CN104776629A - 蒸发式冷凝器空调系统及其工作方法 - Google Patents

蒸发式冷凝器空调系统及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蒸发式冷凝器空调系统及其工作方法，要解决的技术问题是提高蒸发式冷凝器的制热效率,拓宽蒸发式冷凝器空调系统的运行范围。本发明由压缩机、四通阀、蒸发式冷却器、节流装置和换热器连接构成，四通阀可切换制冷与制热，还设有风冷换热器和三通切换阀，切换三通切换阀的BA与CA通道，进行制冷工作模式与制热工作模式切换。本发明与现有技术相比,利用四通阀和三通切换阀的组合换向，实现低温环境时切换为风冷制热，通过四通阀换向除霜，在夏季进行水冷制冷，冬季切换为风冷制热,由于可以切换为风冷换热器，提高蒸发冷凝器空调系统在低温环境下的制热性能，拓宽蒸发冷凝器在低温环境下的运行范围,从-5℃拓宽至-15℃。

Description

蒸发式冷凝器空调系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种空调设备及其工作方法，特别是一种冷暖空调设备系统及其工作方法。
背景技术
蒸发式冷凝器在制冷时，由于能利用水的潜热，换热效率高，使其在单冷空调中得到大量运用。但是在冷暖空调的制热模式下,由于蒸发式冷凝器用作蒸发器，需要从循环水中吸热，水的潜热利用率低，使得蒸发式冷凝器在制热时换热效率低，尤其是在环境温度低于5℃时，蒸发式冷凝器需要通过加热管来使水不结冰并提供能量，使得运行费用较高。当环境温度低于-5℃时，该空调系统已经无法进行制热,运行范围窄。
发明内容
本发明的目的是提供一种蒸发式冷凝器空调系统及其工作方法，要解决的技术问题是提高蒸发式冷凝器的制热效率,拓宽蒸发式冷凝器空调系统的运行范围。
本发明采用以下技术方案：一种蒸发式冷凝器空调系统，由压缩机、四通阀、蒸发式冷却器、节流装置和换热器连接构成冷暖空调系统，四通阀连接压缩机的出口与进口、蒸发式冷却器和换热器，构成可切换制冷与制热的空调系统，所述蒸发式冷凝器空调系统设有风冷换热器和三通切换阀，蒸发式冷却器的出口接风冷换热器的入口和三通切换阀的B通道，三通切换阀的A通道连接节流装置，C通道连接风冷换热器的出口，切换三通切换阀的BA与CA通道，进行制冷工作模式与制热工作模式切换。
本发明的三通切换阀采用一个三通阀门，或两个二通阀门组合。
本发明的蒸发式冷却器带有循环水泵。
本发明的蒸发式冷凝器空调系统设有轴流风机，轴流风机产生的强制风流过蒸发式冷凝器和风冷换热器。
本发明的制冷工作模式：蒸发式冷却器入口经四通阀连接压缩机出口,蒸发式冷却器出口连接三通切换阀的B通道，三通切换阀的A通道连接节流装置，节流装置经换热器和四通阀连接压缩机进口，三通切换阀的BA通道连通。
本发明的制热工作模式：蒸发式冷却器入口经四通阀连接压缩机入口,蒸发式冷却器出口经风冷换热器连接三通切换阀的C通道，三通切换阀的A通道连接节流装置，节流装置经换热器和四通阀接压缩机出口，三通阀切换CA通道连通；所述制热工作模式为第一种制热工作模式和第二种制热工作模式；所述第一种制热工作模式，开启循环水泵和轴流风机；所述第二种制热工作模式，关闭循环水泵，开启轴流风机。
本发明的蒸发式冷却器设置在冷却塔内，冷却塔的前后两侧设置两台风冷换热器，冷却塔顶部设置有两台轴流风机，使得轴流风机产生的强制气流通过风冷换热器和蒸发式冷却器；所述冷却塔的左右两侧面下方开有能够切换打开、关闭状态的通风窗。
本发明的制冷工作模式，三通切换阀BA通道连通，通风窗打开；第一种制热工作模式，三通切换阀CA通道连通，通风窗打开或关闭至65°～90°；第二种制热工作模式，三通切换阀CA通道连通，通风窗关闭。
本发明的蒸发式冷凝器空调系统的工作方法，在制冷工作模式，按以下状况设置：
(1)当20℃≤环境温度＜48℃，进入制冷工作模式，三通切换阀的BA通道连通，开启循环水泵，关闭轴流风机；
(2)当12℃≤环境温度＜20℃，进入第一种自然冷却形式，三通切换阀CA通道连通，关闭循环水泵，开启轴流风机；
(3)当5℃≤环境温度＜12℃，进入第二种自然冷却形式，三通切换阀CA通道连通，循环水泵和轴流风机均被关闭；
在制热工作模式，按以下状况设置：
(1)当20℃≤环境温度≤30℃，进入第二种自然冷却形式，三通切换阀CA通道连通，循环水泵和轴流风机均被关闭；
(2)当12℃≤环境温度＜20℃，进入第一种自然冷却形式，三通切换阀CA通道连通，关闭循环水泵，开启轴流风机；
(3)当5℃≤环境温度＜12℃，进入第一种制热工作模式，三通切换阀CA通道连通，开启循环水泵和轴流风机；
(4)当环境温度＜5℃，进入第二种制热工作模式，三通切换阀CA通道连通，关闭循环水泵，开启轴流风机；
所述第一种自然冷却形式为关闭循环水泵，开启轴流风机，第二种自然冷却形式为环水泵和轴流风机均被关闭。
本发明的第二种自然冷却形式用于在空调系统的机组在设定的负荷阈值以下运行，负荷阈值为负荷的10～40％。
本发明与现有技术相比,在含有可切换的蒸发式冷却器和风冷热交换器的空调系统，利用四通阀和三通切换阀的组合换向，空调系统可以实现低温环境时切换为风冷制热，通过四通阀换向除霜，实现空调系统在夏季进行水冷制冷，冬季切换为风冷制热,由于可以切换为风冷换热器，可以提高蒸发冷凝器空调系统在低温环境下的制热性能，拓宽蒸发冷凝器在低温环境下的运行范围,从-5℃拓宽至-15℃。
附图说明
图1是本发明的空调系统制冷模式工作图。
图2是本发明的空调系统制热模式工作图(一)。
图3是本发明的空调系统制热模式工作图(二)。
图4是实施例1的冷却塔结构示意图。
图5是实施例1的制热模式气流方向图。
图6是实施例2的制冷模式空调系统图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
蒸发式冷凝器的工作原理是：冷凝器管内热冷媒(高温高压制冷剂蒸汽)与其管外的喷淋水和空气进行热交换。喷淋水由于与管内热冷媒进行了换热，部分被汽化变为气态，水的汽化潜热被空气带走大量的热量后冷凝为水，水被流过的空气冷却，温度降低后，进入水箱，再经循环水泵继续循环进行换热。蒸发到空气中的水分由水位调节器控制自动补充。本发明利用这一工作原理，在室外较高温度环境下制冷，在室外低温环境下制热。
本发明的蒸发式冷凝器空调系统，为包含有蒸发式冷却器，水冷与风冷可切换的热泵空调系统。由压缩机、四通阀、冷凝与制热装置、节流装置和换热器构成冷暖(制冷与制热)空调系统，包括：压缩机、四通阀、蒸发式冷却器、循环水泵、风冷换热器、三通切换阀(三通阀)、节流装置和换热器，由管道连接构成。其中，四通阀连接压缩机的出口与进口、蒸发式冷却器和换热器，构成可切换制冷与制热的空调系统；蒸发式冷却器与循环水泵、风冷换热器和三通阀构成水冷与风冷可以切换的冷凝与制热装置。三通切换阀是能够切换连通A、B和C三个通道中BA、CA通道的部件，可以采用一个三通阀门，或两个二通阀门组合构成。换热器是管翅式或板式热泵换热器。本发明的空调系统还设有轴流风机，用于在风冷时强制换热。
如图1所示，在制冷工作模式，冷凝装置由蒸发式冷却器与循环水泵构成。蒸发式冷却器入口经四通阀连接压缩机出口,蒸发式冷却器出口连接三通阀的B通道，三通阀的A通道连接节流装置，节流装置经换热器和四通阀连接压缩机进口，三通阀切换至BA通道，使得三通阀的BA通道连通。形成蒸气压缩式制冷循环空调系统。
空调系统制冷工作时，开启循环水泵，压缩机排出的冷媒经四通阀在蒸发式冷却器进行冷凝后，通过三通阀BA通道至节流装置，之后在换热器蒸发，最后被压缩机吸入。
在制冷工作模式，也可以采用蒸发式冷却器与风冷换热器串联的连接结构，这时，蒸发式冷却器出口连接风冷换热器入口,风冷换热器出口连接三通阀的C通道，三通阀的CA通道连通。可以采用两种自热冷却形式，第一种自然冷却形式为：关闭循环水泵，开启轴流风机，第二种自然冷却形式为循环水泵和轴流风机均被关闭。
如图2所示，在第一种制热工作模式，冷凝装置由换热器构成。当环境温度(室外)高于设定的阈值时进入第一种制热工作模式，四通阀换向后,蒸发式冷却器入口经四通阀连接压缩机入口,蒸发式冷却器出口经风冷换热器连接三通阀的C通道，三通阀的A通道连接节流装置，节流装置经换热器和四通阀接压缩机出口，三通阀切换至CA通道，使得三通阀的CA通道连通。形成制热空调系统。阈值设置为0℃～10℃，本实施例阈值设置为5℃。风冷换热器一端为入口，另一端为出口，在结构上入口和出口可以互换。
空调系统第一种制热工作时，开启循环水泵和轴流风机，压缩机排出的冷媒在换热器内冷凝，之后在节流装置节流，在风冷换热器和蒸发式冷却器中蒸发，此时冷媒管与循环水和风换热，最后被压缩机吸入。
如图3所示，在第二种制热工作模式，冷凝装置由换热器构成。当环境温度(室外)低于设定的阈值时进入第二种制热工作模式，蒸发式冷却器入口经四通阀连接压缩机入口,蒸发式冷却器出口经风冷换热器连接三通阀的C通道，三通阀的A通道连接节流装置，节流装置经换热器和四通阀接压缩机出口，三通阀的CA通道连通。连接方式与第一种制热工作模式连接方式相同，形成制热空调系统。
空调系统第二种制热工作时，关闭循环水泵，开启轴流风机，压缩机排出的冷媒在换热器内冷凝，之后在节流装置节流，在风冷换热器和蒸发式冷却器中蒸发，此时冷媒管只与风进行换热，部分或全部自然冷却，最后被压缩机吸入。部分自然冷却(第一种自然冷却形式)是关闭循环水泵，开启轴流风机，全部自然冷却(第二种自然冷却形式)是循环水泵和轴流风机均被关闭。这两种自然冷却形式空调系统的制冷剂循环走向相同。
全部自然冷却用于在空调系统的机组在设定的负荷阈值以下运行时，关闭蒸发式冷却器和风冷换热器的强制对流换热设备，包括循环水泵和轴流风机，采用自然风对流换热。负荷阈值为负荷的10～40％，本实施例设置为30％。
制冷时，压缩机排出的热冷媒经四通阀在蒸发式冷却器，或蒸发式冷却器与风冷换热器进行冷凝后，通过三通阀至节流装置，之后在换热器蒸发，最后被压缩机吸入。制热时，压缩机排出的冷媒在换热器内冷凝，之后在节流装置节流，在风冷换热器和蒸发式冷却器中蒸发，此时冷媒管与风和循环水，或风换热，最后被压缩机吸入。可以开启轴流风机，也可以关闭轴流风机。
用户选择本发明的蒸发式冷凝器空调系统工作在制冷工作模式时，按以下状况设置：
1.当环境温度为：20℃≤环境温度＜48℃，进入制冷工作模式，三通阀的BA通道连通，开启循环水泵，关闭轴流风机。
2.当环境温度为：12℃≤环境温度＜20℃，进入第一种自然冷却形式，三通阀CA通道连通，关闭BA通道，关闭循环水泵，开启轴流风机。
3.当环境温度为：5℃≤环境温度＜12℃，进入第二种自然冷却形式，三通阀CA通道连通，循环水泵和轴流风机均被关闭。
用户选择本发明的空调系统工作在制热工作模式时，按以下状况设置：
1.当环境温度为：20℃≤环境温度≤30℃，进入第二种自然冷却形式，三通阀CA通道连通，循环水泵和轴流风机均被关闭。
2.当环境温度为：12℃≤环境温度＜20℃，进入第一种自然冷却形式，三通阀CA通道连通，关闭循环水泵，开启轴流风机。
3.当环境温度为：5℃≤环境温度＜12℃，进入第一种制热工作模式，三通阀CA通道连通，开启循环水泵和轴流风机。
4.当环境温度低于5℃，环境温度＜5℃，进入第二种制热工作模式，三通阀CA通道连通，关闭循环水泵，开启轴流风机。
实施例1，如图4所示，一台额定能力为568kW的蒸发式冷却器1设置在一个冷却塔内，两台额定能力为200kW的风冷换热器2设置在冷却塔的前后两侧(风冷换热器分布在冷却塔的正面和背面)，蒸发式冷却器1设置在风冷换热器2之间，在冷却塔顶部设置有两台轴流风机3，使得两台轴流风机3产生的强制气流通过风冷换热器2和蒸发式冷却器1。蒸发式冷凝器1的管束内流过制冷剂，管束连接有波纹状肋片。蒸发式冷却器1和两台风冷换热器2连接冷却塔外部的三通切换阀。冷却塔的左右两侧面下方开有能够切换打开、关闭状态的通风窗。如图5所示，空气从风冷换热器2和通风窗进入，经冷却塔内从冷却塔内上部流出。
通风窗的开关控制如下：
制冷工作模式，三通阀BA通道连通，通风窗打开。
第一种制热工作模式，三通阀CA通道连通，通风窗打开或关闭至65°～90°。其中，0°为关闭，90°为打开。开启循环水泵，开启轴流风机。
第二种制热工作模式，三通阀CA通道连通，通风窗关闭。
两种自然冷却形式，通风窗打开。
按GBT 10870-2001第5.1.4节的方法，测试实施例的能力，当环境温度为-15℃时，该机组制热能力为273kW,拓宽蒸发式冷凝器空调系统的运行范围。
实施例2，如图6所示，为了达到较高的蒸发式冷凝器换热效率，可以将实施例1的蒸发式冷却器和风冷换热器串联连接，此时取消三通切换阀。由于蒸发式冷却器和风冷换热器串联连接的换热面积比单独蒸发式冷却器的大，因此该系统的换热量会大。
当蒸发式冷却器的冷凝管束带有肋片或翅片时，在保证制冷的换热效率情况下，同时考虑提高第二种制热工作模式风冷换热量，这样，只需要考虑制冷时的冷凝负荷。风冷换热器的负荷计算，因为循环水泵停止运转，蒸发式冷却器只有风冷换热量，因此风冷换热器的负荷＝制热时总蒸发负荷-蒸发式冷却器风冷换热量。若蒸发式冷却器很大的话，风冷换热器可以很小。

Claims (10)

1.一种蒸发式冷凝器空调系统，由压缩机、四通阀、蒸发式冷却器、节流装置和换热器连接构成冷暖空调系统，四通阀连接压缩机的出口与进口、蒸发式冷却器和换热器，构成可切换制冷与制热的空调系统，其特征在于：所述蒸发式冷凝器空调系统设有风冷换热器和三通切换阀，蒸发式冷却器的出口接风冷换热器的入口和三通切换阀的B通道，三通切换阀的A通道连接节流装置，C通道连接风冷换热器的出口，切换三通切换阀的BA与CA通道，进行制冷工作模式与制热工作模式切换。
2.根据权利要求1所述的蒸发式冷凝器空调系统，其特征在于：所述三通切换阀采用一个三通阀门，或两个二通阀门组合。
3.根据权利要求2所述的蒸发式冷凝器空调系统，其特征在于：所述蒸发式冷却器带有循环水泵。
4.根据权利要求3所述的蒸发式冷凝器空调系统，其特征在于：所述蒸发式冷凝器空调系统设有轴流风机，轴流风机产生的强制风流过蒸发式冷凝器和风冷换热器。
5.根据权利要求4所述的蒸发式冷凝器空调系统，其特征在于：所述制冷工作模式：蒸发式冷却器入口经四通阀连接压缩机出口,蒸发式冷却器出口连接三通切换阀的B通道，三通切换阀的A通道连接节流装置，节流装置经换热器和四通阀连接压缩机进口，三通切换阀的BA通道连通。
6.根据权利要求5所述的蒸发式冷凝器空调系统，其特征在于：所述制热工作模式：蒸发式冷却器入口经四通阀连接压缩机入口,蒸发式冷却器出口经风冷换热器连接三通切换阀的C通道，三通切换阀的A通道连接节流装置，节流装置经换热器和四通阀接压缩机出口，三通阀切换CA通道连通；所述制热工作模式为第一种制热工作模式和第二种制热工作模式；所述第一种制热工作模式，开启循环水泵和轴流风机；所述第二种制热工作模式，关闭循环水泵，开启轴流风机。
7.根据权利要求6所述的蒸发式冷凝器空调系统，其特征在于：所述蒸发式冷却器(1)设置在冷却塔内，冷却塔的前后两侧设置两台风冷换热器(2)，冷却塔顶部设置有两台轴流风机(3)，使得轴流风机(3)产生的强制气流通过风冷换热器(2)和蒸发式冷却器(1)；所述冷却塔的左右两侧面下方开有能够切换打开、关闭状态的通风窗。
8.根据权利要求7所述的蒸发式冷凝器空调系统，其特征在于：所述制冷工作模式，三通切换阀BA通道连通，通风窗打开；第一种制热工作模式，三通切换阀CA通道连通，通风窗打开或关闭至65°～90°；第二种制热工作模式，三通切换阀CA通道连通，通风窗关闭。
9.一种权利要求7所述的蒸发式冷凝器空调系统的工作方法，在制冷工作模式，按以下状况设置：
(1)当20℃≤环境温度＜48℃，进入制冷工作模式，三通切换阀的BA通道连通，开启循环水泵，关闭轴流风机；
(2)当12℃≤环境温度＜20℃，进入第一种自然冷却形式，三通切换阀CA通道连通，关闭循环水泵，开启轴流风机；
(3)当5℃≤环境温度＜12℃，进入第二种自然冷却形式，三通切换阀CA通道连通，循环水泵和轴流风机均被关闭；
在制热工作模式，按以下状况设置：
(1)当20℃≤环境温度≤30℃，进入第二种自然冷却形式，三通切换阀CA通道连通，循环水泵和轴流风机均被关闭；
(2)当12℃≤环境温度＜20℃，进入第一种自然冷却形式，三通切换阀CA通道连通，关闭循环水泵，开启轴流风机；
(3)当5℃≤环境温度＜12℃，进入第一种制热工作模式，三通切换阀CA通道连通，开启循环水泵和轴流风机；
(4)当环境温度＜5℃，进入第二种制热工作模式，三通切换阀CA通道连通，关闭循环水泵，开启轴流风机；
所述第一种自然冷却形式为关闭循环水泵，开启轴流风机，第二种自然冷却形式为环水泵和轴流风机均被关闭。
10.根据权利要求9所述的蒸发式冷凝器空调系统的工作方法，其特征在于：所述第二种自然冷却形式用于在空调系统的机组在设定的负荷阈值以下运行，负荷阈值为负荷的10～40％。
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