本發明涉及電器設備通風及余熱利用技術領域，具體涉及一種一體化通風冷卻熱回收裝置。

背景技術：

為了節約輸變電能耗，無功補償柜的設置已必不可少，且容量也越來越大，過去只在終端或廠變設置，現在已經擴展到大中型變電站了。此類設備的冷卻，通常容量小的采用機房通風，容量大的采用設備通風或水冷。但風冷效果差、衛生條件也差，往往還得加上效率低的風冷空調設備進行機房制冷；水冷效果雖好，但用水量大，還存在漏水風險。隨著設備容量的進一步擴大，發熱總量也越來越多，50mvar無功補償柜發熱量在100kw至400kw之間波動，平均150kw，相當于1臺0.5噸的蒸汽鍋爐在變負荷運行。如何搞好設備通風、如何利用好這部分熱量已成了節能工作者關注的問題。另一方面，大型變電站往往處于城鄉結合部，人口相對集中，但基礎設施往往處于待改善狀態，有的連自來水都還未供應，更不用說集中供熱了，這為熱能開發利用提供了可能。本發明是一項低成本解決此類問題的核心技術。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：利用制冷技術、密閉通風技術實現設備高效排熱，利用熱泵技術實現熱回收為區域供熱創造條件(例如：50mvar補償站回收滿負荷30％熱量，可以惠及500至700人衛生用水或者2500平米以上的建筑采暖)，從而達到避免水冷風險、克服風冷效果差，運行不經濟的缺陷，并能有效利用余熱，實現節能。

為實現上述目的，本發明所述的一體化通風冷卻熱回收裝置包括密閉通風系統和單制冷系統及熱回收制冷系統，其中所述的密閉通風系統包括連接成循環風道的回風段、送風道、進風過濾器、發熱設備和回風道，所述的單制冷系統及熱回收制冷系統包括單制冷循環系統、熱回收制冷循環系統、加熱循環系統及噴淋循環系統；所述的密閉通風系統用于將發熱設備的余熱循環帶出；利用所述的單制冷循環系統和噴淋循環系統去除發熱設備散發的部分熱量；利用熱回收制冷循環系統和加熱循環系統回收余熱，從而達到設備經濟排熱和回收余熱的目的。

其中，所述的單制冷循環系統包括連接成封閉的單制冷循環管路的第一制冷壓縮機、第一冷凝器、第一節流膨脹閥、蒸發器二段及制冷工質管道。

所述的熱回收制冷循環系統包括第二制冷壓縮機、板式換熱器、第二節流膨脹閥、蒸發器一段和第二冷凝器，其中第二制冷壓縮機的出口分別與板式換熱器的制冷工質入口和第二冷凝器的制冷工質入口連接；板式換熱器的制冷工質出口和第二冷凝器的制冷工質出口均與第二節流膨脹閥的入口連接，板式換熱器和第二冷凝器并聯；第二節流膨脹閥的出口與蒸發器一段的制冷工質入口連接，蒸發器一段的制冷工質出口與第二制冷壓縮機的入口連接。

所述的加熱循環系統由板式換熱器、熱水罐、低阻過濾器、循環加熱泵及循環水管組成，其中熱水罐的出口、低阻過濾器、循環加熱泵、板式換熱器的入水口、板式換熱器的出水口和熱水罐的入口之間通過循環水管連接成循環回路。

所述的噴淋循環系統包括單制冷部分噴淋循環系統和熱回收制冷備用部分噴淋循環系統；其中所述的單制冷部分噴淋循環系統由第一冷凝器、第一低阻過濾器、第一噴淋泵以及第一水盤、第一風機和第一噴淋管道組成；第一水盤中的水經第一低阻過濾器、第一噴淋泵加壓后噴到第一冷凝器的外表吸熱蒸發，多余的水落至第一水盤，在第一風機的共同作用下將第一冷凝器內的高溫工質冷卻。

所述的熱回收制冷備用部分噴淋循環系統由第二冷凝器、第二低阻過濾器、第二噴淋泵以及第二水盤、第二風機和第二噴淋管道組成；第二水盤中的水經第二過濾器、第二噴淋泵加壓后噴到第二冷凝器的外表吸熱蒸發，多余的水落至第二水盤，在第二風機的共同作用下將第二冷凝器內的高溫工質冷卻。

所述的回風段與送風道之間由通風管道連接，在回風段與送風道之間的通風管道中依次設置有前消聲器、百葉閥、新風段、初效過濾器、蒸發器一段、蒸發器二段、循環直流變頻風機墻和后消聲器。

所述的發熱設備為無功補償功率柜。

所述的無功補償功率柜包括功率模塊、進風過濾器、進風道、進風導流板、排風導流板和排風道，進風過濾器設置在進風道的入口處，功率模塊設置在進風道和排風道之間，進風導流板設置在進風道內，排風導流板設置在排風道內，進風導流板和排風導流板構成下進上出導流板結構。

所述的第一冷凝器和/或第二冷凝器采用蒸發式冷凝器。

本發明位為解決其技術問題所采取的技術手段包括：

①在無功補償柜內增設前后通風道，并在通風道內增加導流板實現柜內功率模塊均勻送風，降低送風量和送風阻力。

②在無功補償柜入口增設初效過濾裝置一方面做好柜間風量平衡，另一方面保持送風干凈。

③通風方式采用冷卻通風柜密閉循環通風，這有利于設備清潔和熱回收。將通風柜內蒸發器分成二段：第一段負荷穩定且氣溫較高，用作熱回收；第二段負荷變化大且氣溫較低，用作調節出風溫度。

④制冷系統由獨立的熱回收制冷系統和單制冷系統組成，銅管鋁翅片蒸發器直接布置在冷卻風柜內。取消冷凍水泵，減少了能耗和換熱損失。

⑤制冷系統由獨立的熱回收制冷系統和單制冷系統組成，冷凝器采用蒸發式冷凝器，提高換熱溫差，取消冷卻水泵，減少了冷卻能耗。

⑥將熱回收系統冷凝器與熱回收系統板式換熱器并聯使用，通過控制閥切換。冷凝器僅在不回收熱量時使用，板式換熱器在回收熱量時使用。

⑦冷卻風柜循環風機采用直流變頻風機墻，可以根據設備局部允許溫升來確定經濟風量，即提高了設備運行可靠性，又能降低自身能耗。

⑧冷凝器采用噴淋蒸發式冷凝器，采用風冷和水冷相結合的冷凝方式。可以根據氣候條件調整噴淋水量，一方面可以提高制冷能效比，另一方面又可以節省用水量和防凍。

⑨制冷、熱回收、冷卻風柜采用一體化結構，屋面露天布置，節約占地面積，并可實現遠程監控，實現無人值守。

本發明具有如下優點：本發明所述的一體化通風冷卻熱回收裝置與現有技術相比，利用一段蒸發器、板式換熱器、壓縮機實現余熱回收，從而達到設備經濟排熱，回收余熱的目的。同時避免了水冷風險、克服了風冷效果差，運行不經濟的缺陷，并可有效控制設備環境噪聲、節省投資及運行費用。

以50mvar無功補償為例：采用本發明所述的一體化通風冷卻熱回收裝置總能耗150kw左右，其綜合可比能效比可達4.5以上，高于同級別制冷系統4.1的節能標準；可以穩定連續回收滿負荷30％以上的熱量，可以惠及500至700人衛生用水或者2500平米以上的建筑采暖，噸水可比能耗4kw，遠低于同類熱回收設備，在制熱水行業屬領先水平。與由水冷螺桿式熱回收機組組成的通風冷卻系統相比，投資和自身能耗均下降30％以上，本發明在本行業中具有良好的推廣應用價值。

附圖說明

圖1是所述一體化通風冷卻熱回收裝置的冷卻及熱回收系統流程圖。

圖2是所述無功補償功率柜通風原理圖。

具體實施方式

以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。

如圖1和圖2所示，本發明所述的一體化通風冷卻熱回收裝置包括密閉通風系統a和單制冷系統及熱回收制冷系統b，其中所述的密閉通風系統a包括連接成循環風道的回風段1、送風道8、進風過濾器9、發熱設備10和回風道11，所述的單制冷系統及熱回收制冷系統b包括單制冷循環系統、熱回收制冷循環系統、加熱循環系統及噴淋循環系統；所述的密閉通風系統用于將發熱設備的余熱循環帶出；利用所述的單制冷循環系統和噴淋循環系統去除發熱設備散發的部分熱量；利用熱回收制冷循環系統和加熱循環系統回收余熱，從而達到設備經濟排熱和回收余熱的目的。

其中，所述的單制冷循環系統包括連接成封閉的單制冷循環管路的第一制冷壓縮機13、第一冷凝器14、第一節流膨脹閥15、蒸發器二段5及制冷工質管道。

所述的單制冷循環系統的工作流程是：蒸發器二段5中的液態制冷工質吸收熱量后變成低壓氣體，氣體通過第一制冷壓縮機13壓縮后變成高溫高壓氣體，經第一冷凝器14冷凝后變成高壓液體，再經第一節流膨脹閥15節流后變成低溫低壓液體進入蒸發器二段5蒸發吸熱，完成制冷工質循環和換熱。

所述的熱回收制冷循環系統包括第二制冷壓縮機17、板式換熱器18、第二節流膨脹閥19、蒸發器一段16和第二冷凝器25，其中第二制冷壓縮機17的出口分別與板式換熱器18的制冷工質入口和第二冷凝器25的制冷工質入口連接；板式換熱器18的制冷工質出口和第二冷凝器25的制冷工質出口均與第二節流膨脹閥19的入口連接，板式換熱器18和第二冷凝器25并聯；第二節流膨脹閥19的出口與蒸發器一段16的制冷工質入口連接，蒸發器一段16的制冷工質出口與第二制冷壓縮機17的入口連接。

所述的熱回收制冷循環系統的工作流程是：蒸發器一段16中的液態制冷工質吸收熱量后變成低壓氣體，氣體通過第二壓縮機17壓縮后變成高溫高壓氣體，經板式換熱器18或第二冷凝器25冷凝后變成高壓液體，再經第二節流膨脹閥19節流后變成低溫低壓液體進入蒸發器一段16蒸發吸熱完成制冷工質循環和換熱。

所述的加熱循環系統由板式換熱器18、熱水罐22、低阻過濾器23、循環加熱泵24及循環水管組成，其中熱水罐22的出口、低阻過濾器23、循環加熱泵24、板式換熱器18的入水口、板式換熱器18的出水口和熱水罐22的入口之間通過循環水管連接成循環回路。

所述的加熱循環系統的工作流程是：熱水罐22中的水經低阻過濾器23、循環加熱泵24進入板式換熱器18加熱，加熱后再流回儲水罐22，完成水循環加熱。

所述的噴淋循環系統包括單制冷部分噴淋循環系統和熱回收制冷備用部分噴淋循環系統；其中所述的單制冷部分噴淋循環系統由第一冷凝器14、第一低阻過濾器20、第一噴淋泵21以及第一水盤、第一風機和第一噴淋管道組成；第一水盤中的水經第一低阻過濾器20、第一噴淋泵21加壓后噴到第一冷凝器14的外表吸熱蒸發，多余的水落至第一水盤，在第一風機的共同作用下將第一冷凝器14內的高溫工質冷卻。

所述的熱回收制冷備用部分噴淋循環系統由第二冷凝器25、第二低阻過濾器26、第二噴淋泵27以及第二水盤、第二風機和第二噴淋管道組成；第二水盤中的水經第二過濾器26、第二噴淋泵27加壓后噴到第二冷凝器25的外表吸熱蒸發，多余的水落至第二水盤，在第二風機的共同作用下將第二冷凝器25內的高溫工質冷卻。

所述的熱回收制冷備用部分噴淋循環系統的噴淋僅在不回收熱量時使用。

所述的回風段1與送風道8之間由通風管道連接在回風段1與送風道8之間的通風管道中依次設置有前消聲器2、百葉閥3、新風段4、初效過濾器12、蒸發器一段16、蒸發器二段5、循環直流變頻風機墻6和后消聲器7。

在一個優選實施例中，所述的發熱設備10為無功補償功率柜。

如圖2所示，所述的無功補償功率柜包括功率模塊101、進風過濾器102、進風道103、進風導流板104、排風導流板105和排風道106，進風過濾器102設置在進風道103的入口處，功率模塊101設置在進風道103和排風道106之間，進風導流板104設置在進風道103內，排風導流板105設置在排風道106內，進風導流板104和排風導流板105構成下進上出導流板結構。

本發明所述的一體化通風冷卻熱回收裝置的工作流程是：冷風由循環直流變頻風機墻6送出，經進風過濾器9送入無功補償功率柜10，冷風將設備(無功補償功率柜)冷卻后變成熱風，再經過排風道11回到冷卻風柜的回風段1、經消聲段2、百頁閥3、初效過濾器12后，吸收蒸發器一段16、蒸發器二段5的冷量降溫，再通過循環直流變頻風機墻6經后消聲器7送出。送風溫度20～25℃左右，設備溫升25℃左右。循環直流變頻風機墻6由多臺直流變頻風機組成，某臺風機事故時，其余風機仍可通過變頻來滿足設計風量要求。回風段1上設置有排風閥，制冷系統故障時打開回風段1、排風閥和新風閥4，連鎖關閉百頁閥3，熱風通過排風閥排出，新風通過新風閥進入，實現直流式通風。蒸發器一段16擔負30％相對穩定的冷量，主要用于熱回收；蒸發二段5擔負70％變化的冷量，主要用于冷量調節。

熱回收制冷循環系統及加熱循環系統將根據水溫和對外供水流量來控制，基本能滿負荷運行，熱水溫度可以達到63℃。噴淋循環系統將根據冷凝器壓力控制，制冷循環將根據送風溫度控制，送風溫度可以達到20℃。

本發明提供了一種無功補償柜一體化通風冷卻熱回收技術，將設備余熱通過閉式均勻低阻通風系統循環帶出；利用制冷循環、噴淋循環通過制冷工質管路在噴淋蒸發式冷凝器冷卻排熱；利用熱回收循環、加熱循環回收余熱，從而達到設備經濟排熱和回收余熱的目的。

制冷蒸發器直接布置在冷卻風柜內。

無功補償柜內設置下進上出導流板。

在無功補償柜入口增設過濾器。

制冷冷凝器采用蒸發式冷凝器。

制冷系統取消冷凍水泵和冷卻水泵、用制冷工質管代替水管。

單制冷系統和熱回收制冷系統完全分開，相互不干擾。

熱回收加熱器采用板式換熱器。

噴淋循環系統和加熱循環系統的過濾裝置采用4kpa以下低阻過濾器。

閉式循環風機采用多臺直流變頻風機組成風機墻。

制冷、熱回收、冷卻風柜采用一體化結構，屋面露天布置，并可實現遠程監控。

本發明所述的一種無功補償柜一體化通風冷卻熱回收技術將設備余熱通過閉式均勻低阻通風系統循環帶出。利用冷卻風柜內一、二段蒸發器、柜外壓縮機，通過制冷工質管路在蒸發式冷凝器或板式換熱器冷卻排熱；利用一段蒸發器、板式換熱器、壓縮機實現余熱回收，從而達到設備經濟排熱，回收余熱的目的。同時避免了水冷風險、克服了風冷效果差，運行不經濟的缺陷，并可有效控制設備環境噪聲、節省投資及運行費用。

以50mvar無功補償為例：采用本技術系統總能耗150kw左右，其綜合可比能效比可達4.5以上，高于同級別制冷系統4.1的節能標準；可以穩定連續回收滿負荷30％以上的熱量，可以惠及500至700人衛生用水或者2500平米以上的建筑采暖，噸水可比能耗4kw，遠低于同類熱回收設備，在制熱水行業屬領先水平。與由水冷螺桿式熱回收機組組成的通風冷卻系統相比，投資和自身能耗均下降30％以上，本發明在本行業中具有良好的推廣應用價值。

以上所述僅是本發明的優選實施方案，應當指出在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出諸多改進，冷卻對象也不局限于無功補償功率柜，這些改進和用途的擴展也應視為本發明的保護范圍。