专利名称：变压密封式蒸发冷却制冷系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变压密封式蒸发冷却制冷系统，属于能源设备技术领域。
技术背景
随着生活品质的提高，利用暖通空调(HVAC)系统来营造舒适、健康的建筑环境的同时，也引起了能耗的显著增加。当前，约20%左右的能源被暖通空调(HVAC)系统所消耗， 因此HVAC系统中能源的高效利用显得更加刻不容缓。由于环境中的湿空气具有清洁和低成本等特性，使得蒸发冷却，即利用不饱和湿空气与水直接接触，在水蒸气分压力差的作用下使液态水蒸发吸热以获得低温冷水的技术得到了广泛发展与应用。
蒸发冷却系统主要由直接蒸发冷却、间接蒸发冷却等不同组合型式的装置组成。 蒸发冷却技术从本质上来说就是利用湿空气中水蒸气分压力与水表面饱和水蒸气分压力的势差来驱动制冷。空气湿度越小，这种势差越大。极限情况下，干空气所具有的势差最大。 因此蒸发冷却技术一般应用于干燥或者相对干燥的地区，而在一些相对潮湿地区，例如我国的西安、郑州、兰州以及北京、天津等地，由于势差太小不足以产生一定温度的低温冷水， 造成蒸发冷却系统适用范围受到了一定限制。图1所示是一种已有的蒸发冷却循环的示意图，湿空气直接进入密封式蒸发冷却装置3中与循环水直接接触，利用湿空气与水表面饱和湿空气之间的水蒸气分压力差使液态水蒸发吸收潜热，达到制冷的效果，吸湿后的湿空气再由风机12排出。冷却水通过循环水泵2抽出作为冷源为用户输出冷量。发明内容
本发明的目的是提出一种变压密封式蒸发冷却制冷系统，以突破现有蒸发冷却系统冷却极限温度为新风入口露点温度的限制，扩大蒸发冷却制冷的应用范围。
本发明提出的变压密封式蒸发冷却制冷系统，包括膨胀机、压缩机、密封式蒸发冷却装置、淋水喷头、循环水泵和减压阀，所述的密封式蒸发冷却装置由逆流式填料塔(或喷淋塔)的填料芯和压力容器组成，填料芯置于压力容器的中部；所述的压缩机与压力容器内填料芯上部的空间相连；所述的膨胀机与压力容器内填料芯下部的空间相连；所述的循环水泵置于低温冷源出与压力容器相连通的管路上；所述的淋水喷头置于压力容器内填料芯的上方，淋水喷头与低温冷源回相连；所述的减压阀置于补水入口。
本发明提出的变压密封式蒸发冷却系统，在原有蒸发冷却系统的基础上在湿空气入口处加入膨胀机，使湿空气膨胀降温后进入蒸发冷却系统，而后再将空气排入压缩机中恢复为大气压力后排出，整个制冷流程处于低压密封状态。其优势在于蒸发冷却的冷却极限温度将低于入口湿空气的露点温度，在干燥地区可以获得温度更低的冷源，对于湿度较大(露点温度较高)的地区，如西安、郑州、兰州甚至北京、天津等地也能独立使用蒸发冷却系统对环境除湿和降温，而使蒸发冷却这种经济、节能、环保的制冷技术适用范围变广。另一方面，本发明提出的制冷系统可以实现双温度冷源输出。其中低温冷源可以用于实现除湿，而中温冷源则可以用于实现降温，从而实现了 “温度对口，梯级利用”的原则，提高了能3源利用效率。
图1是已有的蒸发冷却制冷系统的结构示意图。
图2是本发明提出的变压密封式蒸发冷却制冷系统的结构示意图。
图3 图9分别是本发明实施例的结构示意图。
图1 图9中，1是膨胀机，2是循环水泵，3是密封式蒸发冷却装置，4是填料芯，5 是压力容器，6是淋水喷头，7是压缩机，8是减压阀，9是空气预冷器，10是换热器，11是回热器，12是风机。密封式蒸发冷却装置3由填料芯4与压力容器5组成。
具体实施方式
本发明提出的变压密封式蒸发冷却制冷系统，其结构如图2所示，包括膨胀机1、 压缩机7、密封式蒸发冷却装置3、淋水喷头6、循环水泵2和减压阀8，所述的密封式蒸发冷却装置3由填料芯4和压力容器5组成，填料芯4置于压力容器5的中部；所述的压缩机7 与压力容器5内填料芯4上部的空间相连；所述的膨胀机1与压力容器5内填料芯4下部的空间相连；所述的循环水泵2置于低温冷源出与压力容器5相连通的管路上；所述的淋水喷头6置于压力容器5内填料芯4的上方，淋水喷头6与低温冷源回相连；所述的减压阀 8置于补水入口。
本发明提出的变压密封式蒸发冷却制冷系统相较于图1所示的现有的蒸发冷却制冷系统，主要是在新风的入口增加了膨胀机1，同时在系统出口处增加了压缩机7以使排气恢复大气压力。整个循环处于低压密封状态下，用压力容器5实现。该系统是实现变压密封式蒸发冷却的最简单系统，适用于进口新风湿度较大，温度较低，并且只需要提供低于进口新风露点温度的低温冷源的场合。
本发明提出的变压密封式蒸发冷却系统的工作原理是湿空气通过膨胀机1膨胀后，在低压下与循环水之间发生蒸发冷却产生低温冷量，密封式蒸发冷却装置3出口的循环水水温可以低于进口新风的露点温度。而后，湿空气在压缩机7的作用下压缩至大气压力后排出。另一方面，在循环水泵2的驱动下，降温后的循环水为用户端提供低温冷源，升温后的回水加入经过减压阀8的补水后进入密封式蒸发冷却装置3中循环使用。
本发明的蒸发冷却系统，还可以有以下不同的实施例。
如图3所示，该冷却制冷系统还包括空气预冷器9、换热器10和回热器11，所述的空气预冷器9串联在膨胀机1和压力容器5的连通管道以及低温冷源回和低温冷源出的连通管道上；所述的回热器11串联在膨胀机1和压缩机7之间；所述的换热器10串联在压力容器5与压缩机7之间，换热器10上设有中温冷源进和中温冷源出。该系统主要包括三个部分组成1、变压部分，包括在传统蒸发冷却系统前端加入膨胀机，为整个系统营造低压环境，以及排气出口处加入压缩机，使排气恢复大气压后排出；2、蒸发冷却部分，密封式蒸发冷却装置出口可以获得低于湿空气进口露点温度的冷冻水，作为低温冷源供给用户，这里的低温冷源主要用于除湿，而升温后的排出密封式蒸发冷却装置的湿空气可以为用户提供中温冷源，此处的中温冷源主要用于降温；3、回热部分，进口新风与压缩机出口湿空气换热，回收能量。
如图4所示，本发明的冷却制冷系统还包括空气预冷器9，所述的空气预冷器9 串联在膨胀机1和压力容器5的连通管道以及低温冷源回和低温冷源出的连通管道上。该实施例适用于进口新风湿度中等，温度较低，且只需要输出低于进口新风露点温度的低温冷源的场合。
如图5所示，本发明的冷却制冷系统，还包括换热器10，所述的换热器10串联在压力容器5与压缩机7之间，换热器10上设有中温冷源进和中温冷源出。该实施例适用于新风湿度较大，温度较低，且同时输出低于进口新风露点温度的用于除湿的低温冷源及对空气进行降温的中温冷源的场合。
如图6所示，本发明的冷却系统，还包括回热器11，所述的回热器11串联在膨胀机 1和压缩机7之间。该实施例适用于进口新风湿度较大，温度较高，且只需要输出低于进口新风露点温度的低温冷源的场合。
如图7所示，本发明的冷却制冷系统还包括空气预冷器9和换热器10，所述的空气预冷器9串联在膨胀机1和压力容器5的连通管道以及低温冷源回和低温冷源出的连通管道上；所述的换热器10串联在压力容器5与压缩机7之间，换热器10上设有中温冷源进和中温冷源出。该实施例适用于新风湿度和温度较低，且同时输出低于进口新风露点温度的用于除湿的低温冷源及对空气进行降温的中温冷源的场合。
如图8所示，本发明的冷却制冷系统，还包括换热器10和回热器11，所述的回热器 11串联在膨胀机1和压缩机7之间；所述的换热器10串联在压力容器5与压缩机7之间， 换热器10上设有中温冷源进和中温冷源出。该实施例适用于新风湿度和温度较高，且同时输出低于进口新风露点温度的用于除湿的低温冷源及对空气进行降温的中温冷源的场合。
如图9所示，本发明的冷却制冷系统，还包括空气预冷器9和回热器11，所述的空气预冷器9串联在膨胀机1和压力容器5的连通管道以及低温冷源回和低温冷源出的连通管道上；所述的回热器11串联在膨胀机1和压缩机7之间。该实施例适用于进口新风湿度中等，温度较高，且只需要输出低于进口新风露点温度的低温冷源的场合。
本发明冷却制冷系统中，所用的空气冷却器，可以是逆流管式/板式换热器，如 德国克林根堡有限公司生产的GS型逆流板式换热器。所用的换热器，可以是逆流管式/板式换热器，如北京奇瑞特热能设备有限责任公司生产的板式换热器。所用的回热器，可以是逆流管式/板式换热器，如沈阳永业实业有限公司生产的管式换热器。所用的压缩机可以是压气机，如北京恒大隆压缩机制造厂生产的LU系列螺旋杆式空气压缩机。所用的膨胀机可以是透平膨胀机，如哈尔滨北方空分设备有限公司生产的透平膨胀机。所用的密封式蒸发冷却装置包括压力容器和填料芯或喷淋塔芯组成，其中，压力容器可以选择北京丰台万泉压力容器厂生产的压力罐；填料芯可以选择河北华强科技开发有限公司生产的冷却塔用pvc填料。
权利要求
1.一种变压密封式蒸发冷却制冷系统，其特征在于该冷却制冷系统包括膨胀机、压缩机、密封密封式蒸发冷却装置、淋水喷头、循环水泵和减压阀，所述的密封式蒸发冷却装置由逆流式填料塔或喷淋塔的填料芯和压力容器组成，填料芯置于压力容器的中部；所述的压缩机与压力容器内填料芯或喷淋塔芯上部的空间相连；所述的膨胀机与压力容器内填料芯下部的空间相连；所述的循环水泵置于低温冷源出与压力容器相连通的管路上；所述的淋水喷头置于压力容器内填料芯的上方，淋水喷头与低温冷源回相连；所述的减压阀置于补水入口处。
2.如权利要求1所述的冷却制冷系统，其特征在于该冷却制冷系统还包括空气预冷器、换热器和回热器，所述的空气预冷器串联在膨胀机和压力容器的连通管道以及低温冷源回和低温冷源出的连通管道上；所述的回热器串联在膨胀机和压缩机之间；所述的换热器串联在压力容器与压缩机之间，换热器上设有中温冷源进和中温冷源出。
3.如权利要求1所述的冷却制冷系统，其特征在于该冷却制冷系统还包括空气预冷器，所述的空气预冷器串联在膨胀机和压力容器的连通管道以及低温冷源回和低温冷源出的连通管道上。
4.如权利要求1所述的冷却制冷系统，其特征在于该冷却制冷系统还包括换热器，所述的换热器串联在压力容器与压缩机之间，换热器上设有中温冷源进和中温冷源出。
5.如权利要求1所述的冷却制冷系统，其特征在于该冷却制冷系统还包括回热器，所述的回热器串联在膨胀机和压缩机之间。
6.如权利要求1所述的冷却制冷系统，其特征在于该冷却制冷系统还包括空气预冷器和换热器，所述的空气预冷器串联在膨胀机和压力容器的连通管道以及低温冷源回和低温冷源出的连通管道上；所述的换热器串联在压力容器与压缩机之间，换热器上设有中温冷源进和中温冷源出。
7.如权利要求1所述的冷却制冷系统，其特征在于该冷却制冷系统还包括换热器和回热器，所述的回热器串联在膨胀机和压缩机之间；所述的换热器串联在压力容器与压缩机之间，换热器上设有中温冷源进和中温冷源出。
8.如权利要求1所述的冷却制冷系统，其特征在于该冷却制冷系统还包括空气预冷器和回热器，所述的空气预冷器串联在膨胀机和压力容器的连通管道以及低温冷源回和低温冷源出的连通管道上；所述的回热器串联在膨胀机和压缩机之间。
全文摘要
本发明涉及一种变压密封式蒸发冷却制冷系统，属于能源设备技术领域。制冷系统中的密封式蒸发冷却装置由逆流式填料塔或喷淋塔的填料芯和压力容器组成，填料芯置于压力容器的中部。压缩机与压力容器内填料芯上部的空间相连。膨胀机与压力容器内填料芯下部的空间相连。循环水泵置于低温冷源出与压力容器相连通的管路上。淋水喷头置于压力容器内填料芯的上方，与低温冷源回相连。本冷却系统，在干燥地区可以获得温度更低的冷源，对于湿度较大地区，能独立使用蒸发冷却系统对环境除湿和降温，提高了能源利用效率，使蒸发冷却这种经济、节能、环保的制冷技术适用范围变广。
文档编号F24F5/00GK102519098SQ20111042799
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者袁芳, 陈群 申请人:清华大学