一種冷溫水機熱交換裝置及其工作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種冷溫水機，特別是一種利用水作二次介質的冷溫水機熱交換裝置及其工作方法。
【背景技術】
[0002]大型空調通常有兩個回路，制冷回路和水回路。制冷回路用以氟利昂為工質的制冷機制冷或制熱，水回路用水作二次介質將制冷機的冷量或熱量帶到各個房間。制冷機的蒸發器或冷凝器作為水換熱器，進行制冷或制熱，制冷回路和水回路通過水換熱器進行熱交換；在夏天制冷水，在冬天制熱水。可將具有該種結構和功能的機器稱為冷溫水機。冷溫水機所制冷溫水不一定用于空調，也可用于生活用水、采暖等其他用途。
[0003]傳統的冷溫水機中，制冷機的制冷過程以及與水回路的熱交換過程是連續進行的，即制冷機連續制冷，水回路中的水連續地循環流動，與制冷機的水換熱器進行連續的熱交換。在以氟利昂為工質的制冷機中，水換熱器里氟利昂側的溫度由于受蒸發溫度或冷凝溫度的控制，是恒定的。而水回路中水側的溫度則是沿流動方向逐漸變化的。在水回路中與水換熱器開始接觸的入口處，水與工質的溫差大，出口處水與工質的溫差小。因而水換熱器的水側和氟利昂側有一個固有溫差，這個固有溫差不會因為增大水換熱器面積而減小。因水和工質之間的固有溫差，熱交換過程中存在很大的不可逆損失，即理論溫差損失。
[0004]冷溫水機組為了提高效率，一般對氟利昂等制冷工質進行兩級到四級壓縮，這樣，每一級的換熱器里的固有溫差雖存在，但溫差可較小，理論溫差損失小，系統能量與熱量轉換比率，即能效比(COP)可高一些。對于小型機來說，多級壓縮成本很高，并不適宜。
[0005]另一種方法是采用二氧化碳為工質，高壓下工質在超臨界狀態，其冷卻過程溫度是逐漸降低的。在加熱水時，換熱器里基本沒有固有溫差，因而效率較高。但用于冷卻水時，由于壓力在臨界狀態之下，和普通的氟利昂制冷機一樣有很大的固有溫差。
【發明內容】
[0006]本發明要解決的技術問題是，克服普通冷溫水機中因水和制冷工質之間的固有溫差造成的理論溫差損失，提高冷溫水機系統的能效比(C0P)。
[0007]本發明的解決方案是，提供一種冷溫水機熱交換裝置，包括水換熱器和用于輸送熱量的水回路；所述水回路包括換熱水箱和進出水管路；所述水換熱器，即制冷機的蒸發器或冷凝器，設置在換熱水箱里，用于水與制冷工質之間的熱交換。
[0008]所述的冷溫水機熱交換裝置的工作方法是:第一步，向換熱水箱中注水，注水量至設定值后停止注水；第二步，水換熱器對換熱水箱中的水進行升溫或降溫，水與水換熱器的溫度同步上升或降低；第三步，換熱水箱中的水溫達到預定值后，將換熱水箱中的水排出，并加以利用；然后重復第一步，進入下一個循環。
[0009]為了減小注水和排水時的能量損失，在注水過程中和排水過程中，水換熱器停止工作，這可由停止壓縮機來實現。也可讓壓縮機排氣量減小來使水換熱器處于低功率的怠速工作狀態。
[0010]本發明的有益效果是，在冷溫水機熱交換裝置的換熱過程中，水與水換熱器的溫度同步上升或降低。水換熱器里的制冷工質的溫度隨水溫的變化而變化，制冷工質與水之間僅保持用于傳熱的溫差。而且，由于采用了將水換熱器置于換熱水箱中的結構，通過均勻布置換熱面、讓水在水箱里流動等方式，可使換熱水箱中各處溫度基本均勻。傳統的換熱器里的理論溫差損失基本不存在，冷溫水機系統的能效比(COP)顯著提高。
[0011]在前述技術方案的基礎上，本發明還可做如下細化和具體改進。
[0012]冷溫水機熱交換裝置，還包括用戶換熱器、用戶換熱器水泵；所述換熱水箱、用戶換熱器水泵、用戶換熱器順次連接形成循環回路。為使用戶換熱器能得到連續供水，可同時設置一個供水箱和一個回水箱。供水箱通過用戶換熱器水泵與用戶換熱器的入口相連，并與換熱水箱的出口相連；回水箱與用戶換熱器的出口相連，并與換熱水箱的入口相連。如果各水箱均為密封箱體，則換熱水箱頂部還應設有出氣管道，與回水箱的頂部相接；換熱水箱頂部設有進氣管道，與供水箱的頂部相接。水在換熱水箱里被升溫/降溫后，輸入供水箱。供水箱里的水可供給用戶用使用，用戶使用后，水溫發生了變化，流入回水箱。回水箱里的水流入換熱水箱，進行下一個循環。
[0013]所述供水箱和回水箱也可以設置成一體，其一端作為供水箱、另一端作為回水箱；作為供水箱的一端通過用戶換熱器水泵與用戶換熱器的入口相連，并通過換熱水箱水泵與換熱水箱的出口相連；作為回水箱的一端與用戶換熱器的出口相連，并與換熱水箱的入口相連。所述一體的供水箱和回水箱內，設有儲水箱均勻器或/和隔熱板，以防止熱水與冷水過度混合。
[0014]利用前述冷溫水機熱交換裝置與普通的制冷機結合制成的冷溫水機，包括熱交換裝置、和制冷機；所述制冷機包括順次連接并形成循環回路的主壓縮機，室外換熱器、節流閥、水換熱器；水換熱器置于換熱水箱中；為了維持水與工質之間的傳熱溫差基本恒定，節流閥的開度隨水換熱器的溫度而變化，或壓縮機的流量隨水換熱器的溫度而變化，或二者同時變化。
[0015]利用前述冷溫水機熱交換裝置與帶脈管膨脹機的制冷機結合制成的冷溫水機，包括熱交換裝置、和制冷機；所述制冷機包括順次連接并形成循環回路的主壓縮機，室外換熱器、脈管膨脹機、水換熱器；所述脈管膨脹機包括脈管，所述脈管上設有與室外換熱器出口相連接的流入管道、和與水換熱器入口相連接的流出管道；還包括壓縮機，所述壓縮機具有低壓端和高壓端，其低壓端與設于脈管上的出氣管道相連接，其高壓端設有膨脹氣體流出管道，并接入室外換熱器的入口 ；所述壓縮機的低壓端還接有低壓旁路管道，低壓旁路管道的另一端接于水換熱器的出口 ；所述壓縮機的高壓端接有高壓旁路管道，高壓旁路管道的另一端接入脈管。這種冷溫水機是既沒有節流損失，也沒有換熱器里水與蒸發器的理論溫差損失，理論效率接近卡諾效率。
【附圖說明】
[0016]圖1是冷溫水機熱交換裝置中水換熱器與換熱水箱的組合圖；
圖2是冷溫水機熱交換裝置實施例1的一種結構示意圖；
圖3是冷溫水機熱交換裝置實施例2示意圖； 圖4、圖5是冷溫水機熱交換裝置實施例3示意圖；
圖6是實施例2與傳統制冷機結合的冷溫水機系統圖；
圖7是實施例3與傳統制冷機結合的冷溫水機系統圖；
圖8是實施例2與帶脈管膨脹機的制冷機結合的冷溫水機系統圖；
圖9是實施例2與帶脈管膨脹機的間歇式制冷機結合的冷溫水機系統圖。
[0017]附圖中，各標號所代表的部件列表如下:
1、脈管膨脹機，11、流入管道，12、流入閥，13、脈管，14、出氣管道，15、流出閥，16、流出管道，21、壓縮機，211、壓縮機低壓端，212、壓縮機高壓端，22、低壓旁路閥，23、低壓旁路管道，24、出氣閥，25、高壓旁路閥，26、高壓旁路管道，27、膨脹氣體流出管道，28、膨脹氣體流出閥，5、制冷機，51、水換熱器，52、主壓縮機，521、低壓管道，522、高壓管道，523、主壓縮機低壓切換閥，524、主壓縮機高壓切換閥，525、主壓縮機旁路低壓切換閥，526、主壓縮機旁路高壓切換閥，527、主壓縮機低壓旁路，528、主壓縮機高壓旁路，53、室外換熱器，54、節流閥，541、管道，542、管道，55、儲液罐，56、儲液罐，6、水回路，61、換熱水箱，611、換熱水箱出水閥，612、換熱水箱進水閥，613、換熱水箱出水管道，614、換熱水箱進水管道，615、換熱水箱進氣管道，616、換熱水箱出氣管道，617、攪拌器，618、換熱水箱上水管道，619、換熱水箱水泵，62、回水箱，63、供水箱，631、供水箱均勻器，632、隔熱板，64、用戶換熱器。641、用戶換熱器進水管道，642、用戶換熱器出水管道，643、用戶換熱器水泵，644、用戶換熱器閥。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。
[0019]實施例1
如圖1，本發明冷溫水機熱交換裝置，包括水換熱器51和用于輸送熱量的水回路；所述水回路包括換熱水箱61和進出水管路；所述水換熱器51，即制冷機的蒸發器或冷凝器，設置在換熱水箱61里，用于水與制冷工質之間的熱交換。圖1所示為一種開放式的熱交換系統，經過熱交換的熱水或冷水，直接供應到外界使用，不參與循環。
[0020]如圖2所示，冷溫水機熱交換裝置還包括用戶換熱器6