连。

6.根据权利要求5所述的蒸发式冷水机组，其特征在于：所述蒸发式冷凝器(2)还包括设置在与所述蒸发式冷媒换热管(7)对应位置的风机(6)。

7.根据权利要求1所述的蒸发式冷水机组，其特征在于：所述风冷型预冷换热器(8)所在的并联支路上还设置有控制阀(12)。

8.根据权利要求1所述的蒸发式冷水机组，其特征在于：在所述压缩机(1)的排气管路上还设置有压力传感器(11)。

9.根据权利要求1所述的蒸发式冷水机组，其特征在于：所述风冷型预冷换热器(8)为翅片式换热器。

10.一种蒸发式冷水机组的控制方法，其特征在于：使用权利要求1-9中任一项所述的蒸发式冷水机组，根据室外温度和湿度的不同工况，对蒸发式冷凝器(2)进行预冷的切换控制调节。

11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于：当包括压力传感器(11)和控制阀(12)时：

当压力传感器(11)检测的压力P≤P1时，判断此时为高温低湿工况，则关闭控制阀(12)，使得冷媒只通过所述水冷型预冷换热器流向所述蒸发式冷凝器(2)；

当压力传感器(11)检测的压力P>P1时，判断此时为高温高湿工况，则打开控制阀(12)，使得冷媒分别通过所述水冷型预冷换热器(9)和风冷型预冷换热器(8)流向所述蒸发式冷凝器(2)；

其中所述P1为冷媒工况变化预设压力值。