CN104315633B - 用于空调制冷领域的冷水机组、工作方法及制冷剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于空调制冷领域的冷水机组，包括压缩机、冷凝器、储液器、干燥过滤器、视液镜、电子膨胀阀、第一套管式蒸发器、第二套管式蒸发器、调节阀、冷却水泵、第一冷冻水泵、第二冷冻水泵、三通阀和制冷剂；电子膨胀阀的出口端与第一套管式蒸发器的第一入口端连接，第一套管式蒸发器的第一出口端、第二套管式蒸发器的第一入口端和电子膨胀阀的出口端分别连接在三通阀的三个阀口上。该冷水机组解决了现有一次性降温除湿空调装置存在的蒸发温度低、送风湿度难以精确控制、制冷机组能效比难以提升的问题。同时还提供该冷水机组的工作方法，有效提供两种不同温度的冷冻水。另外，还提供了制冷剂，可提高热湿分段处理系统的性能。

Description

用于空调制冷领域的冷水机组、工作方法及制冷剂
技术领域
本发明属于制冷、空调系统领域，具体来说，涉及一种用于空调制冷领域的冷水机组、工作方法及制冷剂。
技术背景
空调负荷可分为显热负荷和湿负荷(潜热负荷)，空气处理过程中的湿负荷处理方法主要有降温除湿、溶液除湿、吸附除湿等。受到各方面因素制约，降温除湿仍然是目前使用最普遍的空调湿负荷处理方法。
降温除湿方法是采用较低温度的冷冻水对空气进行一次性降温除湿处理，将其处理至所需的饱和状态，然后再通过加热将空气升温至送风状态。在这种方式中，空调负荷中的显热负荷和湿负荷都是采用低温冷冻水进行处理，而为了兼顾除湿的需求，冷冻水温度必须足够低(7℃左右)，导致冷水机组的蒸发温度无法提高，空调机组能效比较低，经济性较差，机组耗能量大，无法精确控制送风湿度。热湿分段处理系统中，采用两台冷水机组分别处理热湿负荷，高温冷水机组不需要兼顾除湿的需求，能够精确控制送风的温湿度，达到提高机组性能目的，该系统需要两套机组，增加了系统的投资。
发明内容
技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于空调制冷领域的冷水机组，该冷水机组解决了现有一次性降温除湿空调装置所存在的蒸发温度低、送风湿度难以精确控制、制冷机组能效比难以提升的问题，也解决热湿分段处理系统中采用一套冷水机组代替原有系统由两套冷水机组生产两种温度冷冻水的问题。同时还提供了该冷水机组的工作方法，能够有效提供两种不同温度的冷冻水。另外，还提供了制冷剂，该制冷剂不仅提高热湿分段处理系统的性能，同时解决了传统冷水机组中R22的替代问题。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种用于空调制冷领域的冷水机组，该冷水机组包括压缩机、冷凝器、储液器、干燥过滤器、视液镜、电子膨胀阀、第一套管式蒸发器、第二套管式蒸发器、调节阀、冷却水泵、第一冷冻水泵、第二冷冻水泵、三通阀和制冷剂；压缩机的出口端与冷凝器的第一入口端连接，冷凝器的第一出口端与储液器的入口端连接，冷凝器的第二入口端与冷却水管道连接，冷凝器的第二出口端与冷却水泵的入口端连接；储液器的出口端与干燥过滤器的入口端连接，干燥过滤器的出口端与视液镜的入口端连接，视液镜的出口端与电子膨胀阀的入口端连接，电子膨胀阀的出口端与第一套管式蒸发器的第一入口端连接，第一套管式蒸发器的第一出口端、第二套管式蒸发器的第一入口端和电子膨胀阀的出口端分别连接在三通阀的三个阀口上，第二套管式蒸发器的第一出口端与压缩机的入口端连接；第二冷冻水泵的出口端与第二套管式蒸发器的第二入口端连接，第二套管式蒸发器的第二出口端通过串并联阀门机构与第一套管式蒸发器的第二入口端连接，第一套管式蒸发器的第二出口端与第一冷冻水泵的入口端连接；第一套管式蒸发器的蒸发温度低于第二套管式蒸发器的蒸发温度；制冷剂位于冷水机组中。
进一步，所述的制冷剂为具有大滑移温度的非共沸制冷剂，所述的大滑移温度是指制冷剂蒸发过程中滑移温度大于或等于10℃。
进一步，所述的串并联阀门机构包括第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀和第四截止阀，第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀和第四截止阀顺序连接在一个环形管道上，且第一截止阀和第二截止阀之间管道与第二套管式蒸发器的第二出口端连接，第一截止阀和第四截止阀之间管道与第一套管式蒸发器的第二入口端连接。
进一步，所述的冷水机组，还包括调节阀，调节阀连接在电子膨胀阀和三通阀之间的管路上。
进一步，所述的压缩机为变频压缩机或者定频压缩机，第一冷冻水泵、第二冷冻水泵和冷却水泵均采用变流量水泵。
一种上述的冷水机组的工作方法，该工作方法包括以下过程：利用压缩机将制冷剂压缩，然后将制冷剂排入冷凝器中进行冷凝，随后将制冷剂依次经过储液罐、干燥过滤器、视液镜后，利用电子膨胀阀对制冷剂进行节流降压，接着，制冷剂分为主路和旁路两路进行流动，主路中，将制冷剂排入第一套管式蒸发器中，与冷冻水进行换热，制冷剂吸热蒸发，同时冷冻水温度降低，制取低温冷冻水；旁路中，电子膨胀阀节流后的制冷剂与第一套管式蒸发器第一出口端输出的制冷剂混合进入第二套管式蒸发器中，与冷冻水进行换热，制冷剂吸热蒸发，同时冷冻水温度降低，制取高温冷冻水，制冷剂在第二套管式蒸发器中完全蒸发后，被压缩机吸入压缩；以此循环，直至停机工作。
进一步，所述的冷水机组的工作方法，通过第一套管式蒸发器制取的低温冷冻水的温度区间在5℃～9℃之间，通过第二套管式蒸发器制取的高温冷冻水的温度区间在13℃～17℃之间。
一种用于上述的冷水机组的制冷剂，该制冷剂由二氟甲烷与1,1,1,3,3,3-六氟丙烷混合工质组成，由1,1,1,2,3,3-六氟丙烷与1,1,1-三氟乙烷混合工质组成，由二氟甲烷与1,1,1,2,3,3-六氟丙烷混合工质组成，或者由1,1,1,3,3,3-六氟丙烷与1,1,1-三氟乙烷混合工质组成。
进一步，所述的二氟甲烷与1,1,1,3,3,3-六氟丙烷混合工质中，二氟甲烷的质量浓度为45%～75%，1,1,1,3,3,3-六氟丙烷的质量浓度为55%～25%，两者质量浓度之和为100%；所述的1,1,1,2,3,3-六氟丙烷与1,1,1-三氟乙烷混合工质中，1,1,1-三氟乙烷的质量浓度为55%～80%，1,1,1,2,3,3-六氟丙烷的质量浓度为45%～20%，两者质量浓度之和为100%；所述的二氟甲烷与1,1,1,2,3,3-六氟丙烷混合工质中，二氟甲烷的质量浓度为60%～80%，1,1,1,2,3,3-六氟丙烷的质量浓度为40%～20%，两者质量浓度之和等于100%；所述的1,1,1,3,3,3-六氟丙烷与1,1,1-三氟乙烷混合工质中，1,1,1,3,3,3-六氟丙烷的质量浓度为70%～30%，1,1,1-三氟乙烷的质量浓度为30%～70%，两者质量浓度之和等于100%。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）利用一台压缩机产生两种不同温度的冷冻水，来满足空调系统中将显热负荷和潜热负荷分开处理的要求，通过将显热负荷与潜热负荷分开处理，可实现对房间温湿度精确控制。利用大滑移温度的非共沸工质蒸发特性，将两套管式换热器串联连接，制冷剂与换热流体逆流换热，第一蒸发器产生7℃左右的冷冻水，用于空调系统中湿负荷的处理；第二蒸发器产生14℃左右的冷冻水，用于空调系统中热负荷的处理。通过将旁路的作用，满足不同热湿负荷的情况。由于可以将热负荷与湿负荷分开处理，故可以精确控制空调系统的温湿度。
（2）提升制冷机组能效。本发明可实现近似洛伦兹循环，并提高了整个冷水机组的蒸发温度，降低压缩比，提高了能源利用率，整个装置结构简单，无复杂管道连接，操作方便，部分负荷时也能充分利用设备，实现节能的目标，具有良好的经济性。
（3）制冷剂不仅提高热湿分段处理系统的性能，同时解决了传统冷水机组中R22的替代问题。本发明采用新型环保制冷剂，具体成分为R32，R143a，R236fa，R236ea，其中R32，R143a为基础组元，R236fa，R236ea为第二组元，四种组分均为环保工质。
（4）本发明利用一台压缩机产生了两种不同温度的冷冻水，传统热湿分段系统需要两套机组，故本发明同样节约了成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中有：压缩机1；冷凝器2；储液器3；干燥过滤器4；视液镜5、电子膨胀阀6；第一套管式蒸发器7；第二套管式蒸发器8；调节阀9；冷却水泵10；第一冷冻水泵11；第二冷冻水泵12；三通阀13；第一截止阀14；第二截止阀15；第三截止阀16；第四截止阀17。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。
如图1所示，本发明的一种用于空调制冷领域的冷水机组，包括压缩机1、冷凝器2、储液器3、干燥过滤器4、视液镜5、电子膨胀阀6、第一套管式蒸发器7、第二套管式蒸发器8、调节阀9、冷却水泵10、第一冷冻水泵11、第二冷冻水泵12、三通阀13和制冷剂。压缩机1的出口端与冷凝器2的第一入口端连接，冷凝器2的第一出口端与储液器3的入口端连接，冷凝器2的第二入口端与冷却水管道连接，冷凝器2的第二出口端与冷却水泵10的入口端连接；储液器3的出口端与干燥过滤器4的入口端连接，干燥过滤器4的出口端与视液镜5的入口端连接，视液镜5的出口端与电子膨胀阀6的入口端连接，电子膨胀阀6的出口端与第一套管式蒸发器7的第一入口端连接，第一套管式蒸发器7的第一出口端、第二套管式蒸发器8的第一入口端和电子膨胀阀6的出口端分别连接在三通阀13的三个阀口上，第二套管式蒸发器8的第一出口端与压缩机1的入口端连接；第二冷冻水泵12的出口端与第二套管式蒸发器8的第二入口端连接，第二套管式蒸发器8的第二出口端通过串并联阀门机构与第一套管式蒸发器7的第二入口端连接，第一套管式蒸发器7的第二出口端与第一冷冻水泵11的入口端连接；第一套管式蒸发器7的蒸发温度低于第二套管式蒸发器8的蒸发温度；制冷剂位于冷水机组中。
本发明中采用的制冷剂为具有大滑移温度的非共沸制冷剂。大滑移温度是指制冷剂蒸发过程中滑移温度大于或等于10℃。本发明中，电子膨胀阀6出口分为两路，一路（旁通管路）经过调节阀9与第二套管式蒸发器8相连，另一路（主通管路）与第一套管式蒸发器7相连。通过旁通管路中的调节阀9调节第一套管式蒸发器7和第二套管式蒸发器8中制冷剂的分配量。
本发明中采用的串并联阀门机构包括第一截止阀14、第二截止阀15、第三截止阀16和第四截止阀17，第一截止阀14、第二截止阀15、第三截止阀16和第四截止阀17顺序连接在一个环形管道上，且第一截止阀14和第二截止阀15之间管道与第二套管式蒸发器8的第二出口端连接，第一截止阀14和第四截止阀17之间管道与第一套管式蒸发器7的第二入口端连接。高温冷冻水与低温冷冻水可以通过串并联阀门机构实现并联运行，或者串联运行，用以满足不同情况下室内负荷。打开第一截止阀14、第二截止阀15、第三截止阀16和第四截止阀17可以实现高温冷冻水与低温冷冻水并联。在并联情况下， 第一套管式蒸发器7输出7℃左右冷冻水，用于消除空调系统中全部湿负荷与部分显热负荷，第二套管式蒸发器8输出14℃左右冷冻水，用于消除空调系统中显热负荷。只打开第一截止阀14，或者只打开第二截止阀15、第三截止阀16和第四截止阀17，可以实现高温冷冻水与低温冷冻水串联。串联情况下，第一套管式蒸发器7输出7℃左右冷冻水，用于消除空调系统中全部湿负荷，部分显热负荷（原因在于冬冷夏热地区夏季部分天气空气湿度大，温度低，湿负荷较大，显热负荷较小）。第二套管式蒸发器8不输出冷冻水。
进一步，所述的冷水机组，还包括调节阀9，调节阀9连接在电子膨胀阀6和三通阀13之间的旁路管路上。电子膨胀阀6出口处的旁通管路，用于当第一套管式蒸发器7和第二套管式蒸发器8负荷变化时，将制冷剂旁通，以满足负荷变化需要。
进一步，所述的压缩机1为变频压缩机或者定频压缩机，第一冷冻水泵11、第二冷冻水泵12和冷却水泵10均采用变流量水泵。冷水机组中的压缩机1采用变频压缩机时，当空调系统整体负荷变化时，变频压缩机进行能量调节，适合负荷变化。
一种上述的冷水机组的工作方法，包括以下过程：利用压缩机1将制冷剂压缩，然后将制冷剂排入冷凝器2中进行冷凝，随后将制冷剂依次经过储液罐3、干燥过滤器4、视液镜5后，利用电子膨胀阀6对制冷剂进行节流降压，接着，制冷剂分为主路和旁路两路进行流动，主路中，将制冷剂排入第一套管式蒸发器7中，与冷冻水进行换热，制冷剂吸热蒸发，同时冷冻水温度降低，制取低温冷冻水；旁路中，电子膨胀阀6节流后的制冷剂与第一套管式蒸发器7第一出口端输出的制冷剂混合进入第二套管式蒸发器8中，与冷冻水进行换热，制冷剂吸热蒸发，同时冷冻水温度降低，制取高温冷冻水，制冷剂在第二套管式蒸发器8中完全蒸发后，被压缩机1吸入压缩；以此循环，直至停机工作。
在上述工作方法中，通过第一套管式蒸发器7制取低温冷冻水，第二套管式蒸发器8制取高温冷冻水，实现了一台压缩机产生两种不同温度的冷冻水，来满足空调系统中将显热负荷和潜热负荷分开处理的要求，通过将显热负荷与潜热负荷分开处理，可实现对房间温湿度精确控制。第一套管式蒸发器7制取的低温冷冻水的温度区间在5℃～9℃之间，通过第二套管式蒸发器8制取的高温冷冻水的温度区间在13℃～17℃之间。
用于上述的冷水机组的制冷剂，为具有大滑移温度的非共沸制冷剂。该制冷剂可以优选以下组合：由二氟甲烷与1,1,1,3,3,3-六氟丙烷混合工质组成，由1,1,1,2,3,3-六氟丙烷与1,1,1-三氟乙烷混合工质组成，由二氟甲烷与1,1,1,2,3,3-六氟丙烷混合工质组成，或者由1,1,1,3,3,3-六氟丙烷与1,1,1-三氟乙烷混合工质组成。在二氟甲烷（简称R32）与1,1,1,3,3,3-六氟丙烷（简称R236fa）混合工质中，二氟甲烷的质量浓度为45%～75%，1,1,1,3,3,3-六氟丙烷的质量浓度为55%～25%，两者质量浓度之和为100%。在1,1,1,2,3,3-六氟丙烷（简称R236ea）与1,1,1-三氟乙烷（简称R143a）混合工质中，1,1,1-三氟乙烷的质量浓度为55%～80%，1,1,1,2,3,3-六氟丙烷的质量浓度为45%～20%，两者质量浓度之和为100%。在二氟甲烷与1,1,1,2,3,3-六氟丙烷混合工质中，二氟甲烷的质量浓度为60%～80%，1,1,1,2,3,3-六氟丙烷的质量浓度为40%～20%，两者质量浓度之和等于100%。在1,1,1,3,3,3-六氟丙烷与1,1,1-三氟乙烷混合工质中，1,1,1,3,3,3-六氟丙烷的质量浓度为70%～30%，1,1,1-三氟乙烷的质量浓度为30%～70%，两者质量浓度之和等于100%。
针对空调机组有较多时间在部分负荷、低湿负荷下运行，本发明的冷水机组在部分负荷、低湿负荷工况下具有节能运行效能：在部分、低湿负荷工况下，通过调节制冷剂旁通管路的调节阀9，控制旁通管路制冷剂的流量，改变第一套管式蒸发器7中制冷剂的流量。第二套管式蒸发器8中通过第二冷冻水泵12控制高温冷冻水流量，调节高温冷冻水出水温度。
本发明的冷水机组，利用了具有大滑移温度的非共沸制冷剂的沿程蒸发特性，实现了一台机组产生两种不同温度的冷冻水。也就是说，本发明利用具有大滑移温度的非共沸制冷剂，在蒸发的过程蒸发温度不断升高，利用第一套管式蒸发器7和第二套管式蒸发器8进行逆流换热从而得到不同温度的冷冻水。
从以上过程可以看出，采用具有大滑移温度的非共沸制冷剂的冷水机组，可以解决普通系统采用R22作为制冷剂产生的环境问题，同时利用非共沸制冷剂的滑移温度，使得系统实现洛伦兹循环，达到节能的目的。此外，本冷水机组利用一套冷水机组产生两种温度的冷冻水能满足热湿分段处理过程，同时相比传统热湿分段处理系统，系统更加紧凑，经济性，环保性更好。

Claims (7)

1.一种用于空调制冷领域的冷水机组，其特征在于，该冷水机组包括压缩机(1)、冷凝器(2)、储液器(3)、干燥过滤器(4)、视液镜(5)、电子膨胀阀(6)、第一套管式蒸发器(7)、第二套管式蒸发器(8)、调节阀(9)、冷却水泵(10)、第一冷冻水泵(11)、第二冷冻水泵(12)、三通阀(13)和制冷剂；
压缩机(1)的出口端与冷凝器(2)的第一入口端连接，冷凝器(2)的第一出口端与储液器(3)的入口端连接，冷凝器(2)的第二入口端与冷却水管道连接，冷凝器(2)的第二出口端与冷却水泵(10)的入口端连接；储液器(3)的出口端与干燥过滤器(4)的入口端连接，干燥过滤器(4)的出口端与视液镜(5)的入口端连接，视液镜(5)的出口端与电子膨胀阀(6)的入口端连接，电子膨胀阀(6)的出口端与第一套管式蒸发器(7)的第一入口端连接，第一套管式蒸发器(7)的第一出口端、第二套管式蒸发器(8)的第一入口端和电子膨胀阀(6)的出口端分别连接在三通阀(13)的三个阀口上，第二套管式蒸发器(8)的第一出口端与压缩机(1)的入口端连接；第二冷冻水泵(12)的出口端与第二套管式蒸发器(8)的第二入口端连接，第二套管式蒸发器(8)的第二出口端通过串并联阀门机构与第一套管式蒸发器(7)的第二入口端连接，第一套管式蒸发器(7)的第二出口端与第一冷冻水泵(11)的入口端连接；第一套管式蒸发器(7)的蒸发温度低于第二套管式蒸发器(8)的蒸发温度；制冷剂位于冷水机组中；
所述的串并联阀门机构包括第一截止阀(14)、第二截止阀(15)、第三截止阀(16)和第四截止阀(17)，第一截止阀(14)、第二截止阀(15)、第三截止阀(16)和第四截止阀(17)顺序连接在一个环形管道上，且第一截止阀(14)和第二截止阀(15)之间管道与第二套管式蒸发器(8)的第二出口端连接，第一截止阀(14)和第四截止阀(17)之间管道与第一套管式蒸发器(7)的第二入口端连接；
还包括调节阀(9)，调节阀(9)连接在电子膨胀阀(6)和三通阀(13)之间的管路上。
2.按照权利要求1所述的冷水机组，其特征在于，所述的制冷剂为具有大滑移温度的非共沸制冷剂，所述的大滑移温度是指制冷剂蒸发过程中滑移温度大于或等于10℃。
3.按照权利要求1所述的冷水机组，其特征在于，所述的压缩机(1)为变频压缩机或者定频压缩机，第一冷冻水泵(11)、第二冷冻水泵(12)和冷却水泵(10)均采用变流量水泵。
4.一种权利要求1所述的冷水机组的工作方法，其特征在于，该工作方法包括以下过程：利用压缩机(1)将制冷剂压缩，然后将制冷剂排入冷凝器(2)中进行冷凝，随后将制冷剂依次经过储液罐(3)、干燥过滤器(4)、视液镜(5)后，利用电子膨胀阀(6)对制冷剂进行节流降压，接着，制冷剂分为主路和旁路两路进行流动，主路中，将制冷剂排入第一套管式蒸发器(7)中，与冷冻水进行换热，制冷剂吸热蒸发，同时冷冻水温度降低，制取低温冷冻水；旁路中，电子膨胀阀(6)节流后的制冷剂与第一套管式蒸发器(7)第一出口端输出的制冷剂混合进入第二套管式蒸发器(8)中，与冷冻水进行换热，制冷剂吸热蒸发，同时冷冻水温度降低，制取高温冷冻水，制冷剂在第二套管式蒸发器(8)中完全蒸发后，被压缩机(1)吸入压缩；以此循环，直至停机工作。
5.按照权利要求4所述的冷水机组的工作方法，其特征在于，通过第一套管式蒸发器(7)制取的低温冷冻水的温度区间在5℃～9℃之间，通过第二套管式蒸发器(8)制取的高温冷冻水的温度区间在13℃～17℃之间。
6.一种用于权利要求1所述的冷水机组的制冷剂，其特征在于，该制冷剂由二氟甲烷与1,1,1,3,3,3-六氟丙烷混合工质组成，由1,1,1,2,3,3-六氟丙烷与1,1,1-三氟乙烷混合工质组成，由二氟甲烷与1,1,1,2,3,3-六氟丙烷混合工质组成，或者由1,1,1,3,3,3-六氟丙烷与1,1,1-三氟乙烷混合工质组成。
7.按照权利要求6所述的用于冷水机组的制冷剂，其特征在于，所述的二氟甲烷与1,1,1,3,3,3-六氟丙烷混合工质中，二氟甲烷的质量浓度为45％～75％，1,1,1,3,3,3-六氟丙烷的质量浓度为55％～25％，两者质量浓度之和为100％；
所述的1,1,1,2,3,3-六氟丙烷与1,1,1-三氟乙烷混合工质中，1,1,1-三氟乙烷的质量浓度为55％～80％，1,1,1,2,3,3-六氟丙烷的质量浓度为45％～20％，两者质量浓度之和为100％；
所述的二氟甲烷与1,1,1,2,3,3-六氟丙烷混合工质中，二氟甲烷的质量浓度为60％～80％，1,1,1,2,3,3-六氟丙烷的质量浓度为40％～20％，两者质量浓度之和等于100％；
所述的1,1,1,3,3,3-六氟丙烷与1,1,1-三氟乙烷混合工质中，1,1,1,3,3,3-六氟丙烷的质量浓度为70％～30％，1,1,1-三氟乙烷的质量浓度为30％～70％，两者质量浓度之和等于100％。
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