一种冷温水机热交换装置及其工作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种冷温水机，特别是一种利用水作二次介质的冷温水机热交换装置及其工作方法。
【背景技术】
[0002]大型空调通常有两个回路，制冷回路和水回路。制冷回路用以氟利昂为工质的制冷机制冷或制热，水回路用水作二次介质将制冷机的冷量或热量带到各个房间。制冷机的蒸发器或冷凝器作为水换热器，进行制冷或制热，制冷回路和水回路通过水换热器进行热交换；在夏天制冷水，在冬天制热水。可将具有该种结构和功能的机器称为冷温水机。冷温水机所制冷温水不一定用于空调，也可用于生活用水、采暖等其他用途。
[0003]传统的冷温水机中，制冷机的制冷过程以及与水回路的热交换过程是连续进行的，即制冷机连续制冷，水回路中的水连续地循环流动，与制冷机的水换热器进行连续的热交换。在以氟利昂为工质的制冷机中，水换热器里氟利昂侧的温度由于受蒸发温度或冷凝温度的控制，是恒定的。而水回路中水侧的温度则是沿流动方向逐渐变化的。在水回路中与水换热器开始接触的入口处，水与工质的温差大，出口处水与工质的温差小。因而水换热器的水侧和氟利昂侧有一个固有温差，这个固有温差不会因为增大水换热器面积而减小。因水和工质之间的固有温差，热交换过程中存在很大的不可逆损失，即理论温差损失。
[0004]冷温水机组为了提高效率，一般对氟利昂等制冷工质进行两级到四级压缩，这样，每一级的换热器里的固有温差虽存在，但温差可较小，理论温差损失小，系统能量与热量转换比率，即能效比(COP)可高一些。对于小型机来说，多级压缩成本很高，并不适宜。
[0005]另一种方法是采用二氧化碳为工质，高压下工质在超临界状态，其冷却过程温度是逐渐降低的。在加热水时，换热器里基本没有固有温差，因而效率较高。但用于冷却水时，由于压力在临界状态之下，和普通的氟利昂制冷机一样有很大的固有温差。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是，克服普通冷温水机中因水和制冷工质之间的固有温差造成的理论温差损失，提高冷温水机系统的能效比(C0P)。
[0007]本发明的解决方案是，提供一种冷温水机热交换装置，包括水换热器和用于输送热量的水回路；所述水回路包括换热水箱和进出水管路；所述水换热器，即制冷机的蒸发器或冷凝器，设置在换热水箱里，用于水与制冷工质之间的热交换。
[0008]所述的冷温水机热交换装置的工作方法是:第一步，向换热水箱中注水，注水量至设定值后停止注水；第二步，水换热器对换热水箱中的水进行升温或降温，水与水换热器的温度同步上升或降低；第三步，换热水箱中的水温达到预定值后，将换热水箱中的水排出，并加以利用；然后重复第一步，进入下一个循环。
[0009]为了减小注水和排水时的能量损失，在注水过程中和排水过程中，水换热器停止工作，这可由停止压缩机来实现。也可让压缩机排气量减小来使水换热器处于低功率的怠速工作状态。
[0010]本发明的有益效果是，在冷温水机热交换装置的换热过程中，水与水换热器的温度同步上升或降低。水换热器里的制冷工质的温度随水温的变化而变化，制冷工质与水之间仅保持用于传热的温差。而且，由于采用了将水换热器置于换热水箱中的结构，通过均匀布置换热面、让水在水箱里流动等方式，可使换热水箱中各处温度基本均匀。传统的换热器里的理论温差损失基本不存在，冷温水机系统的能效比(COP)显著提高。
[0011]在前述技术方案的基础上，本发明还可做如下细化和具体改进。
[0012]冷温水机热交换装置，还包括用户换热器、用户换热器水泵；所述换热水箱、用户换热器水泵、用户换热器顺次连接形成循环回路。为使用户换热器能得到连续供水，可同时设置一个供水箱和一个回水箱。供水箱通过用户换热器水泵与用户换热器的入口相连，并与换热水箱的出口相连；回水箱与用户换热器的出口相连，并与换热水箱的入口相连。如果各水箱均为密封箱体，则换热水箱顶部还应设有出气管道，与回水箱的顶部相接；换热水箱顶部设有进气管道，与供水箱的顶部相接。水在换热水箱里被升温/降温后，输入供水箱。供水箱里的水可供给用户用使用，用户使用后，水温发生了变化，流入回水箱。回水箱里的水流入换热水箱，进行下一个循环。
[0013]所述供水箱和回水箱也可以设置成一体，其一端作为供水箱、另一端作为回水箱；作为供水箱的一端通过用户换热器水泵与用户换热器的入口相连，并通过换热水箱水泵与换热水箱的出口相连；作为回水箱的一端与用户换热器的出口相连，并与换热水箱的入口相连。所述一体的供水箱和回水箱内，设有储水箱均匀器或/和隔热板，以防止热水与冷水过度混合。
[0014]利用前述冷温水机热交换装置与普通的制冷机结合制成的冷温水机，包括热交换装置、和制冷机；所述制冷机包括顺次连接并形成循环回路的主压缩机，室外换热器、节流阀、水换热器；水换热器置于换热水箱中；为了维持水与工质之间的传热温差基本恒定，节流阀的开度随水换热器的温度而变化，或压缩机的流量随水换热器的温度而变化，或二者同时变化。
[0015]利用前述冷温水机热交换装置与带脉管膨胀机的制冷机结合制成的冷温水机，包括热交换装置、和制冷机；所述制冷机包括顺次连接并形成循环回路的主压缩机，室外换热器、脉管膨胀机、水换热器；所述脉管膨胀机包括脉管，所述脉管上设有与室外换热器出口相连接的流入管道、和与水换热器入口相连接的流出管道；还包括压缩机，所述压缩机具有低压端和高压端，其低压端与设于脉管上的出气管道相连接，其高压端设有膨胀气体流出管道，并接入室外换热器的入口 ；所述压缩机的低压端还接有低压旁路管道，低压旁路管道的另一端接于水换热器的出口 ；所述压缩机的高压端接有高压旁路管道，高压旁路管道的另一端接入脉管。这种冷温水机是既没有节流损失，也没有换热器里水与蒸发器的理论温差损失，理论效率接近卡诺效率。
【附图说明】
[0016]图1是冷温水机热交换装置中水换热器与换热水箱的组合图；
图2是冷温水机热交换装置实施例1的一种结构示意图；
图3是冷温水机热交换装置实施例2示意图； 图4、图5是冷温水机热交换装置实施例3示意图；
图6是实施例2与传统制冷机结合的冷温水机系统图；
图7是实施例3与传统制冷机结合的冷温水机系统图；
图8是实施例2与带脉管膨胀机的制冷机结合的冷温水机系统图；
图9是实施例2与带脉管膨胀机的间歇式制冷机结合的冷温水机系统图。
[0017]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
1、脉管膨胀机，11、流入管道，12、流入阀，13、脉管，14、出气管道，15、流出阀，16、流出管道，21、压缩机，211、压缩机低压端，212、压缩机高压端，22、低压旁路阀，23、低压旁路管道，24、出气阀，25、高压旁路阀，26、高压旁路管道，27、膨胀气体流出管道，28、膨胀气体流出阀，5、制冷机，51、水换热器，52、主压缩机，521、低压管道，522、高压管道，523、主压缩机低压切换阀，524、主压缩机高压切换阀，525、主压缩机旁路低压切换阀，526、主压缩机旁路高压切换阀，527、主压缩机低压旁路，528、主压缩机高压旁路，53、室外换热器，54、节流阀，541、管道，542、管道，55、储液罐，56、储液罐，6、水回路，61、换热水箱，611、换热水箱出水阀，612、换热水箱进水阀，613、换热水箱出水管道，614、换热水箱进水管道，615、换热水箱进气管道，616、换热水箱出气管道，617、搅拌器，618、换热水箱上水管道，619、换热水箱水泵，62、回水箱，63、供水箱，631、供水箱均匀器，632、隔热板，64、用户换热器。641、用户换热器进水管道，642、用户换热器出水管道，643、用户换热器水泵，644、用户换热器阀。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0019]实施例1
如图1，本发明冷温水机热交换装置，包括水换热器51和用于输送热量的水回路；所述水回路包括换热水箱61和进出水管路；所述水换热器51，即制冷机的蒸发器或冷凝器，设置在换热水箱61里，用于水与制冷工质之间的热交换。图1所示为一种开放式的热交换系统，经过热交换的热水或冷水，直接供应到外界使用，不参与循环。
[0020]如图2所示，冷温水机热交换装置还包括用户换热器6