CN106546031B - 绿色热泵制冷制热系统、制冷制热方法及空调 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绿色热泵制冷制热系统、制冷制热方法及空调。其中，制冷制热系统包括：第一蒸发室，设置在第一蒸发室内的第一换热器，用于向第一换热器喷淋制冷剂的第一喷淋器；第二蒸发室，设置在第二蒸发室内的第二换热器，用于向第二换热器喷淋制冷剂的第二喷淋器，以及分别与第一喷淋器和第二喷淋器连通的第一和第二输送装置。第一蒸发室设置有蒸汽出口，蒸汽出口与第二换热器的入口连通。本发明提供的制冷制热系统，能够对流体进行降温并输出冷源流体，还能够将从流体中吸收的热量进行收集利用，能够节省大量能源。

Description

绿色热泵制冷制热系统、制冷制热方法及空调

技术领域

本发明属于制冷和制热技术领域，尤其涉及一种绿色热泵制冷制热系统、制冷制热方法及空调。

背景技术

压缩式制冷依靠制冷剂的液气相变过程吸热，再对气体制冷剂进行中压以上压力的压缩和散热使其转换为液态，制冷剂气液两相的不断转换实现连续制冷。将制冷剂由气态压缩至液态需要较高的压力，因此压缩过程会消耗较多的能量，且压缩过程释放的热量会散发至系统外，造成能量的浪费。吸收式制冷过程需要大量冷却水对工质进行冷却，对冷却水进行运输和降温也需要消耗大量能量，多达六个液体泵也将耗费大量电能。

发明内容

本发明实施例提供绿色热泵制冷制热系统、制冷制热方法及空调，能够减少制冷过程消耗的能量，不向大气空间散发大量热能。

第一方面，提供了一种制冷制热系统，包括第一换热器、第一喷淋器、第一蒸发室、第一输送装置、第二换热器、第二喷淋器、第二蒸发室及第二输送装置。其中，第一换热器包括壳体、设置在壳体上的入口、出口和由该壳体界定的换热腔，换热腔用于流通换热流体；第一喷淋器包括用于向第一换热器的壳体喷淋制冷剂的喷射口；第一蒸发室包括蒸汽出口，第一喷淋器喷射向第一换热器的壳体的制冷剂至少部分于第一蒸发室内蒸发；第一输送装置包括输入口和输出口，输出口连通第一喷淋器，第一输送装置用于向第一喷淋器输送制冷剂；第二换热器包括壳体、设置在壳体上的入口、出口和由该壳体界定的换热腔，换热腔用于流通换热流体，第二换热器的入口连通第一蒸发室的蒸汽出口；第二喷淋器包括用于向第二换热器的壳体喷淋制冷剂的喷射口；所述第二喷淋器喷射向所述第二换热器的壳体的制冷剂部分于所述第二蒸发室内蒸发；第二输送装置包括输入口和输出口，第二输送装置的输出口连通第二喷淋器，第二输送装置用于向第二喷淋器输送制冷剂。

在第一种可能的实现方式中，制冷制热系统还包括第一输汽装置，连接于第一蒸发室的蒸汽出口与第二换热器的入口之间。

结合上述可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，第一输汽装置还用于压缩气态制冷剂。

结合上述可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，制冷制热系统还包括第二输汽装置，且第二蒸发室的壳体上还设置有蒸汽出口；第二蒸发室的蒸汽出口通过第二输汽装置连接至第二输送装置的输入口一侧和/或第一换热器的出口侧。

结合上述可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，第二输汽装置还用于压缩气态制冷剂。

结合上述可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，第二换热器的壳体进一步设置有出口，出口连接于第一输送装置的输入口侧。

结合上述可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，制冷制热系统还包括第三换热器，第三换热器包括壳体、设置在壳体上的入口和出口，壳体内为换热腔，换热腔用于流通换热流体。第二输送装置通过管道与第二喷淋器连通，第三换热器与管道套设连接，以使第三换热器内的换热流体吸收管道内的热量。

结合上述可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，第一输送装置的输入口还与第一蒸发室连通，用于将第一蒸发室内的制冷剂输送至第一喷淋器。第二输送装置的输入口还与第二蒸发室连通，用于将第二蒸发室内的制冷剂输送至第二喷淋器。

第二方面，提供了一种制冷制热方法，包括以下步骤：提供第一蒸发室、第一换热器、第二蒸发室和第二换热器；第一换热器位于第一蒸发室，第二换热器位于第二蒸发室。向第一换热器内通入换热流体；向第一换热器外表面喷淋第一制冷剂并使第一制冷剂相变为第一气态制冷剂，相变过程吸收第一换热器内的热量。将第一蒸发室中的第一气态制冷剂输送至第二换热器内。向第二换热器外表面喷淋第二制冷剂并使部分第二制冷剂相变为第二气态制冷剂，相变过程吸收第二换热器中第一气态制冷剂相变为液态放出的热量，并使第一气态制冷剂凝结为第一液态制冷剂。收集第二蒸发室中的第二气态制冷剂。

在第一种可能的实现方式中，将第一气态制冷剂输送至第二换热器的具体过程包括将第一气态制冷剂压缩升温和将被压缩升温后的第一气态制冷剂输送至第二换热器。

结合上述可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，制冷制热方法还包括：用第二气态制冷剂相变为液态放出热量加热从第二蒸发室收集得到的未相变的第二制冷剂。

结合上述可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，用第二气态制冷剂相变为液态放出热量加热从第二蒸发室收集获得的未相变的第二制冷剂的具体过程包括：将第二气态制冷剂压缩升温；将压缩后的第二气态制冷剂导入至从第二蒸发室收集获得的未相变的第二制冷剂中。

结合上述可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，制冷制热方法还包括：将第二换热器中的第一液态制冷剂喷洒入第一蒸发室内。

结合上述可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，喷洒入第一蒸发室中的第一制冷剂只有部分发生相变，将未发生相变的第一制冷剂循环喷洒至第一蒸发室中。

结合上述可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，制冷制热方法还包括：将第二蒸发室中未发生相变的第二制冷剂循环喷洒至第二蒸发室中。

结合上述可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，制冷制热方法还包括：将第一蒸发室和第二换热器内的气压设置为低于标准大气压的第一压强。

结合上述可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，制冷制热方法还包括：第一换热器换热后温度下降至预定温度，第一压强等于第一制冷剂在预定温度下的饱和蒸汽所对应的压强。

结合上述可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，第一制冷剂和/或第二制冷剂为水、盐水和乙二醇水溶液中的一种。

结合上述可能的实现方式，在第十种可能的实现方式中，换热流体为乏汽。

结合上述可能的实现方式，在第十一种可能的实现方式中，换热流体为待散热降温的冷却水。

第三方面，提供了一种空调，该空调包括用户端换热器和上述任意一项技术方案中的制冷制热系统。用户端换热器包括具有换热腔的壳体和设置在壳体上的出口和入口，用户端换热器的入口连通第一换热器的出口，用户端换热器的出口连通第一换热器的入口。

在第一种可能的实现方式中，第一换热器的入口还连通入口歧管，用户端换热器的出口还连通第一出口歧管。用户端换热器的出口与第一换热器的入口之间设置有阀门。

结合上述可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，用户端换热器的出口还连通第二出口歧管，用户端换热器的入口还连通入口歧管。第一换热器的出口还连接有出口歧管。用户端换热器的第二出口歧管与第二喷淋器连通，用户端换热器的入口歧管与第二输送装置的输出口连通。

本发明实施例提供绿色热泵制冷制热系统、制冷制热方法及空调。由于蒸发室内设有换热器，通过在蒸发室内向换热器喷淋制冷剂，依靠制冷剂的相变吸热，使得换热器内的介质能够在不与外界环境接触的情况下被降温。同时，吸收换热器内介质的热量后的蒸汽在蒸发室内保持为汽态，潜热不会散发至外界环境，可作为热源导出使用。既能够对换热器中介质进行降温，也能够将介质中的热量重新利用，达到了制冷制热和节能的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明制冷制热系统的一个实施例的示意图；

图2是图1中蒸发室和换热管的一个可选变形示意图；

图3是本发明制冷制热方法的一个实施例的示意图；

图4是本发明空调的一个实施例的结构示意图；

图5是本发明空调的另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体结构和配置，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1是本发明提供的制冷制热系统的一个实施例的示意图。如图1所示，该系统包括制冷单元和制热单元。其中，制冷单元包括第一蒸发室100、第一换热器200、第一喷淋器110和水泵1；制热单元包括第二蒸发室300、第二换热器400、第二喷淋器310、水泵3、第三换热器800和气泵900。制冷单元与制热单元之间连接有气泵600。

第一蒸发室100包括蒸发空间140、排汽口120和出水口130。排汽口120可作为第一蒸发室100内蒸汽的排出通道。出水口130可作为第一蒸发室100内液体的排出口。

第一喷淋器110设置于第一蒸发室100顶部，用于向第一蒸发室100内的蒸发空间140喷水，水在蒸发空间140内蒸发为蒸汽并吸收其中的热量。第一喷淋器110具有进水口111，用于向第一喷淋器110供给水流。

水泵1的输出口通过管道连接至第一喷淋器110的进水口111，水泵1的输入口通过管道连接至第一蒸发室100的出水口130。水泵1能够将第一蒸发室100内的水泵送至第一喷淋器110。

第一换热器200包括第一换热管210，第一换热管210内部为换热腔，第一换热管210具有换热管入口211和换热管出口212。第一换热管210设置于第一蒸发室100内，用于容纳和流通水流，使水流在第一蒸发室100内与蒸发空间140发生热交换。换热管入口211用于向第一换热管210内通入水流，换热管出口212连接有水泵2，水泵2用于将第一换热管210内换热后的水流输出。

第二蒸发室300包括蒸发空间360、排汽口350和出水口320。排汽口350可作为第二蒸发室300内蒸汽的排出通道。出水口320可作为第二蒸发室300内的液体排出口。

第二喷淋器310设置于第二蒸发室300顶部，用于向蒸发空间360喷水。第二喷淋器310具有进水口311，进水口311用于向第二喷淋器310供给水流。

水泵3的输入口通过管道连接至第二蒸发室的出水口320，水泵3的输出口通过管道连接至第二喷淋器310的进水口311。水泵3能够将第二蒸发室300内的水泵送至第二喷淋器310。

第二换热器400包括第二换热管410，第二换热管410内部为换热腔，第二换热管410具有换热管入口411和换热管出口412。换热管入口411与第一蒸发室100的排汽口120连通，换热管出口412与第一蒸发室100的出水口130和水泵1的输入口连通。

第三换热器800设置在水泵3与第二喷淋器310之间的管道上。第三换热器800环绕/套装于管道外壁设置，能够与管道外壁进行热交换。通过换热器入口810向第三换热器800内部通入水流，水流可以吸收管道内水的热量，实现热交换。在第三换热器800内吸收管道热量后的水的温度升高，升温后的水可以通过换热器出口820输送至用户，供用户作为生活用水使用。

气泵900的输入口910连通第二蒸发室300的排汽口350，输出口920连通第二蒸发室300的出水口320，用于将第二蒸发室300内的蒸汽输送至经出水口320排出的水中。

第一蒸发室100的排汽口120与第二换热管410的换热管入口411之间设置有气泵600，气泵输入口610与排汽口120连接，气泵输出口620与换热管入口411连接。气泵600用于将第一蒸发室100内的蒸汽压缩并输送至第二换热管410内。

以下结合制冷制热系统的工作过程和原理对其进行进一步解释说明。

第一蒸发室100、第二蒸发室300及第二换热器400内进行抽真空处理，第一换热器200内通入30摄氏度的水。

第一喷淋器110将水以微小水滴(如水雾)的形式喷洒至第一蒸发室100内并附着在第一换热器200外表面，水吸收第一换热器外表面以及由第一换热器200内部传导至其外表面的热量，一部分水汽化相变为蒸汽，另一部分水在第一换热管210表面集合成大水滴，最终落入第一蒸发室100底部，可以由出水口130排出。持续将水喷洒至第一换热器200表面，汽化相变过程源源不断吸收第一换热器200及其内部的热量，使得第一换热器200内温度降低。

第一蒸发室100内蒸发空间140的气压为1kPa，在此压强下饱和水蒸汽的温度为7摄氏度，因此，喷洒入第一蒸发室100内的水会发生沸腾，剧烈汽化。在汽化过程中水吸收蒸发空间140内环境和第一换热器200表面的热量，使室内环境温度降低。设置在第一蒸发室100内的第一换热管210及其内部的水流的热量传递至第一换热管210表面并被吸收，使进入的30℃水沿流动方向逐渐降温为20℃以下冷水，当水流散热和汽化吸热中交换的热量平衡时，第一换热管210的输出端的水流温度稳定，20℃以下冷水通过换热管出口212输出，实现制冷过程。输出的冷水可作为冷源供生活或工业使用。

喷洒入第一蒸发室100内未蒸发的水的热量也会散发入第一蒸发室100内，未蒸发的水滴的温度也会降低。当降温后的水滴附着在第一换热管210时，可通过热传递吸收第一换热管210及其内部水流的热量，能进一步降低由换热管出口212输出的水的温度。

由出水口130排出的水可由水泵1输送至第一喷淋器110，使得作为制冷剂的水可循环使用。且该部分水的温度较低，无需散热便可直接再次喷淋。

第一蒸发室100内的水蒸汽可由排汽口120排出，并由气泵600压缩后输送至第二换热器400的第二换热管410中。水蒸汽中含有在第一蒸发室100内吸收的热量，水蒸汽冷凝相变的热量传递至第二换热管410表面。

第二喷淋器310将作为制冷剂的水以微小水滴的形式喷洒至第二蒸发室300内，小水滴附着在第二换热管410表面并吸收其内部的热量，吸收热量后一部分水蒸发汽化为蒸汽，一部分水在第二换热管410表面集合为大水滴，最终落入第二蒸发室300底部，可以由出水口320排出。

第二蒸发室300内饱和汽压设计为20KPa，喷洒入第二蒸发室300内的水大量汽化相变为蒸汽。汽化过程会吸收第二蒸发室300内环境和第二换热器400中的热量，并会产生蕴含上述相变过程吸收的热量的水蒸汽。该部分水蒸汽含有大量能量，可以作为热源使用。如将该部分水蒸汽加压升温后对系统外的水进行加热，加热后的水可作为生活或生产用水。

进入气泵600内的蒸汽受到的压力设计为30Kpa，设置在第二蒸发室300内的第二换热管410内部的蒸汽相变为冷凝水同时放出潜热，冷凝水通过换热管出口412输出。换热管出口412与水泵1连通，第二换热管410内的冷凝水可被泵送至第一喷淋器110中重复使用。

气泵900可将第二蒸发室300内的蒸汽压缩并输送至第二蒸发室300中升温后的水中。如，本实施例中气泵900的输出口920可连通至第二蒸发室300的出水口320下游，在水向第二蒸发室300外部输送的过程中将蒸汽输送至水中，使水吸收蒸汽中的热量并进一步升高温度。再通过第三换热器800将该部分水中的热量转移至需要的场合，该部分水经过第三换热器800后温度降低，可作为喷淋水由水泵3输送至第二喷淋器310，实现水的重复使用。且能使第二蒸发室300内的冷却水处于封闭系统中，与外界仅有热量交换而无物质交换，无需从外界补充喷淋水。

综上，水在第一蒸发室100内，第一换热器200外表面的蒸发相变吸热，使第一换热器200内的水流降温制冷；含有热量的水蒸汽被输送至第二换热器400内，水在第二蒸发室300内，第二换热器400外表面的蒸发；可以吸收第二换热器400内蒸汽相变冷凝放出的热量，吸收相变热量的水蒸汽蕴含大量热量，可以作为热源再次利用，实现了制热过程。

此外，通过气泵900对水蒸汽进行压缩，可以使蒸汽少量升温，该蒸汽相变为水时能向系统外施放巨大潜热，将低品位的热源转换为了高品位热源。

本发明提供的制冷制热系统其制冷过程，将气态制冷剂压缩至液态制冷剂的相变过程，其压缩压力最大只有30KPa左右减少了能耗。同时其还能将制冷过程中产生的热量重新吸收利用，提高了能量的利用率。

图2为图1中蒸发室和换热管的一个可选变形示意图。以第一蒸发室100和第一换热器200为例进行说明。第一换热管210套装于第一蒸发室100内。第一换热管210沿第一蒸发室100的壳体101的内表面设置，第一换热管210的壳体201与壳体101之间形成第一换热管210的换热腔。水流可通过换热管入口211进入换热管内部的换热腔，并可通过换热管出口212排出。第一蒸发室100具有蒸发空间140、排汽口120和出水口130。第一喷淋器110设置于第一蒸发室100一端顶部，用于向蒸发空间140内部喷水。水在蒸发空间140内部蒸发吸热，第一换热管210中的水流的热量被蒸发过程吸收，从而实现降温。蒸发空间140内产生的蒸汽可由排汽口120排出，未蒸发的水可由出水口130排出。

在一个可选实施例中，可以通过设置在蒸发空间140内部的泵和管路将未蒸发的水输送至第一喷淋器110。

在一个可选实施例中，可以使用乙二醇水溶液或盐水作为制冷剂。

本发明提供的制冷制热系统可用于多种需要制冷和/或制热的场所，如可以用作冷却水处理系统，用于处理火电、核电或化工厂的待散热的冷却水；还可用于发电厂中汽轮机的乏汽冷凝。以下将结合制冷制热系统的两种应用场景对其进行进一步说明。

发电厂的冷却系统使用循环水对发电设备进行冷却。对发电设备进行冷却后的冷却水温度升高，需要对冷却水进行散热，冷却水降温后被输送回凝汽器。一般的散热方式是，将待散热的冷却水输送到一百米以上高度的冷却塔上并喷洒，水在下落过程中蒸发散热。一台30万KW发电机组每小时需冷却水3万6千吨，这种散热方式需要将大量水输送至高处，耗能巨大，且水蒸汽的散发会消耗很多水资源。

请参考图1，图1所示的制冷制热系统用作可作为冷却水处理系统使用。具体地，将发电厂冷却系统中待散热的冷却水由换热管入口211输送至第一换热管210，换热后温度降低，并由换热管出口212输送回发电厂凝汽器。冷却水散发的热量由蒸汽吸收，并在第二换热管410中再次换热。制冷制热系统具体的工作过程可参考图1所示实施例，在此不再赘述。

本发明提供的冷却水处理系统能够对发电厂的待散热冷却水进行冷却，且能够回收其中的热量，散热过程在相对封闭的系统中进行，不会造成能量和水的散失，能减少散热能耗和回收废热。并且，由于本发明提供的制冷制热系统，可以通过制冷剂的相变过程吸收和释放热量，同等质量的制冷剂通过相变吸收或释放的热量是其通过热辐射或热传导吸收的热量的数十倍，因此其制冷制热效果是常规方法无法比拟的。同时，将极大减少制冷剂或散热工质的使用量，从而减少输送过程消耗的能量。

本发明制冷制热系统作为凝汽器使用时，可用于对乏汽进行冷凝。此时通过换热管入口211将待冷凝的乏汽输送至第一换热器200内。

第一喷淋器110将水以微小水滴(如水雾)的形式喷洒至第一蒸发室100内，水滴附着于第一换热器200外表面，水滴吸收换热器外表面以及由第一换热器200内部传导至其外表面的热量，一部分水滴汽化为蒸汽，另一部分水滴集合成大水滴并从第一换热管210表面滴落。持续将水喷洒至第一换热器200表面，汽化相变过程源源不断吸收第一换热器200及其内部蒸汽的热量，使得第一换热器200内温度降低，蒸汽受冷凝结为液态水。蒸汽携带的热量也会释放出来并传导至第一换热器200表面，最终由附着在其表面的水滴吸收。

对第一换热器200内通入电厂乏汽，第一蒸发室100内的水相变为蒸汽吸收了第一换热器200内乏汽相变为水的热量，乏汽相变为水的区间必须抽真空。吸收乏汽潜热的蒸汽可通过排汽口120输送至第二换热器400内。通过第二蒸发室300内的喷淋过程，可以将第二换热器400内蒸汽相变为水的热量转移至第二蒸发室300内的水相变为蒸汽中，再通过气泵900将该部分热量转移至需要的场合。如，可以将该部分蒸汽输送至水泵2的输入端，从而可以对由第一换热器200内输出的乏汽的冷凝水进行加热，加热升温后的冷凝水可以作为热源供生活或生产使用。

图3是本发明制冷制热方法的一个实施例的示意图。在本实施例中，制冷制热方法包括以下步骤。

S1：提供第一蒸发室、第一换热器、第二蒸发室和第二换热器，其中，第一换热器设置于第一蒸发室内，第二换热器设置于第二蒸发室内。第一蒸发室、第一换热器、第二蒸发室和第二换热器均可以是具有腔室和开口的容器，内部能够流通或容纳流体。

S2：将水喷洒入第一蒸发室中，使水在第一换热器外表面相变为气态水，相变过程吸收第一换热器内的热量。水被以小液滴(如水雾)的形式喷洒入第一蒸发室并附着在第一换热器外表面，水吸收第一换热器外表面以及由第一换热器内部传导至其外表面的热量并汽化为蒸汽。持续将水喷洒至第一换热器表面，汽化过程源源不断吸收第一换热器及其内部的热量，使得第一换热器内温度降低。

S3：使第一换热器内流通换热水。换热水流经第一换热器时与换热器内部及表面发生热交换，其热量最终被S2步骤中喷洒的水吸收，温度降低。降温后的换热水可以作为冷源供生产生活使用。如可以作为空调系统出风口的冷却水，或者机器设备冷却系统中的冷却水。

S4：将水喷洒入第二蒸发室中，使部分水在所述第二换热器外表面相变为水蒸汽，相变过程吸收第二换热器内的热量。水被以小液滴(如水雾)的形式喷洒入第二蒸发室并附着在第二换热器外表面，水吸收第二换热器外表面以及由第二换热器内部传导至其外表面的热量，一部分水汽化为蒸汽，另一部分水集合成大水滴并从第二换热器表面滴落。持续将水喷洒至第二换热器表面，汽化过程源源不断吸收第二换热器及其内部的热量，使得第二换热器内温度降低。

S5：将步骤S2中第一蒸发室产生的水蒸汽输送至第二换热器内，水蒸汽凝结为液态水。由于步骤S4中的喷淋降低了第二换热器内的温度，水蒸汽进入第二换热器后遇冷凝结，水蒸汽相变为水释放出来的潜热传导至第二换热器表面，最终由步骤S4中的喷淋水相变为汽时吸收。由于冷凝过程中水蒸汽转为液态水，水分子所占据体积骤降，第二换热器内的压力会降低，因而第一蒸发室内的水蒸汽可以快速流动至第二换热器内。

S6：获得第二蒸发室中的水蒸汽。第二蒸发室中的水相变为蒸汽吸收了第二换热器中的大量热量，因此该部分水蒸汽可作为热源使用。例如，将该部分水蒸汽导出后加热生活或生产用水。具体地，可以先对该部分水蒸汽进行加压升温处理，再将升温后的水蒸汽与冷水混合，水蒸汽与水混合时放出大量潜热使冷水升温。升温后的水可以作为热源供生活或工业使用，如可以对其进一步加热升温后作为生活中供暖用水、洗浴用水等，也可以作为工业用水。

在另一个实施例中，制冷制热方法包括以下步骤。

S10：提供第一蒸发室、第一换热器、第二蒸发室和第二换热器，其中，第一换热器设置于第一蒸发室内，第二换热器设置于第二蒸发室内。第一蒸发室、第一换热器、第二蒸发室和第二换热器均可以是具有腔室和开口的容器，内部能够流通或容纳流体。

S20：将第一蒸发室、第二蒸发室和第二换热器内进行抽真空处理，第一蒸发室内的压强设置为1kPa，即相当于0.01倍的标准大气压。

S30：将水喷洒入第一蒸发室中，水在第一换热器外表面相变为气态水，相变过程吸收第一换热器内换热流体的热量。水被以小液滴(如水雾)的形式喷洒入第一蒸发室并附着在第一换热器外表面，水吸收第一换热器外表面以及由第一换热器内部传导至其外表面的热量。可以通过控制喷水速度使10％的水汽化为蒸汽，90％的水在第一换热器外表面集合为大水滴并滴落。持续将水喷洒至第一换热器表面，汽化过程源源不断吸收第一换热器及其内部的热量，使得第一换热器内温度降低。

第一蒸发室内的压强被设置为1kPa，在此气压下水的沸点为7摄氏度。因此，如果第一换热器表面温度高于等于7摄氏度时，附着在第一换热器表面的水将会沸腾。水的剧烈汽化过程会带走第一换热器表面的大量热量，使得第一换热器温度下降。

S40：将步骤S30中由第一换热器表面滴落的水收集后再次喷洒至第一蒸发室内。

S50：使第一换热器内流通30℃换热水。换热水流经第一换热器时与换热器内部及表面发生热交换，其热量最终被步骤S30中喷洒的水相变为蒸汽吸收，使换热水流温度降低。当换热水传导至第一换热器表面的热量与喷淋水相变为蒸汽带走的热量达到动态平衡时，第一换热器表面温度将为7摄氏度。降温后的换热水的温度为20℃以下，可以作为冷源供生产生活使用。如可以作为空调系统出风口的冷却水，或者机器设备冷却系统中的冷却水。并且，可以根据所需要的冷源的温度来设定第一蒸发室内的汽压。如当需要10摄氏度的冷源水时，可以根据饱和蒸汽温度与压力的对应关系而将第一蒸发室内的压强设定为更低。

S60：将水喷洒入第二蒸发室中，使部分水在所述第二换热器外表面相变为水蒸汽，相变过程吸收第二换热器内的热量。水被以小液滴(如水雾)的形式喷洒入第二蒸发室并附着在第二换热器外表面，水吸收第二换热器外表面以及由第二换热器内部传导至其外表面的热量，一部分水汽化为蒸汽，另一部分水集合成大水滴并从第二换热器表面滴落。持续将水喷洒至第二换热器表面，汽化过程源源不断吸收第二换热器及其内部的热量，使得第二换热器内温度降低。

S70：收集由第二换热器表面滴落的水，并将第二蒸发器中的水蒸汽压缩升温后通入至收集的水中，从而将水蒸汽中的热量导入至水中。由于水蒸汽容易被压缩，因此压缩过程耗能较少。比如，将7摄氏度的饱和水蒸汽升温至40摄氏度，仅需要将1kPa压强下的饱和水蒸汽压缩至7.5kPa，不需要大功率高压设备，因此耗能较少。由第二换热器表面滴落的水吸收水蒸汽相变为水放出的热量后会升温，从而可以直接或进一步加热后作为热源供生活或生产使用。也可以使用换热装置将升温后的水的热量换出，这样既能够回收利用水中的热量，又能够直接将换热降温后的水再次喷淋至第二蒸发室，从而使得第二蒸发室保持封闭状态，仅与外界交换热量，不与外界交换物质。

S80：将第一蒸发室内产生的水蒸汽压缩升温，再将升温后的水蒸汽通入第二换热器内冷凝相变为水.。这就是将低品位热源转为高品位热源的过程。由于水蒸汽容易被压缩，因此压缩过程耗能较少。比如，将7摄氏度的饱和水蒸汽升温至40摄氏度，仅需要将1kPa压强下的饱和水蒸汽压缩至7.5kPa；将7摄氏度的饱和水蒸汽升温至60摄氏度，仅需要将1kPa压强下的饱和水蒸汽压缩至20kPa，不需要中压以上高压大功率设备，因此耗能较少。当水蒸汽被通入第二换热器后，水蒸汽相变为水放出的巨大的潜热传导至第二换热器外表面并被喷淋水吸收。

S90：将第二换热器中的冷凝水喷洒至第一蒸发室中。冷凝水可作为第一蒸发室中的制冷剂使用，实现工质的循环利用。

在一个可选实施例中，步骤S50中可使用乙二醇水溶液或盐水代替水通入第一换热器内，同时以乙二醇水溶液或盐水代替水喷洒至第一蒸发室和/或第二蒸发室内。由于乙二醇水溶液和盐水的结晶温度都低于零度，因此可以将第一换热器中输出的工质的温度降至零度以下，增强了制冷能力。

在另一个实施例中，第一换热器中通入的是待散热的冷却水，如发电厂或化工厂中设备的冷却水。工厂或发电厂中对设备进行冷却的冷却水一般都是循环利用，对设备降温后的冷却水温度也升高，需要对冷却水降温后才能重新对设备进行冷却。通过本发明制冷制热方法实施例提供的技术方案，能够通过第一换热器对待散热冷却水进行封闭式冷却，冷却过程不会造成冷却水的散发损失。另外，通过第一蒸发室、第二换热器和第二蒸发室对蒸汽的处理，还能够将冷却水散发出的热量进行回收利用，提高了能量的利用率。

图4是本发明空调的一个实施例的结构示意图，图4所示的空调具有与图1所示制冷制热系统基本相同的结构，以下将对二者不同之处作详细描述，相同之处的结构原理可参考图1及相关实施例，以下不再赘述。

如图4所示，空调包括制冷制热系统和用户换热终端500。用户换热终端500包括换热器(未标示)、终端入口510和终端出口520。换热器具有流体腔体和较大的表面积，流体腔室与终端入口510和终端出口520连通。终端入口510与第一换热管210的换热管出口212连通，终端出口520与换热管入口211连通。

第一换热管210与用户换热终端500内充满水，水在二者之间循环流动。通过第一喷淋器110的喷淋和水的蒸发吸热，使第一蒸发室100内的第一换热管210被降温，第一换热管210输出冷水至用户换热终端500，冷水在用户换热终端500吸收用户环境内的热量后升温，再回到第一换热管210中进行换热降温，循环流动，实现对用户环境的不断降温。

用户环境可以为住宅、学校、商场、办公区和工厂等需要降温的场所。

图5为本发明提供的空调的另一个实施例的结构示意图。图5所示的空调具有与图1所示制冷制热系统基本相同的结构，以下将对二者不同之处作详细描述，相同之处的结构原理可参考图1及相关实施例，以下不再赘述。

如图5所示，空调包括制冷制热系统和用户换热终端500。用户换热终端500包括换热器(未标示)、终端入口510和终端出口520。换热器具有流体腔体和较大的表面积，流体腔室与终端入口510和终端出口520连通。

水泵1通过水箱150与出水口130连通，第二换热管410的换热管出口412通过水箱450与水箱150连通。第二换热管410还连通有真空泵440，真空泵440用于对第二换热管410和第一蒸发室100进行抽真空处理。第二蒸发室300内也可以进行抽真空处理。第二蒸发室300的出水口320通过水箱330与水泵3连通。

第三换热器800设置于水泵3与第二喷淋器310之间的管路上，第三换热器800具有换热器入口810、换热器出口820和换热腔(未标示)。换热腔包围水泵3与第二喷淋器310之间的部分管路，通过换热器入口810向换热腔中输入水流，水流在吸收管道及其内部热水后的热量升温，升温后的水由换热器出口820输出并供用户使用。

终端出口520连通有三道歧管，分别为：终端出口歧管521、522、523。

终端入口510连通由两道歧管，分别为：终端入口歧管511、512。

第一换热管210的换热管入口211连通有两道歧管，分别为：换热管入口歧管211a、211b。

第一换热管210的换热管出口212连通有两道歧管，分别为：换热管出口歧管212a、212b。

第二喷淋器310的进水口311连通有两道歧管，分别为：进水口歧管311a、311b。

水泵3的出口连通有两道歧管，分别为：出水歧管321、322。

其中，连接关系如下。

出水歧管322两端分别连通水泵3的出口和第二喷淋器310的进水口歧管311b，出水歧管322与进水口歧管311b之间设有阀门5。

出水歧管321还与终端入口歧管511连通，二者之间设置有阀门4。

终端出口歧管523与进水口歧管311a连通，二者之间设置有阀门6。

终端出口歧管522与换热管入口歧管211b连通，二者之间设置有阀门8。

终端入口歧管512与换热管出口歧管212b连通，二者之间设置有阀门7。

以下结合空调的工作过程对本发明进行进一步解释说明，空调中关于制冷制热系统的工作原理和方式可参考前述实施例，在此不再赘述。

工作方式一

阀门4、6、8关闭，换热管出口歧管212a封闭，阀门5、7打开，终端出口歧管521打开，换热管入口歧管211a打开。

第一喷淋器110向蒸发空间140内喷洒水，通过水的蒸发相变吸热降低蒸发空间140和第一换热管210的温度。

通过换热管入口歧管211a向第一换热管210通入低温水流，低温水流在第一换热管210内进一步降温后由水泵2输送至用户换热终端500并且在吸收用户环境内的热量后由终端出口歧管521排出。

其中，低温水流可采用地下水，夏季时地下水温度较低，对地下水进一步降温后制冷效果更好。

工作方式二

终端出口歧管521封闭，换热管入口歧管211a封闭，换热管出口歧管212a封闭，阀门6、4关闭；阀门5、7、8打开。

具有与图3所示实施例相同的工作过程。用于换热的水可以在用户换热终端500与第一换热管210之间循环使用。

工作方式三

阀门5、7、8关闭，终端出口歧管521封闭，换热管入口歧管211a打开，换热管出口歧管212a打开，阀门4、6打开。

通过换热管入口歧管211a向第一换热管210输送水流，水流在第一换热管210内换热后由换热管出口歧管212a排出。与此同时，第一喷淋器110向蒸发空间140喷水，水蒸发相变时吸收第一换热管210内水的热量并蒸发为水蒸汽。水蒸汽经由排汽口120进入气泵600，水蒸汽被气泵600压缩并输送至第二换热管410。

第二喷淋器310向第二蒸发室300内喷水，水蒸发相变吸收第二换热管410内蒸汽相变为水的热量并升温，进入水箱330，水泵3将水箱中的热水通过出水歧管321和终端入口歧管511输送至用户换热终端500。同时，气泵900将第二蒸发室300内的水蒸汽加压后输送至由水箱330排出的水中，进入水中的蒸汽凝结为水同时放出潜热，吸收巨量潜热后的水，温度提高很多。

热水在用户换热终端500释放热量后温度降低，经由终端出口520、终端出口歧管523和进水口歧管311a进入第二喷淋器310，第二喷淋器310将水再次喷洒至第二蒸发室300内。

其中，通入换热管入口歧管211a的水可采用地下水或含有热量的工业废水。通过本空调可以将低品位热源中的热吸收并加以利用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (23)

1.一种制冷制热系统，其特征在于，包括：

第一换热器，包括壳体、设置在壳体上的入口、出口和由该壳体界定的换热腔，所述换热腔用于流通换热流体；

第一喷淋器，包括用于向所述第一换热器的壳体喷淋制冷剂的喷射口；

第一蒸发室，包括蒸汽出口，所述第一喷淋器喷射向所述第一换热器的壳体的制冷剂至少部分于所述第一蒸发室内蒸发；

第一输送装置，所述第一输送装置包括输入口和输出口，所述输出口连通所述第一喷淋器，所述第一输送装置用于向所述第一喷淋器输送制冷剂；

第二换热器，包括壳体、设置在壳体上的入口、出口和由该壳体界定的换热腔，所述换热腔用于流通换热流体，所述第二换热器的入口连通所述第一蒸发室的蒸汽出口；

第二喷淋器，包括用于向所述第二换热器的壳体喷淋制冷剂的喷射口；

第二蒸发室，所述第二喷淋器喷射向所述第二换热器的壳体的制冷剂部分于所述第二蒸发室内蒸发；及，

第二输送装置，所述第二输送装置包括输入口和输出口，所述第二输送装置的输出口连通所述第二喷淋器，所述第二输送装置用于向所述第二喷淋器输送制冷剂。

2.如权利要求1所述的制冷制热系统，其特征在于，还包括第一输汽装置，连接于所述第一蒸发室的蒸汽出口与所述第二换热器的入口之间。

3.如权利要求2所述的制冷制热系统，其特征在于，所述第一输汽装置还用于压缩气态制冷剂。

4.如权利要求1-3任意一项所述的制冷制热系统，其特征在于，还包括第二输汽装置，且所述第二蒸发室的壳体上还设置有蒸汽出口；所述第二蒸发室的蒸汽出口通过所述第二输汽装置连接至所述第二输送装置的输入口一侧和/或第一换热器的出口侧。

5.如权利要求4所述的制冷制热系统，其特征在于，所述第二输汽装置还用于压缩气态制冷剂。

6.如权利要求1所述的制冷制热系统，其特征在于，所述第二换热器的壳体进一步设置有出口，所述出口连接于所述第一输送装置的输入口侧。

7.如权利要求1所述的制冷制热系统，其特征在于：

还包括第三换热器，所述第三换热器包括壳体、设置在所述壳体上的入口和出口，所述壳体内为换热腔，所述换热腔用于流通换热流体；

所述第二输送装置通过管道与所述第二喷淋器连通，所述第三换热器与所述管道套设连接，以使所述第三换热器内的换热流体吸收所述管道内的热量。

8.如权利要求1所述的制冷制热系统，其特征在于，

所述第一输送装置的输入口还与所述第一蒸发室连通，用于将所述第一蒸发室内的制冷剂输送至所述第一喷淋器；

所述第二输送装置的输入口还与所述第二蒸发室连通，用于将所述第二蒸发室内的制冷剂输送至所述第二喷淋器。

9.一种制冷制热方法，包括：

提供第一蒸发室、第一换热器、第二蒸发室和第二换热器，所述第一换热器位于所述第一蒸发室，所述第二换热器位于所述第二蒸发室；

向所述第一换热器内通入换热流体；

向所述第一换热器外表面喷淋第一制冷剂并使所述第一制冷剂至少部分相变为第一气态制冷剂，所述相变过程吸收所述第一换热器内的热量；

将所述第一蒸发室中的所述第一气态制冷剂输送至所述第二换热器内；

向所述第二换热器外表面喷淋第二制冷剂并使部分所述第二制冷剂相变为第二气态制冷剂，所述相变过程吸收所述第二换热器内的所述第一气态制冷剂相变为液态放出的热量，并使所述第一气态制冷剂凝结为第一液态制冷剂；以及，

收集所述第二蒸发室中的所述第二气态制冷剂。

10.如权利要求9所述的制冷制热方法，其特征在于，所述将第一气态制冷剂输送至所述第二换热器的具体过程包括：

将所述第一气态制冷剂压缩升温；

将被压缩升温后的第一气态制冷剂输送至所述第二换热器。

11.如权利要求9所述的制冷制热方法，其特征在于，还包括：

用所述第二气态制冷剂相变为液态放出热量加热从所述第二蒸发室收集得到的未相变的第二制冷剂。

12.如权利要求11所述的制冷制热方法，其特征在于，所述用第二气态制冷剂相变放热去加热从所述第二蒸发室收集获得的未相变的第二制冷剂的具体过程包括：

将所述第二气态制冷剂压缩升温；

将压缩后的第二气态制冷剂导入至从所述第二蒸发室收集获得的未相变的第二制冷剂中。

13.如权利要求9所述的制冷制热方法，其特征在于，还包括：

将所述第二换热器中的第一液态制冷剂喷洒入所述第一蒸发室内。

14.如权利要求9所述的制冷制热方法，其特征在于，喷洒入所述第一蒸发室中的第一制冷剂只有部分发生相变，将未发生相变的第一制冷剂循环喷洒至所述第一蒸发室中。

15.如权利要求9所述的制冷制热方法，其特征在于，将所述第二蒸发室中未发生相变的第二制冷剂循环喷洒至所述第二蒸发室中。

16.如权利要求9所述的制冷制热方法，其特征在于，将所述第一蒸发室和所述第二换热器内的气压设置为低于标准大气压的第一压强。

17.如权利要求16所述的制冷制热方法，其特征在于，所述第一换热器换热后温度下降至预定温度，所述第一压强等于所述第一制冷剂在所述预定温度下的饱和蒸汽所对应的压强。

18.如权利要求9所述的制冷制热方法，其特征在于，所述第一制冷剂和/或第二制冷剂为水、盐水和乙二醇水溶液中的一种。

19.如权利要求9所述的制冷制热方法，其特征在于，所述换热流体为乏汽。

20.如权利要求9所述的制冷制热方法，其特征在于，所述换热流体为待散热降温的冷却水。

21.一种空调，其特征在于，包括用户端换热器和权利要求1-8中任意一项所述的制冷制热系统；所述用户端换热器包括具有换热腔的壳体和设置在所述壳体上的出口和入口，所述用户端换热器的入口连通所述第一换热器的出口，所述用户端换热器的出口连通所述第一换热器的入口。

22.根据权利要求21所述的空调，其特征在于，

所述第一换热器的入口还连通入口歧管；

所述用户端换热器的出口还连通第一出口歧管；

所述用户端换热器的出口与所述第一换热器的入口之间设置有阀门。

23.根据权利要求22所述的空调，其特征在于：

所述用户端换热器的出口还连通第二出口歧管，所述用户端换热器的入口还连通入口歧管；

所述第一换热器的出口还连接有出口歧管；

所述用户端换热器的第二出口歧管与所述第二喷淋器连通，所述用户端换热器的入口歧管与所述第二输送装置的输出口连通。