一種冷溫水機熱交換裝置及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種冷溫水機，特別是一種利用水作二次介質(zhì)的冷溫水機熱交換裝置及其工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大型空調(diào)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(zhì)的制冷機制冷或制熱，水回路用水作二次介質(zhì)將制冷機的冷量或熱量帶到各個房間。制冷機的蒸發(fā)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?？蓪⒕哂性摲N結(jié)構(gòu)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(diào)，也可用于生活用水、采暖等其他用途。
[0003]傳統(tǒng)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(xù)進行的，即制冷機連續(xù)制冷，水回路中的水連續(xù)地循環(huán)流動，與制冷機的水換熱器進行連續(xù)的熱交換。在以氟利昂為工質(zhì)的制冷機中，水換熱器里氟利昂側(cè)的溫度由于受蒸發(fā)溫度或冷凝溫度的控制，是恒定的。而水回路中水側(cè)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(zhì)的溫差大，出口處水與工質(zhì)的溫差小。因而水換熱器的水側(cè)和氟利昂側(cè)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(zhì)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(zhì)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(tǒng)能量與熱量轉(zhuǎn)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(zhì)，高壓下工質(zhì)在超臨界狀態(tài)，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(tài)之下，和普通的氟利昂制冷機一樣有很大的固有溫差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服普通冷溫水機中因水和制冷工質(zhì)之間的固有溫差造成的理論溫差損失，提高冷溫水機系統(tǒng)的能效比(C0P)。
[0007]本發(fā)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(fā)器或冷凝器，設(shè)置在換熱水箱里，用于水與制冷工質(zhì)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(shè)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(yù)定值后，將換熱水箱中的水排出，并加以利用；然后重復(fù)第一步，進入下一個循環(huán)。
[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(xiàn)。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(tài)。
[0010]本發(fā)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(zhì)的溫度隨水溫的變化而變化，制冷工質(zhì)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(jié)構(gòu)，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(tǒng)的換熱器里的理論溫差損失基本不存在，冷溫水機系統(tǒng)的能效比(COP)顯著提高。
[0011]在前述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)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(huán)回路。為使用戶換熱器能得到連續(xù)供水，可同時設(shè)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(yīng)設(shè)有出氣管道，與回水箱的頂部相接；換熱水箱頂部設(shè)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(fā)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(huán)。
[0013]所述供水箱和回水箱也可以設(shè)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(nèi)，設(shè)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(jié)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(huán)回路的主壓縮機，室外換熱器、節(jié)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(zhì)之間的傳熱溫差基本恒定，節(jié)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(jié)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(huán)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(shè)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(shè)于脈管上的出氣管道相連接，其高壓端設(shè)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(jié)流損失，也沒有換熱器里水與蒸發(fā)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(jié)構(gòu)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(tǒng)制冷機結(jié)合的冷溫水機系統(tǒng)圖；
圖7是實施例3與傳統(tǒng)制冷機結(jié)合的冷溫水機系統(tǒng)圖；
圖8是實施例2與帶脈管膨脹機的制冷機結(jié)合的冷溫水機系統(tǒng)圖；
圖9是實施例2與帶脈管膨脹機的間歇式制冷機結(jié)合的冷溫水機系統(tǒng)圖。
[0017]附圖中，各標(biāo)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(jié)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(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0019]實施例1
如圖1，本發(fā)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(fā)器或冷凝器，設(shè)置在換熱水箱61里，用于水與制冷工質(zhì)之間的熱交換。圖1所示為一種開放式的熱交換系統(tǒng)，經(jīng)過熱交換的熱水或冷水，直接供應(yīng)到外界使用，不參與循環(huán)。
[0020]如圖2所示，冷溫水機熱交換裝置還包括用戶換熱器6