水循环系统中空气的排除方法及设备

摘要

本发明提供了一种水循环系统中空气的排除方法及设备，在水循环系统中设置动态控制系统来控制水的压力，并在系统管道升高后回复向下的高点位安装自动排气阀，同时降低系统水的流速，使系统的水流量恰好满足主机的水流要求，通过改变管道中的水压，排除水循环系统中管道中聚集的空气。采用上述方法和设备，有效排除管道中的空气，减少了管道的系统阻力，降低系统能耗，延长管道的使用寿命，提升空调的使用效果，同时设备投入费用小，降低成本，安装简单，操作方便，安全实用。

权利要求

1.水循环系统中空气的排除方法，其特征在于，所述水循环系统包括主机蒸发器，循环水泵，分水器，集水器，风机盘管，装有补水浮球阀的膨胀水箱，安装在总立管最高处的排气阀和连接管道，在水循环系统中设置动态控制系统来控制水的压力，并在系统管道升高后回复向下的高点位安装自动排气阀，同时降低系统水的流速，使系统的水流量恰好满足主机的水流要求，通过改变管道中的水压，排除水循环系统中管道中聚集的空气，所述方法包括以下具体步骤：a.动态控制系统控制水的压力升高时，空气溶于水中，随水流远离原来聚集处；

b.然后动态控制系统控制水的压力降低时，溶于水中的空气从水中分离释放，在管道上部聚集到一定量时，通过自动排气阀排除系统外。

2.根据权利要求1所述的水循环系统中空气的排除方法，其特征在于，所述动态控制系统包括时间控制器和管道增压平衡泵，所述管道增压平衡泵安装在系统管道的补水管处，时间控制器按设定好的时间比例自动控制管道增压平衡泵的启动和停止。

3.根据权利要求1所述的水循环系统中空气的排除方法，其特征在于，所述动态控制系统包括压力控制器和管道增压平衡泵，所述管道增压平衡泵安装在系统管道的补水管处，压力控制器按设定好的压力自动控制管道增压平衡泵的启动和停止。

4.根据权利要求2或3所述的水循环系统中空气的排除方法，其特征在于，所述管道增压平衡泵为小功率的管道泵。

5.根据权利要求4所述的水循环系统中空气的排除方法，其特征在于，通过更换小功率的循环水泵来降低扬程，从而实现降低系统水的流速。

6.根据权利要求4所述的水循环系统中空气的排除方法，其特征在于，在循环水泵处安装变频设备来降低循环水泵的运行频率，从而实现降低系统水的流速。

7.根据权利要求5或6所述的水循环系统中空气的排除方法，其特征在于，管道增压平衡泵开启时，系统压力高于静压0.05-0.2MPa。

8.一种排除水循环系统中空气的设备，包括主机热交换器，分水器，集水器，循环水泵，设备热交换器，膨胀水箱，膨胀水箱浮球阀和系统连接管道，以及安装总立管最高点的自动排气阀，其特征在于，还包括动态控制系统和安装在系统管道升高后回复向下的高点位处的自动排气阀。

9.根据权利要求8所述的排除水循环系统中空气的设备，其特征在于，所述动态控制系统包括时间控制器和管道增压平衡泵，所述管道增压平衡泵安装在系统管道的补水管处，时间控制器按设定好的时间比例自动控制管道增压平衡泵的启动和停止。

10.根据权利要求8所述的排除水循环系统中空气的设备，其特征在于，所述动态控制系统包括压力控制器和管道增压平衡泵，所述管道增压平衡泵安装在系统管道的补水管处，压力控制器按设定好的压力自动控制管道增压平衡泵的启动和停止。

说明书

水循环系统中空气的排除方法及设备

技术领域

[0001] 本发明涉及一种水循环系统中空气的排除方法及设备。

背景技术

[0002] 当前,涉及热交换的水循环系统广泛应用于工业各生产领域，如薄膜、制药、冶金等工业生产用的水循环冷却系统，还有酒店、商场、企事业单位中央空调系统，通常由制冷主机热交换器 、分水器 、设备热交换器 、集水器 、循环水泵 、由许多管道 、阀门连接成冷冻系统，装有补水浮球阀的膨胀水箱一般放在最高处，利用水重力向系统注水。管路虽在总立管最高处装有排气阀，但系统管道弯头、接头、风机盘管上部、出入口向下的横管顶部中还是有许多空气存在着。此外，水中溶解的空气也会在水温升高时分离出来，聚留在系统管道顶部，形成局部空管。

[0003] 空气的存在使系统出现许多不良现象甚至故障，如：

[0004] 1、管道内出现汩汩水声，对环境有一定噪声影响;

[0005] 2、造成系统中钢铁部件（管道）的加速腐蚀，空气长期滞留的系统中钢铁腐蚀速度是一般正常系统的好几倍;

[0006] 3、截留的空气包造成散热未端或整个系统热负荷损失;

[0007] 4、水泵旋转产生蜗旋水体，把横管中的空气吸入泵头，由于水和空气的混合体可以被压缩,水泵将无法把机械能有效地传送给水,极大地减少水流量;

[0008] 5、溶解于液体中的气体，在压力和温度变化时也会释放出来，形成汽穴。当液体内部压力下降，低于液体在该温度下的饱和蒸汽压时，在局部区域形成汽泡或汽穴；而在压力升高的地方汽泡突然被四周的压力压破，液流因惯性以极高的速度向汽泡的中心挤压，对设备造成水力冲击。这种微泡的产生、溃裂以及对过流表面产生物理和化学作用的整个过程称为汽蚀。特别容易发生在高速旋转的水泵叶轮处，造成水泵效率下降；

[0009] 6、管道不满管,相当于减少了管道管径,增大了管道阻力;

[0010] 7、形成气阻空管,水泵无法把水送达风机盘管,造成局部房间不制冷(制热);

[0011] 8、 排气阀在总立管最高处，为了使系统中截留的空气尽量随水流带走到达立管,通常设计时都选择高流速、高扬程水泵。往往实际流量超过制冷机需要流量的20%，甚至一倍以上，这样造成水泵电机功率的严重浪费。 流速高的好处在于能把系统远端的空气随水流输送到立管，通过立管顶的自动排气阀排出；但坏处是高流速的水流向下的速度高于水泡上升的速度，气泡无法分离而又被水流带回系统，到远端的风机盘管内或存在于底层的管道中形成静止的空气袋。

[0012] 为了解决上述技术难题，国内外技术人员开发了许多相应的技术，如运用大量的手动或自动排气阀安装在管道高处、散热器顶角等。中国专利文件CN1180208C公开了一种中央空调冷热媒水系统中空气的排除方法，利用集水器作为空气分离装置，在上面安装集气罐和排气阀，用不低于0.4m/s的冷媒水流速，带到立管中空气向下运动到机房最低处的集水器，通过集气罐和排气阀排出系统外。

[0013] 但是在实际应用中，不管按标准流速设计还是加大流速，或安装许多排气阀门，都不能完全解决在管道中形成的静止空气袋问题。

发明内容

[0014] 本发明针对上述缺点和问题，提供了一种水循环系统中空气的排除方法。

[0015] 为实现上述目的，本发明采取下述技术方案来实现：

[0016] 水循环系统中空气的排除方法，是通过在水循环系统中设置动态控制系统来控制水的压力，并在系统管道升高后回复向下的高点位安装自动排气阀，同时降低系统水的流速，使系统的水流量恰好满足主机的水流要求，通过改变管道中的水压，排除水循环系统中管道中聚集的空气，所述方法包括以下具体步骤：

[0017] a.动态控制系统控制水的压力升高时，空气溶于水中，随水流远离原来聚集处；

[0018] b.然后动态控制系统控制水的压力降低时，溶于水中的空气从水中分离释放，在管道上部聚集到一定量时，通过自动排气阀排除系统外。

[0019] 进一步，所述动态控制系统包括时间控制器和管道增压平衡泵，所述管道增压平衡泵安装在系统管道的补水管处，时间控制器按设定好的时间比例自动控制管道增压平衡泵的启动和停止。

[0020] 作为本发明的另一种实施方案，所述动态控制系统包括压力控制器和管道增压平衡泵，所述管道增压平衡泵安装在系统管道的补水管处，压力控制器按设定好的压力自动控制管道增压平衡泵的启动和停止。

[0021] 进一步，所述管道增压平衡泵为小功率的管道泵。

[0022] 进一步，通过更换小功率的循环水泵来降低扬程，从而实现降低系统水的流速。

[0023] 为实现上述降低系统水的流速的目的，本发明还可以通过在循环水泵处安装变频设备来降低循环水泵的运行频率，来实现降低系统水的流速。

[0024] 进一步，管道增压平衡泵开启时，系统压力高于静压根据权利要求5或6所述的一次0.05-0.2MPa。

[0025] 本发明根据上述水循环系统中空气的排除方法，设计了其中一种可以排除水循环系统中空气的设备，包括主机蒸发器，分水器，集水器，循环水泵，风机盘管，膨胀水箱，膨胀水箱浮球阀和系统连接管道，以及安装总立管最高点的自动排气阀，还包括动态控制系统和安装在系统管道升高后回复向下的高点位处的自动排气阀。

[0026] 进一步，本发明给出了所述动态控制系统的两种实现方案，第一种方案，所述动态控制系统包括时间控制器和管道增压平衡泵。

[0027] 另一种方案，所述动态控制系统包括压力控制器和管道增压平衡泵。

[0028] 本发明采用的排除空气的方法是在动态补偿原理的基础上实现的，所述动态补偿原理是利用在不同水温与压力下，气体溶解量不同的特性。空气对于水来说，属于难溶气体，因为空气在水中的传质速率受液膜阻力所控制，所以空气的传质速率可表示为：

[0029] N=KL(C*-C)=KLΔC；

[0030] 式中N为空气传质速率，kg／m2·h；

[0031] KL为液相总传质系数，m3／m2·h；

[0032] C*和C分别为空气在水中的平衡浓度和实际浓度，kg／m3。

[0033] 由上式可见；在一定的温度和压力下(即C*为定值时)，要提高气体溶解速率，就必须通过增大水的流速和水体紊动程度来减薄液膜厚度和增大液相总传质系数。而在水温一定，溶气压力不很高的条件下，空气在水中的溶解平衡可用亨利定律表示为：V=KTp，[0034] 式中 V为空气在水中的溶解度，L／m3；

[0035] KT为溶解度系数，L／kPa·m3；

[0036] p为溶液上方的空气平衡分压(绝压)，kPa。

[0037] KT值与温度的关系如下 ：

[0038] 表1 不同温度下空气在水中的溶解度系数

[0039]温度(0℃) 0 10 20 30 40 50
KT值(L/kPa·m3) 0.285 0.218 0.180 0.158 0.135 0.120

[0040] 由上表可见，空气在水中的平衡溶解量与溶气压力成正比，且与温度有关。

[0041] 溶解于水中的空气量与通入空气量的百分比，称为溶气效率。

[0042] 不同溶气压力下，空气在水中的实际溶解量与溶气时间的关系如下：

[0043] 表2大气压下空气在水中的平衡溶解量

[0044]温度(0C) 0 5 10 15 20 25 30
平衡溶解量（mg/L） 37.55 32.48 28.37 25.09 22.40 20.16 18.14
平衡溶解量（mL/L） 29.18 25.69 22.84 20.56 18.68 17.09 15.04

[0045] 由上可知，在不同温度与压力下，空气在水中的最大溶解量不同。比如，在绝对压力不变的情况下，把水从0℃加热到30℃，水中空气溶解量从29.18 mL/L降到15.04mL/L，此过程也就是一壶水加热后空气从水中析出微泡聚集壶壁的现象。又比如打开苏打水瓶盖时，瓶中气泡立即出现，这是打开瓶盖后压力下降，水中气体溶解量迅速下降，溶解的二氧化碳气体释放出来形成气泡的现象。

[0046] 本发明应用了水在不同压力下溶解气体量不同的特性，通过改变管道中的水压，使得系统中残余的空气在压力升高时融入水中，随水流带离原来聚集处；在压力降低时，从水中分离释放，在管道上部聚集到一定量时，通过自动排气阀排出系统外。而且由于在增加压力或减少压力时，系统内均不出现负压，所以空气被分离排出系统外就不会再进入系统。通过不断的融入、带离、释放、排出的过程，可将管道中聚集的空气袋完全排除，彻底解决传统系统中存在的空气引起的系列问题。

[0047] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：

[0048] 1、通过增加动态控制系统，改变了传统的气泡随高流速水流带离的方式，变为将空气溶入水中带离，从而实现变被动排气为主动排气，极大改善排气效果，经实践证明，除被系统水溶解的微量空气外，管道中不再有空气袋现象存在,管道处于满管状态，从而极大的减少了管道的系统阻力,减低送水能耗；

[0049] 2、排除了空气，使得空气不会长期滞留系统导致钢铁腐蚀速度增加，因此大大延长了管道寿命；

[0050] 3、根除了气水混流,系统安静，无汩汩水声，而且没有冷热不匀的现象；

[0051] 4、水泵可以更好的将机械能进行有效传递，降低能源损耗；

[0052] 5、水泵中充满水,内部形成水膜,密封及时，从而使水泵得到润滑及降温,水泵不易损坏；

[0053] 6、设备投入费用低，不同大小的冷暖系统同样适用；

[0054] 7、本发明的冷暖循环水系统的排气方法安装简单、安全实用，操作方便，减少调试和操作人员的工作量。

附图说明

[0055] 图1是本发明实施例1中水循环系统结构示意图。

具体实施方式

[0056] 实施例1

[0057] 如图1所示的本发明实施例1的一种水循环系统结构示意图，从图中可以看出，本发明的排除水循环系统中空气的设备包括主机蒸发器1，循环水泵2，分水器3，集水器4，风机盘管5，装有补水浮球阀7的膨胀水箱6，安装在总立管最高处的排气阀8，连接管道9，此外还设置有动态控制系统，包括时间控制器10和管道增压平衡泵11，同时在管道升高后回复向下的高点位安装自动排气阀12。其中膨胀水箱6一般放在最高楼层，利用水的重力向系统注水。

[0058] 安装在总立管最高处的排气阀8为一般水循环系统中均会设置的，可能为自动排气阀，也可能为手动排气阀。而在本实施例中，为配合整个系统的空气自动排除，将排气阀8均设置为自动排气阀。

[0059] 本实施例中，管道增压平衡泵11为小功率的管道泵。管道增压平衡泵11安装在连接膨胀水箱6的系统管道的补水管处，时间控制器10按设定好的时间比例自动控制管道增压平衡泵11的启动和停止。管道增压平衡泵11 运行时,膨胀补水箱6 中的水压入系统管道，使之压力升高。水压升高时,管道中存积的空气(如众多的水管接头、风机盘管上部等聚集的空气)部分溶解入水中带离原来地方；管道增压平衡泵11停止时,管道中的水压高于膨胀水箱6的自然压力，多余的水经管道增压平衡泵 11倒流回到膨胀水箱 11，管道中水压降低，溶解入水中的空气分离、聚集在管道高处，通过自动排气阀8和12处排出系统。

[0060] 通过采取上述措施，管道中的空气只要系统水流动即可将其中的空气带离，而不再依靠高流速的水流带走，因此可以大幅度降低水的流速，从而节约能耗。而且低流速的气泡更容易从水中分离，上升至管道高处聚集，通过自动排气阀8和12排除系统之外。

[0061] 本实施例中，降低水的流速可通过多种方式实现，较好的方法有两种，一种是降低循环水泵2的转速，即通过安装变频设备降低循环水泵2的运行频率来实现；另一种是更换小功率的循环水泵2来降低扬程。上述两种方法均可降低系统能耗，可根据实际情况的需要，选择合适的方案。

[0062] 实施例2

[0063] 本实施例中水循环系统的结构示意图与实施例1中基本一致，主要的区别在于动态控制系统，采用的是压力控制器和管道增压平衡泵。压力控制器按一定的压力自动控制管道增压平衡泵的启动和停止。

[0064] 本发明中除上述两个实施例中采用的时间控制器和压力控制器来实现管道压力的动态控制，还可以根据实际需要选择其他的动态控制系统，主要能满足动态控制管道压力的升高和降低即可。

[0065] 具体应用实例

[0066] 1、 义乌某酒店，在未安装本发明的技术方案进行技术改革时，安装有约克机组2台，45KW冷媒水泵3台，37KW冷却水泵3台。为了节能，在其中冷却与冷媒循环系统加装了变频器，使得18至21楼的楼层经常性的出现空调使用效果不好的现象，每次都要通过人工排空气、加水后才勉强解决。通过我们技术人员的优化设计，采用本发明的动态补偿技术，安装动态控制系统和自动排气阀，同时配合最佳工况运行循环水泵改造，在循环水泵安装功率11KW时，就满足了空调使用效果，同时18层以上空调时好时坏的现象得到彻底解决。

[0067] 2、 浙江伊美薄膜工业集团有限公司，在未使用本发明技术方法改造时，薄膜生产线循环水系统安装75KW的冷媒水泵电机8台，1320KW主机4台，55KW冷却水泵6台。实际使用开4台冷媒泵，车间还有部分位置冷量输送不到。而通过应用本发明后再配合高效泵改造，冷却与冷媒泵全部换用22KW的循环水泵就满足了生产需求。

[0068] 本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。