采用水作為制冷劑的離心式空調機組及運行方法
【專利摘要】本發明涉及一種采用水作為制冷劑的離心式空調機組及運行方法，離心式空調機組包括：設置在全封閉的容器中的蒸發器、壓縮機、電機和冷凝器，設置在容器外部的由冷凝器給蒸發器補充冷劑水的第一循環通道，蒸發器能夠對經過蒸發器循環泵循環的冷劑水在蒸發的同時通過內部間接接觸的換熱方式與外部進行熱量交換；壓縮機能夠在電機的驅動下，通過吸氣端吸入蒸發器產生的低溫水蒸氣，再將低溫水蒸氣進行壓縮，然后通過排氣端排出高溫水蒸氣；冷凝器能夠將高溫水蒸氣通過內部間接接觸的換熱方式轉化為冷劑水。本發明不僅能夠降低壓縮機和蒸發器、壓縮機和冷凝器之間的流動阻力，降低壓力損失，提高機組的能效比，而且能縮小機組的體積。
【專利說明】采用水作為制冷劑的離心式空調機組及運行方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及空氣調節領域，尤其涉及一種采用水作為制冷劑的離心式空調機組及運行方法。
【背景技術】
[0002]采用水作為離心式空調機組的制冷劑，與其它制冷劑相比，具有安全、環保、無毒、不可燃、成本低、容易獲取、不需要油路循環等優點，擁有巨大研究價值和市場前景。
[0003]目前采用水作為制冷劑的離心式空調機組主要采用的技術方案如圖1所示，在壓縮機容器Ia中設置兩臺壓縮機，一級壓縮機2a由一級壓縮機電機4a驅動，二級壓縮機3a由二級壓縮機電機5a驅動，蒸發器7a和冷凝器6a之間通過帶有節流裝置9a的管道連接，并分別通過管道與壓縮機容器Ia的兩側連通。蒸發器7a和冷凝器6a均采用內部間接接觸的換熱方式，通過蒸發器循環泵8a循環的冷劑水在蒸發器7a中蒸發，在蒸發的同時為冷凍水降溫，水蒸氣經過兩級壓縮后進入到冷凝器6a，水蒸氣在冷凝器6a內部冷凝，同時將熱量傳給冷卻水。
[0004]這種方案將壓縮機、蒸發器7a、冷凝器6a分別安裝于一個容器內，相互之間以管道相連，采用的是半封閉結構。然而，壓縮機和蒸發器7a、壓縮機和冷凝器6a之間連接的管道內水蒸氣的流速過高，導致壓降過大，使得機組的能源利用效率降低，而且這些容器及管道共同形成的機組整體占用體積較大。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提出一種采用水作為制冷劑的離心式空調機組及運行方法，能夠提聞機組的能效比。
[0006]為實現上述目的，本發明一方面提供了一種采用水作為制冷劑的離心式空調機組，包括:設置在全封閉的容器I中的蒸發器5、壓縮機、電機和冷凝器6，設置在容器I外部的由所述冷凝器6給所述蒸發器5補充冷劑水的第一循環通道，
[0007]所述蒸發器5能夠在蒸發經過蒸發器循環泵7循環的冷劑水的同時通過內部間接接觸的換熱方式與外部進行熱量交換；
[0008]所述壓縮機能夠在所述電機的驅動下，通過吸氣端吸入所述蒸發器5產生的低溫水蒸氣，再將所述低溫水蒸氣進行壓縮，然后通過排氣端排出高溫水蒸氣；
[0009]所述冷凝器6能夠將所述高溫水蒸氣通過內部間接接觸的換熱方式轉化為所述冷劑水。
[0010]進一步地，所述壓縮機包括一級壓縮機2和二級壓縮機3，所述一級壓縮機2和所述二級壓縮機3之間設有中間冷卻器11，所述一級壓縮機2的排氣端排出的水蒸氣經過所述中間冷卻器11冷卻后，被所述二級壓縮機3的吸氣端吸入；所述中間冷卻器11所用的所述冷劑水由中間冷卻器循環泵8驅動循環，并由冷凝器6通過第二循環通道補充供給。
[0011]進一步地，所述一級壓縮機2和所述二級壓縮機3采用一臺壓縮機電機4同軸驅動。
[0012]進一步地，所述一級壓縮機2和所述二級壓縮機3分別由一級壓縮機電機41和二級壓縮機電機42驅動。
[0013]進一步地，所述蒸發器5與用戶端13連接，能夠使所述冷劑水在蒸發的同時通過內部間接接觸的換熱方式吸收所述用戶端13的冷凍水的熱量。
[0014]進一步地，所述冷凝器6與冷卻塔12連接，能夠使所述高溫水蒸氣通過內部間接接觸的換熱方式將熱量傳遞給冷卻水，轉化為冷劑水。
[0015]進一步地，所述蒸發器5和所述冷凝器6為殼管式、蚊香盤式或者板式換熱器。
[0016]進一步地，所述第一循環通道和所述第二循環通道中分別設置有蒸發器冷劑水閥門10和中間冷卻器冷劑水閥門9，能夠調節所述冷劑水的流量。
[0017]進一步地，所述離心式空調機組適用于冷水和/或熱泵工況。
[0018]進一步地，容器1的直徑為2m以上。
[0019]為實現上述目的，本發明另一方面提供了一種離心式空調機組的運行方法，包括如下步驟:
[0020]蒸發器5在蒸發經過蒸發器循環泵7循環的冷劑水的同時通過內部間接接觸的換熱方式與外部進行熱量交換；
[0021]壓縮機在電機的驅動下，通過吸氣端吸入所述蒸發器5產生的低溫水蒸氣，再將所述低溫水蒸氣進行壓縮，然后通過排氣端排出高溫水蒸氣；
[0022]冷凝器6將所述高溫水蒸氣通過內部間接接觸的換熱方式轉化為冷劑水；
[0023]冷凝器6將所述冷劑水通過第一循環通道循環補充給所述蒸發器5。
[0024]進一步地，所述壓縮機包括一級壓縮機2和二級壓縮機3，將所述低溫水蒸氣進行壓縮具體包括:
[0025]一級壓縮機2對所述低溫水蒸氣進行一級壓縮；
[0026]中間冷卻器11對一級壓縮后的水蒸氣通過中間冷卻器循環泵8驅動循環的所述冷劑水進行冷卻，且所述中間冷卻器11通過第二循環通道從所述冷凝器6獲得所述冷劑水的循環補充；
[0027]二級壓縮機3對冷卻后的水蒸氣進行二級壓縮。
[0028]基于上述技術方案，本發明實施例的采用水作為制冷劑的離心式空調機組，將壓縮機、蒸發器5和冷凝器6都設置在一個全封閉結構的容器1中，不僅能夠降低壓縮機和蒸發器5、壓縮機和冷凝器6之間的流動阻力，降低壓力損失，從而提高機組的能效比，還能夠縮小空調機組的整體體積。這些優點都可以大幅降低成本，提升其市場潛力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
[0030]圖1為現有技術的采用水作為制冷劑的離心式空調機組的示意圖；
[0031]圖2為本發明采用水作為制冷劑的離心式空調機組的一個實施例的示意圖；
[0032]圖3為本發明采用水作為制冷劑的離心式空調機組的另一個實施例的示意圖；
[0033]圖4為本發明離心式空調機組運行方法的一個實施例的示意圖；
[0034]圖5為本發明離心式空調機組運行方法的另一個實施例的示意圖。
[0035]附圖標記說明
[0036]la 一壓縮機容器；2a--級壓縮機；3a —二級壓縮機；4a--級壓縮機電機；
5a 一二級壓縮機電機；6a —冷凝器；7a —蒸發器；8a —蒸發器循環泵；9a —節流裝置；
[0037]1 —容器；2--級壓縮機；3 —二級壓縮機；4 —壓縮機電機；41--級壓縮機電機；42 —二級壓縮機電機；5 —蒸發器；6 —冷凝器；7 —蒸發器循環泵；8 —中間冷卻器循環泵；9 一中間冷卻器冷劑水閥門；10 —蒸發器冷劑水閥門；11 一中間冷卻器；12 —冷卻塔；13—用戶端。
【具體實施方式】
[0038]下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
[0039]本發明提供的一種水作為制冷劑的離心式空調機組，如圖2所示，包括:設置在全封閉的容器1中的蒸發器5、壓縮機、電機和冷凝器6，設置在容器1外部的由冷凝器6給蒸發器5補充冷劑水的第一循環通道，蒸發器5能夠對經過蒸發器循環泵7循環的冷劑水在蒸發的同時通過內部間接接觸的換熱方式與外部進行熱量交換；壓縮機能夠在電機的驅動下，通過吸氣端吸入蒸發器5產生的低溫水蒸氣，再將低溫水蒸氣進行壓縮，然后通過排氣端排出高溫水蒸氣；冷凝器6能夠將高溫水蒸氣通過內部間接接觸的換熱方式轉化為冷劑水。
[0040]優選地，蒸發器5和冷凝器6可以是殼管式、蚊香盤式或者板式換熱器，具有換熱性能高的優點。
[0041]現有技術中將蒸發器7a、壓縮機和冷凝器6a分別安裝于一個容器內，相互之間以管道相連，管道直徑小于蒸發器7a和冷凝器6a的直徑(例如0.5m)，采用的是半封閉結構。然而，壓縮機和蒸發器7a、壓縮機和冷凝器6a之間連接的管道內水蒸氣的流速過高，導致壓降過大，使得機組效率降低，而且整個機組的體積也較大。本發明與現有技術中的方案相t匕，將蒸發器5、壓縮機和冷凝器6設置在一個全封閉的容器1中，管道直徑相當于是整個機組的容器1的直徑(例如2m)，因而能降低壓縮機和蒸發器5、壓縮機和冷凝器6之間的流動阻力，降低壓力損失，從而提高機組的能效比，還能夠節約管路，并縮小空調機組的體積。這些優點均能夠大幅降低空調機組的成本，提升其市場潛力。
[0042]在空調機組要實現的壓縮比較低或者中等時，為了結構和操作簡單可以只采用一級壓縮機實現，當壓縮比過高時，采用單級壓縮循環，不僅是不經濟的，而且對壓縮機的性能提出了太高的要求，這時就可以采用兩級壓縮循環，降低單臺壓縮機的壓縮比，下面的實施例均以兩級壓縮為例進行說明。
[0043]在本發明的一個實施例中，壓縮機包括一級壓縮機2和二級壓縮機3，一級壓縮機2和二級壓縮機3之間設有中間冷卻器11，一級壓縮機2的排氣端排出的水蒸氣經過中間冷卻器11冷卻后，被二級壓縮機3的吸氣端吸入；中間冷卻器11所用的冷劑水由中間冷卻器循環泵8驅動循環，并由冷凝器6通過第二循環通道補充供給。其中，中間冷卻器11降低了由一級壓縮機2排出的水蒸氣的過熱度，水均勻地分布在整個中間冷卻器11填充材料的表面，水蒸氣交叉流過填充材料，冷卻水通過它向下流動，幾乎被降低到飽和溫度。冷卻只能由流過中間冷卻器11內的水部分蒸發來實現，蒸發掉的冷卻水不斷被經過冷凝器6的冷劑水循環補充。
[0044]當一級壓縮機2和二級壓縮機3的工況相同時，如圖2所示，可以采用一臺壓縮機電機4對兩臺壓縮機同軸驅動，這種方式可以使得空調機組內部的結構更加緊湊，縮小體積，從而降低成本。當一級壓縮機2和二級壓縮機3的工況不同時，則需要進行獨立控制，如圖3所示，一級壓縮機2和二級壓縮機3分別由一級壓縮機電機41和二級壓縮機電機42驅動，分別驅動的方式控制更加靈活，而且能夠達到更大的驅動功率。
[0045]在本發明的另一個實施例中，蒸發器5與用戶端13連接，能夠使冷劑水在蒸發的同時通過內部間接接觸的換熱方式吸收用戶端13的冷凍水的熱量，從而獲得滿足一定溫度范圍的冷凍水，供應空調機組的用戶端13使用。其中，冷凍水相當于把冷量從空調機房傳送到用戶端13使用房間的運輸工具。
[0046]另外，為了加速冷卻，冷凝器6與冷卻塔12連接，能夠使高溫水蒸氣通過內部間接接觸的換熱方式將熱量傳遞給冷卻水，轉化為冷劑水，再通過第一循環通道和第二循環通道將冷劑水補充給蒸發器5和中間冷卻器11，維持整個循環的質量平衡。冷卻塔12是利用冷卻水與空氣流動接觸后進行冷熱交換產生水蒸汽，水蒸汽揮發帶走熱量達到蒸發散熱、對流傳熱和輻射傳熱等原理來散去空調機組中產生的余熱來降低水溫的蒸發散熱裝置，以保證系統的正常運行。其中，冷卻水相當于把空調機組產生的熱量送到室外的工具。
[0047]更進一步地，第一循環通道和第二循環通道中分別設置有蒸發器冷劑水閥門10和中間冷卻器冷劑水閥門9，能夠使冷劑水降壓至蒸發壓力和蒸發溫度，同時根據制冷負荷的變化調節補給蒸發器5和中間冷卻器11的冷劑水的流量，使空調機組滿足不同程度的制冷要求。
[0048]下面根據圖2所示的本發明的一個具體的實施例，對水作為制冷劑的離心式空調機組的工作過程作詳細的闡述。蒸發器循環泵7驅動冷劑水在蒸發器5中循環，冷劑水蒸發并通過內部間接接觸的換熱方式吸收冷凍水熱量，使得用戶端13達到制冷效果。蒸發器5產生的低溫、低壓水蒸氣進入一級壓縮機2，被壓縮為中壓、高溫的水蒸氣后進入中間冷卻器11。中間冷卻器循環泵8驅動冷劑水在中間冷卻器11中循環，冷劑水蒸發使得一級壓縮機2出口的水蒸氣溫度降低。中間冷卻器11出口的水蒸氣進入二級壓縮機3，被壓縮為高壓、高溫的水蒸氣后進入冷凝器6。一級壓縮機2和二級壓縮機3由壓縮機電機4同軸驅動。在冷凝器6中，二級壓縮機3出口的水蒸氣通過內部間接接觸的換熱方式將冷凝熱傳遞給冷卻水，由此水蒸氣被冷卻為冷劑水(也稱為冷凝水)。冷凝器6產生的冷劑水分別經過中間冷卻器冷劑水閥門9、蒸發器冷劑水閥門10進入中間冷卻器11、蒸發器5，補充中間冷卻器11和蒸發器5的蒸發水量，完成整個系統的冷劑水循環。
[0049]在上述的具體實現方式中，蒸發器5和冷凝器6的端差較小，對于蒸發器5，循環冷劑水在蒸發器5中蒸發同時為冷凍水降溫,蒸發器5的端差為te_chw_o_te,—般為I?2°C。對于冷凝器6，水蒸氣在冷凝器6中冷凝的同時將熱量傳遞給冷卻水，冷凝器6的端差為tc-tc_cw_0，一般為I?2°C。在這種內部間接接觸換熱的方式下，蒸發器5和冷凝器6的端差都比較小，提高了機組的能效比，節約了能源，降低了成本。
[0050]本發明的水作為制冷劑的離心式空調機組可以有兩種運行工況，同時機組本身的結構和工作流程不會發生任何改變。其一是作為冷水機組使用，這種工況下對應的蒸發器5處的低溫水蒸氣為7?12°C，冷凝器6處的高溫水蒸氣為30?35°C ;其二是作為熱泵機組使用，這種工況下對應的蒸發器5處的低溫水蒸氣為10?15°C，冷凝器6處的高溫水蒸氣為35?45°C。
[0051]基于上述的水作為制冷劑的離心式空調機組，本發明也將對其運行方法進行說明。圖4為本發明離心式空調機組運行方法的一個實施例的示意圖，打開機組后，離心式空調機組的運行方法包括如下步驟:
[0052]步驟101、蒸發器5在蒸發經過蒸發器循環泵7循環的冷劑水的同時通過內部間接接觸的換熱方式與外部進行熱量交換；
[0053]步驟102、壓縮機在電機的驅動下，通過吸氣端吸入蒸發器5產生的低溫水蒸氣，再將低溫水蒸氣進行壓縮，然后通過排氣端排出高溫水蒸氣；
[0054]步驟103、冷凝器6將高溫水蒸氣通過內部間接接觸的換熱方式轉化為冷劑水；
[0055]步驟104、冷凝器6將冷劑水通過第一循環通道循環補充給蒸發器5。
[0056]上述步驟在關斷機組后結束運行。
[0057]針對采用兩級壓縮機進行壓縮的機組，圖5為本發明離心式空調機組運行方法的另一個實施例的示意圖，壓縮機包括一級壓縮機2和二級壓縮機3，將低溫水蒸氣進行壓縮具體包括:
[0058]步驟201、一級壓縮機2對低溫水蒸氣進行一級壓縮；
[0059]步驟202、中間冷卻器11對一級壓縮后的水蒸氣通過中間冷卻器循環泵8驅動循環的冷劑水進行冷卻，且中間冷卻器11通過第二循環通道從冷凝器6獲得冷劑水的循環補充；
[0060]步驟203、二級壓縮機3對冷卻后的水蒸氣進行二級壓縮。
[0061]對離心式空調機組運行方法更加具體的闡述可以參見對機組的說明，每一執行步驟所產生的有益技術效果均與前述對機組的說明相對應，此處對類似的部分將不再贅述。
[0062]最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發明的【具體實施方式】進行修改或者對部分技術特征進行等同替換；而不脫離本發明技術方案的精神，均應涵蓋在本發明請求保護的技術方案范圍當中。
【權利要求】
1.一種采用水作為制冷劑的離心式空調機組，其特征在于，包括:設置在全封閉的容器⑴中的蒸發器(5)、壓縮機、電機和冷凝器(6)，設置在容器⑴外部的由所述冷凝器(6)給所述蒸發器(5)補充冷劑水的第一循環通道， 所述蒸發器(5)能夠在蒸發經過蒸發器循環泵(7)循環的冷劑水的同時通過內部間接接觸的換熱方式與外部進行熱量交換； 所述壓縮機能夠在所述電機的驅動下，通過吸氣端吸入所述蒸發器(5)產生的低溫水蒸氣，再將所述低溫水蒸氣進行壓縮，然后通過排氣端排出高溫水蒸氣； 所述冷凝器(6)能夠將所述高溫水蒸氣通過內部間接接觸的換熱方式轉化為所述冷劑水。
2.根據權利要求1所述的采用水作為制冷劑的離心式空調機組，其特征在于，所述壓縮機包括一級壓縮機(2)和二級壓縮機(3)，所述一級壓縮機(2)和所述二級壓縮機(3)之間設有中間冷卻器(11)，所述一級壓縮機(2)的排氣端排出的水蒸氣經過所述中間冷卻器(11)冷卻后，被所述二級壓縮機(3)的吸氣端吸入；所述中間冷卻器(11)所用的所述冷劑水由中間冷卻器循環泵(8)驅動循環，并由冷凝器(6)通過第二循環通道補充供給。
3.根據權利要求2所述的采用水作為制冷劑的離心式空調機組，其特征在于，所述一級壓縮機(2)和所述二級壓縮機(3)采用一臺壓縮機電機(4)同軸驅動。
4.根據權利要求2所述的采用水作為制冷劑的離心式空調機組，其特征在于，所述一級壓縮機(2)和所述二級壓縮機(3)分別由一級壓縮機電機(41)和二級壓縮機電機(42)驅動。
5.根據權利要求1?4任一所述的采用水作為制冷劑的離心式空調機組，其特征在于，所述蒸發器(5)與用戶端(13)連接，能夠使所述冷劑水在蒸發的同時通過內部間接接觸的換熱方式吸收所述用戶端(13)的冷凍水的熱量。
6.根據權利要求1?4任一所述的采用水作為制冷劑的離心式空調機組，其特征在于，所述冷凝器(6)與冷卻塔(12)連接，能夠使所述高溫水蒸氣通過內部間接接觸的換熱方式將熱量傳遞給冷卻水，轉化為冷劑水。
7.根據權利要求1?4任一所述的采用水作為制冷劑的離心式空調機組，其特征在于，所述蒸發器(5)和所述冷凝器(6)為殼管式、蚊香盤式或者板式換熱器。
8.根據權利要求1?4任一所述的采用水作為制冷劑的離心式空調機組，其特征在于，所述第一循環通道和所述第二循環通道中分別設置有蒸發器冷劑水閥門(10)和中間冷卻器冷劑水閥門(9)，能夠調節所述冷劑水的流量。
9.根據權利要求1?4任一所述的采用水作為制冷劑的離心式空調機組，其特征在于，所述離心式空調機組適用于冷水和/或熱泵工況。
10.根據權利要求1?4任一所述的采用水作為制冷劑的離心式空調機組，其特征在于，容器⑴的直徑為2m以上。
11.一種基于權利要求1?10任一所述的離心式空調機組的運行方法，其特征在于，包括如下步驟: 蒸發器(5)在蒸發經過蒸發器循環泵(7)循環的冷劑水的同時通過內部間接接觸的換熱方式與外部進行熱量交換； 壓縮機在電機的驅動下，通過吸氣端吸入所述蒸發器(5)產生的低溫水蒸氣，再將所述低溫水蒸氣進行壓縮，然后通過排氣端排出高溫水蒸氣； 冷凝器(6)將所述高溫水蒸氣通過內部間接接觸的換熱方式轉化為冷劑水； 冷凝器(6)將所述冷劑水通過第一循環通道循環補充給所述蒸發器(5)。
12.根據權利要求11所述的離心式空調機組的運行方法，其特征在于，所述壓縮機包括一級壓縮機(2)和二級壓縮機(3)，將所述低溫水蒸氣進行壓縮具體包括: 一級壓縮機(2)對所述低溫水蒸氣進行一級壓縮； 中間冷卻器(11)對一級壓縮后的水蒸氣通過中間冷卻器循環泵(8)驅動循環的所述冷劑水進行冷卻，且所述中間冷卻器(11)通過第二循環通道從所述冷凝器(6)獲得所述冷劑水的循環補充； 二級壓縮機(3)對冷卻后的水蒸氣進行二級壓縮。
【文檔編號】F25B1/10GK104235988SQ201410550516
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月16日 優先權日:2014年10月16日
【發明者】劉華, 張治平, 王升 申請人:珠海格力電器股份有限公司