CN203163134U - 一种节能水冷式热泵空调装置 - Google Patents

一种节能水冷式热泵空调装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型是一种节能水冷式热泵空调装置,该空调装置设有冷却循环水系统、媒介循环水系统、制冷剂回路和控制柜(7),在制冷过程中利用水冷却制冷剂;该空调装置利用媒介循环水作为介质向室内空调装置输入冷、热量,或者利用制冷剂作为介质向室内空调装置输入冷、热量。本实用新型省去了空调设备机房,节省了室内空间和冷却水管道购置、安装和日常维护的投入成本。

Description

一种节能水冷式热泵空调装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及暖通空调领域,特别涉及一种制冷时利用冷却塔水循环散热,制热时利用热泵原理制热的空调机。
背景技术
[0002] 在现有的暖通空调技术领域中,特别是利用冷却塔水循环降温的水冷式中央空调机组,制冷时机组能效比高(C0P值),可高达5.0以上,但是冬季不能制热,需外加电、燃气、燃煤锅炉等热源供热。风冷式热泵空调机组,虽然具有制热功能,但制冷时能效比较低,只有2.8左右,不利于节能环保。
[0003]目前大部分水冷式空调生产厂商在宣传机组能效比时,只将主机输出的冷量和输入功率之间的比值认定为该机组的能效比,其实这种算法存在误区。目前较为先进的水冷空调机组其输出的冷量和输入的功率比值,即公称能效比都能达到5.0以上,但是其综合能效比远没有这么高。因为水冷式中央空调主机运行时冷却水泵、媒介水泵也必须同时运行,那么在计算能效比时必须要将水泵的能耗计算在内。中央空调系统是一个比较复杂的系统,主机和末端设备要靠建筑设计院的暖通系统设计师设计选型。如水泵选型时他们往往会考虑建筑物的高度及冷却塔的摆放位置等因素,若建筑物比较高,他们会将冷却水泵、媒介水泵输出功率的余量放的很大,导致空调系统的综合能效比大大降低,有的只能达到
3.0左右。
[0004] 例如远安国际大酒店(湖北远安县)一台(共两台I用I备)上海开利空调公司生产的30HXC130水冷式中央空调机组,制冷量464KW的,压缩机输入功率98KW,能效比4.7。暖通系统设计师在安装设计时,选用的冷却水泵是45KW (共3台I用2备),媒介水泵37KW(共3台I用2备),根据计算其综合能效比只有2.6,导致大量的电能消耗在水泵上。类似这样的例子还有很多。
发明内容
[0005] 本实用新型所要解决的技术问题是:提供一种节能水冷式热泵空调装置,以克服上述技术存在的问题。
[0006] 本实用新型解决其技术问题采用以下的技术方案:
[0007] 本实用新型提供的节能水冷式热泵空调装置,主要由冷却塔部分和设备间部分组成,冷却塔部分位于设备间部分的上部,或者并排摆放,其中:所述冷却塔部分包括冷却塔、布水管、布水器、水冷散热片组、接水盘、热交换器、风挡和管道;所述冷却塔,其一端装有集水槽,其顶部装有风机,风挡安装在冷却塔侧面的热交换器的下面。所述设备间部分内设有控制柜、压缩机、冷凝器、节流元件、蒸发器、储液罐、媒介水泵、冷却泵以及多个电动阀、单向阀、管道。
[0008] 本实用新型提供的节能水冷式热泵空调装置,设有冷却水循环系统、媒介水循环系统、制冷剂回路和控制系统,其中:在制冷过程中利用水冷却制冷剂,制热过程中利用制冷剂蒸发吸收空气中的热量;该空调机利用媒介水循环作为介质向室内空调机输入冷、热量,或者利用制冷剂作为介质向室内空调机输入冷、热量。
[0009] 所述冷却水循环系统主要由冷却水泵与冷凝器、冷却塔组成,其中:冷却水泵的出水口通过管道与冷凝器的2D端相连,冷凝器的2C端通过管道、布水管与布水器相连,布水器与水冷散热片组、接水盘相连,接水盘与集水槽相连,集水槽的出水口与冷却水泵的进水口相连。
[0010] 所述媒介水循环系统可以包括媒介水泵、冷凝器与蒸发器,其中:媒介水泵的出口通过管道与蒸发器的4C端相连,蒸发器的4D端通过管道与通往室内空调装置的进水管相连,由室内空调装置引出的出水管与媒介水泵的进水口相连,组成制冷模式时的媒介水循环系统;媒介水泵的出口还通过管道与冷凝器的2D端相连,冷凝器的2C端通过管道与通往室内空调装置的进水管相连,由室内空调装置引出的出水管与媒介水泵的进水口相连,组成制热模式时的媒介水循环系统。
[0011] 所述制冷剂回路主要由压缩机与冷凝器、节流元件、蒸发器、热交换器、多个电动阀、多个单向阀组成,其中:压缩机的排气口通过管道、第三电动阀与冷凝器的2A端相连,冷凝器的2B端通过管道与节流元件相连,节流元件通过管道、第四电动阀再与蒸发器的4A端相连,蒸发器的4B端通过管道与压缩机的吸气口相连,由此组成一个制冷模式的制冷剂循环回路;压缩机的排气口还通过管道、第三电动阀与冷凝器的2A端相连,冷凝器的2B端通过管道与节流元件相连,节流元件通过管道、第二单向阀与热交换器的3B端相连,热交换器的3A端通过管道、第一电动阀与压缩机的吸气口相连,由此组成一个制热模式的制冷剂循环回路。
[0012] 所述控制系统是控制柜,它通过导线与压缩机、媒介水泵、冷却水泵、风机、风挡、节流元件、多个电动阀、多个流量开关、多个温度传感器、多个压力传感器相连,控制这些部件的开、关或启动、停止。
[0013] 当节能水冷热泵空调装置设有多个制冷剂回路组成时,安装在冷却塔顶部的风机也有多个,每个制冷剂回路的风机之间设置风道隔板,以防止停止和运行的风机间出现串风现象。
[0014] 本实用新型可以取消所述媒介水循环系统中的媒介水泵、蒸发器、流量开关、多个电动阀、多个温度传感器,利用制冷剂作为介质向室内空调装置输入冷、热量;该制冷剂回路中,压缩机的排气口通过管道与四通阀的19A端相连,四通阀的19B端通过管道、第三电动阀与冷凝器的2A端相连,冷凝器的2B端通过管道与节流元件相连,节流元件通过管道与室内空调装置相连,室内空调装置与四通阀的19D端相连,四通阀的19C端通过管道与储液罐的6A端相连,储液罐的6B端与压缩机的吸气口相连,由此组成一个制冷模式的制冷剂循环回路;该制冷剂回路中,压缩机的排气口还通过管道与四通阀的19A端相连,四通阀的19D端通过管道与室内空调装置相连,室内空调装置通过管道、节流元件与热交换器的3B端相连,热交换器的3A端通过管道、第二电动阀与四通阀的19B端相连,四通阀的19C端通过管道与储液罐的6A端相连,储液罐的6B端与压缩机的吸气口相连,由此组成一个制热模式的制冷剂回路。
[0015] 本实用新型与现有技术相比具有以下的主要优点:
[0016] (I)与传统的水冷空调比增加了制热功能,降低了初装时的设备投入。[0017] 本空调装置公开了一种节能水冷式空调机,同时具备制冷制热功能,制冷时与传统的水冷式空调机一样,制冷剂米用冷却塔水冷却的方式冷却,压缩机的排气压力低,能效比高。所不同的是,本空调机具有制热功能,用户选用本装置后,无需选用低能效比的电、气、煤锅炉等其它空调供热设备,大大降低了初装时的设备投入和后期的使用成本。
[0018] (2)与传统的风冷式热泵空调比,能效比高环保节能。
[0019] 本空调装置公开了一种节能水冷式空调机,是一种冷暖两用空调机。众所周知,水冷式空调机制冷时的能效比要高于风冷式热泵空调,目前市场上销售的水冷式空调机组如美国开利、美国约克、美的、格力等品牌水冷空调机,主机的能效比都在5.0以上。而上述品牌的风冷式热泵空调机组制冷模式运行时,采用风冷冷却制冷剂,压缩机的排气压力高,所以能效比也就较低,大多数机组的能效比只有3.0-3.6左右。因此,该空调机夏季制冷时采用水冷方式冷却制冷剂,其主机能效比也同样可达5.0以上,由于采用了主机、循环水泵一体式设计,综合能效比比传统空调更高。
[0020] (3) 一体化设计,与传统的空调装置比,综合能效比更高。
[0021] 本空调装置采用一体化设计,媒介水泵、冷却水泵都位于本设备内部,其功率都是专业技术人员根据本空调机的制冷(热)量设计,无须暖通系统设计师设计选型。例如上述的远安国际大酒店的空调系统,若选本空调机组,其冷却水泵功率只需7.5KW,媒介水泵也只需11KW,那么该空调系统的综合能效比可达4.0以上,远远高于其现有空调2.6的综合能效比。且冷却水泵可根据冷量的变化自动调整频率,压缩机卸载停机时,冷却水泵可停止运行,压缩机再次启动时水泵自动启动,大大降低能耗。
[0022] 当室外温度35度时,冷却水温度35度时,通过试验测得一台该空调机制冷运行时的参数如下:压缩机输入功率93KW,冷却水流量100m??/h,冷却水泵功率7.5KW,媒介水流量80 m??/h,媒介水泵功率11KW,制冷运行一个小时,产生了 479KW的冷量。其公称能效比
5.15 ;其综合能效比4.3。
[0023] 当室外温度7度时,通过试验测得一台该空调装置制热时的参数如下:压缩机输入功率91KW,媒介水流量80 m??,媒介水泵功率11KW,制热运行一小时,产生了 329KW的热量。其公称能效比3.62 ;其综合能效比3.23。
[0024] 通过以上实验可知:该空调机在制热时能效比与传统空调相当,但在制冷时比传统的热泵空调能效比要高出40%以上,综合能效比则更高。如一栋30000 m2的写字楼,夏天制冷过程中每小时大约须冷量3600KW,若选用传统的热泵空调每小时耗电量=3600 + 3.6(C0P值)=1029KW,而选用该节能水冷式空调机,夏天制冷时每小时耗电量=3600 + 5.15CC0P值)=699KW,每小时可节电329度,每天运行10小时可节电3300度,每度电按商业电价I元计算,每月可节约电费10万元,每年制冷运行5个月可节约电费50万元以上,因此经济效益相当可观。
[0025] (4)与传统的空调装置比,节省了设备安装空间和冷却水管道,降低了安装成本。
[0026] 本空调装置安装在室外,如楼顶或楼下空地,采用一体化设计,媒介水泵、冷却水泵都位于本设备内,因此与传统的水冷空调比,省去了空调设备机房,节省了大量的室内空间,和冷却水管道购置、安装和日常维护的投入成本。
[0027] 据测算选用该空调减少了机房后降低了建设成本约10%,节省了冷却水管道的购置和安装,再降低建设 成本约20%。减少了大量的冷却水管道,日常维护成本也会大量降低。因此选用该空调可降低总建设成本约30%以上。
附图说明
[0028] 图1是本实用新型空调装置实施例1和实施例2的结构透视示意图。
[0029] 图2是本实用新型空调装置实施例1制冷模式运行时,冷却水、媒介水、制冷剂流向图。
[0030]图3是本实用新型空调装置实施例1制热模式运行时,媒介水、制冷剂流向图。
[0031] 图4是本实用新型空调装置实施例1制热模式运行时,除霜功能启动媒介水、制冷剂流向图。
[0032] 图5是本实用新型空调装置实施例2制冷模式运行时,冷却水、制冷剂流向图。
[0033] 图6是本实用新型空调装置实施例2制热模式运行时,制冷剂流向图。
[0034] 图7是本实用新型空调装置实施例2制热模式运行时,除霜功能启动后制冷剂流向图。
[0035] 图8是本实用新型空调装置实施例1、2的控制原理框图。
[0036] 图中:1.压缩机;2.冷凝器;3.热交换器;4.蒸发器;5.节流元件;6.储液罐;
7.控制柜;8.第一电动阀;9.第二电动阀;10.第三电动阀;11.第四电动阀;12.第五电动阀;13.第六电动阀;14.第七电动阀;15.第八电动阀;16.第一单向阀;17.第二单向阀;18.第三单向阀;19.四通阀;20.媒介水泵;21.冷却水泵;22.布水管;23.布水器;24.水冷散热片组;25.接水盘;26.集水槽;27.风道隔板;28.风机;29.风挡;30.第一温度探头;31.第二温度探头;32.第三温度探头;33.第四温度探头;34.第五温度探头;35.第一流量开关;36.第二流量开关;37.第一压力探头;38.第二压力探头;39.室内空调装置。
具体实施方式
[0037] 本实用新型提供的节能水冷式热泵空调装置,其夏天制冷时利用冷却塔水循环散热,能效比可达5.0以上,媒介水泵、冷却水泵安装在冷却塔下面的设备间内,水泵选型时无需考虑冷却塔的摆放位置和建筑物的高度,只需根据该空调机实际制冷(热)量选型,所以选型出的水泵功率可以比传统的中央空调选型功率大大降低,因此综合能效比更高。
[0038] 下面结合实施例1及附图对本装置作进一步说明,但并不局限于下面所述内容。
[0039] 实施例1:利用媒介水作为介质向室内输入冷、热量的一种节能水冷式热泵空调
>J-U装直。
[0040] 本实施例提供的装置比传统的风冷热泵空调装置节能30%以上,其结构如图1所示;其运行原理如图2、图3、图4所示;其控制系统的原理框图如图8所示。
[0041] 本实施例提供的是一种节能水冷式热泵空调装置,主要由冷却塔部分和设备间部分组成。设有冷却水循环、媒介水循环、控制、制冷剂回路四大系统。利用媒介水作为介质向室内输入冷、热量。夏季制冷采用水冷却方式冷却制冷剂,冬季利用热泵工作原理制热。设备间部分在冷却塔部分的下部(设备间和冷却塔部分也可以并排摆放),它们之间由多条管道和导线相连。
[0042] 所述冷却塔部分设有布水管22、布水器23、水冷散热片组24、接水盘25、集水槽26、热交换器3、风机28、风道隔板27、风挡29以及部分管道等。其中:风机28、布水器23安装在冷却塔的顶部,水冷散热片组24、接水盘25、集水槽26安装在冷却塔的内部。热交换器3安装在冷却塔的侧面,风挡29安装在热交换器3的下面。
[0043] 所述设备间部分内设有控制柜7、压缩机1、冷凝器2、节流元件5、蒸发器4、储液罐6、媒介水泵20、冷却泵21,以及多个电动阀、单向阀、管道等。其中:媒介水泵20、冷却泵21安装在靠近冷却塔下部集水槽26的一端;并排安装的冷凝器、蒸发器和安装在它们上面的压缩机I安装在媒介水泵20和冷却泵21的前面;储液罐6安装在压缩机I的吸气管上;控制柜7安装在设备间的侧墙板上;节流元件5、多个电动阀、多个流量开关、多个压力开关、多个温控器安装在与它们的功能相对应的管道上。
[0044] 所述冷却水循环系统设有冷却泵21与冷凝器2、布水管22、布水器23、水冷散热片组24、接水盘25、集水槽26等。
[0045] 所述媒介水循环系统设有媒介水泵20、冷凝器2、蒸发器4、多个电动阀、延伸至室内的管道、室内空调装置39等;
[0046] 所述制冷剂循环回路设有压缩机1、冷凝器2、节流元件5、蒸发器4、热交换器3、储液罐6、多个电动阀、多个单向阀等。
[0047] 所述控制系统中,控制柜7为本装置的控制中心,它通过导线与压缩机1、媒介水泵20、冷却水泵21、风机28、风挡29、节流元件5、多个电动阀、多个流量开关、多个温度传感器、多个压力传感器相连,控制这些部件的开关或启动、停止。
[0048] 所述冷却水循环系统中,冷却水泵21的出口通过管道、第一单向阀16与冷凝器2的2D端相连,2C端通过管道、第八电动阀15、布水管22与布水器23相连,布水器23与水冷散热片组24、接水盘25相连,接水盘25与集水槽26相连,集水槽26的出水口(图1中的C点)与冷却水泵21的进口相连。
[0049] 所述媒介水循环系统中,媒介水泵20的出口通过管道、第六电动阀13与蒸发器4的4C端相连,蒸发器4的4D端通过管道与室内空调装置39相连,室内空调装置39通过管道与媒介水泵20的进水口相连,由此组成一个制冷模式时的媒介水循环系统;
[0050] 所述媒介水循环系统中,媒介水泵20的出口还通过管道、第五电动阀12与冷凝器2的2D端相连,2C端通过管道、第七电动阀14与室内空调装置39相连,室内空调装置39通过管道与媒介水泵20的进口相连,由此组成一个制热模式时的媒介水循环系统;
[0051] 所述制冷剂循环回路中,压缩机I的排气口通过管道、电动阀10与冷凝器2的2A端相连,冷凝器2的2B端通过管道与节流元件5相连,节流元件5通过管道、电动阀11再与蒸发器4的4A端相连,蒸发器4的4B端通过管道与储液罐6的6A端相连,6B端与压缩机I的吸气口相连,由此组成一个制冷模式的制冷剂循环回路;
[0052] 所述制冷剂循环回路中,压缩机I的排气口还通过管道、电动阀10与冷凝器2的2A端相连,冷凝器2的2B端通过管道与节流元件5相连,节流元件5通过管道、第二单向阀17与热交换器3的3B端相连,热交换器3的3A端通过管道、第一电动阀8与储液罐6的6A端相连,6B端与压缩机I的吸气口相连,由此组成一个制热模式的制冷剂循环回路;
[0053] 所述制冷剂循环回路中,压缩机I的排气口还通过管道、第二电动阀9与热交换器3的3B端相连,热交换器3的3A端通过管道、第三单向阀18与节流元件5相连,节流元件5通过管道、第四电动阀11再与蒸发器4的4A端相连,蒸发器4的4B端通过管道与储液罐6的6A端相连,6B端与压缩机I的吸气口相连,由此组成一个制热模式除霜功能启动时的制冷剂循环回路。
[0054] 所述水冷散热片组24是由多块带有凸凹表面的水冷散热片组成,它们安装在冷却塔的两侧,水冷散热片组24的外侧安装有热交换器3,它们之间设有防止溅水的百叶片。
[0055] 所述布水管22,是由接在冷却水泵21出水口的主管分成的多根支管组成,支管的一端与总管相连,另一端与布水器23相连。
[0056] 所述布水器23,是底部开有很多小孔的水槽,由冷却水泵21送来的冷却水通过布水管注入水槽后,通过其底部的小孔均匀的将水分布在水冷散热片组24的顶上,再流到接水盘25内。
[0057] 所述接水盘25,安装在水冷散热片的底部,收集通过水冷散热片组24冷却后的冷却水。与集水槽26相连的一端较低,便于被冷却的水快速的流入集水槽26。
[0058] 所述集水槽26安装在冷却塔的一端,其开放式的接口用于接收来自接水盘25冷却水,其内部安装有自动补水的浮球阀,其下部设有出水口 C通过管道与冷却水泵21的进水口相连。
[0059] 所述风机28安装在冷却塔的顶部,当该空调装置由多个制冷剂回路组成时,每个制冷剂回路的风机之间可设置风道隔板27,以防止停止和运行的风机间出现串风现象。
[0060] 所述冷凝器2安装在设备间内,制冷模式运行时,作为高温高压的气态制冷剂向冷却水释放热量的热交换器。制热时作为高温高压气态制冷剂向媒介水释放热量,加热媒介水的热交换器。
[0061] 所述蒸发器4,安装在设备间内,制冷或除霜模式运行时,作为低温低压的液态制冷剂蒸发吸收媒介水热量的热交换器。
[0062] 所述热交换器3,安装在冷却塔水冷散热片组24的外部,制热模式运行时,作为制冷剂蒸发吸收空气中热量的蒸发器;除霜模式运行时,作为制冷剂向热交换器3铜管释放热量融化霜层的热交换器。
[0063] 所述节流元件5,作为各种模式运行时根据冷凝器、蒸发器压力、温度的变化,调节控制制冷剂流量的关键元件,它可以是热力式、电子式、浮阀式等多种形式。
[0064] 所述电动阀,根据设备功率、流量大小以及阀体内流动的介质不同,选用的型号也不同,它可以是电磁阀、电动蝶阀、电动二通阀等。
[0065] 所述风挡29安装在热交换器3的下部,制冷运行时打开,增加水冷散热片组24的通风量。制热运行时关闭,使室外空气只能通过热交换器3的翅片缝隙。
[0066] 参见图1、图2、图3、图4、图10,图1中的A、B、C、D点分别与图2、图3、图4中与之对应的A、B、C、D点相连。本实施例1提供的装置的工作过程如下:
[0067] (I)制冷模式运行时冷却水、媒介水循环系统、制冷剂回路流程:
[0068] 如图2所示,当该空调装置启动制冷模式运行时,控制柜7打开第三电动阀10、第四电动阀11、第六电动阀13、第八电动阀15、风挡29,关闭第一电动阀8、第二电动阀9、第五电动阀12、第七电动阀14。制冷剂循环回路、冷却水循环系统、媒介水循环系统形成制冷模式通路。
[0069] 控制柜7启动媒介水泵20、冷却水泵21,当检测到第一流量开关35、第二流量开关36反馈的水流量正常信号后,启动压缩机1,压缩机I排出的高温高压气体通过管道、第三电动阀10、冷凝器2的2A端进入冷凝器2,与冷凝器2内的冷却水进行热交换后,冷凝形成高温高压的液态制冷剂,再经冷凝器2的2B端通过管道进入节流元件5,节流后形成低温低压的液态制冷剂,再通过管道、第四电动阀11、蒸发器4的4A端进入蒸发器4,与蒸发器4内的媒介水进行热交换,液态制冷剂蒸发形成低温低压的气态制冷剂,再通过蒸发器4的4B端通过管道进入储液罐6的6A端,再经储液罐6的6B端进入压缩机I的吸气口,由此形成一个制冷模式运行制冷剂循环回路。
[0070] 冷却水泵21启动后,冷却水通过管道进入冷凝器2的2D端,与冷凝器内的制冷剂进行热交换后经冷凝器2的2C端通过管道经第八电动阀15、布水管22进入布水器23,通过布水器23的很多小孔流出,均匀的散在水冷散热片组24上,在其表面形成一层水膜之后再落在接水盘25上,最后回到集水槽26,再通过管道进入冷却水泵21的进口。控制柜7则根据冷却水的温度变化自动启停风机28,风机28启动后大量的空气经热交换器3的翅片缝隙以及开启的风挡29,快速通过散热片组24的表面,加快水膜的蒸发,从而快速降低冷却水水温。由此形成一个冷却水循环系统。
[0071] 媒介水泵20启动后,水流通过管道经第六电动阀13进入蒸发器4的4C端进入蒸发器4,与蒸发器4内的制冷剂热交换后经4D端通过管道流入室内空调装置39,与室内空气进行热交换后,再通过管道回流到媒介水泵20的进口,由此形成媒介水循环系统。
[0072] 控制柜7根据第一温度探头30、第二温度探头31、第三温度探头32、第四温度探头33、第一压力探头37、第二压力探头38反馈的温度和压力信号实时的调整压缩机I的排气量,达到加、减载的目的。控制柜7还可以根据第一温度探头30、第二温度探头31反馈的温度信号,实时调整冷却水泵21的频率,达到节能的目的。
[0073] (2)制热模式运行时媒介水循环系统、制冷剂回路流程:
[0074] 如图3所示,当该空调装置启动制热模式时,控制柜7打开第一电动阀8、第三电动阀10、第五电动阀12、第七电动阀14。关闭第二电动阀9、第四电动阀11、第六电动阀13、第八电动阀15、风挡29。冷却水循环系统关闭,媒介水循环系统、制冷剂回路系统形成制热运行通路。
[0075] 控制柜7启动媒介水泵20,当检测到第一流量开关35反馈的水流量正常的信号后,启动压缩机1,压缩机I排出的高温高压气体通过管道、第三电动阀10、冷凝器2的2A端进入冷凝器2,与冷凝器2内的媒介水进行热交换后,冷凝形成高温高压的液态制冷剂,再经冷凝器2的2B端通过管道进入节流元件5,经节流元件5节流后形成低温低压的液态制冷剂,通过管道、第二单向阀17、经热交换器3的3B端进入热交换器3,通过风机28的作用与室外空气进行热交换,蒸发形成低温低压的气态制冷剂,经热交换器3的3A端通过管道、第一电动阀8进入储液罐6的6A、6B端,回流至压缩机I的吸气口,由此制冷剂形成一个完整的制热循环回路。
[0076] 媒介水泵20启动后水流通过管道经第五电动阀12、冷凝器2的2D端进入冷凝器2,与冷凝器2内的制冷剂进行热交换后经冷凝器2的2C端、第七电动阀14进入室内空调装置39与室内空气进行热交换后,通过管道回流至媒介水泵20,由此形成一个媒介水循环系统。
[0077] (3)制热模式运行时除霜功能启动后媒介水循环系统、制冷剂回路流程:
[0078] 如图4所示:当该空调装置处于制热模式运行时,若室外环境温度较低,运行一段时间后,热交换器3的表面会形成一层霜,当霜层达到一定厚度,装在热交换器3上的第五温度探头34将需除霜的信号反馈给控制柜7,控制柜7打开第二电动阀9、第六电动阀13,关闭第三电动阀10、第五电动阀12、第七电动阀14。媒介水经媒介水泵20通过管道、第六电动阀13进入蒸发器4的4C端,与蒸发器4内的制冷剂进行热交换后,经蒸发器4的4D端通过管道进入室内空调装置39,再通过管道回到媒介水泵20,由此形成一个除霜状态媒介水循环系统。压缩机I排出的高温高压气态制冷剂通过管道、第二电动阀9、热交换器3的3B端进入热交换器3,与霜层进行热交换后形成高温高压液态制冷剂,经热交换器3的3A端通过管道、第三单向阀18进入节流元件5节流后形成低温低压的液态制冷剂,再经第四电动阀11、蒸发器4的4A端进入蒸发器4,与蒸发器4内的水进行热交换后,经蒸发器4的4B端、储液罐6的6A端进入储液罐6,再经储液罐6的6B端进入压缩机I的吸气口,由此形成一个完整的除霜循环。
[0079] 当除霜过程已完成时,第五温度探头34将信息反馈给控制柜7,控制柜7立即打开第三电动阀10、第五电动阀12、第七电动阀14。关闭第二电动阀9、第四电动阀11、第六电动阀13,该空调装置又返回到制热运行模式制冷剂循环回路。
[0080] (4)如图8所示,控制系统中的控制柜7为本装置的控制中心,它通过导线与冷却水系统中的冷却水泵21、风机28、风挡29、第八电动阀15相连,根据温度、压力的变化,实时的调整冷却水泵21的频率以及风机28、风挡29、第八电动阀15的开、关;它通过导线与媒介水系统中的媒介水泵20、第五电动阀12、第六电动阀13、第七电动阀14相连,除了控制媒介水泵20的开、关外,还根据制冷、制热模式的变化实时的调整第五电动阀12、第六电动阀
13、第七电动阀14的开、关;它通过导线与制冷剂回路中的压缩机1、节流元件5、第一电动阀8、第二电动阀9、第三电动阀10、第四电动阀11以及第一压力探头37、第二压力探头38、第一温度探头30、第二温度探头31、第三温度探头32、第四温度探头33、第五温度探头34、第一流量开关35、第二流量开关36相连,根据多个压力探头、温度探头、流量开关的反馈信息实时的调整压缩机I的负载和启动、停止,还根据制冷、制热、除霜模式的变化调整多个电动阀的开、关。
[0081] (5)日常运行过程:
[0082] 当用户启动本装置制冷运行时,控制柜7打开第三电动阀10、第四电动阀11、第六电动阀13、第八电动阀15、风档29,同时关闭第一电动阀8、第二电动阀9、第五电动阀12、第七电动阀14后,启动冷却水泵21、媒介水泵20。控制柜I检测到第一流量开关35、第二流量开关36反馈的水流量正常信号后启动压缩机1,压缩机I排出的高温高压制冷剂蒸气进入冷凝器2与冷却水进行热交换,通过冷却水泵21不停的运转,将压缩机I压缩产生的热量通过布水器23、水冷散热片组24、风机28的作用排出。进入冷凝器2的高温高压的制冷剂蒸气冷凝形成高温高压液态制冷剂,通过节流元件5节流进入蒸发器4与媒介水进行热交换,通过媒介水泵20不停的运转,将蒸发器4蒸发所产生的冷量输送至室内空调装置39,并通过风机的作用与室内空气进行热交换。低温低压的气态制冷剂通过储液罐6进入压缩机I的吸气口,从而形成制冷模式运行制冷剂循环回路。通过压缩机1、冷却水泵21、风机28、媒介水泵20、室内空调装置39不停的运转,达到调节室内环境温度的目的。
[0083] 当室内温度降低,媒介水温度降至设定温度时,第三温度传感器32、第四温度传感器33将进、出蒸发器4的媒介水温度信号反馈给控制柜7,控制柜7控制压缩机I逐步减载,压缩机I减载后,制冷剂的排气量和压力都有所下降,控制柜7还可以根据第一压力探头37、第二压力探头38、第一温度探头30、第二温度探头31等反馈的温度、压力信息调整冷却水泵21的频率。媒介水水温降至设定值以下时,控制柜7停止压缩机I运行,压缩机I排气口压力降至停机值后的常压时,控制柜7随即停止冷却水泵21和风机28的运行,达到节能的目的。
[0084] 当第四温度探头33检测到媒介水水温升高超过设定值后,控制柜7再次启动冷却泵21和风机28运行,第一流量开关35将水流量正常的信号反馈给控制柜7后,控制柜7启动压缩机I运行,如此周而复始确保媒介水水温始终处在设定范围内。
[0085] 当用户启动本装置制热运行时,冷却水循环系统停止运行,控制柜7打开第一电动阀8、第三电动阀10、第五电动阀12、第七电动阀14。关闭第二电动阀9、第四电动阀11、第六电动阀13、第八电动阀15、风挡29。启动媒介水泵20,当控制柜I检测到第二流量开关36反馈的水流量正常信号后,启动压缩机I运行,压缩机I排出的高温高压气态制冷剂进入冷凝器2与媒介水进行热交换,通过媒介水泵20不停的运转,将产生的热量输送至室内空调装置39,通过风机的作用与室内空气进行热交换。高温高压的气态制冷剂冷凝形成高温高压的液态制冷剂,经节流元件5节流形成低温低压的液态制冷剂,进入热交换器3,通过风机28的作用与室外空气进行热交换,低温低压的液态制冷剂蒸发形成低温低压的气态制冷剂,通过储液罐6回到压缩机I的吸气口,制冷剂回路形成制热循环。
[0086] 当室内温度升高,媒介水温度升至设定温度时,第四温度传感器33将媒介水温度信号反馈给控制柜7,控制柜7控制压缩机I逐步减载,压缩机I减载后,制冷剂的排气压力和排气量都有所降低。当媒介水水温升至设定值以上时,控制柜7停止压缩机I运行,当第四温度探头33检测到媒介水水温降低,超过设定值后,控制柜7再次启动压缩机I运行,如此周而复始确保媒介水始终处在设定范围内。
[0087] 当该空调装置处于制热模式运行时,若室外环境温度较低,运行一段时间后,热交换器3的表面会形成一层霜,当霜层达到一定厚度,第五温度探头34将除霜信号反馈给控制柜7,控制柜7打开第二电动阀9、第四电动阀11、第六电动阀13。关闭第一电动阀8、第三电动阀10、第五电动阀12、第七电动阀14。压缩机I排出的高温高压气态制冷剂进入热交换器3与霜层进行热交换,融化热交换器3表面的霜层,形成高温高压的液态制冷剂,通过节流元件5节流后形成低温低压的液态制冷剂进入蒸发器4,与媒介水进行热交换后,低温低压的液态制冷剂蒸发形成低温低压的气态制冷剂,经储液罐6回到压缩机1,从而形成一个制热模式运行除霜功能启动时制冷剂循环系统(除霜过程只持续很短的时间,不会对媒介水温度造成很大的影响)。当除霜过程完成后控制柜7打开第一电动阀8、第三电动阀
10、第五电动阀12、第七电动阀14。关闭第二电动阀9、第四电动阀11、第六电动阀13,本装置又转入正常的制热运行模式运行。
[0088] 实施例2:利用制冷剂作为介质向室内输入冷、热量的一种节能水冷式热泵空调
>J-U装直。
[0089] 本实施例提供的装置比传统的风冷热泵空调装置节能30%以上,其结构如图1所示,其运行原理如图5、图6、图7、图8所示。
[0090] 本实用新型提供的是一种节能水冷式热泵空调装置,夏季制冷采用水冷却方式冷却制冷剂,冬季利用热泵工作原理制热。主要由冷却塔部分和设备间部分组成,设备间部分在冷却塔部分的下部(设备间和冷却塔部分也可以并排摆放),它们之间由多条管道和导线相连。该空调装置设有冷却水循环、制冷剂循环、控制三大系统。冷却塔部分与实施例1相同,冷却水循环系统也与实施例1相同,所不同的是本实施例没有媒介水系统,利用制冷剂作为介质向室内输入冷、热量。
[0091] 所述冷却水循环系统与实施例1相同;
[0092] 所述设备间部分内设有控制柜7、压缩机1、冷凝器2、节流元件5、蒸发器4、储液罐
6、冷却泵21,以及多个电动阀、单向阀、管道等。其中:冷却泵21安装在靠近冷却塔下部集水槽26的一端;冷凝器和压缩机I安装冷却泵21的前面;四通阀19安装在压缩机I的排气管上,储液罐6安装在压缩机I的吸气管上;控制柜7安装在设备间的侧墙板上;节流元件5、第一流量开关35、多个电动阀、多个压力开关、多个温控器安装在与它们的功能相对应的管道上。
[0093] 所述制冷剂循环回路中,设有压缩机1、节流元件5、第二电动阀9、第三电动阀10、四通阀19、室内空调装置39、多个电动阀等。
[0094] 所述制冷剂循环回路中,压缩机I的排气口通过管道与四通阀19的19A端相连,四通阀19的19B端通过管道、第三电动阀10与冷凝器2的2A端相连,冷凝器2的2B端通过管道与节流元件5相连,节流元件5通过管道与室内空调装置39相连,室内空调装置39与四通阀19的19D端相连,四通阀19的19C端通过管道与储液罐6的6A端相连,6B端与压缩机I的吸气口相连。由此组成一个制冷模式的制冷剂循环回路。
[0095] 所述制冷剂循环回路中,压缩机I的排气口还通过管道与四通阀19的19A端相连,四通阀19的19D端通过管道与室内空调装置39相连,室内空调装置39通过管道、节流元件5与热交换器3的3B端相连,热交换器3的3A端通过管道、第二电动阀9与四通阀19的19B端相连,四通阀19的19C端通过管道与储液罐6的6A端相连,6B端与压缩机I的吸气口相连,由此组成一个制热模式的制冷剂循环回路。
[0096] 所述制冷剂循环回路中,压缩机I的排气口还通过管道与四通阀19的19A端相连,四通阀19的19B端通过管道、第二电动阀9与热交换器3的3A端相连,热交换器3的3B端通过管道与节流元件5相连,节流元件5通过管道与室内空调装置39相连,室内空调装置39与四通阀19的19D端相连,四通阀19的19C端通过管道与储液罐6的6A端相连,6B端与压缩机I的吸气口相连。由此组成一个制热模式除霜功能启动时制冷剂循环回路;
[0097] 所述控制柜7为本装置的控制中心,它通过导线与压缩机1、节流元件5、第二电动阀9、第三电动阀10、四通阀19、冷却水泵21、风机28、风挡29、第一流量开关35、多个电动阀、多个温度传感器、多个压力传感器相连,控制这些部件的开、关或启动、停止,由此组成一个该空调装置的控制系统。
[0098] 参见图1和图5、图6、图7、图8,图1中的A、B、C、D点分别与图5、图6、图7中与之对应的A、B、C、D点相连。本实施例2提供的空调装置的工作过程如下:
[0099] (I)制冷模式运行时冷却水、制冷剂回路流程:
[0100] 如图5所示,当该空调装置启动制冷模式运行时,控制柜7打开第三电动阀10、风挡29,关闭第二电动阀9,四通阀19处于失电状态,19A与19B导通,19D与19C导通。冷却水系统、制冷剂循环回路形成通路。
[0101] 冷却水循环系统与实施例1制冷模式相同。[0102] 控制柜7启动冷却水泵21,当检测到第一流量开关35反馈的水流量正常的信号后,启动压缩机1,压缩机I排出的高温高压气态制冷剂通过管道进入四通阀19的19A端后经四通阀19的19B端通过第三电动阀10、冷凝器2的2A端进入冷凝器2,与冷凝器2内的冷却水进行热交换后,冷凝形成高温高压的液态制冷剂,再经冷凝器2的2B端通过管道进入节流元件5,节流后形成低温低压的液态制冷剂通过管道进入室内空调装置39,通过风机的作用与室内空气进行热交换后,液态制冷剂蒸发形成低温低压的气态制冷剂,再通过管道进入四通阀19的19D端后经四通阀19的19C端进入储液罐6的6A端,再经6B端进入压缩机I的吸气口,由此形成一个制冷模式运行制冷剂循环系统。
[0103] (2)制热模式运行时制冷剂回路流程:
[0104] 如图6所示,当该空调装置启动制热模式运行时,冷却系统停止运行。控制柜7打开第二电动阀9,关闭第三电动阀10、风挡29,四通阀19上电,19A与19D导通,19C与19B导通,制冷剂回路系统形成制热运行通路。
[0105] 控制柜7启动压缩机1,压缩机I排出的高温高压制冷剂蒸气通过管道、四通阀19的19A端后经四通阀19的19D端通过管道进入室内空调装置39,通过风机的作用与室内空气进行热交换,形成高温高压的液态制冷剂,再通过管道进入节流元件5,经节流元件5节流后形成低温低压的液态制冷剂,通过管道经热交换器3的3B端进入热交换器3,通过风机28的作用与室外空气进行热交换,蒸发形成低温低压的气态制冷剂,经3A端通过管道、第二电动阀9进入四通阀19的19B端后经四通阀19的19C端进入储液罐6的6A端,再经储液罐6的6B端进入压缩机I的吸气口,由此形成一个制热模式运行制冷剂循环系统。
[0106] (3)制热运行模式运行时除霜功能启动后,制冷剂回路的流程:
[0107] 如图7所示:当该空调装置处于制热模式运行时,若室外环境温度较低,运行一段时间后,热交换器3的表面会形成一层霜,当霜层达到一定厚度,第五温度探头34将需除霜的信息反馈给控制柜7,控制柜7控制室内空调装置39的风机停止运行,四通阀19断电,19A与19B导通,19D与19C导通。制冷剂回路系统形成除霜运行通路。压缩机I排出的高温高压制冷剂蒸气通过管道、四通阀19的19A端后经四通阀19的19B端、第二电动阀9、热交换器3的3B端进入热交换器3,与霜层进行热交换后形成高温高压液态制冷剂,经热交换器3的3A端通过管道进入节流元件5节流形成低温低压的液态制冷剂,通过管道进入室内空调装置39 (由于此时室内空调装置39的风机处于停止状态所以不会将冷量带到房间),液态制冷剂蒸发形成低温低压的气态制冷剂,再通过管道进入四通阀19的19D端后经四通阀19的19C端进入储液罐6的6A端,再经6B端进入压缩机I的吸气口,由此形成一个完整的除霜功能启动时制冷剂循环回路。当除霜过程已完成时,第五温度探头34将信息反馈给控制柜7,控制柜7立即给四通阀19上电,返回到制热循环运行模式。
[0108] (4)该空调的控制系统中,控制原理与实施例1相同,只是减少了冷媒水系统的部分部件,增加了四通阀19的控制,来调整制冷、制热、除霜模式的变化。
[0109] (5)日常运行过程:
[0110] 当用户启动本装置制冷运行时,控制柜7打开第三电动阀10、风档29,关闭第二电动阀9,四通阀19的电源处于断开状态,启动冷却水泵21,当控制柜7检测到第一流量开关35反馈的水流量正常信号后,启动压缩机1,压缩机I排出的高温高压制冷剂蒸气通过四通阀19进入冷凝器2与冷却水进行热交换,通过冷却水泵21不停的运转,将产生的热量通过安装在冷却塔上的布水器23、水冷散热片组24、风机28的作用排出。高温高压的制冷剂蒸气冷凝形成高温高压液态制冷剂,通过节流元件5节流进入室内空调装置39,并通过风机的作用与室内空气进行热交换,蒸发形成低温低压的气态制冷剂,通过四通阀19、储液罐6进入压缩机I的吸气口,从而形成制冷剂制冷循环系统。通过压缩机1、冷却水泵21、风机28、室内空调装置39不停的运转,达到调节室内环境温度的目的。
[0111] 当室内温度降低至设定温度时,控制柜7控制压缩机I逐步减载,压缩机I减载后,制冷剂的排气压力和排气量都有所降低,控制柜7还可以根据第一压力探头37、第二压力探头38、第一温度探头30、第二温度探头31等反馈的温度、压力信息调整冷却水泵21的频率。当室内温度降至设定值以下时,控制柜7停止压缩机I运行,压缩机I排气口压力降至停机值后的常压时,控制柜7随即停止冷却水泵21和风机28的运行,达到节能的目的。
[0112] 当室内温度升高超过设定值后,控制柜7再次启动冷却泵21和风机28运行,第一流量开关35将水流量正常的信号反馈给控制柜7后,控制柜7启动压缩机I运行,如此周而复始确保室内温度处在设定范围内。
[0113] 当用户启动本装置制热运行时,冷却水循环系统停止运行,当该空调装置制热运行时,控制柜7打开第二电动阀9,关闭第三电动阀10、风挡29,控制四通阀19上电,19A与19D导通,19B与19C导通。控制柜7启动压缩机I运行,压缩机I排出的高温高压气态制冷剂进入室内空调装置39,通过风机的作用与室内空气进行热交换。高温高压的气态制冷剂冷凝形成高温高压的液态制冷剂,经节流元件5节流形成低温低压的液态制冷剂,进入热交换器3,通过风机28的作用与室外空气进行热交换,低温低压的液态制冷剂蒸发形成低温低压的气态制冷剂,通过四通阀19、储液罐6回到压缩机I的吸气口,制冷剂回路形成制热循环。
[0114] 当室内温度升高至设定温度时,控制柜7控制压缩机I逐步减载,压缩机I减载后,制冷剂的排气压力和排气量都有所降低,压缩机的输出功率也会降低。当室内温度升至设定值以上时,控制柜7停止压缩机I运行。当室内温度降低超过设定值后,控制柜7再次启动压缩机I运彳丁,如此周而复始确保室内温度始终处在设定沮围内。
[0115] 当该空调装置处于制热模式运行时,若室外环境温度较低,运行一段时间后,热交换器3的表面会形成一层霜,当霜层达到一定厚度,第五温度探头34将除霜信号反馈给控制柜7,控制柜7控制四通阀19断电,室内空调装置39的风机停止运行,压缩机I排出的高温高压气态制冷剂进入热交换器3与霜层进行热交换,融化热交换器3表面的霜层,制冷剂冷凝形成高温高压的液态制冷剂,通过节流元件5节流后形成低温低压的液态制冷剂进入室内空调装置39,低温低压的液态制冷剂蒸发形成低温低压的气态制冷剂,经四通阀19、储液罐6回到压缩机1,从而形成一个制热模式运行除霜功能启动时制冷剂循环系统(除霜过程只持续几分钟时间,不会对室内温度造成很大的影响)。当除霜过程完成后控制柜7控制各部件,本装置又转入正常的制热运行模式运行。

Claims (8)

1.一种节能水冷式热泵空调装置,其特征是设有冷却循环水系统、媒介循环水系统、制冷剂回路和控制柜(7),在制冷过程中利用水冷却制冷剂;该空调装置利用媒介循环水作为介质向室内空调装置输入冷、热量,或者利用制冷剂作为介质向室内空调装置输入冷、热量。
2.根据权利要求1所述的节能水冷式热泵空调装置,其特征是主要由冷却塔部分和设备间部分组成,冷却塔部分位于设备间部分的上部,或者并排摆放;所述冷却循环水系统主要由冷却泵(21)与冷凝器(2)、冷却塔组成,其中冷却水泵(21)的出水口通过管道与冷凝器(2)的(2D)端相连,冷凝器(2)的(2C)端通过管道、布水管(22)与布水器(23)相连,布水器(23 )与水冷散热片组(24 )、接水盘(25 )相连,接水盘(25 )与集水槽(26 )相连,集水槽(26)的出水口与冷却水泵(21)的进水口相连。
3.根据权利要求2所述的节能水冷式热泵空调装置,其特征是所述冷却塔,其一端底部装有集水槽(26),其顶部装有风机(28),冷却的塔侧面安装有热交换器(3),热交换器(3)的下面安装有风挡(29);所述设备间部分内设有控制柜(7)、压缩机(I)、冷凝器(2)、节流元件(5)、蒸发器(4)、媒介水泵(20)、冷却水泵(21)和管道。
4.根据权利要求1所述的节能水冷式热泵空调装置,其特征是所述媒介循环水系统包括媒介水泵(20)与冷凝器(2)、蒸发器(4)、流量开关(36)、多个电动阀、多个温度传感器,其中媒介水泵(20)的出水口通过管道与蒸发器(4)的(4C)端相连,蒸发器(4)的(4D)端通过管道与通往室内空调装置的进水管相连,由室内空调装置引出的出水管与媒介水泵(20)的进水口相连,组成制冷模式时的媒介循环水系统;媒介水泵(20)的出口还通过管道与冷凝器(2)的(2D)端相连,冷凝器(2)的(2C)端通过管道与通往室内空调装置的进水管相连,由室内空调装置引出的出水管与媒介水泵(20)的进水口相连,组成制热模式时的媒介循环水系统。
5.根据权利要求1所述的节能水冷式热泵空调装置,其特征是取消所述媒介循环水系统中的媒介水泵(20)、蒸发器(4)、流量开关(36)、多个电动阀、多个温度传感器,利用制冷剂作为介质通过制冷剂回路向室内空调装置输入冷、热量;该制冷剂回路中,压缩机(I)的排气口通过管道与四通阀(19)的(19A)端相连,四通阀(19)的(19B)端通过管道、第三电动阀(10)与冷凝器(2)的(2A)端相连,冷凝器(2)的(2B)端通过管道与节流元件(5)相连,节流元件(5)通过管道与室内空调装置(39)相连,室内空调装置(39)与四通阀(19)的(19D)端相连,四通阀(19)的(19C)端通过管道与储液罐(6)的(6A)端相连,储液罐(6)的()6B端与压缩机(I)的吸气口相连,由此组成一个制冷模式的制冷剂循环回路;该制冷剂回路中,压缩机(I)的排气口还通过管道与四通阀(19)的(19A)端相连,四通阀(19)的(19D)端通过管道与室内空调装置(39)相连,室内空调装置(39)通过管道、节流元件(5)与热交换器(3)的(3B)端相连,热交换器(3)的(3A)端通过管道、第二电动阀(9)与四通阀(19)的(19B)端相连,四通阀(19)的(19C)端通过管道与储液罐(6)的(6A)端相连,储液罐(6)的(6B)端与压缩机(I)的吸气口相连,由此组成一个制热模式的制冷剂回路。
6.根据权利要求1所述的节能水冷式热泵空调装置,其特征是所述制冷剂回路主要由压缩机(I)与冷凝器(2)、节流元件(5)、蒸发器(4)、热交换器(3)、多个电动阀、多个单向阀组成,其中压缩机(I)的排气口通过管道、第三电动阀(10)与冷凝器(2)的2A端相连,冷凝器(2 )的2B端通过管道与节流元件(5 )相连,节流元件(5 )通过管道、第四电动阀(11)再与蒸发器(4)的4A端相连,蒸发器(4)的4B端通过管道与压缩机(I)的吸气口相连,由此组成一个制冷模式的制冷剂循环回路;压缩机(I)的排气口还通过管道、第三电动阀(10)与冷凝器(2 )的2A端相连,冷凝器(2 )的2B端通过管道与节流元件(5 )相连,节流元件(5 )通过管道、第二单向阀(17)与热交换器(3)的3B端相连,热交换器(3)的3A端通过管道、第一电动阀(8)与压缩机(I)的吸气口相连,由此组成一个制热模式的制冷剂循环回路。
7.根据权利要求1所述的节能水冷式热泵空调装置,其特征是所述控制柜(7),它通过导线与压缩机(I)、媒介水泵(20)、冷却水泵(21)、风机(28)、风挡(29)、节流元件(5)、多个电动阀、多个流量开关、多个温度传感器、多个压力传感器相连。
8.根据权利要求1所述的节能水冷式热泵空调装置,其特征是当节能水冷式热泵空调装置设有多个制冷剂回路组成时,安装在冷却塔顶部的风机(28)也有多个,每个制冷剂回路的风机(28)之间 设置风道隔板(27),以防止停止和运行的风机间出现串风现象。
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