CN104567096A - 一种冷温水机热交换装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷温水机热交换装置及其工作方法。冷温水机热交换装置包括水换热器（51）和用于输送热量的水回路；所述水回路包括换热水箱（61）和进出水管路；所述水换热器（51），即制冷机的蒸发器或冷凝器，设置在换热水箱（61）里，用于水与制冷工质之间的热交换。本发明工作方法是，每次向换热水箱（61）中注入水以后，水换热器（51）开始工作，逐箱地对水进行升温或降温，水换热器（51）中工质的温度与换热水箱（61）中水的温度同步上升或降低。因工质与水之间仅保持较小的仅用于传热的温差，传统冷温水机换热过程中水和工质之间固有温差造成的理论温差损失基本不存在，冷温水机系统的能效比（COP）显著提高。

Description

一种冷温水机热交换装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种冷温水机，特别是一种利用水作二次介质的冷温水机热交换装置及其工作方法。

背景技术

大型空调通常有两个回路，制冷回路和水回路。制冷回路用以氟利昂为工质的制冷机制冷或制热，水回路用水作二次介质将制冷机的冷量或热量带到各个房间。制冷机的蒸发器或冷凝器作为水换热器，进行制冷或制热，制冷回路和水回路通过水换热器进行热交换；在夏天制冷水，在冬天制热水。可将具有该种结构和功能的机器称为冷温水机。冷温水机所制冷温水不一定用于空调，也可用于生活用水、采暖等其他用途。

传统的冷温水机中，制冷机的制冷过程以及与水回路的热交换过程是连续进行的，即制冷机连续制冷，水回路中的水连续地循环流动，与制冷机的水换热器进行连续的热交换。在以氟利昂为工质的制冷机中,水换热器里氟利昂侧的温度由于受蒸发温度或冷凝温度的控制,是恒定的。而水回路中水侧的温度则是沿流动方向逐渐变化的。在水回路中与水换热器开始接触的入口处，水与工质的温差大，出口处水与工质的温差小。因而水换热器的水侧和氟利昂侧有一个固有温差，这个固有温差不会因为增大水换热器面积而减小。因水和工质之间的固有温差，热交换过程中存在很大的不可逆损失，即理论温差损失。

冷温水机组为了提高效率，一般对氟利昂等制冷工质进行两级到四级压缩，这样，每一级的换热器里的固有温差虽存在，但温差可较小，理论温差损失小，系统能量与热量转换比率,即能效比（COP）可高一些。对于小型机来说，多级压缩成本很高，并不适宜。

另一种方法是采用二氧化碳为工质,高压下工质在超临界状态，其冷却过程温度是逐渐降低的。在加热水时,换热器里基本没有固有温差，因而效率较高。但用于冷却水时，由于压力在临界状态之下，和普通的氟利昂制冷机一样有很大的固有温差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服普通冷温水机中因水和制冷工质之间的固有温差造成的理论温差损失，提高冷温水机系统的能效比（COP）。

本发明的解决方案是，提供一种冷温水机热交换装置，包括水换热器和用于输送热量的水回路；所述水回路包括换热水箱和进出水管路；所述水换热器，即制冷机的蒸发器或冷凝器，设置在换热水箱里，用于水与制冷工质之间的热交换。

所述的冷温水机热交换装置的工作方法是：第一步，向换热水箱中注水，注水量至设定值后停止注水；第二步，水换热器对换热水箱中的水进行升温或降温，水与水换热器的温度同步上升或降低；第三步，换热水箱中的水温达到预定值后，将换热水箱中的水排出，并加以利用；然后重复第一步，进入下一个循环。

为了减小注水和排水时的能量损失，在注水过程中和排水过程中，水换热器停止工作，这可由停止压缩机来实现。也可让压缩机排气量减小来使水换热器处于低功率的怠速工作状态。

本发明的有益效果是，在冷温水机热交换装置的换热过程中，水与水换热器的温度同步上升或降低。水换热器里的制冷工质的温度随水温的变化而变化，制冷工质与水之间仅保持用于传热的温差。而且，由于采用了将水换热器置于换热水箱中的结构，通过均匀布置换热面、让水在水箱里流动等方式，可使换热水箱中各处温度基本均匀。传统的换热器里的理论温差损失基本不存在，冷温水机系统的能效比（COP）显著提高。

在前述技术方案的基础上，本发明还可做如下细化和具体改进。

冷温水机热交换装置，还包括用户换热器、用户换热器水泵；所述换热水箱、用户换热器水泵、用户换热器顺次连接形成循环回路。为使用户换热器能得到连续供水，可同时设置一个供水箱和一个回水箱。供水箱通过用户换热器水泵与用户换热器的入口相连，并与换热水箱的出口相连；回水箱与用户换热器的出口相连，并与换热水箱的入口相连。如果各水箱均为密封箱体，则换热水箱顶部还应设有出气管道，与回水箱的顶部相接；换热水箱顶部设有进气管道，与供水箱的顶部相接。水在换热水箱里被升温/降温后，输入供水箱。供水箱里的水可供给用户用使用，用户使用后，水温发生了变化，流入回水箱。回水箱里的水流入换热水箱，进行下一个循环。

所述供水箱和回水箱也可以设置成一体，其一端作为供水箱、另一端作为回水箱；作为供水箱的一端通过用户换热器水泵与用户换热器的入口相连，并通过换热水箱水泵与换热水箱的出口相连；作为回水箱的一端与用户换热器的出口相连，并与换热水箱的入口相连。所述一体的供水箱和回水箱内，设有储水箱均匀器或/和隔热板，以防止热水与冷水过度混合。

利用前述冷温水机热交换装置与普通的制冷机结合制成的冷温水机，包括热交换装置、和制冷机；所述制冷机包括顺次连接并形成循环回路的主压缩机，室外换热器、节流阀、水换热器；水换热器置于换热水箱中；为了维持水与工质之间的传热温差基本恒定，节流阀的开度随水换热器的温度而变化，或压缩机的流量随水换热器的温度而变化，或二者同时变化。

利用前述冷温水机热交换装置与带脉管膨胀机的制冷机结合制成的冷温水机，包括热交换装置、和制冷机；所述制冷机包括顺次连接并形成循环回路的主压缩机，室外换热器、脉管膨胀机、水换热器；所述脉管膨胀机包括脉管，所述脉管上设有与室外换热器出口相连接的流入管道、和与水换热器入口相连接的流出管道；还包括压缩机，所述压缩机具有低压端和高压端，其低压端与设于脉管上的出气管道相连接，其高压端设有膨胀气体流出管道，并接入室外换热器的入口；所述压缩机的低压端还接有低压旁路管道，低压旁路管道的另一端接于水换热器的出口；所述压缩机的高压端接有高压旁路管道，高压旁路管道的另一端接入脉管。这种冷温水机是既没有节流损失，也没有换热器里水与蒸发器的理论温差损失，理论效率接近卡诺效率。

附图说明

图1是冷温水机热交换装置中水换热器与换热水箱的组合图；

图2是冷温水机热交换装置实施例1的一种结构示意图；

图3是冷温水机热交换装置实施例2示意图；

图4、图5是冷温水机热交换装置实施例3示意图；

图6是实施例2与传统制冷机结合的冷温水机系统图；

图7是实施例3与传统制冷机结合的冷温水机系统图；

图8是实施例2与带脉管膨胀机的制冷机结合的冷温水机系统图；

图9是实施例2与带脉管膨胀机的间歇式制冷机结合的冷温水机系统图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、脉管膨胀机，11、流入管道，12、流入阀，13、脉管，14、出气管道，15、流出阀，16、流出管道，21、压缩机，211、压缩机低压端，212、压缩机高压端，22、低压旁路阀，23、低压旁路管道， 24、出气阀， 25、高压旁路阀，26、高压旁路管道，27、膨胀气体流出管道，28、膨胀气体流出阀，5、制冷机， 51、水换热器， 52、主压缩机，521、低压管道，522、高压管道，523、主压缩机低压切换阀，524、主压缩机高压切换阀，525、主压缩机旁路低压切换阀，526、主压缩机旁路高压切换阀，527、主压缩机低压旁路，528、主压缩机高压旁路，53、室外换热器，54、节流阀，541、管道，542、管道，55、储液罐，56、储液罐，6、水回路，61、换热水箱，611、换热水箱出水阀，612、换热水箱进水阀，613、换热水箱出水管道，614、换热水箱进水管道，615、换热水箱进气管道，616、换热水箱出气管道，617、搅拌器，618、换热水箱上水管道，619、换热水箱水泵，62、回水箱，63、供水箱，631、供水箱均匀器，632、隔热板，64、用户换热器。641、用户换热器进水管道，642、用户换热器出水管道，643、用户换热器水泵，644、用户换热器阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1，本发明冷温水机热交换装置，包括水换热器51和用于输送热量的水回路；所述水回路包括换热水箱61和进出水管路；所述水换热器51，即制冷机的蒸发器或冷凝器，设置在换热水箱61里，用于水与制冷工质之间的热交换。图1所示为一种开放式的热交换系统，经过热交换的热水或冷水，直接供应到外界使用，不参与循环。

如图2所示，冷温水机热交换装置还包括用户换热器64、用户换热器水泵643；所述换热水箱61、用户换热器水泵643、用户换热器64顺次连接形成循环回路。图2所示为一种封闭式的热交换系统，经过热交换的热水或冷水，对需要供热或供冷的用户换热器64进行加热或冷却，热水或冷水经过用户换热器64后循环回到换热水箱61。

本发明冷温水机热交换装置的工作方法是：第一步，向换热水箱61中注水，注水量至设定值后停止注水；第二步，水换热器51对换热水箱62中的水进行升温或降温，水与水换热器51的温度同步上升或降低；第三步，换热水箱61中的水温达到预定值后，将换热水箱61中的水排出，并加以利用；将已利用过的循环水或新加入的水注入换热水箱61，重复第一步，进入下一个循环。

在第一步注水过程和第三步排水过程中，水换热器51是否工作并不重要。但为了减小注水和排水时的能量损失，水换热器51停止工作，这可以通过暂时停止压缩机运转来实现。也可让压缩机排气量减小来使水换热器处于低功率的怠速工作状态。

实施例2

如图1、图3所示，在本发明冷温水机热交换装置中，换热水箱61底部的换热水箱出水管道613与供水箱63的底部相接，换热水箱61底部的换热水箱进水管道614与回水箱62的底部相接。换热水箱61顶部的换热水箱出气管道616与 回水箱62的顶部相接，换热水箱61顶部的换热水箱进气管道615与 供水箱63的顶部相接。换热水箱出水管道613上有换热水箱出水阀611，换热水箱进水管道614上有换热水箱进水阀612。回水箱62高于换热水箱61，换热水箱61高于供水箱63，这样，水可通过自然流动从回水箱62到换热水箱61，从换热水箱61到供水箱63，而水流出后，由空气通过换热水箱进气管道615和换热水箱出气管道616填补。用户换热器64的一端通过用户换热器出水管道642与回水箱62相接，一端通过用户换热器进水管道641与供水箱63相接。用户换热器进水管道641上有用户换热器阀644和用户换热器水泵643。搅拌器617在换热水箱61中。

制冷过程：首先向换热水箱61中注水，注水量至设定值后停止注水。水换热器51开始启动制冷。由于制冷工质的蒸发吸热，水换热器51的管壁温度不断降低，因而，换热水箱61里的水不断对水换热器51放热，温度不断降低，同时，控制水换热器51内的工质的蒸发压力，使蒸发压力不断降低，进而使水换热器51内工质的温度随水温同步降低。搅拌器617不停地搅动，使换热水箱中水循环流动，既使各处水温基本一致，也提高放热系数以更好传热。待水温到指定温度，如5度时，水换热器51停止制冷，换热水箱出水阀611打开，冷水流入供水箱63，供水箱63顶部的空气流入换热水箱61，然后换热水箱出水阀611关闭，换热水箱进水阀612打开，回水箱62里的热水流入换热水箱61，换热水箱61里的空气流入回水箱62里，然后关闭换热水箱进水阀612。重复下一个循环。供水箱63里的冷水被用户换热器水泵643泵入用户换热器64吸热后流到回水箱62中。

现举例说明上述制冷过程中工质和水的温度变化情况。换热水箱61里注满15度的水，水换热器51里为13度氟利昂液体。水和氟利昂之间有2度的温差，随着时间的推移，水温不断降低，氟利昂的温度也不断降低,直到水温达到5度，氟利昂的温度达到3度。然后将5度的水放出。待5度的水放出后，注入15度的热水，进行下一个过程。

制热过程：首先向换热水箱61中注水，注水量至设定值后停止注水。水换热器51开始启动加热，水换热器51的管壁温度不断增加换热水箱里的水不断从水换热器51吸热，温度不断上升，同时，控制水换热器51内的工质的冷凝压力，使冷凝压力不断升高，进而使水换热器51内工质的温度随水温同步升高。搅拌器617是为了提高放热系数以更好传热。待到指定温度，如28度时，水换热器51停止加热，换热水箱61出水阀611打开，热水流入供水箱63，供水箱63顶部的空气流入换热水箱61，然后换热水箱出水阀611关闭，换热水箱进水阀612打开，回水箱62里的冷水流入换热水箱61，换热水箱61里的空气流入回水箱62里，然后关闭换热水箱进水阀612。重复下一个循环。供水箱63里的热水被用户换热器水泵643泵入用户换热器64放热后流到回水箱62中。

在一般的冷温水机中，水和水换热器51内的工质之间有很大的理论温差，因为工质的蒸发温度是恒定的，而水在冷却过程中沿流动方向温度是变化的，入口温差大，出口温差小，因而有很大的理论温差损失。该理论温差损失不会因为换热面积增大而改变。

与现有技术相比，本发明的区别在于，换热水箱61间歇式工作，热交换过程中水不流出换热水箱61，水与水换热器51的温度同步上升或降低，直到设定温度。水换热器里工质的温度随水温的变化而变化，工质与水之间仅保持用于传热的温差，传统换热装置中的理论温差损失基本不存在。此外，换热水箱61里的水温基本均匀，因而水与工质间的入口温差大、出口温差小的固有温差基本不存在了，从而使不可逆损失减小，提高了热交换效率。冷温水机系统的能效比（COP）显著提高。

水箱里里水温到处基本一样可通过均匀布置水换热器的换热面积来实现，水在水箱里流动也可进一步让水温均匀。

水由于被冷却，温度降低，为了保持传热温差基本不变，要使工质温度同步降低，所以水换热器中蒸发压力要降低。如下文实施例4所述，在用传统的制冷机时，可通过控制电子节流阀来实现，也可通过调节压缩机的流量来实现，也可通过同时控制电子节流阀和调节压缩机的流量来实现。

如下文实施例5、6所述，在利用有膨胀机的制冷机制冷时，水换热器里工质压力自动随温度而改变。因为膨胀机的流出阀的存在，蒸发器相当于只有一个蒸气出口，蒸气被压缩机抽走，蒸发压力跟随温度而改变。

在利用斯特林制冷机制冷时，水换热器的壁面温度自动跟随水温而降低，不需控制。

 本发明也有一个很小的固有损失，在15度的热水注入过程中，水换热器51的温度要从3度升到13度，这是一个固有的温差损失。这个损失可通过减小水换热器51的热容和尽量减小里面的残余氟利昂来减小。比如，换热水箱61很大，可盛很多水，水换热器51和里面的残余氟利昂的热容相对水的热容来讲可忽略不计，水换热器51升温过程所造成的损失可忽略不计。

本发明的水冷却或加热过程是间歇的，但由于供水箱63和回水箱62设置的原因，对外供热或供冷是连续的。如果按实施例1所述，取消供水箱63和回水箱62的设置，本发明也可以实现，即换热水箱51的水直接进入用户换热器64，使用后的水又直接返回换热水箱51。但这种设置将导致对外供热或供冷不连续。

本发明的水在三个水箱里的流动可也用水泵驱动。这样,三个水箱之间的位置就没有要求了。本发明的各个水箱可由多个组成，这时将有三组水箱。

如图1所示，换热水箱和水换热器可做成一个整体，一组通道通氟利昂，一组通道通水。本发明的换热水箱是指有一定容积的容器，可以是由多根管子组成的，也可由板钎焊而成的换热器形式。氟利昂的换热系数比水小，如果氟利昂在管外，外翅片容易加，水在管内不需要翅片。

换热水箱61里的水换热器51可以是任何制冷机的蒸发器或冷凝器、或斯特林制冷机、脉管制冷机的换热器等。

实施例3

如图4、图5所示，在实施例2的基础上，回水箱62和供水箱63可合二为一，上部储热水，下部储冷水。在本实施例中，两者统称为供水箱63。换热水箱61的出水管道613上有换热水箱水泵619，换热水箱61顶部的换热水箱上水管道618与供水箱63的顶部相接，用户换热器出水管道642与供水箱63的顶部相接。储水箱均匀器631为了让水流动均匀以减小冷温水在水箱里的混合。换热水箱61里也可装均匀器让水流动均匀以减小出水时冷温水在水箱里的混合。

制冷过程：首先向换热水箱61中注水，注水量至设定值后停止注水。水换热器51开始启动制冷，控制水换热器51里的工质的温度不断降低，蒸发压力也不断降低。换热水箱61里的水不断对水换热器51放热，水换热器51内工质的温度随水温不断降低。搅拌器617是为了提高放热系数以更好传热。待到指定温度，如5度时，水换热器51停止制冷，换热水箱出水阀611打开，换热水箱水泵619运转，换热水箱61里的冷水流入供水箱63的下部，供水箱63上部的热水被下部流入的冷水挤压，流入换热水箱61里，然后关闭换热水箱出水阀611，换热水箱水泵619停止运转。重复下一个循环。供水箱63下部的冷水被用户换热器水泵643泵入用户换热器64吸热后流到供水箱63的上部。

制热过程：首先向换热水箱61中注水，注水量至设定值后停止注水。水换热器51开始启动加热，控制水换热器51里的工质的温度不断升高，里面的工质的冷凝压力也不断升高，换热水箱61里的水不断对水换热器51吸热，水换热器51内工质的温度随水温不断升高。搅拌器617是为了提高放热系数以更好传热。待到指定温度，如28度时，水换热器51停止加热，换热水箱出水阀611打开，换热水箱水泵619运转，换热水箱61里的热水流入供水箱63的上部，供水箱63下部的冷水被上部流入的热水挤压，流入换热水箱61里，然后关闭换热水箱出水阀611，换热水箱水泵619停止运转。重复下一个循环。供水箱63上部的热水被用户换热器水泵643泵入用户换热器64放热后流到供水箱63的下部。

这里，水泵643是双向的，或在循环管路中加有液体换向阀，以便在制冷和制热的不同工况下转换水流方向。

如图5所示，为了进一步降低水的混合损失，可在供水箱里装隔热板632。隔热板632将冷热水隔开。随着冷热水量的变化，隔热板可上下移动。也可在回水箱63里装上多孔材料，进一步抑制水的混合。为了防止散热，水箱和管道可用绝热材料包起来，也可放入真空腔里。

实施例4

图6是实施例2与传统制冷机结合的冷温水机系统图。图7是实施例3与传统制冷机结合的冷温水机系统图，供水箱和回水箱合二为一。两图中制冷机的结构及工作方法相同。制冷机5包括主压缩机52，室外换热器53，节流阀54与水换热器51。主压缩机52边加入主压缩机低压旁路527和主压缩机高压旁路528，主压缩机低压旁路527上有主压缩机旁路低压切换阀525，主压缩机高压旁路528上有主压缩机旁路高压切换阀526，在低压管道521上装主压缩机低压切换阀523，在高压管道522上装主压缩机高压切换阀524，低压管道521接水换热器51，高压管道接室外换热器53，室外换热器53与节流阀54通过管道541相接，水换热器51通过管道542与节流阀54相接。

制冷过程：当主压缩机旁路低压切换阀525关闭，主压缩机旁路高压切换阀526关闭，主压缩机低压切换阀523打开，主压缩机高压切换阀524打开，水换热器51吸热，变为蒸发器，室外换热器53放热，变为冷凝器。压缩机将蒸气从水换热器51抽出，压入室外换热器53放热，冷凝成液体，经节流阀54节流，回到水换热器51中吸热而冷却水，后蒸发为蒸气。

制热过程：当主压缩机旁路低压切换阀525打开，主压缩机旁路高压切换阀526打开，主压缩机低压切换阀523关闭，主压缩机高压切换阀524关闭，水换热器51放热，变为冷凝器，室外换热器53吸热，变为蒸发器。压缩机将蒸气从室外换热器53抽出，压入水换热器53放热，冷凝成液体，经节流阀54节流，回到室外换热器53中吸热而蒸发成蒸气。

在工作过程中，节流阀54的开度根据水换热器51的压力和温度需求而调节。

在换热水箱61换水时，压缩机52可停止运转，以节约能量。也可装储液罐，在换水时，压缩机不停，用阀控制工质流动停止。

在制冷时，也可在室外换热器边并联另一套本发明的热水系统。该热水系统可没有回水箱，只有换热水箱和供水箱，用自来水制出热水供洗澡等用。

实施例5

图8是实施例2与带脉管膨胀机的制冷机结合的冷温水机系统图。带脉管膨胀机的制冷机的具体结构及工作原理，可参阅申请人此前于2013年2月25日提出的专利申请号为201310058359.x、名称为“一种脉管膨胀机”的发明专利申请。

如图8所示：制冷机包括脉管膨胀机1，脉管13上有流入管道11与流入阀12，流出管道16与流出阀15，有出气管道14，出气管道14上有出气阀24，出气管道14与压缩机21的低压端211相接，压缩机21高压端212有膨胀气体流出管道27与其相接，脉管13是有一定容积的空腔或空管，在压缩机21的低压端有低压旁路管道23，在其上有低压旁路阀22，高压旁路管道26连接压缩机21的高压端与低压端，在其上有高压旁路阀25。膨胀气体流出管道27上加装膨胀气体流出阀28。

低压旁路管道23连接在低压管道521上，膨胀气体流出管道27与高压管道522相接，流出管道16接水换热器51，流入管道11接室外换热器53。

为了操作方便,可以与脉管膨胀机并列安装节流阀54。一般情况下节流阀54关闭，必要时如脉管膨胀机故障时可打开节流阀。

制冷机的制冷过程：当主压缩机旁路低压切换阀525关闭，主压缩机旁路高压切换阀526关闭，主压缩机低压切换阀523打开，主压缩机高压切换阀524打开，水换热器51吸热，变为蒸发器，室外换热器53放热，变为冷凝器。压缩机将蒸气从水换热器51抽出，压入室外换热器53放热，冷凝成液体，经脉管膨胀机1膨胀温度压力降低，回到水换热器51中吸热而冷却水，后蒸发为蒸气。

脉管膨胀机的工作过程如下。

进液过程：低压旁路阀22关闭, 高压旁路阀25关闭，流入阀12打开，膨胀气体流出阀28打开，出气阀24打开，压缩机21将脉管13内的蒸气通过出气管道14和出气阀24吸入后经膨胀气体流出阀28和膨胀气体流出管道27排出至高压管道522与从主压缩机来的气体会和进入室外换热器53冷凝，进而使脉管13通过流入阀12和流入管道11吸入高压液体。

膨胀过程：待高压液体进入脉管13到一定程度，比如灌满90%以上的容积，流入阀12关闭，压缩机21将脉管13内的蒸气通过出气管道14和出气阀24吸入并压缩后经膨胀气体流出阀28和膨胀气体流出管道27排出至高压管道522与从主压缩机来的气体会合进入室外换热器53冷凝，脉管内压力与温度不断降低。

出液过程：待到压力降到低压，膨胀气体流出阀28关闭，出气阀24关闭，高压旁路阀25打开，流出阀15打开，低压旁路阀22打开，压缩机21将低压蒸气从低压管道521经低压旁路管道23和低压旁路阀22不断吸入后通过高压旁路阀25、高压旁路管道26和出气管道14压入脉管13，进而将液体从脉管13的下端经流出管道16和流出阀15压出。

升压过程：待液体排出后，流出阀15关闭，压缩机21将低压蒸气从低压管道521经低压旁路管道23和低压旁路阀22不断吸入压缩后通过高压旁路阀25、高压旁路管道26和出气管道14压入脉管13，从而将压力提升。待到提升至高压，然后进行下一个过程。

制冷机的制热过程：当主压缩机旁路低压切换阀525打开，主压缩机旁路高压切换阀526打开，主压缩机低压切换阀523关闭，主压缩机高压切换阀524关闭，水换热器51放热，变为冷凝器，室外换热器53吸热，变为蒸发器。压缩机将蒸气从室外换热器53抽出，压入水换热器51放热，冷凝成液体，经脉管膨胀机1膨胀变为低压液体，回到室外换热器53中吸热而蒸发成蒸气。

制热过程中脉管膨胀机的工作过程和制冷过程时一样，只是流入阀12当流出阀用，流出阀15当流入阀用。

实施例6

图9是实施例2与带脉管膨胀机的间歇式制冷机结合的冷温水机系统图，与图8所示的实施例5相比，制冷机省略了主压缩机52。

脉管膨胀机完成一个膨胀周期后,压缩机21开始代替主压缩机工作,进入工作周期，然后脉管膨胀机工作，进入膨胀周期。由于是间歇式工作，加了储液罐55和储液罐56,以利于稳定运行。

制冷机的制冷过程：主压缩机旁路低压切换阀525关闭，主压缩机旁路高压切换阀526关闭，主压缩机低压切换阀523打开，主压缩机高压切换阀524打开，压缩机21运行，水换热器51吸热，变为蒸发器，室外换热器53放热，变为冷凝器。

工作周期：

低压旁路阀22处于打开状态, 高压旁路阀25处于关闭状态，膨胀气体流出阀28处于打开状态，出气阀24处于关闭状态，流入阀12处于打开状态，流出阀15处于关闭状态。

压缩机21将蒸气从水换热器51抽出，压入室外换热器53放热，冷凝成液体，流入储液罐55和脉管13中。

膨胀周期：

待储液罐56中的液体蒸发到一定程度，进入膨胀周期。

膨胀过程：低压旁路阀22关闭，出气阀24打开，流入阀12关闭，压缩机21运行，将蒸气从脉管13中抽出，液体膨胀。

出液过程：待脉管13中压力降到与储液罐56相近时，低压旁路阀22打开，出气阀24关闭，膨胀气体流出阀28关闭，高压旁路阀25打开，流出阀15打开，压缩机21运行，将蒸气从水换热器51中抽出，压入脉管13中，排出液体。

升压过程：待脉管13中液体排出后，流出阀15关闭，压缩机21运行，将蒸气从水换热器51中抽出，压入脉管13中，脉管13中压力升高。

进液过程：高压旁路阀25关闭，膨胀气体流出阀28打开，流入阀12打开。在工作周期中液体流入脉管13中。与此过程同时进行的是工作周期。

进液过程也可像图8中的一样由压缩机21来完成。

制冷机的制热过程：主压缩机旁路低压切换阀525打开，主压缩机旁路高压切换阀526打开，主压缩机低压切换阀523关闭，主压缩机高压切换阀524关闭，压缩机21运行，水换热器51放热，变为冷凝器，室外换热器53吸热，变为蒸发器。

工作周期：

低压旁路阀22处于打开状态, 高压旁路阀25处于关闭状态，膨胀气体流出阀28处于打开状态，出气阀24处于关闭状态，流入阀12处于关闭状态，流出阀15处于打开状态。

压缩机21将蒸气从室外换热器53抽出，压入水换热器51放热，冷凝成液体，流入储液罐56和脉管13中。

膨胀周期：

待储液罐55中的液体蒸发到一定程度，进入膨胀周期。

膨胀过程：低压旁路阀22关闭，出气阀24打开，流出阀15关闭，压缩机21运行，将蒸气从脉管13中抽出，液体膨胀。

出液过程：待脉管13中压力降到与储液罐55相近时，低压旁路阀22打开，出气阀24关闭，膨胀气体流出阀28关闭，高压旁路阀25打开，流入阀12打开，压缩机21运行，将蒸气从室外换热器53抽出，压入脉管13中，排出液体。

升压过程：待脉管13中液体排出后，流入阀12关闭，压缩机21运行，将蒸气从室外换热器53抽出，压入脉管13中，脉管13中压力升高。

进液过程：高压旁路阀25关闭，膨胀气体流出阀28打开，流入阀15打开。在工作周期中液体流入脉管13中。与此过程同时进行的是工作周期。

进液过程也可像图8中的一样由压缩机21来完成。

图6与图7中的氟利昂制冷系统有节流损失。图8图9中氟利昂制冷系统没有节流损失，因此冷温水机是既没有节流损失，也没有换热器里水与蒸发器的理论温差损失。理论效率接近卡诺效率。而在常规的与氟利昂制冷机结合的冷温水机中，这两种损失都存在。

前述实施例中，水可用其他流体代替，而不仅限于水，水也可添加其他成分以降低使用温度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种冷温水机热交换装置，包括水换热器（51）和用于输送热量的水回路（6）；其特征在于，所述水回路（6）包括换热水箱（61）和进出水管路，所述水换热器（51）置于换热水箱（61）中。

2.根据权利要求1所述的冷温水机热交换装置，其特征在于，还包括用户换热器（64）、用户换热器水泵（643）；所述换热水箱（61）、用户换热器水泵（643）、用户换热器（64）顺次连接形成循环回路。

3.根据权利要求2所述的冷温水机热交换装置，其特征在于，还包括供水箱（63）和回水箱（62）；供水箱（63）通过用户换热器水泵（643）与用户换热器（64）的入口相连，并与换热水箱（51）的出口相连；回水箱（62）与用户换热器（64）的出口相连，并与换热水箱（51）的入口相连。

4. 根据权利要求3所述的冷温水机热交换装置，其特征在于，换热水箱（61）的进水管道（614）与回水箱（62）的底部相接，换热水箱（61）底部的出水管道（613）与供水箱（63）相接；回水箱（62）高于换热水箱（61），换热水箱（61）高于供水箱（63）。

5. 根据权利要求3所述的冷温水机热交换装置，其特征在于，所述供水箱（63）和回水箱（62）是一体的，其一端作为供水箱、另一端作为回水箱；作为供水箱的一端通过用户换热器水泵（643）与用户换热器（64）的入口相连，并通过换热水箱水泵（619）与换热水箱（51）的出口相连；作为回水箱的一端与用户换热器（64）的出口相连，并与换热水箱（51）的入口相连。

6. 一种冷温水机，其特征在于，包括按权利要求1-5中任一项所述的冷温水机热交换装置（6）、和制冷机（5）；所述制冷机（5）包括顺次连接并形成循环回路的主压缩机（52），室外换热器（53）、节流阀（54）、水换热器（51）；所述水换热器（51）置于换热水箱（61）中。

7. 一种冷温水机，其特征在于，包括按权利要求1-5中任一项所述的冷温水机热交换装置（6）、和制冷机（5）；所述制冷机包括顺次连接并形成循环回路的主压缩机，室外换热器（53）、脉管膨胀机（1）、水换热器（51）；所述水换热器（51）置于换热水箱（61）中；

所述脉管膨胀机（1）包括脉管（13），所述脉管（13）上设有与室外换热器（53）出口相连接的流入管道（11）、和与水换热器（51）入口相连接的流出管道（16）；还包括压缩机（21），所述压缩机（21）具有低压端（211）和高压端（212），其低压端（211）与设于脉管（13）上的出气管道（14）相连接，其高压端（212）设有膨胀气体流出管道（27），并接入室外换热器（53）的入口；

所述压缩机（21）的低压端（211）还接有低压旁路管道（23），低压旁路管道（23）的另一端接于水换热器（51）的出口；所述压缩机（21）的高压端（212）接有高压旁路管道（26），高压旁路管道（26）的另一端接入脉管（13）。

8. 一种冷温水机热交换装置的工作方法，其特征在于，所述冷温水机热交换装置如权利要求1-5中任一项所述，其工作步骤包括：第一步，向换热水箱（61）中注水，注水量至设定值后停止注水；第二步，水换热器（51）对换热水箱（61）中的水进行升温或降温，水与水换热器（51）的温度同步上升或降低；第三步，换热水箱（61）中的水温达到预定值后，将换热水箱（61）中的水排出，并加以利用；然后重复第一步，进入下一个循环。

9. 一种按权利要求8所述的冷温水机热交换装置的工作方法，其特征在于，在所述第一步注水过程和第三步排水过程中，水换热器（51）停止工作、或处于怠速工作状态。

10.  一种按权利要求8或9所述的冷温水机热交换装置的工作方法，所述水换热器（51）的工作状态由制冷机（5）控制，制冷机（5）包括顺次连接并形成循环回路的主压缩机（52）、室外换热器（53）、节流阀（54）、水换热器（51）；在所述第二步对水进行升温或降温的过程中，水与水换热器（51）的温度同步上升或降低通过如下方法实现：控制节流阀（54）的开度随水换热器（51）的温度而变化，或主压缩机（52）的流量随水换热器（51）的温度而变化，或二者同时变化。