CN208832784U - 一种压缩制冷与自然制冷相结合的空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种压缩制冷与自然制冷相结合的空调系统，包括压缩制冷系统和自然制冷系统；压缩制冷系统包括制冷剂回路、主循环水回路和主喷淋水回路，制冷剂回路包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发装置，主循环水回路包括第一电动关断阀，第一电动关断阀与一冷冻水水利模块连接，蒸发装置的循环水进口和循环水出口之间设有第二电动关断阀；自然制冷系统包括副循环水回路、副风系统回路和和副喷淋水回路，副循环水回路包括盘管式换热器，冷冻水水利模块还与一第三电动关断阀连接，第三电动关断阀与盘管式换热器连接，盘管式换热器又与第二电动关断阀的进口连接。本实用新型可以充分利用自然冷源，具有高效、节能、环保以及运行稳定可靠的特点。

Description

一种压缩制冷与自然制冷相结合的空调系统

技术领域

本发明涉及空调设备技术领域，特别涉及一种压缩制冷与自然制冷相结合的空调系统。

背景技术

随着我国制造业的发展，各个行业对于空调的依赖性也越来越多，特别是冶金业、发电厂、生物制药行业等需要大量的冷冻水对生产设备进行全年降温处理。现有技术中，对于需全年制冷及提供工艺冷水的场所，传统的空调系统只有一种制冷模式，在室外温度较低时无法对自然冷源进行充分利用，不够节能环保，制冷效率不高，制冷不够直接。且传统的空调系统在运行时的可靠稳定性也不够理想，运行能效比不高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种压缩制冷与自然制冷相结合的空调系统，可以充分利用自然冷源，具有高效、节能、环保以及运行稳定可靠的特点。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：一种压缩制冷与自然制冷相结合的空调系统，包括压缩制冷系统和自然制冷系统；

该压缩制冷系统包括制冷剂回路、主循环水回路和主喷淋水回路，该制冷剂回路包括依次通过管路相连且形成回路的压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发装置，所述主循环水回路包括第一电动关断阀，第一电动关断阀的进口与一冷冻水水利模块连接，第一电动关断阀的出口与蒸发装置的循环水进口连接，蒸发装置的循环水出口与空调末端系统连接，空调末端系统又与冷冻水水利模块的回水口连接，蒸发装置的循环水进口和循环水出口之间设置有第二电动关断阀，所述主喷淋水回路喷出的喷淋水对进入冷凝器的制冷剂进行冷凝；

该自然制冷系统包括副循环水回路、副风系统回路和副喷淋水回路，该副循环水回路包括盘管式换热器，冷冻水水利模块的出水口与一第三电动关断阀的进口连接，第三电动关断阀的出口与盘管式换热器的进口连接，盘管式换热器的出口与第二电动关断阀的进口连接，所述副喷淋水回路喷出的喷淋水在副风系统回路的配合作用下对进入盘管式换热器的循环水进行冷却。

进一步的，所述主喷淋水回路包括主水池、与主水池的出水口连接的主喷淋水泵以及与主喷淋水泵的出水口连接的主喷淋布水器，该主喷淋布水器位于冷凝器的上方，主水池位于冷凝器的下方。

进一步的，该副喷淋水回路包括副水池、与副水池的出水口连接的副喷淋水泵以及与副喷淋水泵的出水口连接的副喷淋布水器，该副喷淋布水器位于盘管式换热器的上方，副水池位于盘管式换热器的下方，副喷淋布水器的上方设有冷却风机。

进一步的，所述主水池的上方设有主冷却填料。

进一步的，所述副水池的上方设有副冷却填料。

进一步的，所述主水池的一侧设有排风静压装置，排风静压装置的上方设有冷凝风机，且冷凝风机位于主喷淋布水器的上方。

进一步的，第三电动关断阀与盘管式换热器之间设有翅片式换热器。

进一步的，所述自然制冷系统还包括一中间换热器和一循环水泵，该中间换热器的一个进口与第三电动关断阀的出口连接，另一个进口与盘管式换热器的出口连接，中间换热器的一个出口与第二电动关断阀的进口连接，另一个出口与循环水泵的进口连接，循环水泵的出口与翅片式换热器连接。

进一步的，所述自然制冷系统还包括一中间换热器和一循环水泵，该中间换热器的一个进口与冷冻水水利模块的出水口连接，另一个进口与第二电动关断阀的出口连接，该中间换热器的一个出口与空调末端系统连接，另一个出口与循环水泵的进口连接，循环水泵的出口与第三电动关断阀连接。

进一步的，翅片式换热器、与翅片式换热器出风口连接的副冷却填料、位于副冷却填料上方的盘管式换热器以及位于盘管式换热器上方的冷却风机之间形成副风系统回路。

本发明的有益效果是：

1、本发明可通过第一电动关断阀、第二电动关断阀和第三电动关断阀实现压缩制冷系统和自然制冷系统的三种制冷模式的切换，在室外亚露点温度高于空调末端系统回水温度时，采用压缩制冷模式，即利用压缩制冷系统进行制冷；在室外亚露点温度低于空调末端系统的回水温度，但高于空调末端系统的供水温度时，采用联合制冷模式，即利用压缩制冷系统和自然制冷系统联合制冷；在室外亚露点温度低于空调末端系统的供水温度时，采用免费制冷模式，即只利用自然制冷系统进行制冷，充分利用了外部的自然冷源，减少了能耗。本发明优势在于采用能效比最高的压缩制冷系统与最安全、环保、节能的自然制冷系统进行结合，做到最优化的配置，制冷更直接，不仅运行稳定可靠，制冷效率高，而且实现了节能环保的效果，对于需全年制冷及提供工艺冷水的场所，其可以通过调整不同的制冷模式并利用环境露点温度作为模式切换依据为用户侧提供所需冷源；

2、 自然制冷系统在运行过程中可以利用进风再热技术，保证系统内温度永远在0度以上，有效的避免了设备及系统冻坏的风险；

3、自然制冷系统采用的是逆流闭式水冷方式，其制冷效率更高，成本更低，节能效果更明显，同时避免了冷冻水污染的问题。

附图说明

图1为本发明实施例一的示意图。

图2为本发明实施例二的示意图。

图3为本发明实施例三的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示，根据本发明的一种压缩制冷与自然制冷相结合的空调系统的实施例一，该空调系统包括压缩制冷系统和自然制冷系统。

该压缩制冷系统包括制冷剂回路、主循环水回路和主喷淋水回路。该制冷剂回路包括依次通过管路相连且形成回路的压缩机1、冷凝器2、膨胀阀3和蒸发装置4。所述主循环水回路包括第一电动关断阀5，第一电动关断阀5的进口与一冷冻水水利模块6连接，第一电动关断阀5的出口与蒸发装置4的循环水进口连接，蒸发装置4的循环水出口与空调末端系统连接，空调末端系统又与冷冻水水利模块6的回水口连接，蒸发装置4的循环水进口和循环水出口之间设置有第二电动关断阀7。所述主喷淋水回路包括主水池8、与主水池8的出水口连接的主喷淋水泵9以及与主喷淋水泵9的出水口连接的主喷淋布水器10，该主喷淋布水器10位于冷凝器2的上方，主水池8位于冷凝器2的下方。主水池8的上方设有主冷却填料12。所述主水池8的一侧设有排风静压装置14，排风静压装置14的上方设有冷凝风机13，且冷凝风机13位于主喷淋布水器10的上方。主喷淋水回路喷出的喷淋水对进入冷凝器2的制冷剂进行冷凝。

该自然制冷系统包括副循环水回路、副风系统回路和副喷淋水回路，该副循环水回路包括盘管式换热器15。在本实施例一中，自然制冷系统还包括一翅片式换热器16、一中间换热器17和一循环水泵18。在本实施例一中，循环水泵18、翅片式换热器16、盘管式换热器15和中间换热器17之间形成冷却水回路，第三电动关断阀11、中间换热器17、第二电动关断阀7和冷冻水水利模块6之间形成冷冻水回路。即该副循环水回路为冷却水回路。而且，进入蒸发装置4的载冷剂为冷冻水。具体的，冷冻水水利模块6的出水口与第三电动关断阀11的进口连接。第三电动关断阀11的出口与盘管式换热器15的进口之间为间接连接，盘管式换热器15的出口与第二电动关断阀7的进口之间也为间接连接。进一步说，第三电动关断阀11的出口与中间换热器17的一个进口（冷冻水进口）连接，中间换热器17的一个出口（冷冻水出口）与与第二电动关断阀7的进口连接，中间换热器17的另一个进口（冷却水进口）与盘管式换热器15的出口连接，中间换热器17的另一个出口（冷却水出口）与循环水泵18的进口连接，循环水泵18的出口与翅片式换热器16连接。翅片式换热器16与盘管式换热器15的进口连接。该副喷淋水回路包括副水池19、与副水池19的出水口连接的副喷淋水泵20以及与副喷淋水泵20的出水口连接的副喷淋布水器21，该副喷淋布水器21位于盘管式换热器15的上方，副水池19位于盘管式换热器15的下方。副水池19的上方设有副冷却填料22。副喷淋布水器21的上方设有冷却风机23。翅片式换热器16、与翅片式换热器出风口连接的副冷却填料22、位于副冷却填料上方的盘管式换热器15以及位于盘管式换热器15上方的冷却风机23之间形成副风系统回路。副喷淋水回路喷出的喷淋水在副风系统回路的流动空气的作用下对进入盘管式换热器15的循环水（冷却水）进行冷却。

当室外亚露点温度高于空调末端系统回水温度的时候，启用压缩制冷模式。第一电动关断阀5开启，第二电动关断阀7和第三电动关断阀11关闭，压缩制冷系统工作，自然制冷系统不工作，冷冻水水利模块6为蒸发装置4提供冷冻水（载冷剂）。蒸发装置4中的制冷剂吸收冷冻水的热量，汽化成低温低压的蒸汽，压缩机1吸入制冷剂蒸汽，经过压缩后，制冷剂蒸汽变为高温高压的蒸汽。高温高压的制冷剂蒸汽进入冷凝器2。主喷淋水泵9将主水池8中的水泵入到主喷淋布水器10中，主喷淋布水器10喷出喷淋水。进入冷凝器2的制冷剂蒸汽放出热量，主喷淋布水器10喷出的喷淋水带走热量，将制冷剂蒸汽冷凝为高压低温的液体。另外，冷凝风机13加速空气流动，通过空气也可快速带走制冷剂放出的热量，提高散热效率。经过冷凝后的高压低温的制冷剂液体经过膨胀阀3节流后变为低压低温的液体，低温低压的制冷剂液体进入蒸发装置4，再次进行吸热汽化，如此循环，实现对蒸发装置4中的冷冻水的降温过程。经过降温后的冷冻水从蒸发装置4的循环水出口（冷冻水出口）流出，进入空调末端系统，通过空调末端系统提供工艺冷水或者将冷冻水的冷量输送给需要制冷的空间。另外，在循环过程中，主喷淋布水器10喷出的喷淋水，在经过冷凝器2后，再经过主冷却填料12后进入主水池8，以循环使用。主水池8上方的主冷却填料12可以将挟带废热的喷淋水与空气进行热交换，使废热传输给空气并散入大气中。

当室外亚露点温度低于空调末端系统的回水温度，但高于空调末端系统的供水温度时，即低于冷冻水（载冷剂）回水温度时，启用联合制冷模式。第三电动关断阀11开启，第一电动关断阀5和第二电动关断阀7关闭，压缩制冷系统和自然制冷系统一起工作，冷冻水水利模块6为自然制冷系统和压缩制冷系统提供冷冻水。冷冻水经过第三电动关断阀11进入中间换热器17。中间换热器17中的冷却水对冷冻水进行降温，从中间换热器17的冷冻水出口流出的冷冻水通过蒸发装置4的循环水进口（冷冻水进口）进入压缩制冷系统。压缩制冷系统工作，通过制冷剂回路和主喷淋水回路完成对冷冻水的再次冷却过程。从蒸发装置4的循环水出口（冷冻水出口）流出的冷冻水进入空调末端系统，通过空调末端系统提供工艺冷水或者将冷冻水的冷量输送给需要制冷的空间。用于冷却进入中间换热器17的冷冻水的冷却水则从中间换热器17的冷却水出口流出，并经过循环水泵18进入翅片式换热器16，冷却水与外部的冷空气进行热交换后，再进入盘管式换热气器15。副喷淋水泵20将副水池19中的水泵入副喷淋布水器21中。副喷淋布水器21喷出喷淋水，喷淋水经过外部的冷空气的作用后，对盘管式换热器15中的冷却水进行冷却处理。盘管式换热器15中的冷却水也会与外部的冷空气进行热交换，而且，冷却风机23又会加速冷空气的流动，可通过冷空气更快速的带走冷却水的热量，提高散热效率。从盘管式换热器15流出的冷却水经过中间换热器17的冷却水进口进入，以对进入中间换热器17的冷冻水进行降温。在自然制冷系统的工作过程中，副喷淋布水器21喷出的喷淋水，在经过盘管式换热器15后，再经过副冷却填料22后进入副水池19，以循环使用。副水池19上方的副冷却填料22可以将挟带废热的喷淋水与空气进行热交换，使废热传输给空气并散入大气中。自然制冷系统和压缩制冷系统共同工作，可以充分利用自然冷源，减少压缩制冷系统的能耗，比较节能环保，运行可靠且高效。

当室外亚露点温度低于空调末端系统的供水温度时，启用免费制冷模式，即只利用自然制冷系统。第三电动关断阀11和第二电动关断阀7开启，第一电动关断阀5关闭，自然制冷系统工作，压缩制冷系统不进行制冷工作，冷冻水水利模块6只为自然制冷系统提供冷冻水。自然制冷系统的制冷过程不再赘述。被冷却的冷冻水经过第二电动关断阀7进入空调末端系统，通过空调末端系统提供工艺冷水或者将冷冻水的冷量输送给需要制冷的空间。自然制冷系统工作，压缩制冷系统不工作，从而实现了在冬季充分利用自然冷源进行制冷的过程，完全节约了压缩制冷系统的能耗，更加节能环保。

自然制冷系统在运行过程中，当室外温度过低时，进入的新风通过翅片式换热器16可被加热，被加热的热风通过副风系统回路保证自然制冷系统内部保持0度以上，从而有效的解决系统及设备的结冰及防冻问题。

图2为本发明压缩制冷与自然制冷相结合的空调系统的实施例二的示意图。实施例二与实施例一的区别在于：自然制冷系统中没有设置实施例一中的中间换热器和循环水泵。第三电动关断阀11、翅片式换热器16、盘管式换热器15、第二电动关断阀7和冷冻水水利模块6之间形成冷冻水回路。即所述副循环水路为冷冻水回路。进入蒸发装置4的载冷剂为冷冻水。自然制冷系统通过喷淋水、盘管式换热器15、翅片式换热器16和空气的配合直接对冷冻水进行降温。压缩制冷系统通过制冷剂回路和主喷淋水回路完成对冷冻水的降温过程。

图3为本发明压缩制冷与自然制冷相结合的空调系统的实施例三的示意图。在该实施例三中，中间换热器17、循环水泵18、第三电动关断阀11、翅片式换热器16、盘管式换热器15和第二电动关断阀7之间形成冷却水回路。进入蒸发装置4的载冷剂为冷却水。具体的，实施例三与实施例一的区别在于：该中间换热器17的一个进口（冷冻水进口）与冷冻水水利模块6的出水口连接，该中间换热器17的一个出口（冷冻水出口）与空调末端系统连接，该中间换热器17的另一个进口（冷却水进口）与第二电动关断阀7的出口连接，中间换热器17的另一个出口（冷却水出口）与循环水泵18的进口连接，循环水泵18的出口与第三电动关断阀11连接。自然制冷系统和压缩制冷系统均实现对冷却水的降温过程，从而通过中间换热器17间接实现对冷冻水的降温过程。

本发明有别于传统系统采用干球温度和湿球温度为自然冷源的切换依据，而是采用亚露点温度为切换依据，极大地提高了自然冷源的利用率，节能优势明显，运行更加安全可靠。

本发明采用能效比最高的压缩制冷系统与最安全、环保、节能的自然制冷系统进行结合，并通过第一电动关断阀5、第二电动关断阀7和第三电动关断阀11实现三种制冷模式的切换，做到最优化的配置，制冷更直接，不仅运行稳定可靠，制冷效率高，而且实现了节能环保的效果，对于需全年制冷及提供工艺冷水的场所，其可以通过调整不同的制冷模式并利用环境露点温度作为模式切换依据为用户侧提供所需冷源。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种压缩制冷与自然制冷相结合的空调系统，其特征在于：包括压缩制冷系统和自然制冷系统；

该压缩制冷系统包括制冷剂回路、主循环水回路和主喷淋水回路，该制冷剂回路包括依次通过管路相连且形成回路的压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发装置，所述主循环水回路包括第一电动关断阀，第一电动关断阀的进口与一冷冻水水利模块连接，第一电动关断阀的出口与蒸发装置的循环水进口连接，蒸发装置的循环水出口与空调末端系统连接，空调末端系统又与冷冻水水利模块的回水口连接，蒸发装置的循环水进口和循环水出口之间设置有第二电动关断阀，所述主喷淋水回路喷出的喷淋水对进入冷凝器的制冷剂进行冷凝；

该自然制冷系统包括副循环水回路、副风系统回路和副喷淋水回路，该副循环水回路包括盘管式换热器，冷冻水水利模块的出水口与一第三电动关断阀的进口连接，第三电动关断阀的出口与盘管式换热器的进口连接，盘管式换热器的出口与第二电动关断阀的进口连接，所述副喷淋水回路喷出的喷淋水在副风系统回路的配合作用下对进入盘管式换热器的循环水进行冷却。

2.根据权利要求1所述的一种压缩制冷与自然制冷相结合的空调系统，其特征在于:所述主喷淋水回路包括主水池、与主水池的出水口连接的主喷淋水泵以及与主喷淋水泵的出水口连接的主喷淋布水器，该主喷淋布水器位于冷凝器的上方，主水池位于冷凝器的下方。

3.根据权利要求1所述的一种压缩制冷与自然制冷相结合的空调系统，其特征在于:该副喷淋水回路包括副水池、与副水池的出水口连接的副喷淋水泵以及与副喷淋水泵的出水口连接的副喷淋布水器，该副喷淋布水器位于盘管式换热器的上方，副水池位于盘管式换热器的下方，副喷淋布水器的上方设有冷却风机。

4.根据权利要求2所述的一种压缩制冷与自然制冷相结合的空调系统，其特征在于:所述主水池的上方设有主冷却填料。

5.根据权利要求3所述的一种压缩制冷与自然制冷相结合的空调系统，其特征在于:所述副水池的上方设有副冷却填料。

6.根据权利要求2所述的一种压缩制冷与自然制冷相结合的空调系统，其特征在于:所述主水池的一侧设有排风静压装置，排风静压装置的上方设有冷凝风机，且冷凝风机位于主喷淋布水器的上方。

7.根据权利要求1所述的一种压缩制冷与自然制冷相结合的空调系统，其特征在于:第三电动关断阀与盘管式换热器之间设有翅片式换热器。

8.根据权利要求7所述的一种压缩制冷与自然制冷相结合的空调系统，其特征在于:所述自然制冷系统还包括一中间换热器和一循环水泵，该中间换热器的一个进口与第三电动关断阀的出口连接，另一个进口与盘管式换热器的出口连接，中间换热器的一个出口与第二电动关断阀的进口连接，另一个出口与循环水泵的进口连接，循环水泵的出口与翅片式换热器连接。

9.根据权利要求1所述的一种压缩制冷与自然制冷相结合的空调系统，其特征在于:所述自然制冷系统还包括一中间换热器和一循环水泵，该中间换热器的一个进口与冷冻水水利模块的出水口连接，另一个进口与第二电动关断阀的出口连接，该中间换热器的一个出口与空调末端系统连接，另一个出口与循环水泵的进口连接，循环水泵的出口与第三电动关断阀连接。

10.根据权利要求3所述的一种压缩制冷与自然制冷相结合的空调系统，其特征在于:翅片式换热器、与翅片式换热器出风口连接的副冷却填料、位于副冷却填料上方的盘管式换热器以及位于盘管式换热器上方的冷却风机之间形成副风系统回路。