一种带有自然冷却功能的风冷冷水机组和空调器的制造方法
【专利摘要】本实用新型特别涉及一种带有自然冷却功能的风冷冷水机组和空调器。风冷冷水机组包括压缩式制冷系统、自然冷却系统和连接结构，压缩式制冷系统包括压缩机、流量控制阀、蒸发器和至少一个冷凝器，自然冷却系统包括分水管、集水管和与冷凝器一体化设置的自然冷却盘管。本实用新型通过增设自然冷却系统，在环境温度低于用水温度需求时通过自然冷却系统对水进行冷却降温，制取冷水，因此，在低环境温度下制冷机组不再需要启动压缩机进行制冷，可以节省大量能耗且压缩机不需在过低环境温度下使用，延长了压缩机的使用寿命、保证了压缩机的使用可靠性。
【专利说明】
一种带有自然冷却功能的风冷冷水机组和空调器
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及制冷空调控制领域，特别涉及一种带有自然冷却功能的风冷冷水机组和空调器。
【背景技术】
[0002]风冷冷水机组是建筑空调领域最主要的空调冷源之一，无论是在民用、公用还是工业建筑中都有着广泛的应用。其主要组成部件包括压缩机、冷凝器、电子膨胀阀和蒸发器，通过管道连成一个封闭的系统，以电力驱动的压缩机作为动力设备实现制冷循环。
[0003]风冷冷水机组工作时，通过低温低压的制冷剂在蒸发器中蒸发，吸收水的热量，制取冷水满足空调或生产工艺使用需求。其性能可靠、维护简单、出水温度稳定，应用广泛。但是此种机组的动力设备是压缩机，制冷时是以消耗电能作为代价的。它的大量应用给人们带来舒适和便利的同时也消耗了大量能源。统计表明，现代建筑中空调的能耗占据了建筑总能耗的近40%，这给国家能源供应造成很大的负担。
[0004]为了降低能源消耗、实现节能减排，现代空调设计中更加注重合理利用自然冷源，减少人工制冷，节能降耗。根据不同的使用目的，冷源需求差别很大，其中有很多空调场合一年四季有冷负荷需求，比如各种数据中心、恒温恒湿车间等等，即使冬季环境温度很低时仍然需要用冷水进行室内降温或除湿。而其冷水获取方式一年四季均依靠压缩式电制冷，要消耗电能。对低环境温度季节来讲，这其实是不必要的能源消耗，因为当环境温度低于需要的冷水温度时，完全可以通过室外空气对水进行自然冷却降温，获取需要的冷水，而不需要消耗电力制冷。因此，如果能对现有风冷冷水机组进行设计改进，使其附带自然冷却功能，环境温度低时避免电制冷的电能消耗，其节能潜力将是非常可观的。
[0005]此外，风冷冷水机组以空气作为冷凝器的冷却介质，环境温度过低时，冷凝压力随环境温度波动大，机组运行不稳定，可靠性会大打折扣。因此，全年使用风冷冷水机组进行电驱动压缩式制冷，对机组本身的稳定运行是非常不利的。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种带有自然冷却功能的风冷冷水机组和空调器，解决了现有技术的风冷冷水机组只能采用压缩机制冷，能耗浪费较大且运行不稳定的技术问题。
[0007]本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下:一种带有自然冷却功能的风冷冷水机组，包括压缩式制冷系统、自然冷却系统和连接结构，所述压缩式制冷系统包括压缩机、流量控制阀、蒸发器和至少一个冷凝器，所述蒸发器包括蒸发器进水口和蒸发器出水口，蒸发器进水口连接用户侧回水管，蒸发器出水口连接用户侧出水管;所述自然冷却系统包括分水管、集水管和与冷凝器一体化设置的自然冷却盘管，分水管出口端连接用户侧回水管，集水管出口端连接蒸发器进水口；所述自然冷却盘管包括自然冷却盘管进水口和自然冷却盘管出水口，所述自然冷却盘管进水口通过第一分支管路连接到所述分水管，自然冷却盘管出水口通过第二分支管路连接所述集水管;所述连接结构用于连接所述压缩式制冷系统和自然冷却系统。
[0008]本实用新型的有益效果是:本实用新型的技术方案通过增设自然冷却系统，在环境温度低于用水温度需求时通过自然冷却系统对水进行冷却降温，制取冷水，因此，在低环境温度下制冷机组不再需要启动压缩机进行制冷，可以节省大量能耗且压缩机不需在过低环境温度下使用，延长了压缩机的使用寿命、保证了压缩机的使用可靠性。与常规风冷冷水机组相比，本实用新型改进后的风冷冷水机组功能更丰富，具备单独电制冷、电制冷与自然冷却复合制冷、单独自然冷却制冷三种功能，成为一种带自然冷却功能的新型风冷冷水机组，值得在制冷空调控制领域广泛使用。
[0009]在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
[0010]进一步，所述压缩式制冷系统包括多个冷凝器，每个冷凝器均具有进气口和出液P；
[0011 ]所述压缩机包括排气口和吸气口 ；
[0012]所述蒸发器包括蒸发器进水口、蒸发器出水口、蒸发器进液口和蒸发器出气口；
[0013]所述冷凝器进气口分别经排气管路连接所述压缩机排气口，冷凝器出液口分别通过流量控制阀连接到所述蒸发器进液口；蒸发器出气口连接压缩机吸气口。
[0014]进一步，所述冷凝器出液口和流量控制阀之间设有干燥过滤器。
[0015]进一步，所述流量控制阀为电子膨胀阀或热力膨胀阀。
[0016]进一步，所述冷凝器呈V型设置;冷凝器包括管板和设置在管板上的冷凝盘管，所述冷凝盘管包括第一冷凝盘管和第二冷凝盘管，所述第一冷凝盘管和第二冷凝盘管的底部连接在一起，顶部开口，且开口位置设有风机。
[0017]采用上述进一步方案的有益效果是:本进一步技术方案中，风机工作时抽吸空气使空气从盘管的翅片间流过并向上排出，冷凝器工作时，制冷剂在管内冷凝放出热量，空气从外侧流过带走冷凝热。
[0018]进一步，所述自然冷却盘管包括第一冷却盘管和第二冷却盘管，所述第一冷却盘管和第二冷却盘管分别设置在所述第一冷凝盘管和第二冷凝盘管的远离所述风机的一侧。
[0019]采用上述进一步方案的有益效果是:本进一步技术方案中，冷凝盘管与自然冷却盘管共用风机，冷凝盘管位于V型结构的内侧，自然冷却盘管位于外侧，因此风机工作时，空气先流经自然冷却盘管，再经过冷凝器，制冷效果较好。本进一步技术方案中，自然冷却系统与冷凝器共用风机，不需要额外设置风机，无额外风机能耗的增加。
[0020]进一步，冷凝盘管和自然冷却盘管均为翅片式盘管，且冷凝器的每片翅片式盘管的进气管上分别设置一个电磁阀。
[0021]进一步，所述自然冷却盘管和所述冷凝盘管均设置在所述冷凝器的管板上。
[0022]采用上述进一步方案的有益效果是:本进一步技术方案中，自然冷却盘管可以做成与冷凝盘管完全一体的结构形式，共用冷凝器的管板，管板上盘管的一部分换热管用作冷凝盘管，一部分换热管用作自然冷却盘管，这种结构可以简单的将现有的冷凝盘管改造为冷凝盘管和自然冷却盘管的组合结构，改造方式简单、成本较低同时不会额外增大机组体积。在其他技术方案中，也可以不共用管板，冷凝盘管与自然冷却盘管做成分开的两片，再把二者拼装组合到一起，形成一体结构。
[0023]进一步，所述连接结构为三通阀，所述三通阀包括三通阀进水口、第一出水口和第二出水口，所述三通阀进水口连接用户侧回水管，第一出水口连接分水管出口端，第二出水口连接到蒸发器进水口。
[0024]采用上述进一步方案的有益效果是:本进一步技术方案采用直接冷却功能的风冷冷水机组，通过三通阀将自然冷却系统和压缩式制冷系统连接起来，并对制冷方式进行切换和控制，结构简单、制冷效果好。
[0025]进一步，所述连接结构包括中间换热器和循环水栗，所述中间换热器、循环水栗、分水管、自然冷却盘管和集水管连接成一个闭合循环回路，中间换热器冷水进口连接用户侧回水管，中间换热器冷水出口连接蒸发器进水口；所述中间换热器充注中间载冷剂。
[0026]采用上述进一步方案的有益效果是:本进一步技术方案采用间接自然冷却功能的风冷冷水机组，通过中间载冷剂传递冷量，先把中间载冷剂(如乙二醇水溶液)经分水管送入冷却盘管与空气换热降温，降温后的载冷剂再通过专门设置的换热器对用户回水进行冷却，制取冷水。
[0027]本实用新型还提供了一种空调器，包括所述的带有自然冷却功能的风冷冷水机组。
[0028]本实用新型的带自然冷却功能的风冷冷水机组可实现三种模式制取冷水，分别为:压缩式电制冷、自然冷却制冷、电制冷与自然冷却联合制冷。实际应用时可根据环境温度高低自动转换运行模式，实现最大化的节能运行。环境温度高于用水温度的季节，运行压缩式电制冷模式制取冷水;环境温度低于用水温度的季节，优先启动自然冷却盘管制取冷水;此时，如果环境温度足够低，单独运行自然冷却即可提供足够冷量时，电制冷不需要运行，如果环境温度不够低，自然冷却不能提供100%冷量时，可启动电制冷补充冷量，满足使用需求。相对于现有技术，本实用新型具有如下的优点和效果:
[0029](I)拓展了风冷冷水机组的功能，使其不仅能通过压缩机进行制冷，在环境温度低于冷水需求温度时，可以通过自然冷却器制取冷水，减少了电力消耗，提高机组能效。此外，可避免风冷机组在低温环境等恶劣工况下运行，减少机组故障，提高可靠性。
[0030](2)机组可针对全年不同使用季节，根据不同环境温度和出水温度，自动调整运行模式，最大限度利用自然冷源，减少电制冷运行时间，降低能耗，提高能效。机组运行模式自动转换，无需人工干预，具有极大的灵活性和便利性。
[0031](3)机组结构紧凑，自然冷却盘管与冷凝盘管合在一起，不会因为自然冷却系统的设置额外增大机组体积。自然冷却器与冷凝器共用风机，不需要额外设置风机，无额外风机能耗的增加。
[0032](4)可以灵活控制出水温度，保证水温稳定。通过传感器检测出水温度，与设定值进行比较，出水温度高时加开自然冷却系统，出水温度低时逐渐减少投入运行的自然冷却盘管数量，灵活调节水温，保持水温稳定。
【附图说明】
[0033]图1为本实施例1一种风冷冷水机组的结构示意图；
[0034]图2为本实施例2—种风冷冷水机组的结构示意图；
[0035]图3为本发明冷凝器与自然冷却盘管一体化结构示意图。
[0036]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
[0037]1、压缩机，2、冷凝器，3、干燥过滤器，4、电子膨胀阀，5、蒸发器，6、三通阀，7、分水管，8、自然冷却盘管，9、集水管，10、电磁阀，11、中间换热器，12、循环水栗，13、第一冷凝盘管，14、第二冷凝盘管，15、风机，16、第一冷却盘管，17、第二冷却盘管。
【具体实施方式】
[0038]以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
[0039]如图1所示，为本实施例1一种带直接自然冷却功能的风冷冷水机组的结构示意图，包括压缩机1、冷凝器2、干燥过滤器3、电子膨胀阀4、蒸发器5、三通阀6、分水管7、自然冷却盘管8、集水管9、电磁阀10及相关附件。系统中各部件构成了两个循环系统，分别为制冷剂循环系统和水循环系统。
[0040]制冷剂循环系统中压缩机I排气口经排气管路连接冷凝器2的各进气口。冷凝器2每片冷凝盘管的进气管上安装一个电磁阀10。冷凝器2的出液口经高压液体管连接干燥过滤器3进口端。干燥过滤器3出口端经高压液体管连接电子膨胀阀4进口端。电子膨胀阀4出口端经低压液体管连接蒸发器5进液口，蒸发器5出气口经吸气管连接压缩机I吸气口。
[0041 ]水循环系统中，用户侧回水管连接三通阀6的进水口 VI，三通阀第一出水口 V2连接分水管7，分水管7的各第一分支管路连接各自然冷却盘管8进水口，自然冷却盘管8出水口经第二分支管路连接集水管9。集水管9的出口端连接蒸发器5的进水口 el。三通阀6的第二出水口 v3也连接蒸发器5进水Del。蒸发器5出水口 e2连接用户侧供水管路。
[0042]本实施例中，自然冷却盘管与冷凝器设置为一体结构，其实施方式为:将原V型冷凝器的冷凝盘管往外侧加宽，增加一部分换热管，增加的换热管单独走水，用于对水的冷却，即为自然冷却盘管。风机运行时，空气先流经外侧的自然冷却盘管，对水进行冷却，而后流经冷凝器，换热后排出。因此，每个风机是冷凝器与自然冷却盘管共用的。
[0043]机组单独运行压缩式电制冷时，压缩机I运行，电磁阀10开启，三通阀6转换到Vl口与v3 口连通位置，v2 口不通。压缩机I产生的高压排气经排气管进入冷凝器2，冷凝器2将高压排气冷凝成高压液体。高压液体从冷凝器2流出后经干燥过滤器3流向电子膨胀阀4。电子膨胀阀4对高压液体进行节流，节流后的液体温度压力降低且有小部分液体发生气化，气液混合物从供液口进入蒸发器5，在蒸发器5中蒸发吸收水的热量，对水冷却降温。蒸发后的低温气体经吸气管被压缩机I吸入，重新压缩后从压缩机排气口排入冷凝器，循环制冷。水侧由于三通阀的Vl 口与v3 口接通，v2口关闭，因此使用侧的回水直接流入蒸发器5中冷却，冷却降温后从出水口 e2流出，供给使用侧。
[0044]单独运行自然冷却时，压缩机I不运行，三通阀6转换到Vl口与v2 口完全或部分接通位置。完全接通时，使用侧回水经v2口全部流入自然冷却盘管8，风机运行并驱动空气流经自然冷却盘管8对水进行冷却降温。冷却后的低温水流经蒸发器5供给使用侧。此时因压缩机I不运行，因此蒸发器5对水没有冷却作用，自然冷却盘管8承担全部冷负荷。为防止冷水出水温度过低，也可使Vl 口与v2 口部分连通，此时Vl与v3 口也处于部分接通状态，只有部分回水进入自然冷却盘管冷却降温，另一部分经v3口流出并与经自然冷却盘管8冷却后的冷水混合后达到使用温度，供给使用侧。
[0045]压缩式电制冷与自然冷却盘管联合运行时，压缩机I运行，三通阀6的Vl口与v2 口完全接通，v3口不通。使用侧的回水先流入自然冷却盘管8中进行预冷却，预冷后水的温度尚未达到使用要求。因此出冷却盘管后的水又流入蒸发器5中通过制冷剂蒸发使其再次冷却。由于此时压缩机I是运行的，因此蒸发器5可以对水进行二次降温，达到使用温度后供给使用侧。
[0046]实际使用中机组自动检测环境温度和回水温度，根据二者的高低差值确定机组运行模式，实现自动转换，自动运行。夏季及过渡季节环境温度高于回水温度时，自然冷却盘管8无法对水进行冷却，因此机组完全运行压缩式电制冷模式;寒冬季节，当环境温度很低，单靠自然冷却盘管8就能将水冷却到使用温度时，压缩机不再运行，只运行自然冷却模式，此时机组是最节能的;初冬季节，当环境温度低于回水温度，能够对水冷却降温但是又不够低，单靠自然冷却盘管不能提供全部冷量时，机组进行电制冷与自然冷却联合运行模式，自然冷却不足的冷量由电制冷进行补充，保证用水温度。
[0047]如图2所示，为本实施例2—种带间接自然冷却功能的风冷冷水机组的结构示意图，包括压缩机1、冷凝器2、干燥过滤器3、电子膨胀阀4、蒸发器5、中间换热器11、循环水栗12、分水管7、自然冷却盘管8、集水管9、电磁阀10及相关附件。与直接自然冷却相比，使用侧的回水不直接进入自然冷却盘管8进行冷却，而是与中间载冷剂在中间换热器11中进行冷量交换，通过中间载冷剂对水进行间接冷却。中间换热器U、循环水栗12、分水管7、自然冷却盘管8、集水管9构成一个闭合的循环系统，其中充注中间载冷剂。机组运行自然冷却时，循环水栗12启动，使中间载冷剂在闭合回路中流经自然冷却盘管8进行冷却降温，降温后的中间载冷剂进入中间换热器11，将冷量传递给水，实现水的间接冷却。
[0048]制冷剂循环系统及自然冷却盘管设置方式与实施方式一完全相同。
[0049]水循环系统中，用户侧回水管连接中间换热器11冷水侧进口，中间换热器11冷水出口接蒸发器5进水口 eI，蒸发器出水口 e2连接用户侧供水管路。
[0050]机组单独运行压缩式电制冷时，电磁阀10开启，压缩机I运行，循环水栗12不运行。使用侧回水经中间换热器11进入蒸发器5冷却降温。此时由于循环水栗12不运行，中间换热器11对水无冷却作用，全部冷量由压缩式电制冷的蒸发器5提供。
[0051]单独运行自然冷却时，压缩机I不运行，循环水栗12运行。使用侧回水流经中间换热器11时被中间载冷剂冷却降温，而后流经蒸发器供给使用侧。此时由于压缩机I不运行，蒸发器5对水没有冷却作用，全部冷量由间接自然冷却系统提供。
[0052]压缩式电制冷与自然冷却盘管联合运行时，压缩机I运行，循环水栗12也运行。使用侧回水先流经中间换热器11进行一次冷却，而后流经蒸发器5进行二次冷却。此时自然冷却与压缩式制冷对水进行联合冷却，全部冷量由两方面共同提供。
[0053]实际使用中机组自动检测环境温度和回水温度，根据二者的高低差值确定机组运行模式，实现自动转换，自动运行。其方式与实施方式一相同，不再累述。
[0054]如图3所述，为本发明冷凝器与自然冷却盘管一体化结构示意图，所述冷凝器呈V型设置;冷凝器包括管板和设置在管板上的冷凝盘管，所述冷凝盘管包括第一冷凝盘管13和第二冷凝盘管14，所述第一冷凝盘管13和第二冷凝盘管14的底部连接在一起，顶部开口，且开口位置设有风机15。所述自然冷却盘管包括第一冷却盘管16和第二冷却盘管17，所述第一冷却盘管16和第二冷却盘管17分别设置在所述第一冷凝盘管13和第二冷凝盘管14的远离所述风机的一侧。本发明中，自然冷却盘管可以做成与冷凝盘管完全一体的结构形式，共用盘管的管板，盘管一部分换热管用作冷凝盘管，一部分换热管用作自然冷却盘管，如本实施例1和实施例2中的冷凝器、自然冷却盘管结构。也可以不共用管板，冷凝盘管与自然冷却盘管做成分开的两片，再把二者拼装组合到一起，形成一体结构，如图3所示。
[0055]本实用新型还提供了一种空调器，包括所述的带有自然冷却功能的风冷冷水机组。
[0056]本实用新型的技术方案通过增设自然冷却系统，在环境温度低于用水温度需求时通过自然冷却系统对水进行冷却降温，制取冷水，因此，在低环境温度下制冷机组不再需要启动压缩机进行制冷，可以节省大量能耗且压缩机不需在过低环境温度下使用，延长了压缩机的使用寿命、保证了压缩机的使用可靠性。与常规风冷冷水机组相比，本实用新型改进后的风冷冷水机组功能更丰富，具备单独电制冷、电制冷与自然冷却复合制冷、单独自然冷却制冷三种功能，成为一种带自然冷却功能的新型风冷冷水机组，值得在制冷空调控制领域广泛使用。
[0057]尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【主权项】
1.一种带有自然冷却功能的风冷冷水机组，其特征在于，包括压缩式制冷系统、自然冷却系统和连接结构，所述压缩式制冷系统包括压缩机、流量控制阀、蒸发器和至少一个冷凝器，所述蒸发器包括蒸发器进水口和蒸发器出水口，蒸发器进水口连接用户侧回水管，蒸发器出水口连接用户侧出水管;所述自然冷却系统包括分水管、集水管和与冷凝器一体化设置的自然冷却盘管，分水管出口端连接用户侧回水管，集水管出口端连接蒸发器进水口；所述自然冷却盘管包括自然冷却盘管进水口和自然冷却盘管出水口，所述自然冷却盘管进水口通过第一分支管路连接到所述分水管，自然冷却盘管出水口通过第二分支管路连接所述集水管;所述连接结构用于连接所述压缩式制冷系统和自然冷却系统。2.根据权利要求1所述的带有自然冷却功能的风冷冷水机组，其特征在于，所述压缩式制冷系统包括多个冷凝器，每个冷凝器均具有进气口和出液口； 所述压缩机包括排气口和吸气口 ； 所述蒸发器包括蒸发器进水口、蒸发器出水口、蒸发器进液口和蒸发器出气口； 所述冷凝器进气口分别经排气管路连接所述压缩机排气口，冷凝器出液口通过流量控制阀连接到所述蒸发器进液口；蒸发器出气口连接压缩机吸气口。3.根据权利要求2所述的带有自然冷却功能的风冷冷水机组，其特征在于，所述冷凝器出液口和流量控制阀之间设有干燥过滤器;所述流量控制阀为电子膨胀阀或热力膨胀阀。4.根据权利要求1所述的带有自然冷却功能的风冷冷水机组，其特征在于，所述冷凝器呈V型设置;冷凝器包括管板和设置在管板上的冷凝盘管，所述冷凝盘管包括第一冷凝盘管和第二冷凝盘管，所述第一冷凝盘管和第二冷凝盘管的底部连接在一起，顶部开口，且开口位置设有风机。5.根据权利要求4所述的带有自然冷却功能的风冷冷水机组，其特征在于，所述自然冷却盘管包括第一冷却盘管和第二冷却盘管，所述第一冷却盘管和第二冷却盘管分别设置在所述第一冷凝盘管和第二冷凝盘管的远离所述风机的一侧。6.根据权利要求5所述的带有自然冷却功能的风冷冷水机组，其特征在于，冷凝盘管和自然冷却盘管均为翅片式盘管，且冷凝器的每片翅片式盘管的进气管上分别设置一个电磁阀。7.根据权利要求5所述的带有自然冷却功能的风冷冷水机组，其特征在于，所述自然冷却盘管和所述冷凝盘管均设置在所述冷凝器的管板上。8.根据权利要求1?7任一所述的带有自然冷却功能的风冷冷水机组，其特征在于，所述连接结构为三通阀，所述三通阀包括三通阀进水口、第一出水口和第二出水口，所述三通阀进水口连接用户侧回水管，第一出水口连接分水管出口端，第二出水口连接到蒸发器进水口。9.根据权利要求1?7任一所述的带有自然冷却功能的风冷冷水机组，其特征在于，所述连接结构包括中间换热器和循环水栗，所述中间换热器、循环水栗、分水管、自然冷却盘管和集水管连接成一个闭合循环回路，中间换热器冷水进口连接用户侧回水管，中间换热器冷水出口连接蒸发器进水口 ；所述中间换热器充注中间载冷剂。10.—种空调器，其特征在于，包括权利要求1?9任一所述的带有自然冷却功能的风冷冷水机组。
【文档编号】F24F5/00GK205678804SQ201620556730
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月8日 公开号201620556730.4, CN 201620556730, CN 205678804 U, CN 205678804U, CN-U-205678804, CN201620556730, CN201620556730.4, CN205678804 U, CN205678804U
【发明人】禹志强, 莫军民, 曲世超, 刘文斌
【申请人】烟台顿汉布什工业有限公司