CN102384545A - 一种新型的空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型的空调系统，包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、空调水箱、空调水泵和冷却塔；蒸发器中设置有蒸发器盘管和蒸发器盘管外通路，冷却塔包括水帘墙和蓄水池，蓄水池中设置普通防冻液，同时蓄水池中设置出水口通过防腐管路、防腐水泵与设置在水帘墙上部的进水口形成普通防冻液循环系统；所述空调系统还包括一交换器盘管，交换器盘管外与普通防冻液进行热交换，交换器盘管内通过管路、一级水泵与蒸发器盘管外通路连接形成充注低温防冻液的低温防冻液循环系统。本发明结合低温防冻液的低冰点优势和普通防冻液的低成本优势进行设计，只要外界温度高于普通防冻液的冰点温度即可正常工作，具有能耗低、方便实用、适用范围广的特点。

Description

一种新型的空调系统

技术领域

本发明涉及一种热泵式水中央空调系统，特别是一种新型的空调系统。

背景技术

现有的热泵式水中央空调系统，其主要包括一压缩机1′、一冷凝器2′、一膨胀阀3′、一蒸发器4′、一空调水箱5′和一冷却塔6′。在此，在制热工况下，压缩机出口11′→冷凝器的盘管外通路22′→膨胀阀3′→蒸发器的盘管41′→压缩机入口12′依序用管路7′连接形成冷媒循环系统；空调水箱出口51′→水泵8′→冷凝器的盘管21′→空调水箱进口52′依序用管路10′连接形成空调水循环系统；冷却塔出口61′→水泵9′→蒸发器的盘管外通路42′→冷却塔进口62′依序用管路10′连接形成冷却塔水循环系统。

在此，以上冷却塔结构采用水冷式设计，该设计存在很大的缺陷，这使得空调的使用具有很大的地域局限性和季节性。当在夏天进行制冷时，基本上任何地方都可以使用。而冬天进行制热时，一旦外界气温低于6℃时，此时冷却塔6′中的冷却水温度也低于6℃，此时若冷却水循环到蒸发器的盘管外通路42′与冷媒进行热交换，就会使冷却水在蒸发器的盘管外通路42′中结冰，使蒸发器4′无法正常工作，甚至涨裂；另外，因冷却塔6′是一个敞开式结构，一旦外界环境温度低于0℃时，冷却塔6′中的冷却水也会因温度过低而发生结冰现象，导致冷却塔6′水循环系统的水循环中断。以上结构特性，使得热泵式水中央空调只适合冬天外界温度在6℃以上的地方，但实际中，我国除了南方几个省份外，绝大部分地区的冬天室外温度都在0℃左右，也就是说，传统的水中央空调系统在冬天的绝大部分地区都不适用，处于闲置状态。在目前，我国北方地区的冬天取暖，一般是采用暖气集中进行供热，而在长江流域，因冬天的室外温度都在0℃左右，一般都采用自建小锅炉的形式经行供热。在此，不管是暖气的集中供热，还是自建的小锅炉形式，一般都是通过直接燃煤或燃油的方式获得热量，而煤和油都是不可再生能源，且燃煤或燃油的热转换效率远远小于热泵式，热效率很低，同时燃烧会产生大量的温室气体，进一步加剧了环境的负担。此外，集中加热而成的供热的暖气水需要通过保温管路长距离输送到用户，投资成本大、工作能耗高、维护和改动困难，同时长距离输送也会造成一定热量的损失。

而在现实中，为能实现冷却塔中的冷却水在室外温度低于0℃时不发生结冰现象，最直接的方法是在冷却水中添加防冻液。在目前，从成本上来划分，防冻液分为两种：一种是结冰点低于-20℃的低温防冻液，其优点是结冰点低、腐蚀性小，缺点是成本很高、易挥发；另一种是结冰点在-10℃~-20℃的普通防冻液，如碱水、盐水等，其优点是成本经济，不易挥发，缺点是结冰点高，且具有很大的腐蚀性。若直接采用低温防冻液，因冷却塔循环过程中低温防冻液会有很大的挥发量，这会导致消耗的低温防冻液量很大，过高的使用成本使人根本无法承受。而若使用普通防冻液，防冻液的强腐蚀性又会对蒸发器盘管造成很大的损害，成倍地缩小了蒸发器的使用寿命，很容易造成冷媒的泄露。

发明内容

针对上述问题，本发明设计了一种新型的空调系统，其结合低温防冻液的低冰点优势和普通防冻液的低成本优势进行结构设计，只要外界温度高于普通防冻液的冰点温度即可正常进行工作，具有能耗低、方便实用、适用范围广的特点，可有效打破水冷中央空调在地域和季节上的使用限制。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种新型的空调系统，包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、空调水箱、空调水泵和冷却塔；其中冷凝器中设置有冷凝器盘管和冷凝器盘管外通路，蒸发器中设置有蒸发器盘管和蒸发器盘管外通路，其特征在于：所述冷却塔包括水帘墙和蓄水池，蓄水池中设置普通防冻液，同时蓄水池中设置有出水口通过防腐管路、防腐水泵与设置在水帘墙上部的进水口形成普通防冻液循环系统；所述空调系统还包括一由防腐蚀材料加工而成的交换器盘管，交换器盘管外与普通防冻液进行热交换，交换器盘管内通过管路、一级水泵与蒸发器盘管外通路连接形成充注低温防冻液的低温防冻液循环系统。

上述交换器盘管直接置于冷却塔蓄水池中的普通防冻液中。

上述交换器盘管外设置有外壳体，外壳体与交换器盘管之间形成交换器盘管外通路，交换器盘管外通路通过防腐管路设置在所述防腐水泵和水帘墙上部的进水口之间。

上述空调系统在制热工况下时，压缩机的出口→冷凝器盘管外通路→膨胀阀→蒸发器盘管→压缩机的入口依序用普通管路连接形成冷媒循环系统；空调水箱出口→空调水泵→冷凝器盘管→空调水箱进口依序用空调管路连接形成空调水循环系统。

在制热工况下，当冷媒从压缩机出来时，冷媒的状态为高压的气态，温度在90℃左右，当冷媒经过冷凝器盘管外通路时与冷凝器盘管内的空调水进行热量交换，空调水吸收热量，其温度被升高至45℃左右，而后在空调水泵的作用下被升温的空调水被送回空调水箱进行储能或送往室内风机盘管进行制热；与此同时，冷媒释放热量温度降低，冷媒状态转变为高压液态，温度还保持在50℃左右，接着冷媒由膨胀阀喷出进入蒸发器并迅速气化，在此过程中，冷媒的气化会吸收低温防冻液循环系统中的大量热量，使低温防冻液迅速降温到接近冰点温度，而该被降温的低温防冻液在一级水泵的作用下被送往交换器盘管。在此，当交换器盘管直接置于冷却塔蓄水池中的普通防冻液中时，被降温的低温防冻液与冷却塔蓄水池中的普通防冻液直接进行热交换；而当交换器盘管设置有外壳体形成交换器盘管外通路，交换器盘管外通路通过防腐管路设置在所述防腐水泵和水帘墙上部的进水口之间时，被降温的低温防冻液通过普通防冻液循环系统与普通防冻液进行热交换，经以上热量交换后，低温防冻液吸收热量温度升高后重新回到蒸发器的盘管外通路再次与冷媒进行热量交换，而普通防冻液则被降温到接近其冰点温度，被降温的普通防冻液通过普通防冻液循环系统送往水帘墙与外界进行热量交换，在此，只要外界温度高于被降温的普通防冻液温度即可进行正常的热量交换，当普通防冻液吸收外界热量温度再次升高后从水帘墙回到蓄水池，就再次通过普通防冻液循环系统或直接与交换器盘管内低温防冻液循环系统进行热量交换。在此过程中，当冷媒从蒸发器盘管出来时，其状态转化为低压气态，温度在-18℃左右，而后低压气态的冷媒被压缩机重新吸入，因压缩机的压缩做功作用下，当冷媒再次从压缩机出来时，其状态再次转变为高压高温气态，温度也达到90℃左右，并为再次进入新的循环作好准备。

本发明的设计要点在于设置了一由防腐材料制造的交换器盘管装置，该结构设计，使得蒸发器的冷却系统具有两级。其中一级由低温防冻液形成低温防冻液循环系统，因该循环系统为完全封闭的回路，低温防冻液基本上无挥发没有损耗，运行成本低，同时低温防冻液的低腐蚀性也保护了蒸发器，保证了蒸发器的使用寿命。而冷却塔蓄水池中的普通防冻液其直接或间接通过普通防冻液循环系统与交换器盘管中的低温防冻液进行热量交换，在此，因普通防冻液的成本低，挥发性低，即使普通防冻液循环系统为一敞开式结构，普通防冻液的消耗成本也在可接受的范围之内，而普通防冻液冰点温度在-10℃~-20℃左右，其基本能保证空调在我国长江流域及长江以南地区的使用，因这些地区的冬季温度一般最低也就在0℃左右，不会发生普通防冻液结冰的问题。至于普通防冻液的强腐蚀性，则通过防腐材料制作的防腐管路、防腐水泵和防腐交换器解决，这种结构设计从根本上杜绝了普通防冻液与蒸发器的接触，保证了蒸发器的使用寿命，可有效避免冷媒泄露现象的发生。

附图说明

图1、现有热泵式水中央空调系统的结构示意图；

图2、本发明的结构示意图；

图3、本发明的第二种实施方式。

具体实施方式

如图2所示，一种新型的空调系统，包括压缩机1、冷凝器2、膨胀阀3、蒸发器4、空调水箱5、空调水泵8和冷却塔6，其中冷凝器2中设置有冷凝器盘管21和冷凝器盘管外通路22，蒸发器4中设置有蒸发器盘管41和蒸发器盘管外通路42。在制热工况下，压缩机的出口11→冷凝器盘管外通路22→膨胀阀3→蒸发器盘管41→压缩机的入口12依序用普通管路71连接形成冷媒循环系统。空调水箱出口51→空调水泵8→冷凝器盘管21→空调水箱进口52依序用空调管路72连接形成空调水循环系统。

所述冷却塔6包括水帘墙61和蓄水池62，蓄水池62中设置普通防冻液，同时蓄水池62中设置有出水口621通过防腐管路622、防腐水泵623与设置在水帘墙61上部的进水口624形成普通防冻液循环系统。

所述空调系统还包括一由防腐蚀材料加工而成的交换器盘管91，交换器盘管91外与冷却塔蓄水池62中的普通防冻液进行热交换。在本实施方式中，交换器盘管91直接置于冷却塔蓄水池62中的普通防冻液中。交换器盘管91内通过管路73、水泵94与蒸发器盘管外通路42连接形成低温防冻液循环系统。

此外，如图3所示，为本发明的另一个实施方式，交换器盘管91外设置有外壳体92，外壳体92与交换器盘管91之间形成交换器盘管外通路93，交换器盘管外通路93通过防腐管路622设置在所述防腐水泵623和水帘墙61上部的进水口624之间。

在制热工况下，当冷媒从压缩机1出来时，冷媒的状态为高压的气态，温度在90℃左右，当冷媒经过冷凝器盘管外通路22时与冷凝器盘管21内的空调水进行热量交换，空调水吸收热量，其温度被升高至45℃左右，而后在空调水泵8的作用下被升温的空调水被送回空调水箱5进行储能或送往室内风机盘管进行制热。与此同时，冷媒释放热量温度降低，冷媒状态转变为高压液态，温度也保持在50℃左右，接着冷媒由膨胀阀3喷出进入蒸发器盘管41内并迅速气化，在此过程中，冷媒的气化会吸收低温防冻液循环系统中的大量热量，使低温防冻液降温到接近其冰点温度，而该被降温的低温防冻液在一级水泵94的作用下被送往交换器盘管91，在此，当交换器盘管91直接置于冷却塔蓄水池62中的普通防冻液中时，被降温的低温防冻液与冷却塔蓄水池62中的普通防冻液直接进行热交换；而当交换器盘管91设置有外壳体92形成交换器盘管外通路93，交换器盘管外通路93通过防腐管路622设置在所述防腐水泵633和水帘墙61上部的进水口624之间时，被降温的低温防冻液通过普通防冻液循环系统与普通防冻液进行热交换。经以上热量交换后，低温防冻液吸收热量温度升高后重新回到蒸发器的盘管外通路42再次与冷媒进行热量交换，而普通防冻液则被降温到接近其冰点温度，被降温的普通防冻液通过普通防冻液循环回路送往水帘墙61与外界进行热量交换，在此，只要外界温度高于被降温的普通防冻液温度即可进行正常的热量交换，当普通防冻液吸收外界热量温度再次升高后就从水帘墙61回到蓄水池62，而后再次通过交换器盘管91与低温防冻液循环系统进行热量交换。在此过程中，当冷媒从蒸发器盘管41出来时，其状态转化为低压气态，温度在-18℃左右，而后低压气态的冷媒被压缩机1重新吸入，因压缩机1的压缩做功作用下，当冷媒再次从压缩机1出来时，其状态再次转变为高压高温气态，温度也达到90℃左右，并为再次进入新的循环作好准备。

本发明的设计要点在于设置了一由防腐材料制造的交换器盘管91装置，该结构设计，使得蒸发器4的冷却系统具有两级。其中一级由低温防冻液形成的低温防冻液循环系统，因该循环系统为完全封闭的回路，低温防冻液基本上无挥发没有损耗，运行成本低，同时低温防冻液的低腐蚀性也保护了蒸发器4，保证了蒸发器4的使用寿命。而冷却塔蓄水池62中的普通防冻液（碱水、盐水等）其直接或间接通过普通防冻液循环系统与交换器盘管91中的低温防冻液进行热量交换。在此，因普通防冻液的成本低，即使普通防冻液循环系统为一敞开式结构，普通防冻液的消耗成本也在可接受的范围之内，而普通防冻液的冰点温度在-10℃~-20℃左右，其基本能保证空调在我国长江流域及长江以南地区的使用，因这些地区的冬季温度一般最低也就在0℃左右，不会发生普通防冻液结冰的问题。至于普通防冻液的强腐蚀性，则通过防腐材料制作的方法管路622、防腐水泵623、防腐交换器盘管91及交换器外壳体92解决，这种结构设计从根本上杜绝了普通防冻液与蒸发器4的接触，保证了蒸发器4的使用寿命，可有效避免冷媒泄露现象的发生。

此外，当空调水箱5用于储能作用时，为获得更高的储能温度以实现更大的储能，可在空调水箱5上设置二级冷媒循环系统和二级空调水循环系统，其结构与以上的冷媒循环系统一样，进而可使二级空调水循环系统的二级水箱中的蓄水获得接近70℃左右的储能高温水，实现单位体积空调水的高储能。

综上，本发明通过对现有空调系统的改进，其结合低温防冻液的低冰点优势和普通防冻液的低成本优势进行结构设计，只要外界温度高于普通防冻液的冰点温度即可正常进行工作，具有能耗低、方便实用、适用范围广的特点，可有效打破空调在地域和季节上的使用限制。

Claims (4)

1.一种新型的空调系统，包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、空调水箱、空调水泵和冷却塔；其中冷凝器中设置有冷凝器盘管和冷凝器盘管外通路，蒸发器中设置有蒸发器盘管和蒸发器盘管外通路，其特征在于：所述冷却塔包括水帘墙和蓄水池，蓄水池中设置普通防冻液，同时蓄水池中设置有出水口通过防腐管路、防腐水泵与设置在水帘墙上部的进水口形成普通防冻液循环系统；所述空调系统还包括一由防腐蚀材料加工而成的交换器盘管，交换器盘管外与普通防冻液进行热交换，交换器盘管内通过管路、一级水泵与蒸发器盘管外通路连接形成充注低温防冻液的低温防冻液循环系统。

2.如权利要求1所述的一种新型的空调系统，其特征在于：所述交换器盘管直接置于冷却塔蓄水池中的普通防冻液中。

3.如权利要求1所述的一种新型的空调系统，其特征在于：所述交换器盘管外设置有外壳体，外壳体与交换器盘管之间形成交换器盘管外通路，交换器盘管外通路通过防腐管路设置在所述防腐水泵和水帘墙上部的进水口之间。

4.如权利要求1-3所述的一种新型的空调系统，其特征在于：所述空调系统在制热工况下时，压缩机的出口→冷凝器盘管外通路→膨胀阀→蒸发器盘管→压缩机的入口依序用普通管路连接形成冷媒循环系统；空调水箱出口→空调水泵→冷凝器盘管→空调水箱进口依序用空调管路连接形成空调水循环系统。

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