CN109695967A - 工业冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业冷却领域，提供工业冷却系统，用于冷却工艺空调机中的送风，包括一级制冷回路和二级制冷回路；所述一级制冷回路包括依次连接的压缩机、第一蒸发式冷凝器、膨胀阀和低压储液器；所述低压储液器与所述二级制冷回路进行热交换，以使得所述二级制冷回路当中的制冷剂经过冷凝或降温之后进入所述工艺空调机；所述一级制冷回路当中制冷剂材料为相变材料。该种工业冷却系统，一级制冷回路利用相变材料的潜热制冷，蒸发冷凝温差比现有技术工业水冷制冷系统缩小很多，因此压缩比也缩小了很多，效率成倍提高，能耗被有效控制。此外，该种工业冷却系统也可以最大限度的提高工业冷却系统的热力学完善度。

Description

工业冷却系统

技术领域

本发明涉及工业冷却领域，尤其涉及工业冷却系统。

背景技术

化纤行业等工业生产的工艺过程中，需要大量中低温送风来带走热量，其处理热负荷较大，制冷电耗很高。

工业生产中应用的常规冷却方式为水冷制冷方式，如图1所示，工业水冷制冷系统包括冷却水管道006和冷冻水管道007。其中，在冷却水管道006上连接有冷却塔001、冷却水泵002和冷水机组003。在冷冻水管道007上连接有冷冻水泵004和工艺空调机005，并连接到水冷机组003。该种工业水冷制冷系统利用冷却塔001和冷水机组003制取约10℃的冷冻水并送入冷冻水系统，冷冻水从制冷设备房输送到空调机房的工艺空调机005内，并通过工艺空调机005内的盘管冷却工艺送风。之后冷冻水升温，回到冷水机组003，完成一次循环。此循环在同等外气湿球温度的条件下，冷凝温度高，蒸发温度低，蒸发冷凝温差比较大，同时压缩机的压缩比也比较大，故压缩机能耗过高。

同时，在冬季常规冷冻水系统开启自然冷却模式冷却工艺送风，即直接采用低温的室外风进行过滤、喷水、除尘等工序后送风，停止冷却塔001和冷水机组003的运作。但是，一年中尤其是南方地区进行自然冷却的时间很短(如江浙沪一带约为两个月)，并且过滤、喷水除尘效果并不能保证优良的送风品质，进而影响产品质量。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

本发明的其中一个目的是：提供一种工业冷却系统，解决现有技术中存在的工业冷却系统的蒸发冷凝温差比较大，同时压缩机的压缩比也比较大，故压缩机能耗过高的技术问题。

为了实现该目的，本发明提供了一种工业冷却系统，用于冷却工艺空调机的送风，包括一级制冷回路和二级制冷回路；所述一级制冷回路包括依次连接的压缩机、第一蒸发式冷凝器、膨胀阀和低压储液器；所述低压储液器与所述二级制冷回路进行热交换，以使得所述二级制冷回路当中的制冷剂经过冷凝或降温之后进入所述工艺空调机；所述一级制冷回路当中制冷剂材料为相变材料。

根据本发明的其中一个实施例，所述压缩机并联旁通支路，且所述压缩机和所述旁通支路的至少其中之一导通。

根据本发明的其中一个实施例，所述第一蒸发式冷凝器和低压储液器之间还设置有高压储液器，所述膨胀阀设置在所述高压储液器和所述低压储液器之间。

根据本发明的其中一个实施例，所述膨胀阀包括并联的电子膨胀阀和手动膨胀阀。

根据本发明的其中一个实施例，所述电子膨胀阀和手动膨胀阀的公共端串联有第一开关阀。

根据本发明的其中一个实施例，所述电子膨胀阀和手动膨胀阀并联有第二开关阀。

根据本发明的其中一个实施例，所述一级制冷回路当中的相变材料为氟利昂。

根据本发明的其中一个实施例，所述二级制冷回路当中制冷剂材料为相变材料。

根据本发明的其中一个实施例，所述二级制冷回路当中的相变材料为二氧化碳。

根据本发明的其中一个实施例，所述二级制冷回路包括二级储液器，所述二级储液器和所述低压储液器之间进行热交换。

根据本发明的其中一个实施例，所述二级储液器通过多个所述二级制冷回路并联多个所述工艺空调机，各个所述二级制冷回路上均设置有驱动泵，多个所述驱动泵之间通过管路连接。

根据本发明的其中一个实施例，所述二级储液器接入自然制冷回路，所述自然制冷回路包括依次连接的第二蒸发式冷凝器，所述自然制冷回路当中的制冷剂为相变材料。

根据本发明的其中一个实施例，所述工业冷却系统还包括换热器，所述换热器包括进行热交换的第一换热管和第二换热管；所述低压储液器连接所述第一换热管形成第一换热回路，所述二级储液器连接所述第二换热管形成第二换热回路。

根据本发明的其中一个实施例，所述一级制冷回路、二级制冷回路、第一换热回路以及第二换热回路的至少其中之一设置有驱动泵。

根据本发明的其中一个实施例，所述低压储液器设置有热交换管，所述热交换管接入所述二级制冷回路中。

本发明的技术方案具有以下优点：本发明的该种工业冷却系统，一级制冷回路利用相变材料的潜热制冷，蒸发冷凝温差比现有技术工业水冷制冷系统缩小很多，因此压缩比也缩小了很多，效率成倍提高，能耗被有效控制。此外，该种工业冷却系统也可以最大限度的提高工业冷却系统的热力学完善度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术的工业水冷制冷系统的结构示意图；

图2是实施例一的工业冷却系统的结构示意图；

图3是实施例二的工业冷却系统的结构示意图；

图4是实施例三的工业冷却系统的结构示意图；

图5是实施例四的工业冷却系统的结构示意图；

图中：001、冷却塔；002、冷却水泵；003、冷水机组；004、冷冻水泵；005、工艺空调机；006、冷却水管道；007、冷冻水管道；

1、压缩机；2、第一蒸发式冷凝器；02、第二蒸发式冷凝器；3、高压储液器；4、第一驱动泵；5、第一开关阀；6、第二开关阀；7、电子膨胀阀；8、手动膨胀阀；9、低压储液器；10、第二驱动泵；11、换热器；12、二级储液器；13、第三驱动泵；14、第四驱动泵；15、第一工艺空调机；16、第二工艺空调机；17、第一冷却盘管；18、第二冷却盘管；19、旁通支路；20、一级制冷回路；21、二级制冷回路；22、自然制冷回路；23、管路。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系在没有特别说明的情况下，为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

请参见图2，实施例一的工业冷却系统，用于冷却工艺空调机的送风，包括一级制冷回路20和二级制冷回路21。一级制冷回路20包括依次连接的压缩机1、第一蒸发式冷凝器2、膨胀阀和低压储液器9；低压储液器9与二级制冷回路21进行热交换，以使得二级制冷回路21当中的制冷剂经过冷凝或降温之后进入工艺空调机；一级制冷回路20当中的制冷剂均为相变材料。

该种工业冷却系统，一级制冷回路20利用相变材料的潜热制冷，蒸发冷凝温差(也即一级制冷回路20和二级制冷回路21的温差)比现有技术工业水冷制冷系统缩小很多，因此压缩比也缩小了很多，效率成倍提高，能耗被有效控制。此外，该种工业冷却系统也可以最大限度的提高工业冷却系统的热力学完善度。

根据本发明的实施例一，第一蒸发式冷凝器2和低压储液器9之间还设置有高压储液器3。通过设置高压储液器3，进而可以保证一级制冷回路20控制的精确稳定性，以期在低压储液器9中得到符合要求的制冷剂。

根据本发明的实施例一，在高压储液器3和低压储液器9之间设置有膨胀阀。经过膨胀阀的时候制冷剂降压降温，使得低压储液器9当中得到低温低压的制冷剂。

根据本发明的实施例一，膨胀阀包括并联的电子膨胀阀7和手动膨胀阀8。进而当电子膨胀阀7出现故障需要检修时，可以手动开启手动膨胀阀8，以临时取代电子膨胀阀7进行膨胀节流。一旦电子膨胀阀7故障修复或更换后再关闭手动膨胀阀8，切换回电子膨胀阀7自动控制运行。

请参见图2，电子膨胀阀7和手动膨胀阀8的公共端串联有第一开关阀5。其中，当工业冷却系统设置有高压储液器3的时候，将第一开关阀5设置在高压储液器3的出口端。该种情况下，当低压储液器9的液位较高无需再供液时，由于电子膨胀阀7并不能完全将一级制冷回路20关闭，此时通过断开第一开关阀5便可以将一级制冷回路20完全关闭，防止低压储液器9的液位超标。一旦低压储液器9的液位降低后，又可以接通第一开关阀5恢复低压储液器9的供液。

请参见图2，电子膨胀阀7和手动膨胀阀8并联有第二开关阀6。当低压储液器9的液位较低时，如果需要快速给低压储液器9供液，但电子膨胀阀7开度不满足要求不能及时供液时，此时便可以开启第二开关阀6，保证对低压储液器9顺利供液。直到低压储液器9的液位满足要求此时即可关闭第二开关阀6。

根据本发明的实施例一，一级制冷回路20当中的相变材料采用氟利昂。例如综合换热性能和造价后，可以选择R134a作为一级制冷回路20当中的相变材料。当然，诸如氨类自然工质或者一些现在费用高昂的新型冷媒也可以被应用当本发明一级制冷回路20中。

根据本发明的实施例一，二级制冷回路21当中制冷剂材料为相变材料。进而，二级制冷回路21当中制冷剂温度比传统工业水冷制冷系统高，以进一步减小一级制冷回路20和二级制冷回路21的温差。并且，该种情况下的工业冷却系统，一级制冷回路20和二级制冷回路21的温差比现有技术的工业水冷制冷系统缩小了近一半，因此压缩机1的压缩比也缩小了近一倍。

当然，二级制冷回路21当中的制冷剂不受此处举例的限制，例如二级制冷回路21也可以采用传统工业水冷制冷系统当中的结构，进而此时二级制冷回路21当中的制冷剂仍旧可以采用水。

当二级制冷回路21当中制冷剂材料为相变材料时，进一步可以采用二氧化碳作为二级制冷回路21当中的相变材料。二氧化碳具有压力高、沿程管路损失小、流动性好等特性，以进一步提高工业冷却系统的制冷效果。

根据本发明的实施例一，二级制冷回路21包括二级储液器12，此处的二级储液器12指代的是二级制冷回路21当中的储液器，命名为“二级储液器”目的在于和一级制冷回路当中的结构形成区分，其不构成对储液器结构和形状的限制。此时，为了进行一级制冷回路20和二级制冷回路21内制冷剂的热交换，只需要将二级储液器12和低压储液器9内部的制冷剂进行热交换即可。

当然，二级制冷回路21并非一定要设置二级储液器12，例如直接将相变材料填充至二级制冷回路21当中也可以。

值得一提的是，当设置有二级储液器12时，二级储液器12和低压储液器9之间既可以直接进行热交换，也可以通过额外设置一个换热器11进行热交换。

图2中，工业冷却系统还包括换热器11，换热器11包括进行热交换的第一换热管和第二换热管。低压储液器9连接第一换热管形成第一换热回路，二级储液器12连接第二换热管形成第二换热回路。通过设置换热器11，保证了一级制冷回路20和二级制冷回路21之间的可靠换热。并且，由于形成有第一换热回路和第二换热回路，进而使得换热结构本身可以独立于一级制冷回路20和二级制冷回路21，以方便工业冷却系统的控制。

当然，即使二级制冷回路21当中没有二级储液器12，换热器11也照样可以实现一级制冷回路20和二级制冷回路21之间的换热。

根据本发明的实施例一，还可以在低压储液器9设置热交换管，热交换管接入所述二级制冷回路21。此时，二级制冷回路当中的制冷剂流经热交换管，又由于热交换管设置在低压储液器9上，进而可以和低压储液器9发生热交换，以达到换热目的。其中，热交换管可以设置在低压储液器9的底板上或者侧壁上甚至其它任何位置。并且，热交换管可以为盘管的形式。当然，此处举例不构成对本发明的限制，只要热交换管可以和低压储液器9内部的制冷剂发生热交换即可。

通过在低压储液器9上设置热交换管，可以省去换热器11，并达到同样的换热效果。

根据本发明的实施例一，换热器11为板式换热器11，当然此处举例不构成对换热器11的限制。

其中，热交换管可以做成盘管设置在低压储液器9的外部甚至内部。例如，可以将热交换管设置在低压储液器9的底板位置或者侧壁位置或者任意其它位置，只要可以实现换热即可。同样的，热交换管的结构也不受盘管的限制。

请再次参见图2，一级制冷回路20、二级制冷回路21、第一换热回路以及第二换热回路均设置有驱动泵。图2中，当一级制冷回路20当中的高压储液器3的出液口比低压储液器9的进液口高，例如高度差在1m以上，则一级制冷回路20当中即使不设置第一驱动泵4也可以实现低压储液器9的自然供液。同样的，当第一换热回路当中，低压储液器9的出液口比换热器11的进液口高，例如高度差在1m以上，则第一换热回路中即使不设置第二驱动泵10也可以实现第一换热管的自然供液。同理，第二换热回路当中也可以不设置驱动泵。此外，二级制冷回路21同样也可以不设置第三驱动泵13和第四驱动泵14。

根据本发明的实施例一，二级储液器12通过多个二级制冷回路21并联多个工艺空调机。图2中，工艺空调机的数量为两个，分别为第一工艺空调机15和第二工艺空调机16。其中，在第一工艺空调机15当中设置有第一冷却盘管17，在第二工艺空调机16当中设置有第二冷却盘管18。

该种工业冷却系统的具体循环过程为：

R134a气体从其低压储液器9被压缩机1吸入，升压升温后送至第一蒸发式冷凝器2，在蒸发式冷凝内定压放热变成R134a液体后被送至高压储液器3，然后经膨胀阀降压降温后被送至低压储液器9，此时低压储液器9当中得到低温的R134a液体。通过板式换热器11将低压储液器9当中低温的R134a液体和二级制冷回路21当中的CO₂液体进行换热。带了冷量的CO₂液体从二级储液器12送至工艺空调机，通过工艺空调机内的盘管冷却工艺送风。CO₂液体吸收了热量后返回二级储液器12，再去板式换热器11里吸取冷量，完成一次循环。

实施例二

和实施例一相同之处，本实施例二不再赘述。和实施例一不同之处在于，本实施例二的工业冷却系统，请参见图3，压缩机1并联旁通支路19，且压缩机1和旁通支路19的至少其中之一导通。通过压缩机1设置旁通支路19，进而在气候较为凉爽的季节，可以选择导通旁通支路19并断开压缩机1，使得一级制冷回路20当中进行自然冷却。

压缩机1断开时，一级制冷回路20当中的相变材料从其低压储液器9通过旁通支路19直接进入第一蒸发式冷凝器2，制取低温的液态相变材料。由于相变材料携带潜热巨大，因此一级制冷回路20当中制冷剂的温度较之工业水冷制冷系统当中冷却水的温度高得多，进而每年能够进行自然冷却的时间比传统工业水冷制冷系统提高了近一倍。例如杭州一带应用该种工业水冷制冷系统进行自然冷却的时长可以达到四个月。

由于该种工业冷却系统很大时间占比压缩机1不开启，进而可以使得工业冷却系统效率提升接近一倍。

值得一提的是，该种工业冷却系统并未直接将外界新风大量送入工艺空调机当中，因此对循环风的污染也非常小。实施例二当中，也可以同时开启压缩机1并接通旁通支路19，此时压缩机1正常工作对一级制冷回路20进行制冷，同时外界环境满足要求的情况下，一级制冷回路20也可以同时进行自然冷却。当外界环境不满足自然冷却要求的情况下，可以将旁通支路19断开，此时只通过压缩机1启动一级制冷回路20制冷。

实施例三

和实施例一相同之处，本实施例三不再赘述。和实施例一不同之处在于，本实施例三的工业冷却系统，请参见图4，二级储液器12通过多个二级制冷回路21并联多个工艺空调机，各个二级制冷回路21上均设置有驱动泵，多个驱动泵之间通过管路23连接。

如图4中，第三驱动泵13和第四驱动泵14之间通过管路23连接。进而当第三驱动泵13和第四驱动泵14当中的一个出现故障时，暂时由另一台正常工作的驱动泵统一供液。

根据本发明的实施例三，在管路23上设置截止阀，以控制第三驱动泵13和第四驱动泵14之间的通断。当第三驱动泵13和第四驱动泵14均能正常工作时，此时截止阀断开。

实施例四

和实施例一相同之处，本实施例四不再赘述。和实施例一不同之处在于，本实施例四的工业冷却系统，请参见图5，二级储液器12接入自然制冷回路22。其中，自然制冷回路22包括依次连接的第二蒸发式冷凝器02。

通过将二级制冷回路21的二级储液器12接入自然制冷回路22，进而当外界环境温度较低时，可以直接通过自然制冷回路22得到满足需求的制冷剂，提高工业冷却系统的制冷效率。此时，无需将一级制冷回路20和二级制冷回路21进行换热。并且，自然制冷回路22对室外湿球温度的要求又可以提升1～2度，进而可以进一步延长一年当中可以进行自然冷却的时长，实现最大化节能。

其中，自然制冷回路22当中的制冷剂同样可以采用相变材料，以使得整年当中自然制冷回路22的工作时长得以延长。例如，不仅冬天自然制冷回路22可以工作，春季或者秋季时候，自然制冷回路22也可能能参与制冷。

值得一提的是，在图5中设置有驱动泵。其中，当第二蒸发式冷凝器02的出液口高度在二级储液器进液口上方的时候，也可以不设置该驱动泵，进而使得制冷剂在重力作用下，从第二蒸发式冷凝器02进入二级储液器。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (15)

1.一种工业冷却系统，用于冷却工艺空调机的送风，其特征在于，包括一级制冷回路和二级制冷回路；所述一级制冷回路包括依次连接的压缩机、第一蒸发式冷凝器、膨胀阀和低压储液器；所述低压储液器与所述二级制冷回路进行热交换，以使得所述二级制冷回路当中的制冷剂经过冷凝或降温之后进入所述工艺空调机；所述一级制冷回路当中制冷剂材料为相变材料。

2.根据权利要求1所述的工业冷却系统，其特征在于，所述压缩机并联旁通支路，且所述压缩机和所述旁通支路的至少其中之一导通。

3.根据权利要求1所述的工业冷却系统，其特征在于，所述第一蒸发式冷凝器和低压储液器之间还设置有高压储液器，所述膨胀阀设置在所述高压储液器和所述低压储液器之间。

4.根据权利要求1所述的工业冷却系统，其特征在于，所述膨胀阀包括并联的电子膨胀阀和手动膨胀阀。

5.根据权利要求4所述的工业冷却系统，其特征在于，所述电子膨胀阀和手动膨胀阀的公共端串联有第一开关阀。

6.根据权利要求5所述的工业冷却系统，其特征在于，所述电子膨胀阀和手动膨胀阀并联有第二开关阀。

7.根据权利要求1所述的工业冷却系统，其特征在于，所述一级制冷回路当中的相变材料为氟利昂。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的工业冷却系统，其特征在于，所述二级制冷回路当中制冷剂材料为相变材料。

9.根据权利要求8所述的工业冷却系统，其特征在于，所述二级制冷回路当中的相变材料为二氧化碳。

10.根据权利要求8所述的工业冷却系统，其特征在于，所述二级制冷回路包括二级储液器，所述二级储液器和所述低压储液器之间进行热交换。

11.根据权利要求10所述的工业冷却系统，其特征在于，所述二级储液器通过多个所述二级制冷回路并联多个所述工艺空调机，各个所述二级制冷回路上均设置有驱动泵，多个所述驱动泵之间通过管路连接。

12.根据权利要求10所述的工业冷却系统，其特征在于，所述二级储液器接入自然制冷回路，所述自然制冷回路包括依次连接的第二蒸发式冷凝器，所述自然制冷回路当中的制冷剂为相变材料。

13.根据权利要求10所述的工业冷却系统，其特征在于，所述工业冷却系统还包括换热器，所述换热器包括进行热交换的第一换热管和第二换热管；所述低压储液器连接所述第一换热管形成第一换热回路，所述二级储液器连接所述第二换热管形成第二换热回路。

14.根据权利要求13所述的工业冷却系统，其特征在于，所述一级制冷回路、二级制冷回路、第一换热回路以及第二换热回路的至少其中之一设置有驱动泵。

15.根据权利要求1至7中任意一项所述的工业冷却系统，其特征在于，所述低压储液器设置有热交换管，所述热交换管接入所述二级制冷回路中。