一种冷却塔和制冷机联合供冷系统的制作方法

1.本实用新型属于供冷系统技术领域，特别涉及一种冷却塔和制冷机联合供冷系统。


背景技术：

2.冷却塔为一种利用水作为循环冷却剂，从系统中吸收热量排放至大气中，以降低水温的装置；其冷却系借着水蒸发过程来完成，并使冷却水可以继续循环使用。
3.冷却塔的冷却方法，系将热水喷撒至散热材表面与移动空气相接触。此时，热水与冷空气之间即发生热交换，同时部分的热水被蒸发，亦即蒸发水汽中其蒸发潜热被排放至空气中，最后经冷却后的水落入水槽内，利用泵将其传送至热交换器中，再予吸收热量。
4.在制冷机的循环系统中，压缩机从蒸发器吸入低温低压的制冷剂蒸汽，经压缩机绝热压缩成为高温高压的过热蒸汽，再压入冷凝器中定压冷却，并向冷却介质放出热量，然后冷却为过冷液态制冷剂。液态制冷剂经膨胀阀绝热节流成为低压液态制冷剂，在蒸发器内蒸发吸收空调循环水（空气）中的热量，从而冷却空调循环水达到制冷的目的，流出低压的制冷剂被吸入压缩机，如此循环工作。
5.在工业化生产中，冷却塔和制冷机均广泛应用于换热负荷的恒温控制，两则各有优缺点，冷却塔是跟空气交换热量，提供冷却水的，主要能耗在冷却塔的风扇电机，功率较低，相对比较节能，但进出水温随着室外空气温湿度变化而变化，所以在一些换热温度控制要求比外界湿球温度要低或接近的工况下，冷却塔就不太适用。制冷机是通过压缩机与温度传感器连锁控制温度，进出水温度相对比较恒定的，可以根据不同的工况选择不用温度范围的制冷机，温度控制上相对比较有保障，但是制冷机运行的能耗非常高，对控制生产成本和节能降耗是不利的，综合上述情况，如何将冷却塔和制冷机组进行联合控制，根据不同的环境湿球温度变化，调整不同的运行模式，实现综合节能是非常有必要的。


技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种冷却塔和制冷机联合供冷系统，能根据环境湿球温度的变化，切换不同的运行模式，实现供冷系统运行的最佳节能效果。
7.本实用新型是这样实现的，提供一种冷却塔和制冷机联合供冷系统，在所述冷却塔上设置风机，在所述制冷机中分别设置压缩机、冷凝器和蒸发器，所述系统包括换热负荷、循环水子系统和冷却水子系统，所述换热负荷分别设置有进水端和出水端，所述循环水子系统包括冷却塔、集水罐、循环水泵、进水管路和回水管路，所述冷却水子系统包括冷水箱、冷水泵、制冷机、冷水出水管路、冷却水管路和冷水回水管路，进水管路依次连通冷却塔的出水端、集水罐、循环水泵至换热负荷的进水端，回水管路将换热负荷的出水端与冷却塔的回水端连通，冷水出水管路依次连通冷水箱的出水端、冷水泵至制冷机的蒸发器的进口端，冷却水管路将蒸发器的出口端与换热负荷的进水端连通，冷水回水管路将换热负荷的出水端与冷水箱的进水端连通，进水管路与冷却水管路相互并联，回水管路与冷水回水管
路相互并联，冷凝器的进口端通过第一管路与进水管路连通，冷凝器的出口端通过第二管路与冷却塔的回水端连通；在冷却塔外围设置环境湿球温度变送器，在靠近集水罐的进水管路上设置第一温度传感器，在第一管路上分别设置第一自动开关阀和第二自动开关阀，第二自动开关阀靠近冷凝器的进口端，在冷水出水管路上分别设置第三自动开关阀和第四自动开关阀，第三自动开关阀靠近蒸发器的进口端，第四自动开关阀靠近冷水箱的出水端，冷水泵设置在第三自动开关阀和第四自动开关阀之间，在靠近换热负荷的进水端的进水管路上设置第五自动开关阀，在靠近换热负荷的出水端的回水管路上设置第六自动开关阀，在冷却水管路上分别设置第二温度传感器和第七自动开关阀，在换热负荷的进水端的管路上设置第一流量计，在换热负荷的出水端的管路上设置第三温度传感器，在冷水回水管路上设置第八自动开关阀，在进水管路上还设置第三管路与冷水出水管路连通，第三管路的一端接入点位于第四自动开关阀与冷水泵之间的冷水出水管路上，在第三管路上设置第九自动开关阀，在第一管路与冷水回水管路之间设置中间连接管路，中间连接管路的一端接入点设置在第一自动开关阀与第二自动开关阀之间的第一管路上，在中间连接管路上设置第十自动开关阀；环境湿球温度变送器、第一温度传感器的控制信号分别与风机之间配置成控制信号互锁，第一温度传感器、第二温度传感器的控制信号分别与制冷机之间配置成控制信号互锁。
8.进一步地，在所述系统中，根据需要设置一个或多个冷却塔、循环水泵、冷水泵、制冷机。
9.进一步地，在所述系统中，设置四个冷却塔、两个循环水泵、两个冷水泵和一个制冷机。
10.进一步地，在所述进水管路上还设置第一压力变送器，第一压力变送器的控制信号分别与循环水泵之间配置成控制信号互锁。
11.进一步地，在所述冷水出水管路上还设置第二压力变送器，第二压力变送器的控制信号分别与冷水泵之间配置成控制信号互锁。
12.进一步地，在所述系统中，还设置循环水排污子系统，循环水排污子系统包括排污管路以及设置在排污管路上第一流量计和调节阀，还包括在线浊度计，排污管路与进水管路连通，在线浊度计设置在进水管路上，在线浊度计和第一流量计的控制信号分别与调节阀之间配置成控制信号互锁。
13.进一步地，在所述集水罐上还设置循环水补水子系统，循环水补水子系统包括循环水补水管路以及设置循环水补水管路上的补水流量计，还包括设置在集水罐上的浮球阀，循环水补水管路与集水罐连通。
14.进一步地，在所述冷水箱上还设置冷却水补水子系统，冷却水补水子系统包括冷水补水管路和设置在冷水补水管路的自控阀，还包括设置在冷水箱上的液位变送器，冷水补水管路与冷水箱连通，在冷水箱上设置第四温度传感器。
15.进一步地，在所述换热负荷的进水端的管路上设置第二流量计。
16.与现有技术相比，本实用新型的冷却塔和制冷机联合供冷系统具有如下特点：
17.(1) 根据环境湿球温度的变化，切换不同的运行模式，系统运行稳定，实现供冷系统的整体节能效果。
18.(2) 冷却塔的风机、湿球温度与冷却塔出水温度进行连锁控制，确保冷却塔的高
效运行与降低电量消耗。
19.(3) 系统还设置循环水排污子系统，确保系统水质控制在一定的浊度范围内，有效防止系统的换热负荷中的换热器的结垢现象。
附图说明
20.图1为本实用新型冷却塔和制冷机联合供冷系统一较佳实施例的原理示意图；
21.图2为本实用新型的冷却塔和制冷机联合供冷系统的控制方法中工作模式及步骤对应示意图；
22.图3为本实用新型冷却塔和制冷机联合供冷系统的控制方法中模式一的原理示意图；
23.图4为本实用新型冷却塔和制冷机联合供冷系统的控制方法中模式二（a）和模式二（b）的原理示意图；
24.图5为本实用新型冷却塔和制冷机联合供冷系统的控制方法中模式三的原理示意图。
具体实施方式
25.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
26.请参照图1所示，本实用新型冷却塔和制冷机联合供冷系统的较佳实施例，包括换热负荷1、循环水子系统2和冷却水子系统3。图中虚线示意的是信号控制线，带箭头的实线示意的是系统中物料（例如循环水、冷水、冷却水等）的流向。在循环水子系统2中流动的是循环水，在冷却水子系统3中流动的是冷水和冷却水。
27.所述换热负荷1分别设置有进水端11和出水端12。所述循环水子系统2包括冷却塔21、集水罐22、循环水泵23、进水管路24和回水管路25。所述冷却水子系统3包括冷水箱31、冷水泵32、制冷机33、冷水出水管路34、冷却水管路35和冷水回水管路36。
28.进水管路24依次连通冷却塔21的出水端、集水罐22、循环水泵23至换热负荷1的进水端11，回水管路25将换热负荷1的出水端12与冷却塔21的回水端连通。在冷却塔21上设置风机（图中未示出）。在制冷机33中分别设置压缩机（图中未示出）、冷凝器37和蒸发器38。
29.冷水出水管路34依次连通冷水箱31的出水端、冷水泵32至制冷机33的蒸发器38的进口端，冷却水管路35将蒸发器38的出口端与换热负荷1的进水端11连通，冷水回水管路36将换热负荷1的出水端12与冷水箱31的进水端连通。换热负荷1的进水端11分别与进水管路24、冷却水管路35连通，换热负荷1的出水端12分别与回水管路25、冷水回水管路36连通。进水管路24与冷却水管路35相互并联，回水管路25与冷水回水管路36相互并联。
30.冷凝器37的进口端通过第一管路4与进水管路24连通，冷凝器37的出口端通过第二管路5与冷却塔21的回水端连通。在冷却塔外围设置环境湿球温度变送器26。在靠近集水罐22的进水管路24上设置第一温度传感器27。在第一管路4上分别设置第一自动开关阀41和第二自动开关阀42，第二自动开关阀42靠近冷凝器37的进口端。在冷水出水管路34上分别设置第三自动开关阀43和第四自动开关阀44，第三自动开关阀43靠近蒸发器38的进口
端，第四自动开关阀44靠近冷水箱31的出水端。冷水泵32设置在第三自动开关阀43和第四自动开关阀44之间。
31.在靠近换热负荷1的进水端11的进水管路24上设置第五自动开关阀45，在靠近换热负荷1的出水端12的回水管路25上设置第六自动开关阀46，在冷却水管路35上分别设置第二温度传感器39和第七自动开关阀47，在换热负荷1的进水端11的管路上设置第一流量计28，在换热负荷1的出水端12的管路上设置第三温度传感器29。在冷水回水管路36上设置第八自动开关阀48。
32.在进水管路24上还设置第三管路6与冷水出水管路34连通。第三管路6的一端接入点位于第四自动开关阀44与冷水泵32之间的冷水出水管路34上。在第三管路6上设置第九自动开关阀49，在第一管路4与冷水回水管路36之间设置中间连接管路7。中间连接管路7的一端接入点设置在第一自动开关阀41与第二自动开关阀42之间的第一管路4上。在中间连接管路7上设置第十自动开关阀410。
33.环境湿球温度变送器26、第一温度传感器27的控制信号分别与风机之间配置成控制信号互锁。第一温度传感器27、第二温度传感器39的控制信号分别与制冷机33之间配置成控制信号互锁。
34.在所述系统中，根据需要设置一个或多个冷却塔21、循环水泵23、冷水泵32、制冷机33。在本实施例的所述系统中，设置四个冷却塔21、两个循环水泵23、两个冷水泵32和一个制冷机33。
35.在所述进水管路24上还设置第一压力变送器210，第一压力变送器210的控制信号分别与循环水泵23之间配置成控制信号互锁。
36.在所述冷水出水管路34上还设置第二压力变送器310，第二压力变送器310的控制信号分别与冷水泵32之间配置成控制信号互锁。
37.在所述系统中，还设置循环水排污子系统8。循环水排污子系统8包括排污管路81以及设置在排污管路81上第一流量计82和调节阀83，还包括在线浊度计84。排污管路81与进水管路24连通。在线浊度计84设置在进水管路24上。在线浊度计84和第一流量计82的控制信号分别与调节阀83之间配置成控制信号互锁。
38.当在线浊度计84检测到进水管路24内的循环水的浊度≥10mg/l，排污管路81上的调节阀83自动打开，通过设置第一流量计82的参数，控制排污流量，当循环水的浊度≤8mg/l，排污管路81上的调节阀83自动关闭。
39.在所述集水罐22上还设置循环水补水子系统9。循环水补水子系统9包括循环水补水管路91以及设置循环水补水管路91上的补水流量计92，还包括设置在集水罐22上的浮球阀93，循环水补水管路91与集水罐22连通。
40.在所述冷水箱31上还设置冷却水补水子系统10。冷却水补水子系统10包括冷水补水管路101和设置在冷水补水管路101的自控阀102，还包括设置在冷水箱31上的液位变送器103，冷水补水管路101与冷水箱31连通，在冷水箱33上设置第四温度传感器311。
41.在所述换热负荷1的进水端11的管路上设置第二流量计13。
42.请同时参照图1至图5所示，本实用新型还公开一种如前所述的冷却塔和制冷机联合供冷系统的控制方法，包括如下步骤：
43.步骤一、当环境湿球温度变送器26检测得到的环境湿球温度≤换热负荷1的冷却
设定温度，且检测累计时长超过0.5~2.5h时，所述系统采用冷却塔21单独制备冷却水模式——模式一。如图3所示。此时，第五自动开关阀45和第六自动开关阀46分别处于开启状态，第一自动开关阀41、第二自动开关阀42、第三自动开关阀43、第七自动开关阀47、第八自动开关阀48、第九自动开关阀49和第十自动开关阀410则分别处于关闭状态，开启循环水泵23，而制冷机33和冷水泵32停止运行。所述系统仅使用循环水子系统2运行，不使用冷却水子系统3。
44.在模式一中，循环水子系统2的循环水依次从冷却塔21的出水端流经集水罐22、循环水泵23、换热负荷1后再回流到冷却塔21的回水端。或者，循环水依次流经进水管路24、换热负荷1和回水管路25后回流到冷却塔21的回水端。循环水子系统2的循环水给换热负荷1进行换热降温。
45.步骤二、当换热负荷1的冷却设定温度＜环境湿球温度变送器26检测得到的环境湿球温度＜高于换热负荷1的冷却设定温度3℃~6℃，且检测累计时长超过0.5~2.5h时，所述系统自动切换至冷却塔21和制冷机33串联制备冷却水模式——模式二（a）。如图4所示。此时，第二自动开关阀4、第三自动开关阀43、第七自动开关阀47、第九自动开关阀49和第十自动开关阀410分别处于开启状态，第五自动开关阀45和第六自动开关阀46分别处于关闭状态。启动冷水泵32，启动制冷机33的压缩机。
46.在模式二（a）中，循环水子系统2的循环水依次从冷却塔21的出水端流经集水罐22、循环水泵23、冷水泵32、蒸发器38后被制冷机33降温成冷却水，冷却水从蒸发器38出口端流经换热负荷1进行换热降温后成为冷水，冷水流经冷凝器37后再回流到冷却塔21的回水端。或者，循环水依次流经进水管路24、第三管路6、冷水出水管路34、蒸发器38、冷却水管路35、换热负荷1、中间连接管路7、第一管路4、冷凝器37、第二管路5、回水管路25后回流到冷却塔21的回水端。换热负荷1的换热降温主要通过制冷机33来实现。循环水子系统2的循环水与冷却水子系统3的冷冻水、冷水之间是串联的，相当于循环水子系统2的循环水在模式二（a）的各管路中串联运行。
47.步骤三、当在模式二（a）运行过程中，出现环境湿球温度变送器26检测得到的环境湿球温度≥高于换热负荷1的冷却设定温度3℃~6℃，且检测累计时长超过0.5~2.5h，切换至冷却塔21和制冷机33并联制备冷却水模式——模式三。如图5所示。此时，第一自动开关阀41、第四自动开关阀44和第八自动开关阀48切换处于开启状态，第九自动开关阀49和第十自动开关阀410切换处于关闭状态，其他自动开关阀的状态保持不变。第一自动开关阀41、第二自动开关阀42、第三自动开关阀43、第四自动开关阀44、第七自动开关阀47和第八自动开关阀48分别处于开启状态，第五自动开关阀45、第九自动开关阀49和第十自动开关阀410则分别处于关闭状态。冷水泵32以及制冷机33的压缩机仍然处于运行状态。
48.在模式三中，循环水子系统2的循环水依次从冷却塔21的出水端流经集水罐22、循环水泵23、冷凝器37后被升温成热水，热水再回流到冷却塔21的回水端，冷水依次从冷水箱31的出水端流经冷水泵32、蒸发器38后被制冷机33降温成冷却水，冷却水从蒸发器38出口端流经换热负荷1后再回流到冷水箱31的进水端。或者，循环水依次流经进水管路24、第一管路4、冷凝器37、第二管路5、回水管路25后回流到冷却塔21的回水端。冷水依次流经冷水出水管路34、蒸发器38、冷却水管路35、换热负荷1、冷水回水管路36后回流到冷水箱31的进水端。循环水和冷水分开在不同的子系统中独立运行。循环水子系统2的循环水通过制冷机
33给冷却水子系统3的冷水进一步降温成冷却水。冷却水给换热负荷1进行换热降温。
49.步骤四、当在模式三运行过程中，出现换热负荷1的冷却设定温度＜环境湿球温度变送器26检测得到的环境湿球温度＜高于换热负荷1的冷却设定温度3℃~6℃，且检测累计时长超过0.5~2.5h，切换至模式二（a）运行。如图4所示。此时，第九自动开关阀49和第十自动开关阀410分别切换处于开启状态，第一自动开关阀41、第四自动开关阀44和第八自动开关阀48切换处于关闭状态，其他自动开关阀的状态保持不变。冷水泵32以及制冷机33的压缩机仍然处于运行状态。
50.步骤五、当在模式二（a）运行过程中，出现环境湿球温度变送器26检测得到的环境湿球温度≤换热负荷1的冷却设定温度时，则切换至模式二（b）运行，如图4所示。该模式与模式二（a）的不同仅在于制冷机33的压缩机停止运行，其它的与模式二（a）相同。
51.步骤六、当在模式二（b）运行过程中，出现环境湿球温度变送器26检测得到的环境湿球温度≤换热负荷1的冷却设定温度，且检测累计时长超过0.5~2.5h，切换至模式一运行。如图3所示。此时，先停止冷水泵32，第三自动开关阀43和第六自动开关阀46分别切换处于关闭状态。第二自动开关阀42、第三自动开关阀43、第七自动开关阀47、第九自动开关阀49和第十自动开关阀410分别切换处于关闭状态，冷却塔21单独制备冷却水模式，制冷机33停止运行。
52.下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的冷却塔和制冷机联合供冷系统及控制方法的效果。
53.实施例1
54.本实用新型的冷却塔和制冷机联合供冷系统的控制方法的第一个实施例，该实施例以赤藓糖醇发酵工序作为换热负荷1。由于赤藓糖醇发酵过程会产生热量，需要冷却水将产生的热量带走，冷却设定温度为20℃，使得发酵温度稳定控制为30℃。实施例1的冷却塔和制冷机联合供冷系统的控制方法包括如下步骤：
55.当冬季环境湿球温度较低，环境湿球温度变送器26检测得到的环境湿球温度在20℃以下，采用运行模式一，如图3所示，即冷却塔21单独制备冷却水模式，制冷机33停止运行。打开第五自动开关阀45和第六自动开关阀46，关闭第一自动开关阀41、第二自动开关阀42、第三自动开关阀43、第七自动开关阀47、第八自动开关阀48、第九自动开关阀49和第十自动开关阀410。开启循环水泵23，制冷机33和冷水泵32停止运行。
56.因为设置控制信号互锁，当第一温度传感器27显示高于检测环境湿球温度5℃以上，冷却塔21的风机启动运行，第一压力变送器210设置0.3mpa并与循环水泵23进行连锁，通过调节循环水泵23的冷却水量，将赤藓糖醇发酵过程的换热负荷1的出水端的温度稳定控制在30℃。
57.实施例2
58.本实用新型的冷却塔和制冷机联合供冷系统的控制方法的第二个实施例，该实施例的换热负荷1的设定与实施例1的相同。实施例2的冷却塔和制冷机联合供冷系统的控制方法包括如下步骤：
59.当20℃＜环境湿球温度变送器26检测得到的环境湿球温度＜24℃，且累计检测时间＞1.5h时，系统则从运行模式一切换至运行模式二（a）。如图4所示，先后打开第二自动开关阀4、第三自动开关阀43、第七自动开关阀47、第九自动开关阀49和第十自动开关阀410，
先后关闭第五自动开关阀45和第六自动开关阀46，然后启动冷水泵32，启动制冷机33的压缩机，即冷却塔21和制冷机33串联制备冷却水模式（制冷机33压缩机运行）。
60.当第一温度传感器27显示高于检测环境湿球温度4℃以上，冷却塔21的风机启动运行，第一压力变送器210设置0.3mpa并与循环水泵23进行连锁，第二温度传感器39的设定值为20℃并与制冷机33压缩机连锁控制，通过调节循环水泵23的冷却水量，将赤藓糖醇发酵过程的换热负荷1的出水端的温度稳定控制在30℃。
61.实施例3
62.本实用新型的冷却塔和制冷机联合供冷系统的控制方法的第三个实施例，该实施例的换热负荷1的设定与实施例1的相同。实施例3的冷却塔和制冷机联合供冷系统的控制方法包括如下步骤：
63.当在模式二（a）运行过程中，出现检测环境湿球温度≤20℃，系统则切换至运行模式二（b）。如图4所示，制冷机33的压缩机停止运行，其它自动开关阀的开闭不做变动。压缩机停止运行后，与第二温度传感器39的连锁自动断开。通过调节循环水泵23的冷却水量，将赤藓糖醇发酵过程的换热负荷1的出水端的温度稳定控制在30℃。
64.实施例4
65.本实用新型的冷却塔和制冷机联合供冷系统的控制方法的第四个实施例，该实施例的换热负荷1的设定与实施例1的相同。实施例4的冷却塔和制冷机联合供冷系统的控制方法包括如下步骤：
66.当在模式二（a）运行过程中，出现检测环境湿球温度≥24℃，且检测累计时长超过1.5h时，系统切换至模式三。如图5所示，冷却塔21和制冷机33单独运行，制冷机33单独制备冷却水模式。先后打开第一自动开关阀41、第四自动开关阀44和第八自动开关阀48，关闭第九自动开关阀49和第十自动开关阀410。当第一温度传感器27显示高于检测环境湿球温度3℃以上，冷却塔21的风机启动运行，第一压力变送器210设置0.3mpa并与循环水泵23进行连锁，第二温度传感器39的设定值为20℃并与制冷机33的压缩机连锁控制，通过调节循环水泵23的冷却水量，将赤藓糖醇发酵过程的换热负荷1的出水端的温度稳定控制在30℃。
67.在年产3万吨赤藓糖醇生产线配置本实用新型的冷却塔和制冷机联合供冷系统，冷却塔21配置流量3000m
³
/h，进水温度度36℃/31℃，系统中配置两台制冷机33，其中流量1200m
³
/h，制冷量7000kw，进出水温度25℃/20℃。相对传统的冷却塔21和制冷机33独立运行模式，本实用新型的系统每年可节约电能140万度，按照0.8元/度计算，每年可节约电费112万元。
68.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。