CN103574965B - 一种带填料耦合盘管蒸发式冷凝器的冷水机组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种带填料耦合盘管蒸发式冷凝器的冷水机组，包括压缩机、蒸发式冷凝器、节流装置和蒸发器；所述蒸发式冷凝器包括盘管换热器、风机、布水器和集水池；所述盘管换热器由多个换热管片通过进口集管和出口集管连接组成；所述换热管片包括盘管和填料，所述盘管设有至少一片用于引导喷淋冷却水从上层换热管流向下层换热管的填料，所述盘管纵向设置，即所述风机吹入的冷却风沿所述盘管的直管段的大致长度方向流动。本发明可降低冷却盘管冷却水温度、提高冷却盘管冷却水的布水覆盖率，具有传热效率高的优点，其应用范围广，市场前景好。

Description

一种带填料耦合盘管蒸发式冷凝器的冷水机组
技术领域
本发明涉及空调设备领域，特别涉及一种盘管蒸发式冷凝器的冷水机组。
背景技术
采用蒸发式冷凝器向室外空气中放热并应用于冷水机组中，是实现高效、稳定制冷的重要途径，与水冷式冷凝器和风冷式冷凝器相比，其换热效率高，具有显著的节能减排前景。现阶段市场上冷水机组中所用的蒸发式冷凝器用盘管是横向盘管，通过对盘管外表面采用喷淋水进行冷却，并利用循环的喷淋水使空气蒸发带走热量。由于冷却风向垂直于盘管（即冷却风从每个换热管片所形成的平面空间穿过，并与换热管的直管段垂直），盘管会存在迎风面和背风面，在背风面缺乏空气对流换热，降低了盘管换热效率。另一方面，由于横向盘管有效换热面积小，所配盘管长度则需加大，同时由于传统横向盘管的管与管之间错位布置，没有机械清洗的操作空间，亦存在难清洗的缺点。因此，横向盘管的不足极大地限制了蒸发式冷凝器在冷水机组中的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种可提高换热效率的盘管蒸发式冷凝器的冷水机组。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种带填料耦合盘管蒸发式冷凝器的冷水机组，包括压缩机、蒸发式冷凝器、节流装置和蒸发器；所述蒸发式冷凝器包括盘管换热器、风机、布水器和集水池；所述盘管换热器由多个换热管片通过进口集管和出口集管连接组成；所述换热管片包括盘管和填料，所述盘管设有至少一片用于引导喷淋冷却水从上层换热管流向下层换热管的填料。
优选地，所述盘管纵向设置，即所述风机吹入的冷却风沿所述盘管的直管段的大致长度方向流动。
进一步地，所述盘管的换热管S形弯折，所述填料设置于相邻的所述换热管之间，以将所述换热管连成一片连续的水流面。
进一步地，相邻所述换热管的直管段相互平行，相邻所述换热管的直管段的管间距相同，或者管间距从位于先接受喷淋冷却水的上层至后接受喷淋冷却水的下层逐渐变小。
进一步地，所述换热管的直管段具有沿管内液体流动方向的向下坡度。
还可以选择，所述盘管的换热管S形弯折，一片或多片所述填料设置在所述换热管形成的平面空间内，且与所述换热管相互配合地固接，连续覆盖于多个所述换热管的至少一部分表面。
进一步地，所述压缩机的排气口与蒸发式冷凝器的气体管连接，蒸发式冷凝器的液体管通过节流装置与蒸发器的液体管连接，蒸发器的气体管与压缩机的吸气口连接，所以冷水机组具有制冷循环模式。
进一步地，所述压缩机的排气口与蒸发式冷凝器的气体管连接，蒸发式冷凝器的液体管通过节流装置与蒸发器的液体管连接，蒸发器的气体管与压缩机的吸气口连接，所述冷水机组设置有第一制冷阀、第二制冷阀、第一热泵阀和第二热泵阀；第一制冷阀设置在压缩机的排气口与蒸发式冷凝器的气体管的连接管路上，第二制冷阀设置在压缩机的吸气口与蒸发器的气体管的连接管路上，第一热泵阀设置在压缩机的排气口与蒸发器的气体管的连接管路上，第二热泵阀设置在压缩机的吸气口与蒸发式冷凝器的气体管的连接管路上；所以冷水机组具有制冷循环模式和热泵循环模式；所述第一制冷阀、第二制冷阀、第一热泵阀和第二热泵阀为电动阀或手动阀。
进一步地，所述压缩机的排气口设有第一换向阀，压缩机的吸气口设有第二换向阀；第一换向阀的两个出口分别与蒸发式冷凝器的气体管和蒸发器的气体管连接，第二换向阀的两个进口分别与蒸发式冷凝器的气体管和蒸发器的气体管连接；所述第一、第二换向阀为电动或手动二位三通换向阀。
进一步地，所述冷水机组设置有四通换向阀，四通换向阀的四个接口分别与压缩机排气口、蒸发式冷凝器的气体管、蒸发器的气体管和压缩机的吸气口连接。
本发明的工作原理：当制冷循环模式时，制冷剂经压缩机压缩后成高温高压状态的气体时由制冷系统管道进入蒸发式冷凝器，经过蒸发式冷凝器后，高温高压状态的气体被冷却成低温高压液体，并经节流装置形成低温低压液体进入蒸发器中与冷冻水进行热交换，制取冷水，然后在蒸发器中制冷剂液体蒸发汽化并被压缩机吸走，完成制冷循环模式；当热泵循环模式时，制冷剂经压缩机压缩后成高温高压状态的气体时由制冷系统管道进入蒸发器，与低温热水进行热交换，制取高温热水，同时，高温高压状态的气体被冷却成低温高压液体，并经节流装置形成低温低压液体进入蒸发式冷凝器，然后在蒸发式冷凝器中制冷剂液体蒸发汽化并被压缩机吸走，完成热泵循环模式。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本发明采用填料耦合纵向蛇形盘管蒸发式冷凝器，取代传统的风冷和水冷方式，可进一步提高换热效率；
2、采用纵向盘管，冷却风向与盘管长度方向一致，不存在迎风面和背风面，减少换热盘管表面迎风面、背风面及干点，减少换热盘管结垢风险；
3、纵向盘管两端弯头置于气流和冷却水播洒空间内，提高盘管有效利用面积；
4、使用本蒸发式冷凝器清洁容易，维护较为方便，使用成本较低；
5、本发明中的蒸发式冷凝器采用填料耦合纵向蛇形盘管，使冷却水流经上层换热管表面后在填料的引导下流向下层换热管表面，实现引导播水，减少冷却水在换热管底部的停留，减少冷却水在冷却空气的吹动下向后漂移或飞水的现象，同时增大冷却水蒸发换热表面积，达到提高换热效率、减少换热管使用量的作用。
附图说明
图1是本发明冷水机组的制冷循环模式的原理示意图；
图2是本发明冷水机组的原理示意图；
图3是本发明冷水机组的热泵循环模式的原理示意图；
图4是本发明冷水机组采用二位三通换向阀的原理示意图；
图5是本发明冷水机组采用四通换向阀的原理示意图；
图6是本发明蒸发式冷凝器实施例一的结构示意图；
图7是本发明蒸发式冷凝器的A-A局部剖面示意图；图中可示换热器的结构；
图8是本发明蒸发式冷凝器实施例一中的换热管片的结构示意图；
图9是本发明蒸发式冷凝器实施例一中的换热管片的剖视图；剖视方向对应于图9的A-A向；
图10是本发明本发明蒸发式冷凝器实施例一中另一种换热管片的剖视图；剖视方向对应于图9的A-A向；
图11是本发明蒸发式冷凝器实施例二的结构示意图；
图12是本发明蒸发式冷凝器实施例二中的换热管片的结构示意图；
图13是图7中所示换热管片的A-A向剖视图；
图14是本发明蒸发式冷凝器的盘管的另一种结构示意图；
图15是本发明蒸发式冷凝器的盘管的另一种结构示意图；
图16是本发明蒸发式冷凝器实施例三的剖面示意图；
图17是本发明将冷凝器风机放置在换热器前部的结构示意图；
图18是本发明将冷凝器风机垂直放置的结构示意图；
图19是本发明将冷凝器风机垂直放置并采用双组换热器的结构示意图；
图20是本发明将冷凝器风机垂直放置并采用双组换热器的另一结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
图1示出了本发明冷水机组的制冷循环模式的原理示意图，由图1可见，本冷水机组包括压缩机1、蒸发式冷凝器2、节流装置3和蒸发器4；所述压缩机的排气口7与蒸发式冷凝器的气体管2a连接，蒸发式冷凝器的液体管2b通过节流装置与蒸发器的液体管4a连接，蒸发器的气体管4b与压缩机的吸气口8连接。该蒸发式冷凝器2采用了填料耦合的纵向设置的盘管，在此先不做详细描述。
本发明的工作原理：制冷剂经压缩机1压缩后成高温高压状态的气体时由制冷系统管道进入蒸发式冷凝器2，经过蒸发式冷凝器2后，高温高压状态的气体被冷却成低温高压液体，并经节流装置3形成低温低压液体进入蒸发器4中与冷冻水进行热交换，制取冷水，然后在蒸发器4中制冷剂液体蒸发汽化并被压缩机1吸走，完成制冷循环模式；
实施例2
图2示出了本发明冷水机组的原理示意图,与实施例1相比较，其不同之处在于，所述冷水机组设置有第一制冷阀9、第二制冷阀10、第一热泵阀11和第二热泵阀12；第一制冷阀9设置在压缩机的排气口7与蒸发式冷凝器的气体管2a的连接管路上，第二制冷阀10设置在压缩机的吸气口8与蒸发器的气体管4b的连接管路上，第一热泵阀11设置在压缩机的排气口7与蒸发器的气体管4b的连接管路上，第二热泵阀12设置在压缩机的吸气口8与蒸发式冷凝器的气体管2a的连接管路上。所以冷水机组具有制冷循环模式和热泵循环模式。同样，该蒸发式冷凝器2采用了填料耦合的纵向设置的盘管。
本发明的工作原理：当热泵循环模式时，如图3所示，此时打开第一热泵阀11和第二热泵阀12，关闭第一制冷阀9和第二制冷阀10，制冷剂经压缩机1压缩后成高温高压状态的气体时由制冷系统管道进入蒸发器4，与低温热水进行热交换，制取高温热水，然后高温高压状态的气体被冷却成低温高压液体，并经节流装置3形成低温低压液体进入蒸发式冷凝器2，然后在蒸发式冷凝器2中制冷剂液体蒸发汽化并被压缩机1吸走，完成热泵循环模式。
实施例3
图4示出了本发明冷水机组采用二位三通换向阀的原理示意图，与实施例1相比较，其不同之处在于，所述压缩机1的排气口7设有第一二位三通换向阀13，压缩机的吸气口8设有第二二位三通换向阀14；第一二位三通换向阀13的两个出口分别与蒸发式冷凝器的气体管2a和蒸发器的气体管4b连接，第二二位三通换向阀14的两个进口分别与蒸发式冷凝器的气体管2a和蒸发器的气体管4b连接。同样，该蒸发式冷凝器2采用了填料耦合的纵向设置的盘管。
实施例4
图5示出了本发明冷水机组采用四通换向阀的原理示意图，与实施例1相比较，其不同之处在于，所述四通换向阀15的四个接口分别与压缩机的排气口7、蒸发式冷凝器的气体管2a、蒸发器的气体管4b和压缩机的吸气口8连接。同样，该蒸发式冷凝器2采用了填料耦合的纵向设置的盘管。
对于上述实施例中所使用的蒸发式冷凝器2，下面进行详细说明。
图6、图7示出了本发明蒸发式冷凝器2的结构，包括盘管换热器、风机21、水泵22、布水器23、集水池24和框架25；所述换热器由多个蛇形盘管形成的换热管片通过进口集管28和出口集管29连接组成。每个换热管片包括纵向蛇形（S形）盘管26和填料27，填料设置在蛇形盘管形成的平面空间之间，填料和盘管形成一个紧密配合的结构，即两者耦合连接，形成管片结构。盘管纵向设置，即所述风机吹入的冷却风沿所述盘管的直管段的大致长度方向（两者并不需要完全平行）流动；基本上就是冷却风从每个换热管片所形成的平面空间平扫过，所述盘管7设有至少一片用于引导喷淋冷却水从上层换热管流向下层换热管的填料8。
其中，蛇形盘管26由换热管连续S形弯曲而成，其中换热管261的直线段大致基本平行。该盘管26也可以采用可安装填料并适用于蒸发冷凝器内的其它形状。蛇形盘管26的换热管可以采用铜管、不锈钢管或镀锌钢管等，其内部流道的截面形状为圆形、椭圆形、螺旋形、波纹形和橄榄形等形状。作为本领域人员可以理解的是，蛇形盘管26内外表面可以采用光滑表面，优选采用设有内、外螺纹的强化传热表面，同时所述蛇形盘管外表面设有亲水或防腐涂层。每个蛇形盘管均设有流道的入口及出口。
图8、9示出了换热管片的结构，换包括盘管26和填料27，具有由一片填料27与盘管26形成连续耦合连接的结构。如图中所示，该一片的填料对应相应位置盘管的换热管261，设有相当数量与之大小配合的多条凹槽271，以用于容置换热管。安装时，只需将一片填料以卡合方式直接贴合于蛇形盘管的换热管表面即可，当然也可以辅助有其它的固定连接。安装后，上述一片填料27将盘管26的换热管的一侧表面全部覆盖。填料27由但不限于橡塑（PVC、PP、PE等）、纸质或铝箔、铜箔等金属材料制成。填料27可以是一片表面平滑的平板填料，也可以是一片单向或多向的波纹型填料；其截面形状可以是波浪形、矩形或长圆形，其中优选填料的单侧或双侧形成有波浪形凸凹表面，以利于喷淋冷却水的流动，并增加冷却水在填料表面的停留时间，也相应增加了蒸发换热面积。
作为优选，还可采用另一种填料与盘管的配合结构，该填料27为两片，以卡合方式相对贴合在蛇形盘管的两侧表面而形成连续耦合的形式。该两片填料27可以将盘管的换热管261完成包裹住，也可以在两片填料27的连接处留有一定的缝隙，如图10中所示，该缝隙可使一部冷却水流经换热管的表面。
工作时，高温流体经进口集管28进入蛇形盘管26，此时水泵22将集水池24中的低温水输送到蛇形盘管顶部的布水器23，经喷嘴喷淋到蛇形盘管的外表面形成很薄的水膜，与此同时，风机21将温度及相对湿度较低的风引入蒸发式冷凝器所在空间，使其与换热器和流经换热器及填料27的冷却水进行充分热交换，水膜中部分水吸热后蒸发，其余落入集水池24，供水泵22循环用，同时高温的流体被冷却成低温流体后从出口集管29流出。
图11-13中，本发明还可以提供了另一种填料结构的蒸发式冷凝器，包括盘管换热器、风机21、水泵22、布水器23、集水池24和框架25；所述换热器由多个蛇形盘管形成的换热管片通过进口集管28和出口集管29连接组成。每个换热管片包括纵向蛇形（S形）盘管26和填料27，填料27设置于相邻的换热管的20之间，形成间隙耦合，即通过填料27填满换热管261之间的缝隙，以将所述盘管26与填料27连成一片连续的水流面。关于连接方式，盘管26和填料27之间可以通过焊接、卡合方式或连接件，将上述的填料27固定于与盘管26的换热管之间。比如，连接件为绑绳F，在填料27的边缘打一个或多个固定孔，用一根绑绳穿过固定孔，将其牢固地捆绑在相应的换热管261上。如果盘管的换热管为圆形管或椭圆形管，还可以选择采用卡合方式，即将填料的边缘设置成U型槽，以将盘管的换热管稳妥地容置于其中。设置于相邻换热管之间的填料可以是一片，也可以是多片。
该实施例中的盘管还可以采用其它结构，比如如图14所示的换热管片中，盘管26的换热管261的直管段相互平行，其管间距从上层往下层逐渐缩小，相应地，换热管261的弯曲段的曲率半径也逐渐缩小，填料27的使用以及与盘管26的连接方式，可参照上述实施例。使用中，上层的换热管261先接受喷淋冷水，然后从上至向下流至位于下层的换热管261；当高温制冷剂从进口进入而后从出口流出时，由于上一层的管内制冷剂温度高于下一层的温度，所以每经过上一层换热管261的水温升比经过下一层换热管261的水温升更高，故将上一层的填料27加长，用于延长填料27中冷却水的换热时间。该结构的盘管可降低下层换热管与冷却水的温差，从而提高换热管与冷却水的换热效果方面，更胜一筹。可以选择地，图15示出的盘管，盘管的换热管261的直管段具有沿管内液体流动方向的向下坡度，该管内液体是高温制冷剂。当高温制冷剂从进口进入后，该制冷剂的流动是沿着向下坡度的方向，直至出口流出。由于换热管261沿着流动的方向有一定的向下坡度，该盘管更为突出地降低了制冷剂从进口到出口的压力降。
为了获得更多的冷却水换热面积，图16示出了本发明另一个增加换热填料的的冷凝器的剖面示意图，所述换热器中的蛇形盘管26之间、换热器顶部或换热器底部可设置有一片或多片填料27’。
图17、18示出了蒸发式冷凝器将风机21放置在换热器前部（进风口）和风机21垂直放置。
图19示出了蒸发式冷凝器将风机21垂直放置，冷凝器内设置有2组换热器。
图20也示出了具有2组换热器的蒸发式冷凝器的另一种实现方式。本实施例中所采用的换热器的换热管不等长，即盘管的换热管261的直管段长度从上一层到下一层逐渐增加，其中，上层的换热管261先接受喷淋冷水，然后从上至向下流至位于下层的换热管261。本实施例所提供的换热管片更适于采用两组换热器的蒸发式冷凝器。与图19中所示实施例不同之处在于：本实施例可以在冷凝器外形尺寸不变的情况下，通过改变换热管261的直管段的长度来安装更大尺寸和马力的风机。其中，实线部分的风机21为采用了本实施例所提供的换热管片，虚线部分的风机21’为图19中所示的具有等长直管段的换热管的换热管片。相比较而言，前者所使用的风机（实线）比后者所使用的风机（虚线）的尺寸更大，这样可加大风量，从而提高换热效果。
值得注意的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限定本发明的专利保护范围，本发明还可以部件进行材料和结构的改进，或者是采用技术等同物进行替换。故凡运用本发明的说明书及图示内容所作的等效结构变化，或直接或间接运用于其他相关技术领域均同理皆包含于本发明所涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种带填料耦合盘管蒸发式冷凝器的冷水机组，包括压缩机、蒸发式冷凝器、节流装置和蒸发器；所述蒸发式冷凝器包括盘管换热器、风机、布水器和集水池；所述盘管换热器由多个换热管片通过进口集管和出口集管连接组成；其特征在于，所述换热管片包括盘管和填料，所述盘管设有至少一片用于引导喷淋冷却水从上层换热管流向下层换热管的填料；盘管和填料之间通过焊接、卡合方式或连接件，将填料固定于盘管的换热管之间。
2.如权利要求1所述的冷水机组，其特征在于，所述盘管的换热管S形弯折，所述填料设置于相邻的所述换热管之间，以将所述换热管连成一片连续的水流面。
3.如权利要求2所述的冷水机组，其特征在于，相邻所述换热管的直管段相互平行，相邻所述换热管的直管段的管间距相同，或者管间距从位于先接受喷淋冷却水的上层至后接受喷淋冷却水的下层逐渐变小。
4.如权利要求2所述的冷水机组，其特征在于，所述换热管的直管段具有沿管内液体流动方向的向下坡度。
5.如权利要求1-4中任一所述的冷水机组，其特征在于，所述盘管纵向设置，即所述风机吹入的冷却风沿所述盘管的直管段的大致长度方向流动。
6.如权利要求1所述的冷水机组，其特征在于，所述盘管的换热管S形弯折；所述盘管纵向设置，即所述风机吹入的冷却风沿所述盘管的直管段的大致长度方向流动；一片或多片所述填料设置在所述换热管形成的平面空间内，且与所述换热管相互配合地固接，连续覆盖于多个所述换热管的至少一部分表面。
7.如权利要求1-6中任一所述的冷水机组，其特征在于，所述压缩机的排气口与蒸发式冷凝器的气体管连接，蒸发式冷凝器的液体管通过节流装置与蒸发器的液体管连接，蒸发器的气体管与压缩机的吸气口连接，所以冷水机组具有制冷循环模式。
8.根据权利要求1-6中任一所述的冷水机组，其特征在于：所述压缩机的排气口与蒸发式冷凝器的气体管连接，蒸发式冷凝器的液体管通过节流装置与蒸发器的液体管连接，蒸发器的气体管与压缩机的吸气口连接，所述冷水机组设置有第一制冷阀、第二制冷阀、第一热泵阀和第二热泵阀；第一制冷阀设置在压缩机的排气口与蒸发式冷凝器的气体管的连接管路上，第二制冷阀设置在压缩机的吸气口与蒸发器的气体管的连接管路上，第一热泵阀设置在压缩机的排气口与蒸发器的气体管的连接管路上，第二热泵阀设置在压缩机的吸气口与蒸发式冷凝器的气体管的连接管路上；所以冷水机组具有制冷循环模式和热泵循环模式；所述第一制冷阀、第二制冷阀、第一热泵阀和第二热泵阀为电动阀或手动阀。
9.根据权利要求1所述的冷水机组，其特征在于：所述压缩机的排气口设有第一换向阀，压缩机的吸气口设有第二换向阀；第一换向阀的两个出口分别与蒸发式冷凝器的气体管和蒸发器的气体管连接，第二换向阀的两个进口分别与蒸发式冷凝器的气体管和蒸发器的气体管连接；所述第一、第二换向阀为电动或手动二位三通换向阀。
10.根据权利要求1所述的冷水机组，其特征在于：所述冷水机组设置有四通换向阀，四通换向阀的四个接口分别与压缩机排气口、蒸发式冷凝器的气体管、蒸发器的气体管和压缩机的吸气口连接。
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