CN113803875A - 一种节能型空调系统用换热器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种节能型空调系统用换热器及其使用方法，所述换热器的出水管侧壁上设置自力式阀体机构，自力式阀体机构包括由金属膜片分隔开的第一腔体和第二腔体，金属膜片上面与位于第一腔体内的弹簧下端连接，金属膜片下面连接位于第二腔体内的阀芯，第一腔体与进水管之间通过压力管连通连接；其能保证建筑物不论处于满负荷状态，还是部分负荷状态，均可使水泵处于运行的高效区，节省空调系统中水泵的能耗；且使得空调系统便于维修和更换水泵，不影响换热器通过其自身安装的自力式阀体机构实现上述节能功能；能够提高水泵的互换性，节省成本，提高空调系统工作效率、使用寿命和经济效益。

Description

一种节能型空调系统用换热器及其使用方法

技术领域

本发明属于换热器技术领域，具体涉及一种节能型空调系统用换热器及其使用方法。

背景技术

随着空调的大量应用，空调的节能应用和运行费用节约问题也日益突出。例如大型空调系统等的能耗主要由三大部分组成：空调主机的能耗、水泵的能耗、末端设备的能耗。很多时候，空调系统以部分负荷状态运行。对于配置多台冷水机组、多台水泵的空调系统来说，大多数时间只运行部分台数的冷水机组和水泵。在空调系统设计的流量和扬程下，水泵处于运行高效点。但是当建筑物处于部分负荷状态时，例如只运行一台水泵时，在压差旁通阀的作用下，整个空调水系统管网特性系数S不变，此时便会发生水泵工作状态点的偏移，水泵的工作状态点转移到低效运行区域，因此便导致了大量的能源浪费。

发明内容

本发明旨在对现有技术的空调换热器进行创新改进，提供一种节能型空调系统用换热器及其使用方法，使其解决现有技术中，部分负荷状态运行时，水泵工作状态点偏移到低效运行区域，导致大量能源浪费的问题，使得当空调系统处于部分负荷时，在保证系统正常运行的前提下，维持水泵的工作状态点处于高效运行区，以节省能耗；同时，本发明通过在换热器的出水管处设置自力式阀体机构实现上述功能，使得空调系统便于维修和更换水泵，而不影响换热器通过其自身安装的自力式阀体机构实现上述节能功能，提高水泵的互换性，节省成本，提高系统工作效率、使用寿命和经济效益。

本发明首先提供一种节能型空调系统用换热器，包括壳体，壳体内设置换热管，壳体上设置制冷剂进口、制冷剂出口，壳体设置进水管口、出水管口，进水管口、出水管口内分别设置进水管、出水管，进水管与换热管的一端连通连接，出水管与换热管的另一端连通连接；出水管侧壁上设置自力式阀体机构，自力式阀体机构包括由金属膜片分隔开的第一腔体和第二腔体，金属膜片上面与位于第一腔体内的弹簧下端连接，金属膜片下面连接位于第二腔体内的阀芯，第一腔体与进水管之间通过压力管连通连接。

其自力式阀体机构的金属膜片承受上、下两个方向的外力，分别是：第一腔体和第二腔体之间向上的压力、及弹簧向下的弹力。当这两个力维持平衡时，金属膜片的位置是固定的，当这两个力不平衡时，金属膜片会通过带动阀芯向上或者向下移动，从而改变空调系统中换热器的水流量，使得水流量与第一腔体和第二腔体之间的压差发生改变，实现调节维持空调系统的水泵的工作状态点处于高效运行区，以节省能耗。

优选的，弹簧上端与位于第一腔体外的调节旋钮连接。

优选的，调节旋钮位于出水管侧壁外部。

优选的，金属膜片下面通过连杆连接阀芯。

优选的，阀芯安装在阀座上。

优选的，进水管的外端部与空调水进口连通连接。

优选的，出水管的外端部与空调水出口连通连接。

本发明其次提供上述节能型空调系统用换热器的使用方法，包括如下步骤：

在至少两台空调主机和至少两台水泵均运行时，通过调整弹簧的长度，使得第二腔体与第一腔体之间压差对金属膜片产生的压力与弹簧的弹力相等；使得流经每台空调主机的水流量均为设计流量Q3，使得水泵的工作状态点为b点，使得水泵运行在高效区。

在另外一种情况时，上述节能型空调系统用换热器的使用方法，包括如下步骤：

在建筑物处于部分负荷时，仅开启一台空调主机和一台水泵，使得水泵的工作状态点从b点移动到c点，使得流经换热器的水流量增大为Q2，使得第二腔体与第一腔体之间的压差变大，使得金属膜片受到的压力大于弹簧的拉力，使得金属膜片带动阀芯向下移动，使得阀门开度减小，使得水流量减小；

直至金属膜片受到向下的压力与弹簧的拉力相等，使得流进换热器的水流量为Q3，使得水泵的工作状态点恢复到b点，使得水泵处于高效运行区。

可见，采用本发明的节能型空调系统用换热器及其使用方法后，能够使得不论是满负荷工况还是部分负荷工况，水泵均处于运行高效区，节省运行能耗。

而且，上述节能型空调系统用换热器的使用方法，包括如下步骤：

将弹簧上端与位于第一腔体外的调节旋钮连接；

调整弹簧的长度时，通过操作调节旋钮实现。

本发明的节能型空调系统用换热器及其使用方法，至少具有如下优势：

1、实现当空调系统处于部分负荷时，在保证空调系统正常运行的前提下，维持水泵的工作状态点处于高效运行区，以节省水泵能耗的作用。

2、保证建筑物不论处于满负荷状态，还是部分负荷状态，均可使水泵处于运行的高效区，节省空调系统中水泵的能耗；考虑到水泵在全年的运行时间较长，其水泵的节能量非常可观。

3、通过在换热器的出水管处设置自力式阀体机构实现上述两项优势功能，使得空调系统便于维修和更换水泵，不影响换热器通过其自身安装的自力式阀体机构实现上述节能功能；能够提高水泵的互换性，节省成本，提高空调系统工作效率、使用寿命和经济效益。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的节能型空调系统用换热器的结构示意图；

图2为采用本发明的节能型空调系统用换热器的空调水系统性能曲线图。

图中，1为壳体，2为制冷剂进口，3为制冷剂出口，4为进水管，5为出水管，6为金属膜片，7为第一腔体，8为第二腔体，9为弹簧，10为阀芯，11为压力管，12为调节旋钮，13为空调水进口，14为空调水出口，15为阀座。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，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做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。

以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。

在空调系统中常常采用多台水泵与多台空调主机串联，以适应建筑物空调负荷的变化。在设计工况下空调主机的能效、水泵的效率处于高效区。但是根据已有的暖通知识得知，空调系统在全年绝大多数时间内均处于部分负荷运行，这意味着虽然为建筑物配置了多台空调主机和水泵，但是在大部分时间内，由于建筑物处于部分负荷状态，实际需要运行的空调主机和水泵仅为一少部分。例如，某建筑物配置有两台水泵和两台空调主机，但是在大部分时间段，只需要运行一台空调主机和一台水泵即可满足建筑物的空调需求。此时虽然空调末端和空调主机均未做任何改变，但是水泵的工作状态点是发生改变的，水泵实际工作的状态点已偏离设计的高效点，处于低效区。鉴于建筑物在绝大多数时间均处于部分负荷状态，水泵在绝大多数时间均处于低效区，这是非常不节能的。为此，本发明实施例旨在提供节能型空调系统用换热器及其使用方法，实现当空调系统处于部分负荷时，在保证系统正常运行的前提下，维持水泵的工作状态点处于高效运行区，以节省水泵能耗的作用；同时便于维修和更换水泵，不影响换热器通过其自身安装的自力式阀体机构实现上述节能功能，提高水泵的互换性。

实施例1

请见图1，一种节能型空调系统用换热器，包括壳体1，壳体1内设置换热管，壳体1上设置制冷剂进口2、制冷剂出口3，壳体1设置进水管口、出水管口，进水管口、出水管口内分别设置进水管4、出水管5，进水管4与换热管的一端连通连接，出水管5与换热管的另一端连通连接；出水管5侧壁上设置自力式阀体机构，自力式阀体机构包括由金属膜片6分隔开的第一腔体7和第二腔体8，金属膜片6上面与位于第一腔体7内的弹簧9下端连接，金属膜片6下面连接位于第二腔体8内的阀芯10，第一腔体7与进水管4之间通过压力管11连通连接。

参照图2，例如，某建筑物配置有两台相同型号的空调主机和两台同型号的水泵，空调水系统形式为一次泵定流量系统。空调水系统的管网特性系数为s1。此时可以在流量-扬程(Q-P)坐标系中画出空调水系统的性能曲线如图2所示。在设计工况下，系统的工作状态点为两台水泵并联后的水泵性能曲线(水泵性能曲线Ⅱ)与管网特性曲线(管网特性曲线Ⅰ)的交点a(Q1，P1)，此时单台水泵的工作状态点为b(Q3，P1),其中Q3＝Q1/2，此时两台水泵均处于高效区，水泵的运行效率是非常高的。当建筑物处于部分负荷时，关闭一台空调主机和对应的水泵，此时水泵的工作状态点为单台水泵的性能曲线与管网特性曲线(水泵性能曲线Ⅰ与管网特性曲线Ⅰ)的交点c(Q2，P2)，此时水泵的实际工作状态点已偏离高效区，是不节能的。此时水泵的实际流量大于设计工况下的流量，水泵的扬程小于设计工况下的扬程。

图2中，曲线S1为管网特性曲线Ⅰ，曲线S2为管网特性曲线Ⅱ，曲线S3为水泵性能曲线Ⅰ，曲线S4为水泵性能曲线Ⅱ，曲线S为水泵效率曲线。

而本实施例的节能型空调系统用换热器，其自力式阀体机构的金属膜片6承受上、下两个方向的外力，分别是：第一腔体7和第二腔体8之间向上的压力、及弹簧9向下的弹力。当这两个力维持平衡时，金属膜片6的位置是固定的，当这两个力不平衡时，金属膜片6会通过带动阀芯10向上或者向下移动，从而改变空调系统中换热器的水流量，使得水流量与第一腔体7和第二腔体8之间的压差发生改变，实现调节维持空调系统的水泵的工作状态点处于高效运行区，以节省能耗。

参照图2，在实际应用中，本实施例的节能型空调系统用换热器的使用方法，可以包括如下步骤：

在至少两台空调主机和至少两台水泵均运行时，通过调整弹簧9的长度，使得第二腔体8与第一腔体7之间压差对金属膜片6产生的压力与弹簧9的弹力相等；使得流经每台空调主机的水流量均为设计流量Q3，使得水泵的工作状态点为b点，使得水泵运行在高效区。

而当建筑物处于部分负荷时，上述节能型空调系统用换热器的使用方法，可以进一步包括如下步骤：

在建筑物处于部分负荷时，仅开启一台空调主机和一台水泵，使得水泵的工作状态点从b点移动到c点，使得流经换热器的水流量增大为Q2，使得第二腔体8与第一腔体7之间的压差变大，使得金属膜片6受到的压力大于弹簧9的拉力，使得金属膜片6带动阀芯10向下移动，使得阀门开度减小，使得水流量减小；

直至金属膜片6受到向下的压力与弹簧9的拉力相等，使得流进换热器的水流量为Q3，使得水泵的工作状态点恢复到b点，使得水泵处于高效运行区。

可见，采用本发明的节能型空调系统用换热器及其使用方法后，能够使得不论是满负荷工况还是部分负荷工况，水泵均处于运行高效区，节省运行能耗。

实施例2

参照图1，实施例1的节能型空调系统用换热器，第一腔体7位于第二腔体8上方。

还可以参照图1，在一些实施例中，弹簧9上端与位于第一腔体7外的调节旋钮12连接。调节旋钮12用于调节弹簧9的长度，以改变弹簧9施加在金属膜片6上的弹力。

此时，本实施例的节能型空调系统用换热器的使用方法，可以包括如下步骤：

将弹簧9上端与位于第一腔体7外的调节旋钮12连接；

调整弹簧9的长度时，通过操作调节旋钮12实现。

在一些实施例中，调节旋钮12位于出水管5侧壁外部。

在一些实施例中，第一腔体7位于出水管5侧壁外部。

在一些实施例中，第二腔体8位于出水管5侧壁内部。

在一些实施例中，进水管4的外端部与空调水进口13连通连接。

在一些实施例中，出水管5的外端部与空调水出口14连通连接。

在一些实施例中，第一腔体7的下部或底部与出水管5侧壁连接。

在一些实施例中，弹簧9位于出水管5侧壁外部。

在一些实施例中，阀芯10位于出水管5侧壁内部。

在一些实施例中，金属膜片6下面通过连杆连接阀芯10。则此时，当金属膜片6承受两个方向的外力不平衡时，金属膜片6会通过带动阀芯10向上或者向下移动，以改变水泵的工作状态点。

在一些实施例中，阀芯10安装在阀座15上。第二腔体8可以由阀座15和金属膜片6构成。

在一些实施例中，压力管11上安装调节阀。

上述任一实施例的节能型空调系统用换热器的使用方法，还可以包括如下步骤：

在至少两台空调主机和至少两台水泵均运行时，使得至少两台空调主机的型号相同，至少两台水泵的型号相同。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种节能型空调系统用换热器，包括壳体，所述壳体内设置换热管，所述壳体上设置制冷剂进口、制冷剂出口，所述壳体设置进水管口、出水管口，所述进水管口、所述出水管口内分别设置进水管、出水管，所述进水管与所述换热管的一端连通连接，所述出水管与所述换热管的另一端连通连接；其特征在于，所述出水管侧壁上设置自力式阀体机构，所述自力式阀体机构包括由金属膜片分隔开的第一腔体和第二腔体，所述金属膜片上面与位于所述第一腔体内的弹簧下端连接，所述金属膜片下面连接位于所述第二腔体内的阀芯，所述第一腔体与所述进水管之间通过压力管连通连接。

2.如权利要求1所述的节能型空调系统用换热器，其特征在于，所述弹簧上端与位于所述第一腔体外的调节旋钮连接。

3.如权利要求2所述的节能型空调系统用换热器，其特征在于，所述调节旋钮位于所述出水管侧壁外部。

4.如权利要求1所述的节能型空调系统用换热器，其特征在于，所述金属膜片下面通过连杆连接阀芯。

5.如权利要求1所述的节能型空调系统用换热器，其特征在于，所述阀芯安装在阀座上。

6.如权利要求1-5中任一项所述的节能型空调系统用换热器，其特征在于，所述进水管的外端部与空调水进口连通连接。

7.如权利要求6所述的节能型空调系统用换热器，其特征在于，所述出水管的外端部与空调水出口连通连接。

8.如权利要求1-7中任一项所述的节能型空调系统用换热器的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

在至少两台空调主机和至少两台水泵均运行时，通过调整所述弹簧的长度，使得所述第二腔体与所述第一腔体之间压差对所述金属膜片产生的压力与所述弹簧的弹力相等；使得流经每台所述空调主机的水流量均为设计流量Q3，使得所述水泵的工作状态点为b点，使得所述水泵运行在高效区。

9.如权利要求8所述的节能型空调系统用换热器的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

在建筑物处于部分负荷时，仅开启一台所述空调主机和一台所述水泵，使得所述水泵的工作状态点从b点移动到c点，使得流经所述换热器的水流量增大为Q2，使得所述第二腔体与所述第一腔体之间的压差变大，使得所述金属膜片受到的压力大于所述弹簧的拉力，使得所述金属膜片带动所述阀芯向下移动，使得阀门开度减小，使得水流量减小；

直至所述金属膜片受到向下的压力与所述弹簧的拉力相等，使得流进所述换热器的水流量为Q3，使得所述水泵的工作状态点恢复到b点，使得所述水泵处于高效运行区。

10.如权利要求8或9所述的节能型空调系统用换热器的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

将所述弹簧上端与位于所述第一腔体外的调节旋钮连接；

调整所述弹簧的长度时，通过操作所述调节旋钮实现。

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