CN201159506Y - 采用虹吸原理用江水作冷源的中央空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用虹吸原理用江水作冷源的中央空调系统，包括进水管道、出水管道、可控止回电磁阀、控制阀门和显示仪表；其特征在于：进水管道底端设置水泵；在进水管道和出水管道之间，设置有一台以上的江水冷源空调器；在排水管道的下部，连接有水轮发电机组。在排水管道上部设置有真空泵。本实用新型的中央空调系统，利用了大气压力增加流量，系统实现了自然水大温差、小流量排放，提高了系统效率；空调降温、排水发电、有机的结合，使系统为更高海拔地区应用江水冷源提供了技术保障。该系统实现了水空调降温、排水发电、回收水泵能量双用途；能效比极高；能显著节省能源。

Description

采用虹吸原理用江水作冷源的中央空调系统

所属技术领域

本实用新型涉及一种空气调节系统，尤其是根据虹吸原理、采用江水作冷源进行降温与发电的采用虹吸原理用江水作冷源的中央空调系统。

背景技术

目前公知的空气降温调节系统，是由能源制冷实现降温的、或直接抽取自然水与末端空调器热交换降温，能耗较高。其消耗较多的能源(电能等)，在能源逐渐短缺、提倡节能降耗的今天，在水资源丰富地区，更应该考虑采用节能效果好的用江水作冷源的中央空调系统，以取代现在广泛使用的由能源制冷的空气降温调节系统。

发明内容

本实用新型针对现有技术的能源制冷的空气降温调节系统能耗高等不足，提供一种采用虹吸原理用江水降温的中央空调系统，在空调排水系统中安装真空泵，利用大气压力增加系统流量，减少空调系统用水能耗，排水管道的下部，设置有水轮发电机组、回收排水势能发电，进一步提高系统效率。

本实用新型的技术方案：采用虹吸原理用江水作冷源的中央空调系统，包括进水管道、出水管道、可控止回电磁阀、控制阀门和显示仪表；其特征在于：进水管道底端设置水泵；在进水管道和出水管道之间，设置有一台以上的江水冷源空调器；在排水管道的下部，连接有水轮发电机组。

进一步的特征是：在排水管的上部连接真空泵。

在部分江水冷源空调器附近，设置水源热泵机组空调器；水源热泵机组空调器的冷凝器与子进水管道和出水管道相连接，使子进水管道内的水源从冷凝器的进水口进入冷凝器内，与水源热泵机组空调器进行热交换后，从冷凝器的排水口排入出水管道内。

在制冷压缩机上设置了热水交换器，热水交换器内的水经卫生热水循环泵作用在卫生热水循环管道内流动，与制冷压缩机进行热交换后输送到热水储存桶内储存。

在分水器后的一条子进水管道上，设置清水池加水阀、清水池、系统清水置换泵和清水冲洗阀。

江水冷源空调器由风冷热交换末端空调器和传导热交换末端空调器串联而成，风冷热交换末端空调器为水盘管风机吹动制冷，传导热交换末端空调器为蛇形热交换器散热。

在进水管道设置可控止回电磁阀；在可控止回电磁阀的阀腔进口处设置有密封环，在阀腔内设置可转动的密封阀板，在密封阀板上设置铁板，密封阀板或其上的铁板与可控止回电磁铁产生磁力相吸或排斥，使密封阀板围绕转动座转动；所述的电磁铁与电磁线圈连接。

所述的潜水泵是三只轴动密封。

潜水泵设置润滑密封油储存腔与制冷剂储存腔，通过润滑密封油循环管道和制冷剂管道与潜水泵腔体连接，将储存在压力容器内的润滑、密封油输送到水泵内；压力容器上部是润滑密封油储存腔，下部是制冷剂储存腔；制冷剂储存腔通过制冷剂管道与润滑密封油储存腔连通，使制冷剂进入到润滑密封油储存腔的上方，在制冷剂管道上设置有过滤器和减压器。

本实用新型的中央空调系统与现有水空调技术相比的有益效果是：

1、利用了大气压力增加流量，系统实现了自然水大温差、小流量排放，提高了系统效率。

2、空调降温、排水发电、有机的结合，使系统实现了水空调降温、排水发电、回收水泵能量双用途。

3、本实用新型的系统能效比高；能显著节省能源。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：

图1是本实用新型的中央空调系统结构简图；

图2是采用江水降温的中央空调楼层系统图；

图3是江水冷源空调器与水源热泵空调器双系统房间空调器大样图；

图4是水源热泵空调器、安装压缩机带热水腔的卫生热水加热器原理图；

图5是压缩机加装的热水腔结构示意图；

图6是可控止回电磁阀剖面图(件5)；

图7是三只动轴密封充压潜水泵图(件3)。

具体实施方式

如图1、2中，1-进水管道，1′-子进水管道，2-出水管道，3-水泵，4-框架结构滤网，5-可控止回电磁阀，6-分水器，7-清水池加水阀，8-分区加压水泵，9-清水池，10-系统清水置换泵，11-电磁阀，12-清水冲洗阀，13-江水冷源空调器，15-真空泵，16-负压空气罐，17-水轮发电机组，18-潜水水轮发电机组；

本实用新型的江水冷源中央空调系统，包括进水管道1、出水管道2和控制阀门、显示仪表等，在进水管道1的底端设置水泵3，水泵3放置在江、河、湖内以抽取水源，水泵3抽取的水源经进水管道1进入分水器6，分水器6分隔成一条以上的多条子进水管道1′，供应后面的多个单元的江水冷源中央空调系统需要的水源。如果楼层较高，水泵3的输送能力不能达到楼层的高度，就应在每条子进水管道1′或进水管道1上设置一台分区加压水泵8，或一台以上相互并联的多台分区加压水泵8，以保证进水管道1内或子进水管道1′的水源的压力，使水源能够达到需要的楼层高度，在分区加压水泵8上设置有电磁阀11，控制进水管道1或子进水管道1′的开启或关闭。在水泵3周围设置框架结构滤网4，以避免杂物等被抽吸到水泵3内，防止水泵3、进水管道1以及子进水管道1′上的相关阀门被堵塞、被损坏。在进水管道1设置止回电磁阀5，止回电磁阀5是电动控制阀，与水泵3连接，控制进水管道1或子进水管道1′的开启或关闭(详见图5的介绍)。控制阀门和显示仪表采用现有技术的装置，在此不作进一步的描述。

在进水管道1与出水管道2之间，或子进水管道1′与出水管道2之间，设置有一台以上的多台江水冷源空调器13，利用进水管道1内抽取的江水与环境空气的温度差、对建筑房间降温。进水管道1或子进水管道1′的水源进入江水冷源空调器13内，在风机吹动下与建筑房间进行热交换，起到夏天降温和冬天升温的作用，水源最后排入到出水管道2内。在高层建筑物内，每一个房间或一个单元内设置一台江水冷源空调器13，通过江水冷源空调器13在夏天产生低于环境温度的冷气，对建筑房间降温。用江水作为冷源的空调器是现有技术，在此不作进一步的描述。

在出水管道2的顶端或上部，设置有真空泵15和负压空气罐16，真空泵15的排气量根据空调系统大小选择，真空泵15安装在各分区出水管道2的顶端，安装高度要大于真空泵吸水高程。用真空泵15产生虹吸作用，利用大气压力增加系统流量。

在出水管道2的下部，设置有水轮发电机组17，利用出水管道2内的水源的势能进行发电。系统启动，水轮发电机组17在出水管道2垂直下落、带有重力加速度的水流冲击下、带动电动机开始加速运转，当达到电动机同步转速后、转速不再增加。随着水轮发电机组17输入功率的增加、电动机向电网可逆输出有功功率，并且效率很高，发的电返回供应水泵消耗电量，实现了内部循环消耗，利用了排水势能发电，进一步提高了系统能效比。

在出水管道2的未端，设置有潜水水轮发电机组18，进一步利用排水管道2内的水源的势能，用设置在江、河、湖内的潜水水轮发电机组18发电。潜水水轮发电机组18的发电原理和结构等与水轮发电机组17相同或类似。

图1具体设计了4个空调分区，分别采用不同扬程水泵供水。每个分区的进水管道1和出水管道2安装在建筑物的管道井内，楼层水平排水总管与排水立管相接处安装45度弯头，减少水阻。各分区排水立管在底层集中于水平汇流管排向江中，排水管出口没于长江175米水位线下，出口朝向下游。

在建筑内出水管道2上安装水轮发电机组17，现代江边高层建筑高达100米，空调排水立管内为负压，一栋大的高层建筑、江水空调排水立管流量达数千吨/小时，空调排水流在立管内为自由落体运动，在重力加速度下、其势能可以充分利用起来发电。

水泵3放置在江、河、湖内，根据实际情况选取一台或多台，图中所示是并联的三台。水泵3取水时，因管道阻力造成流量损失的因素，启动一台水泵为35％空调设计流量，启动2台为69％，启动3台为设计流量。

在分水器6后的一条子进水管道1′上，设置清水池加水阀7、清水池9、系统清水置换泵10和清水冲洗阀12，经清水池加水阀7向清水池9内加满水，并澄清。需要时，打开清水冲洗阀12，启动系统清水置换泵10，用清水池9内的清水冲洗空调系统。在河水很浑浊时，空调系统停机用户关机后、用水泵3和分区加压分区加压水泵8的集中水流分层冲洗系统，在集中控制室分层轮流打开水平楼层空调系统风机盘管空调器进水电磁阀(该电磁阀设计为双向控制开与关)用高速水流冲洗可能沉淀在系统中的泥浆20-30秒。分层冲洗完各系统后、关闭水泵3和分区加压分区加压水泵8；启动系统清水置换泵10，轮流打开各分区系统清水冲洗阀12，用经过沉淀处理的清水置换掉系统内浑浊水。

如图2中，进水管道1部分埋设在地下，通向江中与水泵3连通；采用分区加压分区加压分区加压水泵8对分区流量作3级调节。系统采用Y型过滤器，过滤河水杂质。部份高要求房间采用江水冷源空调器13与水源热泵机组空调器14双系统，满足高端用户制热需求。水源热泵机组空调器14增加安装卫生热水加热器，满足用户卫生热水需求。采用楼层水平系统流量调节组件开关电磁阀的方式调节水平楼层流量。

如图3中，20-配备双组空调的房间，21-只配备单组江水冷源空调器的房间，22-制冷压缩机，23-热水交换器，24-冷凝器，25-卫生热水循环泵，26-卫生热水循环管道，27-氟过滤器，28-节流管，29-氟风机盘管，30-风冷热交换末端空调器，3 1-传导热交换末端空调器；

由于江水与环境温度之间的温差通常都不是很大，使本实用新型的江水冷源空调器13产生的制冷效果与普通能源制冷的空调器相比；存在一定的差别，尤其是降温的速度、能达到的最高或最低温度等，存在明显的差异。所以；在部份高要求房间，配备双组空调的房间20内设置由江水冷源空调器13与水源热泵机组空调器14构成的双组空调空调系统，以增强制冷效果；在部分或全部江水冷源空调器13附近，设置水源热泵机组空调器14。水源热泵机组空调器14采用现有的电能带动制冷的方式和结构，只是其冷却形式采用水冷。在只配备单组江水冷源空调器的房间21内单配备江水冷源空调器13，江水冷源空调器13设置在在进水管道1或子进水管道1′和出水管道2之间。水源热泵机组空调器14包括制冷压缩机22、冷凝器24、氟过滤器27、节流管28和氟风机盘管29等，其冷凝器24与进水管道1和出水管道2相连接，或冷凝器24与子进水管道1′和出水管道2相连接，使进水管道1或子进水管道1′内的水源从冷凝器24的进水口进入冷凝器24内，与水源热泵机组空调器14进行热交换后，从冷凝器24的排水口排入出水管道2内，用进水管道1内的水源进行冷却降温。水源热泵机组空调器14作为现有技术，不作详细介绍。

为了充分利用水源热泵机组空调器14在制冷过程中产生的废热量，在制冷压缩机22上设置了热水交换器23，热水交换器23内的水经卫生热水循环泵25作用在卫生热水循环管道26内流动，与制冷压缩机22进行热交换后输送到储水箱内储存，以备家庭之用。水源热泵机组空调器14的压缩机22制冷时外壳温度通常为95℃度-110℃度，该温度完全可以利用起来加热卫生热水。方法为；加工一只外径比压缩机大20毫米的圆形热水腔焊接或粘接在压缩机上即可作为卫生热水热交换器。由温度控制器控制卫生热水强制循环或对流循环。卫生热水循环泵25功率在5-10W即可。

作为进一步的改进，本实用新型的江水冷源空调器13由风冷热交换末端空调器30和传导热交换末端空调器31串联而成，风冷热交换末端空调器30为水盘管风机吹动制冷，传导热交换末端空调器31为蛇形热交换器散热；江水冷源空调器13为水盘管风机与蛇形热交换器串联的结合，蛇形热交换器预埋在房间地面与墙壁上，自然水通过水盘管风机热交换，提高露点温度、保证预埋在房间地面和墙壁的蛇形管空调器不与墙壁产生结露现象。风冷热交换末端空调器30和传导热交换末端空调器31作为现有技术，在此不作进一步的说明。

空调器控制方式为：当用户将空调器设置为高冷时，江水冷源空调器与水源热泵机组空调器同时工作，当达到用户设置温度时、水源热泵机组空调器停止工作，江水冷源空调器继续工作。当用户设置为中冷或低冷时，水源热泵机组空调器不运转工作，河水冷源空调器运转工作，。当用户设置为中冷时江水冷源空调器风机高速运转，当用户设置为低冷时江水冷源空调器风机中速运转。电子数字显示温度控制器的整定值；温度控制器的整定范围值为、制冷27℃度-30℃度，制热；17℃度-20℃度，由用户自己调节。江水冷源空调器不作温度设定，只设定风机高速与中速运转和开关。氟风机盘管与水风机盘管在房间中的布置应该远一点，防止两台空调气流短路循环。

如图4中，32-热水储存桶，33-浮球阀；

在水源热泵机组空调器14的制冷压缩机22上设置了热水交换器23，热水交换器23内的水经卫生热水循环泵25作用在卫生热水循环管道26内流动，与制冷压缩机22进行热交换后输送到热水储存桶32内储存，在热水储存桶32内设置浮球阀33自动加水。

如图5，22-制冷压缩机，34-水接头，35-出水接头，36-热水腔；

本实用新型的热水交换器23套装在水源热泵机组空调器14的制冷压缩机22的外壳上，热水交换器23内设置中空的热水腔36，热水腔36上设置有进水接头34和出水接头35，水源经进水接头34进入热水腔36内，与高温的制冷压缩机22的外壳进行热交换后，经出水接头35进入卫生热水循环管道26内，最后输送到热水储存桶32内储存、待用。

如图6中，5-可控止回电磁阀，38-阀体，39-阀腔，40-法兰盘，41-密封环，42-密封阀板，43-铁板，44-可控止回电磁铁，45-电磁线圈，46-转动座；

本实用新型的可控止回电磁阀5，包括阀体38和阀腔39，经法兰盘40与其他部件连接；在阀腔39进口处设置有密封环41，在阀腔39内设置可转动的密封阀板42，如果密封阀板42选用不锈钢，则在密封阀板42上设置铁板43，密封阀板42或其上的铁板43与电磁铁44产生磁力相吸或排斥，使密封阀板42围绕转动座46转动，达到打开或关闭阀腔39进口的作用。电磁铁44与电磁线圈45连接，在外接的电流控制作用下，电磁铁44产磁力，作用在密封阀板42或其上的铁板43上。密封环41上表面与电磁铁44的吸合端面不平行，也不垂直，相互之间形成一倾角，保证密封阀板42的开启角度，减小水流的冲击和阻力。可控止回电磁阀5、它的作用为；利用它的可控止回特征，即、电磁线圈的通电与关电。用系统的倒向水流和潜水泵的轮流启动，用倒向水流冲洗江水滤网。

如图7中，3-水泵，50-防水电缆密封接线盒，51-轴承，52-水泵轴，53-电动机转子，54-电动机定子，55-润滑密封油加注接口，56-润滑密封油循环管道，57-压力容器，58-轴动密封，59-水泵法兰盘，60-润滑密封油储存腔，61-制冷剂储存腔，62-制冷剂管道，63-过滤器，64-制冷剂加注口，65-减压器，66-水泵叶轮，67-进水口，68-出水口；

本实用新型的水泵3，由于处于混水下工作，对其密封、润滑等性能就有更高的要求。水泵3也是系统最昂贵的一个部件，每次维修都需要采用吊车，维修费用高昂。为了提高工作可靠性、延长维修周期，需要特别设计保护措施。它是在普通水泵、双动轴密封的基础上，在电动机轴承室端、增加安装一只轴动密封58，进一步提高动密封可靠性。水泵3包括防水电缆密封接线盒50、轴承51、水泵轴52、电动机转子53、电动机定子54、润滑密封油加注接口55、三只轴动密封58、水泵法兰盘59、水泵叶轮66、进水口67、出水口68等部件，只是在原有的两道轴动密封的基础上，增加安装一只轴动密封58。设置压力容器57，压力容器57通过润滑密封油循环管道56与水泵3的腔体连接，图中通过润滑密封油加注接口55与水泵3的腔体连接连接，将储存在压力容器57内的润滑、密封油输送到水泵3内，对轴承51、水泵轴52、电动机转子53、轴动密封58等进行润滑，对水泵3的腔体进行加压，使水泵3腔体内的压力大于外部水源的压力，阻止从进水口67进入的水源从水泵轴52与三只轴动密封58之间的微小缝隙进入水泵3的腔体内，或者因渗漏、泄漏等进入水泵3的腔体内，损坏水泵3。

压力容器57上部是润滑密封油储存腔60，下部是制冷剂储存腔61，分别储存润滑、密封油和制冷剂，润滑、密封油选用现有的润滑油，制冷剂选用R-114制冷剂。R-114制冷剂，标准大气压下蒸发温度3.56℃度。水泵夏天在江水中的深度在5-12米之间，夏天江水温度在22-25℃度，R-114制冷剂的饱和蒸汽压力高于大气与江水压力，制冷剂通过毛细铜管和减压器与油储存室接通，将减压器的压力整定在稍高于江水压力即可。制冷剂通过制冷剂加注口64加注到制冷剂储存腔61内，制冷剂储存腔61通过制冷剂管道62与润滑密封油储存腔60连通，使制冷剂进入到润滑密封油储存腔60的上方，对润滑、密封油产生一个设定的压力，使润滑密封油储存腔60内的润滑、密封油自动经润滑密封油循环管道56进入水泵3的腔体内。在制冷剂管道62上设置有过滤器63和减压器65等部件，减压器65密封在防水盒内。制冷剂管道62是套装在铜管中的毛细铜管。润滑密封油循环管道56连接水泵3腔体内的电动机室与压力容器57的润滑密封油储存腔60。

本实用新型的水泵3的工作原理：增加安装一只电动机轴承室端轴动密封58，进一部减少泄漏机率；压力容器57的润滑油，能提高密封与散热性能，R-114制冷剂通过制冷剂管道62充压润滑密封油储存腔60、利用制冷剂充压、抵抗大气与水压对水泵的压力。

水泵夏天工作时，因浑水的磨损和其它因素，润滑密封油微量泄漏，润滑密封油储存腔60的油自动补充水泵3腔体内的电动机室；随着使用年限的增加，润滑密封油储存腔60的油泄漏完毕，R-114制冷剂的饱和蒸汽通过减压器65从制冷剂管道62、润滑密封油循环管道56进入水泵3腔体内的电动机室，电动机室的压力仍然高于大气与江水压力，电动机室的油在底部、不会泄漏，仍然可以冷却与润滑电动机。

随着使用年限的继续增加，R-114制冷剂不断的释放饱和蒸汽，直到R-114制冷剂泄漏完毕，水在大气与江水压力下开始逐渐进入电动机室、并流向防水电缆密封接线盒50的底端，可以在防水电缆密封接线盒50底端设置报警信号电阻，该电阻一端接水泵电源，一端距离电缆接线盒金属底面10毫米，当进入的水达到10毫米高度，报警信号电阻一端接触水面，报警信号电阻向水放电，安装在集中控制室的泄漏电流信号互感器产生感应电压信号，利用这个信号发出水泵漏水报警。三相电源合成电动势为零，互感器铁心套装三相线，当报警信号电阻有电流通过，在集中控制室的互感器、产生感应电压、利用这个信号，发出漏水报警信号。

冬天江水平面低，大气与江水对水泵形成的压力低。冬天长江水温度9-13℃度，R-114制冷剂的饱和蒸汽压力自动降低、但仍然高于大气与江水形成的压力，R-114制冷剂的饱和蒸汽压力未泄漏完前、水不会进入水泵。水泵的热量通过冷却润滑油和油循环管和泵外壳自然对流散热，降低水泵热量。制冷剂管道62的毛细管与减压器限制了液体制冷剂进入油中，过滤器保证毛细管畅通。设置在水泵3腔体内的耐油气球69消除油温度变化引起的体积膨胀。

水泵采用多节法兰盘止口固定结构、静密封连接。密封油储存腔，R-114制冷剂充压储存腔、大大的延长了水泵检修年限。报警信号电阻，泄漏电流信号互感器、保证了大型水泵的安全。

安装水深度浅的潜水泵和南方地区可以加注R-21制冷剂，它在标准大气压下蒸发温度8.9℃度，或R-133a制冷剂，标压蒸发温度6.1℃度，临时使用、工作时温度高于25℃度的浅水潜水泵可以加R-11制冷剂，深井潜水泵可以选择其它制冷剂，达到平衡与稍高于最高工作水压力。采用加注R-21以下的低压制冷剂可以不用减压器。采用该方法对潜水充压；延长了潜水泵检修周期。

Claims (10)

1、采用虹吸原理用江水作冷源的中央空调系统，包括进水管道(1)、出水管道(2)、可控止回电磁阀(5)、控制阀门和显示仪表；其特征在于：进水管道(1)底端设置水泵(3)；在进水管道(1)和出水管道(2)之间，设置有一台以上的江水冷源空调器(13)；在排水管道(2)的下部，连接有水轮发电机组(17)。

2、根据权利要求1所述的采用虹吸原理用江水作冷源的中央空调系统，其特征在于：在出水立管(2)的上部连接真空泵(15)。

3、根据权利要求1或2所述的采用虹吸原理用江水作冷源的中央空调系统，其特征在于：在部分江水冷源空调器(13)附近，设置水源热泵机组空调器(14)；水源热泵机组空调器(14)的冷凝器(24)与子进水管道(1′)和出水管道(2)相连接，或与进水管道(1)和出水管道(2)相连接，使进水管道(1)或子进水管道(1′)内的水源进入冷凝器(24)内，与水源热泵机组空调器(14)进行热交换后，从冷凝器(24)的排水口排入出水管道(2)内。

4、根据权利要求3所述的采用虹吸原理用江水作冷源的中央空调系统，其特征在于：在水源热泵机组空调器(14)的制冷压缩机(22)外壳上设置热水交换器(23)，热水交换器(23)内的水经卫生热水循环泵(25)作用在卫生热水循环管道(26)内、再流过制冷压缩机(22)外壳、后输送到热水储存桶(32)内储存。

5、根据权利要求4所述的采用虹吸原理用江水作冷源的中央空调系统，其特征在于：在制冷压缩机(22)外壳上设置的热水交换器(23)有一中空的热水腔(36)，热水腔(36)上设置有进水接头(34)和出水接头(35)。

6、根据权利要求4所述的采用虹吸原理用江水作冷源的中央空调系统，其特征在于：在一条子进水管道(1′)上，设置清水池加水阀(7)、清水池(9)、系统清水置换泵(10)。

7、根据权利要求1或2所述的采用虹吸原理用江水作冷源的中央空调系统，其特征在于：江水冷源空调器(13)由风冷热交换末端空调器(30)和传导热交换末端空调器(31)串联而成，风冷热交换末端空调器(30)为水盘管风机，传导热交换末端空调器(31)为蛇形热交换器。

8、根据权利要求1或2所述的采用虹吸原理用江水作冷源的中央空调系统，其特征在于：在可控止回电磁阀(5)的阀腔(39)进口处设置有密封环(41)，在阀腔(39)内设置可转动的密封阀板(42)，密封阀板(42)或其上的铁板(43)与电磁铁(44)产生磁力相吸，密封阀板(42)围绕转动座(46)转动；电磁铁(44)与电磁线圈(45)连接。

9、根据权利要求1或2所述的采用虹吸原理用江水作冷源的中央空调系统，其特征在于：所述的水泵(3)是三只轴动密封(58)。

10、根据权利9所述的采用虹吸原理用江水作冷源的中央空调系统，其特征在于：所述水泵(3)的腔体通过管路与压力容器(57)连接。

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