CN109442776B - 一种水制冷剂空调设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水制冷剂空调设备，包括末端换热装置、冷冻泵、蒸发器、压缩机、冷凝器、冷却泵、冷却散热装置以及配套的管道、控制阀门和控制系统；蒸发器内的低温制冷剂水被泵送至末端换热装置实现对末端的制冷；冷凝器中的高温制冷剂水被泵送至冷却散热装置中进行降温；蒸发器中设置有由多孔材料构成的蒸发装置，冷凝器中设置有与冷却散热装置相连的喷淋装置，末端换热装置出来的制冷剂水在蒸发装置中部分蒸发带走热量后被压缩机压缩进入冷凝器。本发明利用水做制冷剂，具有安全、环保、无毒、成本低等优点，在蒸发器和冷凝器中制冷剂水两相之间直接换热，换热效果好。

Description

一种水制冷剂空调设备
技术领域
本发明涉及空调领域，具体涉及一种水制冷剂空调设备。
背景技术
随着制冷空调行业的迅速发展，制冷领域每年需要的制冷剂高达百万吨，而现有的制冷剂多为氯氟烃类人工合成制冷剂，是导致臭氧层破坏和引起温室效应的重要源头。
水是自然界中易于取得的丰富资源，且与其他制冷剂相比具有安全、环保、无毒、成本低等特点，目前市面上常用的水空调是通过将水箱中的水抽出后，通过布水系统与高温空气接触后蒸发吸热带走空气中的热量，从而使空气温度降低，但是该种方式会使空气中的湿度越来越高，冷却效果也随着湿度的升高而降低，因此使用受到局限。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的不足，提供一种以水作为制冷剂，且适用范围广，机组能效高的空调设备。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种水制冷剂空调设备，包括末端换热装置、冷冻泵、蒸发器、压缩机、冷凝器、冷却泵、冷却散热装置、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门以及配套的控制系统；
蒸发器内的上部设有蒸发装置，下部储存低温制冷剂水，冷凝器内的顶部设有喷淋装置，下部储存高温制冷剂水；
蒸发器的出水口经第一阀门、冷冻泵与末端换热装置的一端相连，末端换热装置的另一端经第二阀门、第三阀门与蒸发装置相连，同时还经第二阀门、第四阀门与冷却散热装置的一端相连，冷却散热装置的该一端还经第五阀门与喷淋装置相连；
蒸发器的出气口经压缩机与冷凝器的进气口相连，冷凝器的出水口经冷却泵、第七阀门与冷却散热装置的另一端相连，冷却散热装置的该另一端还经第六阀门、冷冻泵与末端换热装置相连；
蒸发器内的低温制冷剂水被冷冻泵泵送至末端换热装置实现对末端的制冷，冷凝器中的高温制冷剂水被冷却泵泵送至冷却散热装置中现对制冷剂水的降温；从冷却散热装置中出来的降温的制冷剂水一部分与从末端散热装置出来的升温的制冷剂水混合后进入蒸发器，部分制冷剂水在低压下蒸发吸热带走剩余部分制冷剂水的热量，形成低温制冷剂水，同时产生的低温低压蒸汽被压缩机压缩成高温高压蒸汽后进入冷凝器，与冷凝器中的喷淋水混合形成高温制冷剂水。
进一步地，所述设置于蒸发器中的蒸发装置采用多块多孔材料组合而成，其组合形状为多排设置或交叉设置。
进一步地，所述的蒸发器和冷凝器均为耐腐蚀材料制成的密闭耐压腔室，且配套有压力传感器和温度传感器。
进一步地，所述的蒸发器的压力根据蒸发温度的不同设定在1kpa～1.6kpa之间，所述的冷凝器的压力恒定在6kpa～6.5kpa之间。
进一步地，所述的压缩机为无油压缩机，为了实现高压比工况时可以采用多级压缩。
进一步地，所述的冷却散热装置为管翅式风冷散热结构、冷却塔或蒸发冷却装置。
进一步地，所述的末端换热装置在小型机组中为管翅式换热器，在大型机组中为板式换热器。
进一步地，所述的第一阀门、第三阀门、第五阀门和第七阀门关闭时，压缩机不工作，冷却散热装置通过低温自然冷源向末端换热装置供冷。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、用水作为制冷剂，具有安全、环保、无毒、成本低等特点，同时末端换热装置的换热形式与传统空调设备一致，应用范围广，适用性强。
2、在蒸发器和冷凝器中，制冷剂水两相之间直接换热，且多孔介质的蒸发装置、以及喷淋装置的设置加大了制冷剂水的有效换热面积，换热效果好。
3、可直接利用低温自然冷源供冷，进一步降低了过渡季空调设备的运行成本。
附图说明
图1为本发明一种水制冷剂空调设备的原理图；
图2为本发明一种水制冷剂空调设备的结构示意图；
图中：1-末端换热装置；2-冷冻泵；3-蒸发器；4-蒸发装置；5-控制阀门(V1-V7)；6-压缩机；7-喷淋装置；8-冷凝器；9-冷却泵；10-冷却散热装置；11-控制箱。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种水制冷剂空调设备，包括末端换热装置1、冷冻泵2、蒸发器3、蒸发装置4、控制阀门5、压缩机6、喷淋装置7、冷凝器8、冷却泵9、冷却散热装置10以及配套的管道、控制系统。控制阀门5包括第一阀门V1、第二阀门V2、第三阀门V3、第四阀门V4、第五阀门V5、第六阀门V6和第七阀门V7均安装在相应的管道上，控制系统安装在控制箱11中。
蒸发器3为由不锈钢制成的密闭腔室，配套有压力传感器和温度传感器，蒸发器3内蒸发温度可以根据需要进行设置，一般在7～15℃内，根据蒸发温度的不同，蒸发压力在1kpa～1.6kpa之间设置。蒸发装置4由多孔介质制成，安装在蒸发器3内的中上部，顶端通过管道与末端换热装置1和冷却散热装置10相连，蒸发装置4可由多块多孔材料组合而成，其组合形状可以是多排设置也可以是交叉设置。蒸发器3的下部则用于储存从蒸发装置4出来的低温制冷剂水，蒸发器3底部设有出水口，蒸发器3侧壁设有出气口。
冷凝器8同样为由不锈钢制成的密闭腔室，配套有压力传感器和温度传感器，根据外界环境的不同，冷凝压力一般可以设置在6kpa～6.5kpa之间。喷淋装置7安装在冷凝器8内的顶部，与冷却散热装置10相连，用于喷淋从冷却散热装置10出来的低温制冷剂水。冷凝器8下部则用于储存喷淋水经高温蒸汽加热而形成的高温制冷剂水，冷凝器8底部设有出水口，冷凝器8侧壁设有进气口。压缩机6的两端通过管道与蒸发器3的出气口和冷凝器8的进气口相连，用于将蒸发器3内的低温低压蒸汽压缩成高温高压蒸汽，高温高压蒸汽在冷凝器8中被喷淋装置7出来的喷淋水降温冷凝。
末端换热装置1在小型机组中为管翅式换热器，在大型机组中为板式换热。蒸发器3和冷凝器8均为耐腐蚀的不锈钢密闭腔室，可以保证相对恒定的压力且不易腐蚀。压缩机6为无油压缩机，为了实现高压比工况时可以采用多级压缩。冷却散热装置10为管翅式风冷散热结构、冷却塔或蒸发冷却装置。各部件的具体连接关系如下：
蒸发器3底部的出水口经第一阀门V1、冷冻泵2与末端换热装置1的下端相连，末端换热装置1的上端经第二阀门V2、第三阀门V3与蒸发装置4相连，同时还经第二阀门V2、第四阀门V4与冷却散热装置10的上端相连，冷却散热装置10的上端还经第五阀门V5与喷淋装置9相连；
蒸发器3的出气口经压缩机6与冷凝器8的进气口相连，冷凝器8底部的出水口经冷却泵9、第七阀门V7与冷却散热装置10的下端相连，冷却散热装置10的下端还经第六阀门V6、冷冻泵2与末端换热装置1的下端相连。
下面对本发明的水制冷剂空调设备的运行原理进行说明：
在常规制冷工况下，第一阀门V1、第二阀门V2、第三阀门V3、第四阀门V4、第五阀门V5和第七阀门V7开启，第六阀门V6关闭。蒸发器3内的低温制冷剂水被冷冻泵2泵送至末端换热装置1实现对末端的制冷；冷凝器8中的高温制冷剂水被冷却泵9泵送至冷却散热装置10中进行换热降温；从冷却散热装置10中出来的降温的制冷剂水一部分与从末端散热装置1出来的得热的制冷剂水混合后进入蒸发器3内的蒸发装置4中，在蒸发装置4中部分制冷剂水在低压下蒸发吸热，带走剩余部分制冷剂水的热量，形成的低温制冷剂水流入到蒸发器3下部，同时蒸发装置4产生的低温低压蒸汽被压缩机6压缩成高温高压蒸汽后进入冷凝器8中；而从冷却散热装置10中出来的降温的制冷剂水另一部分则进入喷淋装置7中，在向下喷淋的过程中，吸收高温高压蒸汽的热量后变成高温制冷剂水流入到冷凝器8下部，完成整个循环。将从冷却散热装置10中出来的降温的制冷剂水与从末端散热装置1出来的升温的制冷剂水混合，一方面降低蒸发装置4的负荷，另一方面通过调节第四阀门V4开度可以确保在可变的末端需求下蒸发温度的相对稳定，增加系统的运行稳定性。
在自然冷源利用工况下，第二阀门V2、第四阀门V4和第六阀门V6开启，第一阀门V1，第三阀门V3，第五阀门V5和第七阀门V7关闭，从末端冷却装置1出来的高温制冷剂水直接流经冷却散热装置10，实现降温后被冷冻泵2泵送回末端冷却装置1中，完成自然冷源利用制冷循环。
本发明的主体思想就是在蒸发器里一部分水作为制冷剂蒸发带走剩余部分水的热量，剩余部分水就降温进入末端装置冷却换热，而蒸发后的制冷剂水在冷凝器中冷凝并与冷凝器中的喷淋水混合进入冷却装置，同时，从冷却装置的水流出一部分用于补足蒸发器一开始带走的水，完成整个循环。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种水制冷剂空调设备，其特征在于：包括末端换热装置(1)、冷冻泵(2)、蒸发器(3)、压缩机(6)、冷凝器(8)、冷却泵(9)、冷却散热装置(10)、第一阀门(V1)、第二阀门(V2)、第三阀门(V3)、第四阀门(V4)、第五阀门(V5)、第六阀门(V6)、第七阀门(V7)以及配套的控制系统；
蒸发器(3)内的上部设有蒸发装置(4)，下部储存低温制冷剂水，冷凝器(8)内的顶部设有喷淋装置(7)，下部储存高温制冷剂水；
蒸发器(3)的出水口经第一阀门(V1)、冷冻泵(2)与末端换热装置(1)的一端相连，末端换热装置(1)的另一端经第二阀门(V2)、第三阀门(V3)与蒸发装置(4)相连，同时还经第二阀门(V2)、第四阀门(V4)与冷却散热装置(10)的一端相连，冷却散热装置(10)的该一端还经第五阀门(V5)与喷淋装置(7)相连；
蒸发器(3)的出气口经压缩机(6)与冷凝器(8)的进气口相连，冷凝器(8)的出水口经冷却泵(9)、第七阀门(V7)与冷却散热装置(10)的另一端相连，冷却散热装置(10)的该另一端还经第六阀门(V6)、冷冻泵(2)与末端换热装置(1)相连；
蒸发器(3)内的低温制冷剂水被冷冻泵(2)泵送至末端换热装置(1)实现对末端的制冷，冷凝器(8)中的高温制冷剂水被冷却泵(9)泵送至冷却散热装置(10)中现对制冷剂水的降温；从冷却散热装置(10)中出来的降温的制冷剂水一部分与从末端换热装置(1)出来的升温的制冷剂水混合后进入蒸发器(3)，部分制冷剂水在低压下蒸发吸热带走剩余部分制冷剂水的热量，形成低温制冷剂水，同时产生的低温低压蒸汽被压缩机(6)压缩成高温高压蒸汽后进入冷凝器(8)，与冷凝器(8)中的喷淋水混合形成高温制冷剂水；
所述设置于蒸发器(3)中的蒸发装置(4)采用多块多孔材料组合而成，其组合形状为多排设置或交叉设置；所述的蒸发器(3)和冷凝器(8)均为耐腐蚀材料制成的密闭耐压腔室，且配套有压力传感器和温度传感器。
2.根据权利要求1所述的一种水制冷剂空调设备，其特征在于：所述的蒸发器(3)的压力根据蒸发温度的不同设定在1kpa～1.6kpa之间，所述的冷凝器(8)的压力恒定在6kpa～6.5kpa之间。
3.根据权利要求1所述的一种水制冷剂空调设备，其特征在于：所述的压缩机(6)为无油压缩机，为了实现高压比工况时采用多级压缩。
4.根据权利要求1所述的一种水制冷剂空调设备，其特征在于：所述的冷却散热装置(10)为管翅式风冷散热结构、冷却塔或蒸发冷却装置。
5.根据权利要求1所述的一种水制冷剂空调设备，其特征在于：所述的末端换热装置(1)在小型机组中为管翅式换热器，在大型机组中为板式换热器。
6.根据权利要求1～5任一所述的一种水制冷剂空调设备，其特征在于：所述的第一阀门(V1)、第三阀门(V3)、第五阀门(V5)和第七阀门(V7)关闭时，压缩机(6)不工作，冷却散热装置(10)通过低温自然冷源向末端换热装置(1)供冷。
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