一种蒸发冷凝无油冷热水机组的制作方法

本实用新型涉及空调技术领域，尤其涉及的是一种蒸发冷凝无油冷热水机组。

背景技术：

传统水冷冷水机结合冷却塔及其管道的水冷冷水空调系统冷源，采用冷却塔进行散热，采用水泵进行介质输送能效低；采用传统螺杆、涡旋等需通过机油进行润滑压缩机，机油影响两器的换热效果导致能效低；机油同时影响内、外连接长度导致内、外机放置受限同时也会影响能效。传统的水冷冷水型机组+冷却塔+水泵组成的空调系统冷源，不适用于没有冷却塔安装条件的场合，如城市地铁站，也不适用于缺水的地域，同时该水冷冷水型机组+冷却塔+水泵组成的空调系统冷源3次循环，2次热交热后，系统能效低，设备复杂，设备间距离越远能效下降越明显。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种蒸发冷凝无油冷热水机组，旨在解决现有的水冷冷水空调系统冷源的系统能效低，设备复杂，不适用于城市地铁站、缺水地域等没有冷却塔安装条件的场合的技术问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种蒸发冷凝无油冷热水机组，包括：用于制冷的无油制冷系统；所述无油制冷系统包括：通过管道依次连接的磁悬浮变频离心压缩机、铜翅式换热器、蛇型管换热器、电子膨胀阀、壳管式换热器；用于通过空气流动与所述蛇型管换热器进行热交换散热的风侧冷凝散热系统；用于通过循环水与所述蛇型管换热器进行热交换散热的水侧冷凝降温系统；用于通过将热交换水流过所述壳管式换热器进行热交换的冷热水换热系统；及用于控制蒸发冷凝无油冷热水机组运行的控制系统；其中，所述磁悬浮变频离心压缩机，用于将低温低压气态制冷剂压缩为高温高压气态制冷剂；所述铜翅式换热器，用于将所述磁悬浮变频离心压缩机排出的高温高压气态制冷剂冷凝为高压半气液制冷剂；所述蛇型管换热器，用于将所述铜翅式换热器流出的高压半气液制冷剂冷凝为高压液态制冷剂；所述电子膨胀阀，用于将所述蛇型管换热器流出的高压液态制冷剂节流变成低压液态制冷剂；所述壳管式换热器，用于将所述电子膨胀阀流出的低压液态制冷剂吸收热量汽化为低温低压气态制冷剂。

所述的蒸发冷凝无油冷热水机组，其中，所述水侧冷凝降温系统包括：循环水箱；用于过滤循环水中杂质的过滤装置；用于将过滤杂质后的循环水由低处往高处提升的循环水提升泵；设置在所述蛇型管换热器顶部，用于将所述循环水提升泵输出的循环水均匀流出到所述蛇型管换热器上形成水膜进行蒸发散热的布水装置；及设置在所述蛇型管换热器下部，用于接收自所述蛇型管换热器流下的循环水进行散热的改性PVC填料；所述循环水箱、所述过滤装置、所述循环水提升泵、所述布水装置通过循环水管道依次连接；所述循环水箱设置在所述改性PVC填料的下部，用于收集自改性PVC填料留下的循环水进行存储。

所述的蒸发冷凝无油冷热水机组，其中，所述风侧冷凝散热系统包括：设置在所述蛇型管换热器一侧用于向蛇型管换热器提供过滤空气的上层进风空气过滤装置；设置在所述改性PVC填料一侧用于向改性PVC填料提供过滤空气的下层进风空气过滤装置；用于除去经过与所述蛇型管换热器和所述改性PVC填料上的循环水进行热交换后的热空气中水滴的挡水装置；及用于提供空气流动动力将经所述挡水装置除去水滴后的热空气排出机组的散热风机。

所述的蒸发冷凝无油冷热水机组，其中，所述无油制冷系统还包括：设置在所述壳管式换热器和所述磁悬浮变频离心压缩机之间的管道上，用于使制冷系统的低压侧运行于安全范围防止低压回液产生液击的低压保护开关。

所述的蒸发冷凝无油冷热水机组，其中，所述无油制冷系统还包括：设置在所述壳管式换热器上用于控制制冷系统内压力的安全阀。

所述的蒸发冷凝无油冷热水机组，其中，所述壳管换热器为满液式壳管换热器、干式壳管换热器和降膜式壳管换热器的一种。

所述的蒸发冷凝无油冷热水机组，其中，所述壳管式换热器上设置有第一用户侧快速接口和第二用户侧快速接口；所述冷热水换热系统包括：用于将热交换水自所述第一用户侧快速接口流入到所述壳管式换热器内进行热交换后从所述第二用户侧快速接口排出的热交换水泵；设置在所述壳管式换热器上用于控制热交换水的流量防止水量不足或断流的水流保护开关；及设置在所述第二用户侧快速接口上用于控制热交换水的出水温度防止冻裂壳管换热器内的铜管的防冻保护开关。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供了一种蒸发冷凝无油冷热水机组，包括：无油制冷系统、风侧冷凝散热系统、水侧冷凝降温系统、冷热水换热系统、及控制系统，其为集成式一体化产品，能够在实现高效节能与宽供冷热水的同时，大幅节省占地面积，节约水的效耗，系统能效高，设备简单，安装使用及运营维护方便，特别适用于地铁站等地下空间。

附图说明

图1是本实用新型所述蒸发冷凝无油冷热水机组的内部局部结构示意图。

图2是本实用新型所述蒸发冷凝无油冷热水机组的主体局部结构示意图。

图3是本实用新型所述蒸发冷凝无油冷热水机组的外部局部结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供一种蒸发冷凝无油冷热水机组，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供了一种蒸发冷凝无油冷热水机组，包括：无油制冷系统、风侧冷凝散热系统、水侧冷凝降温系统、冷热水换热系统。

如图1所示，所述无油制冷系统包括：通过管道依次连接的磁悬浮变频离心压缩机11、铜翅式换热器12、蛇型管换热器13、电子膨胀阀14、壳管式换热器15；其中，所述磁悬浮变频离心压缩机，用于给制冷剂提升压力，将低温低压气态制冷剂压缩为高温高压气态制冷剂；所述铜翅式换热器，用于预冷凝散热，将所述磁悬浮变频离心压缩机排出的高温高压气态制冷剂冷凝为高压半气液制冷剂；所述蛇型管换热器，用于冷凝散热，将所述铜翅式换热器流出的高压半气液制冷剂冷凝为高压液态制冷剂；所述电子膨胀阀，用于节流，将所述蛇型管换热器流出的高压液态制冷剂节流变成低压液态制冷剂；所述壳管式换热器，用于吸热，吸收冷冻水的热量使之降温，将所述电子膨胀阀流出的低压液态制冷剂吸收热量汽化为低温低压气态制冷剂。本实用新型所述壳管式换热器15为高效壳管式换热器。其中，所述高压半气液制冷剂的半气液指的是部分制冷剂为气态，部分制冷剂为液态，也就是气液态共存的制冷剂。

本实用新型所述无油制冷系统由磁悬浮变频离心压缩机11、铜翅式换热器12、蛇型管换热器13、电子膨胀阀14、壳管式换热器15及相关阀件等核心构件组成。其中磁悬浮变频离心压缩机11无需润滑油进行润滑及轴封，制冷系统管道及换热器内没有润滑油，有效提升铜翅式换热器12、蛇型管换热器13、壳管式换热器15的换热效率。通过铜翅式换热器12预冷抑垢技术及除垢运行控制模式，能够有效解决蒸发冷凝机组结垢问题，保证机组运行寿命及可靠稳定运行。

本实用新型所述无油制冷系统用于制冷；所述风侧冷凝散热系统用于通过空气流动与所述蛇型管换热器进行热交换散热；所述水侧冷凝降温系统用于通过循环水与所述蛇型管换热器进行热交换散热；所述冷热水换热系统用于通过将热交换水流过所述壳管式换热器进行热交换；所述控制系统用于控制蒸发冷凝无油冷热水机组运行。

进一步的，如图1至图3所示，所述水侧冷凝降温系统包括：循环水箱31；用于过滤循环水中杂质的过滤装置32；用于将过滤杂质后的循环水由低处往高处提升的循环水提升泵33；设置在所述蛇型管换热器13顶部，用于将所述循环水提升泵33输出的循环水均匀流出到所述蛇型管换热器13上形成水膜进行蒸发散热的布水装置34；及设置在所述蛇型管换热器13下部，用于接收自所述蛇型管换热器13流下的循环水进行散热的改性PVC填料35；所述循环水箱31、所述过滤装置32、所述循环水提升泵33、所述布水装置34通过循环水管道36依次连接；所述循环水箱31设置在所述改性PVC填料35的下部，用于收集自改性PVC填料35留下的循环水进行存储。

本实用新型所述布水装置34设置于蛇型管换热器顶部，布水装置34中的布水管流出的水精准布落于蛇型管换热器13上形成薄而均匀水膜，为闪蒸提供前提条件。

本实用新型所述水侧冷凝降温系统中，循环水的循环流动过程为：循环水箱31对循环水进行存储与稳压，全程经循环水管道36内流动；接着进入循环水过滤装置32，滤去杂质；再进入循环水提升泵33，使循环水由低处往高处走，并提供相应水压；在循环水提升泵33提升后进入布水装置34，均布分水；循环水在重力的作用下流到蛇型管换热器13表面，形成水膜蒸发散热；之后循环水又在重力作用下，淋洒在改性PVC填料35表面，循环水被空气降温，最后汇集于循环水箱31中，完成一个循环。

进一步的，如图2、图3所示，所述风侧冷凝散热系统包括：设置在所述蛇型管换热器13一侧用于向蛇型管换热器13提供过滤空气的上层进风空气过滤装置21a；设置在所述改性PVC填料35一侧用于向改性PVC填料35提供过滤空气的下层进风空气过滤装置21b；用于除去经过与所述蛇型管换热器13和所述改性PVC填料35上的循环水进行热交换后的热空气中水滴的挡水装置22；及用于提供空气流动动力将经所述挡水装置22除去水滴后的热空气排出机组的散热风机23。

本实用新型所述蛇型管换热器13内走制冷剂，管外由水膜包覆，水膜闪蒸形成水气由散热风机23提供的动力带走热量；上层进风空气过滤装置21a对进入蛇型管换热器13的空气进行过滤除去较大颗粒的物体，有效防止积尘纳污；挡水装置22确保排出的热气不带水滴，有效保障排风品质。

本实用新型所述风侧冷凝散热系统中，空气从进入机组到排出机组的先后过程为：一部分室外空气从上层进风空气过滤装置21a进入，经粗效过滤较大颗粒物体后，与蛇型管换热器13上的水膜进行热交热；另一部分室外空气从下层进风空气过滤装置21b进入，经粗效过滤较大颗粒物体后，沿改性PVC填料35的曲线风道流动，在流动过程中，对改性PVC填料35上从蛇型管换热器13流下的含温度的水进行风冷降温，使循环水箱31的水温保持在一定的恒定值；最后经过与蛇型管换热器13和改性PVC填料35上的循环水进行热交换后的热空气，都经过挡水装置22去除残余水滴以防飘水；最后经散热风机23将热空气排出机组，为空气流动提供动力。

进一步的，如图1所示，所述无油制冷系统还包括：设置在所述壳管式换热器15和所述磁悬浮变频离心压缩机11之间的管道上，用于使制冷系统的低压侧运行于安全范围防止低压回液产生液击的低压保护开关16。

进一步的，如图1所示，所述无油制冷系统还包括：设置在所述壳管式换热器15上用于控制制冷系统内压力的安全阀17。

进一步的，所述壳管换热器15为满液式壳管换热器、干式壳管换热器和降膜式壳管换热器的一种。

进一步的，如图1所示，所述壳管式换热器15上设置有第一用户侧快速接口（图中未示出）和第二用户侧快速接口19；所述冷热水换热系统包括：用于将热交换水自所述第一用户侧快速接口流入到所述壳管式换热器15内进行热交换后从所述第二用户侧快速接口19排出的热交换水泵（图中未示出）；设置在所述壳管式换热器15上用于控制热交换水的流量防止水量不足或断流的水流保护开关42；及设置在所述第二用户侧快速接口19上用于控制热交换水的出水温度防止冻裂所述壳管换热器15内的铜管的防冻保护开关43。本实用新型所述冷热水换热系统包括热交换水泵、水流保护开关42、防冻保护开关43，但并不指仅仅只包括这些，更具体的，其主要由所述壳管式换热器15、第一用户侧快速接口、第二用户侧快速接口19、水流保护开关42、防冻保护开关43等核心构件组成。

需要说明的是，本实用新型所述低压保护开关、安全阀、水流保护开关、及防冻保护开关均为现有技术，此处不再赘述。

通过壳管式换热器15制冷剂侧对水侧进行降温吸热，为用户侧提供低温冷冻水；为使用系统安全运行可靠，防冻保护开关43使冷冻水出水温度不低于安全值运行，防止壳管式换热器15铜管冻裂；水流保护开关42使热交换水系统始终运行于正常流量，防止热交换水水量不足或断流；低压保护开关16使制冷系统低压侧运行于安全范围，防止低压回液产品液击；安全阀17使制冷系统异常出现时亦安全受控，在系统压力超过一定值时卸载，将制冷剂通过专用管道回到收集罐。

当热交换水是12℃冷冻水时，冷冻水在所述冷热水换热系统内的流动过程为：12℃冷冻水经一侧的第一用户侧快速接口，进入壳管换热器15，被带走热量，降温为7℃冷冻水，依次流过水流保护开关42、防冻保护开关43，预防缺水和冷冻水温度过低冻裂换热器铜管，最后再经另一侧的第二用户侧快速接口19，将7℃冷冻水交给用户。

进一步的，同样以热交换水为12℃冷冻水为例，本实用新型所述无油制冷系统的制冷过程为：首先，制冷剂从磁悬浮变频离心压缩机11出来后，由低压气体变成高压高温气体，先进入铜翅式换热器12后进行预冷降温，有助于抑制直接进入蛇型管换热器13结垢；然后再进入蛇型管换热器13再次冷却，制冷剂由高压气态冷凝成高压液态；接着流经电子膨胀阀14，制冷剂由高压液态节流成低压液态；随即进入壳管式换热器15，制冷剂吸收12℃冷冻水的热量后，冷冻水降至7℃，制冷剂由低压液态气化成低压气态，返回磁悬浮变频离心压缩机11，完成一个制冷循环。而制热过程与以上制冷过程的流程相反，本领域技术人员能够根据以上制冷过程得知相应的制热过程，此处不再赘述。

本实用新型所述蒸发冷凝无油冷热水机组，在同等换热量的前提下，其所需散热风量仅为传统系统的1/4~1/3； 其体积亦不足传统系统的1/3，其可以安装于地下空间或地下坑道，非常适用于地铁站，结合地铁站的排风系统放置于地下风道中，能够在无冷却塔的情况下实现排风冷凝散热制冷。

本实用新型实施例还提供了一种基于以上所述的蒸发冷凝无油冷热水机组的冷热水机组控制方法，所述冷热水机组控制方法通过热交换水的回水温度T_回进行控制；所述冷热水机组控制方法包括：

制冷运行模式时，当T_回≤T₀ 时，控制机组卸载停机指令启动，待维持该状态N₁ 秒后，首先控制磁悬浮变频离心压缩机按K% 比例卸载运行；N₂ 秒后，控制热交换水泵按K%比例卸载运行，同时判断防冻保护开关检测的实时温度T_冻是否高于T₀₁，当否时重新启动热交换水泵，然后重复判断直至T_冻＞T₀₁；当T_冻＞T₀₁时，N₃ 秒后，控制循环水提升泵按K%比例卸载运行；N₄ 秒后，控制散热风机按K%比例卸载运行；按该逻辑不断循环运行卸载，直至磁悬浮变频离心压缩机完全停机后，待M分钟后蛇型管换热器表面水分完全吹干，完全停散热风机，此时磁悬浮变频离心压缩机进入待机状态；也就是冷热水机组进入待命启动加载运行模式。

制冷运行模式时，当T_回＞T₀时，首先输出指令控制按K%比例开启热交换水泵；N₅ 秒后，按K%比例开启循环水提升泵；N₆ 秒后，按K%比例开启散热风机；N₇ 秒后，按K%比例开启磁悬浮变频离心压缩机；按该逻辑不断循环运行加载，直至磁悬浮变频离心压缩机按满负荷运行，然后卸载至K₁ %部分负荷长时间高效运行；此过程简单的说，也就是按K%级级卸载，直至停机，直至当T_回≤T₀时，进入卸载停机运行模式。

具体应用时，例如，当地铁站环控系统中央级系统检测到T_回＞T₀时，发出空调冷源制冷运行时指令时，首先输出指令按10%比例开启冷冻水泵（热交换水泵）；60秒后，按10%比例开启循环水提升泵；60秒后，按10%比例开启散热风机；60秒后，按10%比例开启磁悬浮变频离心压缩机；按此逻辑不断循环运行加载，直至磁悬浮变频离心压缩机按满负荷运行，然后卸载至80%的负荷长时间高效运行；直至当T_回≤T₀时，进入卸载停机运行模式。

制热运行模式时，当T_回≥T₀时，控制机组卸载停机指令启动，N₁秒后，首先控制磁悬浮变频离心压缩机按K%比例卸载运行；N₂秒后，控制热交换水泵按K%比例卸载运行，同时判断防冻保护开关检测的实时温度T_冻是否高于T₀₁，当否时重新启动热交换水泵，然后重复判断直至T_冻＞T₀₁；当T_冻＞T₀₁时，N₃秒后，控制循环水提升泵按K%比例卸载运行；N₄秒后，控制散热风机按K%比例卸载运行；按该逻辑不断循环运行卸载，直至磁悬浮变频离心压缩机完全停机后，待M分钟后蛇型管换热器表面水分完全吹干，完全停散热风机，此时磁悬浮变频离心压缩机进入待机状态；也就是冷热水机组待命启动加载运行模式。

制热运行模式时，当T_回＜T₀时，首先控制按K%比例开启热交换水泵；N₅秒后，按K%比例开启循环水提升泵；N₆秒后，按K%比例开启散热风机；N₇秒后，按K%比例开启磁悬浮变频离心压缩机；按该逻辑不断循环运行加载，直至磁悬浮变频离心压缩机按满负荷运行，然后卸载至K₁%的负荷长时间高效运行；简单的说，也就是先启动运行，按K%级级加载，直至满负荷，后卸载至K₁%的负荷长时间高效运行，直至当T_回≥T₀时，进入卸载停机运行模式。

其中，T_回为回水实时温度值，T₀为回水温度设定值，N₁至N₇为各动作间隔时间值，M为蛇型管换热器表面水分完全吹干所用时间值，K、K₁为投入比例值，T_冻为防冻保护开关检测到的实时温度，T₀₁为防冻保护设定温度。

T₀可以预先设置为7℃-12℃之间的某一温度，例如7℃、10℃或者12℃， N₁、N₂、N₃、N₄、N₅、N₆、N₇可以均设置为60，也就是说设置60秒的间隔时间，T₀₁可以设置为2℃，K可以设置为10，也就是说可以设置按10%的比例卸载或开启，K₁可以设置为80，也就是说可以设置按80%的负荷长时间高效运行，M可以设置为30min，通过测试验证，吹干时间大于30mim即可完全吹干蛇型管换热器表面水分。

另外，需要说明的是，本实用新型所述磁悬浮变频离心压缩机的内置Hz数达到50Hz时即为满负荷运行。

本实用新型通过将磁悬浮变频离心压缩机应用技术、蛇型管换热器高效换热技术、铜翅式换热器预冷技术、高效壳管式换热器换热技术结合应用，结合特有控制方法，实现节地、节水、节能高效，制冷（热）能效系数比传统水冷冷水机组配合冷却塔的系统节能35%以上。

本实用新型所述蒸发冷凝无油冷热水机组，包括无油制冷系统、风侧冷凝散热系统、水侧冷凝降温系统、冷热水换热系统、及控制系统，其为集成式一体化产品，能够实现高效节能与宽供冷冻（热）水温差运行的同时，大幅节省占地面积，节约水的效耗，安装使用及运营维护方便。

本实用新型所述蒸发冷凝无油冷热水机组，集合了磁悬浮变频离心压缩机技术、蒸发冷凝换热器技术及直膨蒸发技术，全套系统仅三次循环两次热交换，并结合控制方法的柔合，系统能效高，设备简单，特别适合作为地铁站等地下空间的通风空调环控系统。

综上所述，本实用新型提供了一种蒸发冷凝无油冷热水机组，包括：无油制冷系统、风侧冷凝散热系统、水侧冷凝降温系统、冷热水换热系统、及控制系统，其为集成式一体化产品，能够在实现高效节能与宽供冷热水的同时，大幅节省占地面积，节约水的效耗，系统能效高，设备简单，安装使用及运营维护方便，特别适用于地铁站等地下空间。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。