一种低温保温型干式蒸发器及其控制方法 |
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| 申请号 | CN201410776032.0 | 申请日 | 2014-12-17 | 公开(公告)号 | CN104390394A | 公开(公告)日 | 2015-03-04 |
| 申请人 | 广东申菱空调设备有限公司; | 发明人 | 潘展华; 黎健伯; 张景卫; 邱育群; 付慧亮; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种低温保温型干式 蒸发 器 及其控制方法，包括壳体，所述壳体内安装有多根换 热管 ，换热管形成作为冷媒通道的管程，而壳体内的换热管外部则形成冷冻 水 通道的壳程，所述壳体外壁设有用于加热冷冻水的加热装置，并设有根据设定的 温度 阈值 来启动或关闭加热装置的温控 开关 。本发明实现在机组停止工作后避免干式 蒸发器 内的结 冰 现象，确保干式蒸发器壳侧温度保持在2℃以上5℃以下，本发明结构简单，耗能低。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种低温保温型干式蒸发器，包括壳体，所述壳体内安装有多根换热管，换热管形成作为冷媒通道的管程，而壳体内的换热管外部则形成冷冻水通道的壳程，其特征在于，所述壳体外壁设有用于加热冷冻水的加热装置，并设有根据设定的温度阈值来启动或关闭加热装置的温控开关。 |
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| 说明书全文 | 一种低温保温型干式蒸发器及其控制方法技术领域背景技术[0002] 《核电安全规划（2011－2020年）》和《核电中长期发展规划（2011－2020年）》（2012年10月24日国务院常务会议再次讨论并通过实施）已明确指出我国“新建核电机组必须符合三代安全标准”。三代核电技术最主要的特征是安全系统采用“非能动”的设计理念。 [0003] 非能动核电厂中央冷冻水系统（VWS）用风冷冷水机组为核电厂空调系统核心设备之一，机组要求全年运行制冷，为核电厂空气处理机组、单元式冷却机组和以冷冻水为冷却介质的工艺设备提供4.4℃的冷冻水。非能动核电厂标准厂址参数中要求最低安全环境温度为-40℃，即机组在-40℃环境工况下要求能正常制冷启动，并能稳定运行。 [0004] 目前，市场上风冷冷水机组最低制冷运行环境温度为-19℃，尚未有能满足-40℃环境温度制冷运行的产品。而针对低温环境用的风冷冷水机组（制冷机组）的蒸发器大多为干式蒸发器（卧式管壳式结构），制冷剂走管程，冷冻水走壳程，外表面包裹20mm厚的保温棉。当风冷冷水机组在-40℃低温环境停机时，干式蒸发器会受环境温度影响而使冷冻水结冰，危害壳体内的换热管，严重时会导致换热管破裂，从而造成蒸发器失效。 [0005] 申请号为200620051158.2的中国专利《干式蒸发器》公开一种干式蒸发器包括制冷剂管道和冷却水环路，在距离制冷剂进入干式蒸发器内制冷剂管道一端10~30mm的水中，加装有一个温度传感器，它能检测到干式蒸发器内靠近制冷剂进入端的水温，一旦检测温度低于设置值时，控制器控制压缩机停止工作，电磁阀断开切断制冷剂的供应路径来避免干式蒸发器结冰。该专利提供的干式蒸发器是应用在普通领域，不适用于-40℃低温的工作环境，而现有的技术并未涉及解决在-40℃低温的工作环境下干湿蒸发器的结冰问题。 [0006] 已有专利要解决的问题是因冷媒使得冷冻水降温而结冰，进而冻坏蒸发器，所以采用的技术方案就是在监控到冷冻水温度过低时关闭冷媒，而已有专利包括其他现有技术并没有给出因为外部环境温度过低而导致冷冻水结冰进而冻坏蒸发器的任何解决方案，故而急需研制一种克服外部温度过低而使得蒸发器内冷冻水结冰的有效技术方案。 发明内容[0007] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低温保温型干式蒸发器，保证在-40℃的低温环境下停机时，不会受环境温度影响而使冷冻水结冰，进而保护整个制冷系统，本发明另一个目的是提供一种所述低温保温型干式蒸发器的控制方法。 [0008] 本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：一种低温保温型干式蒸发器，包括壳体，所述壳体内安装有多根换热管，换热管形成作为冷媒通道的管程，而壳体内的换热管外部则形成冷冻水通道的壳程，所述壳体外壁设有用于加热冷冻水的加热装置，并设有根据设定的温度阈值来启动或关闭加热装置的温控开关。所述温度阈值为2~5℃。本发明所述的干式蒸发器用于核电空调系统主机等制冷机组中，当制冷机组在-40℃低温环境停机时，干式蒸发器受到环境温度影响而使得该蒸发器中的冷冻水水温下降，通过在壳体外壁加设加热装置，使得干式蒸发器内的冷冻水不会产生冻结，解决了现有技术存在的问题。所述冷冻水为干净的淡水。 [0009] 优选地，所述加热装置为壳体外壁缠有一条或一条以上电伴热带，所述电伴热带呈螺旋状缠绕。螺旋状缠绕使得加热均匀。 [0010] 进一步地，所述温控开关为3个，分别设于靠近所述壳体的进水端、出水端和壳体中间的位置。所述温控开关通过分设不同位置来获取壳体内部温度。 [0012] 所述温控开关设于壳体的最低温度位置，所述最低温度位置为冷冻水经过多个折流板形成的流动死区。水流经过折流板时会存在流动死区，在流动死区，制冷机组停机时，保持干式蒸发器冷冻水流量不变，但是受环境低温影响，壳体内流动死区冷冻水温度会进一步降低，因此，在靠近冷冻水流动死区附近的壳体位置是壳体的温度最低的位置。 [0013] 所述壳体外侧包覆保温棉。所述保温棉可起到辅助保温以及便于电伴热带进行准确控制的作用。优选地，所述保温棉为60mm厚的橡塑保温棉。 [0014] 更进一步地，壳体两端设有管板，管板的外侧分别固定连接左端盖和右端盖，所述左端盖上设有冷媒进口和冷媒出口。所述壳体一端下侧设有进水口，所述壳体另一端上侧设有出水口。进水口和出水口为由所述壳体上引出的与所述壳体连通的水管，其端部设有连接法兰，用于连接水管。冷媒由冷媒进口进入壳体内的各个换热管，在壳体内与冷冻水进行换热后由冷媒出口流出；冷冻水由进水口进入壳体，并与换热管进行换热后从出水口流出。 [0015] 所述出水口处设有壳体温度传感器。所述壳体温度传感器用于检测壳体内的冷冻水的温度。 [0016] 所述壳体的下方设有用于支撑壳体的底座，所述底座包括两个对称设置的底座单元，每个底座单元包括支承板、连接板和底板，所述支承板呈弧形与壳体外壁贴合，所述支承表面与平行设置的两个连接板上端固定连接，所述连接板下端与底板固定连接，所述底板上对称开有用于安装螺栓的安装孔。 [0017] 一种低温保温型干式蒸发器的控制办法，制冷机组停机后，当温控开关检测到干式蒸发器中的冷冻水水温<2℃时闭合，加热装置开始工作加热壳体；当温控开关检测到干式蒸发器中的水温>5℃时断开，则加热装置停止工作。 [0019] 更进一步地，冷冻机组在正常工作的时候，设置停止加热装置工作，即使电伴热带温控开关闭合都无法启动加热装置。壳体温度传感器也无法工作，不会有报警信号输出，以免加热装置加热壳体造成冷冻水出水温度的影响和不节能。 [0020] 具体地，所述电伴热带所需功率依据以下方法计算得出：首先计算壳体热量损失Qp=ΔT×Ki×Qa； 式中：ΔT 为壳体维持温度Tm与最低环境温度Ta之间的温差（=Tm-Ta）； Ki 保温材料系数，根据保温棉材料查表得； Qa 热损失系数，根据壳体外径和保温棉厚度查表得； 其次从功率—温度特性曲线中选择伴热电缆的功率输出Qh，其值应等于或大于壳体的热量损失Qp。 [0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明通过温控开关控制设置于壳体上的加热装置的开启或关闭，来实现在机组停止工作后避免干式蒸发器内的结冰现象，确保干式蒸发器壳侧温度保持在2℃以上5℃以下，本发明结构简单，耗能低。 附图说明 [0023] 其中，1、壳体； 2、换热管；3、保温棉；4、电伴热带；5、底座单元；11、管板；12、左端盖；13、右端盖；14、进水口；15、出水口；16、温控开关；17、折流板；51、支撑板；52、连接板；53、底板；100、干式蒸发器；121、冷媒进口；122、冷媒出口。 具体实施方式[0025] 实施例1如图1所示，制冷机组包括控制系统以及依次通过管路连接的压缩机、冷凝器、膨胀阀和干式蒸发器，所述干式蒸发器的冷媒出口端与所述压缩机的入口端通过管路连接。所述控制系统用于控制制冷机组的运行；所述压缩机用于将低温低压气态冷媒（也叫雪种）压缩为高温高压冷媒；所述冷凝器用于通过与外界热交换将所述压缩机排出的高温高压气态冷媒降温成为低温高压液态或气液混合物；所述膨胀阀用于将冷凝器排出的液态或气液混合状态的低温高压冷媒降压，所述干式蒸发器用于使低温低压液态冷媒吸热汽化为低温低压气态冷媒。图中箭头所示为冷媒流动的方向。 [0026] 如图2，3所示，所述干式蒸发器100，包括壳体1（呈圆管状）、安装在壳体1内的多根换热管2，壳体1两端设有管板11，管板11的外侧分别固定连接左端盖12和右端盖13，所述左端盖设有冷媒进口121和冷媒出口122，冷媒进口位于下方，所述壳体上设有进水口14和出水口15，进水口和出水口为由所述壳体上引出的与所述壳体连通的水管，其端部设有连接法兰，用于连接水管，进水口14位于左侧下方，出水口位于右侧上方，所述壳体 1外侧包覆保温棉3（为便于图示，图中仅示出部分保温棉，实际上保温棉包覆整个干式蒸发器），所述壳体1外壁上缠有电伴热带4，所述电伴热带4呈螺旋状缠绕，这样使得壳体的受热更加均匀。所述壳体1上设有用于控制所述电伴热带4的电伴热带温控开关16。冷媒由冷媒进口121进入壳体内的各个换热管，在壳体内与冷冻水进行换热后由冷媒出口122流出；冷冻水由进水口14进入壳体，并与换热管进行换热后从出水口15流出。 [0027] 具体地，所述电伴热带温控开关16设于壳体的最低温度的位置。如图4所示，壳体1内设置有若干折流板17使冷冻水流产生湍流以增强换热，但水流经过折流板17时会存在流动死区，在流动死区，制冷机组停机时，保持干式蒸发器100冷冻水流量不变，但是受环境低温影响，壳体1内流动死区冷冻水温度会进一步降低，因此，在靠近冷冻水流动死区附近的壳体位置是壳体的温度最低的位置，电伴热带温控开关16设于该位置。 [0028] 具体地，所述电伴热带温控开关16有3个，分别设于靠近所述壳体的进水端、出水端和壳体中间的位置。 [0029] 进一步地，所述壳体1上靠近出水口15处设有壳体温度传感器，当制冷机组停机时，壳体温度传感器18检测到所述干式蒸发器100壳体1内的冷冻水(淡水）的温度<2℃持续了10分钟，则输出报警信号，提示电伴热带4发生故障，需要维修或更换。 [0030] 冷冻机组在正常工作的时候，设置停止电伴热带4工作，即使电伴热带温控开关16闭合都无法启动电伴热带4。壳体温度传感器18也无法工作，不会有报警信号输出，以免电伴热带4加热壳体1造成冷冻水出水温度的影响和不节能。 [0031] 具体地，所述保温棉为60mm厚的橡塑保温棉。可起到辅助保温以及便于电伴热带4进行准确控制的作用。 [0032] 壳体1的下方设有用于支撑壳体的底座，底座包括两个对称设置的底座单元5，每个底座单元5包括支承板51、连接板52和底板53，支承板51呈弧形，凹进的上表面与壳体1的外壁贴合，能稳定地托住整个壳体1，支承板51下表面与连接板52上端固定连接，连接板52下端与底板53固定连接，底板53上对称开有用于安装螺栓的安装孔。 [0033] 一种用于以上所述的干式蒸发器的控制方法，制冷机组停机后，当温控开关16检测到干式蒸发器100中的冷冻水水温<2℃时闭合，电伴热带4开始工作加热壳体；当温控开关16检测到干式蒸发器中的水温>5℃时断开，则电伴热带4停止工作。 [0034] 进一步地，当制冷机组停机时，壳体温度传感器检测所述干式蒸发器壳体内的冷冻水的温度<2℃且持续了10分钟，则输出报警信号，提示电伴热带4发生故障，需要维修。 [0035] 具体地，所述电伴热带4所需功率依据以下方法计算得出：首先计算壳体热量损失Qp=ΔT×Ki×Qa； 式中：ΔT 为壳体维持温度Tm与最低环境温度Ta之间的温差（=Tm-Ta）； Ki 保温材料系数，根据保温棉材料查表得； Qa 热损失系数，根据壳体外径和保温棉厚度查表得； 其次从功率—温度特性曲线中选择伴热电缆的功率输出Qh，其值应等于或大于壳体的热量损失Qp。 [0036] 上述控制方法中，冷冻机组在正常工作的时候，设置停止电伴热带4工作，即使电伴热带温控开关16闭合都无法启动电伴热带4。壳体温度传感器18也无法工作，不会有报警信号输出，以免电伴热带4加热壳体1造成冷冻水出水温度的影响和不节能。 |
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