专利名称：水冷热泵式空调机的制作方法
技术领域：
本发明涉及水冷热泵式空调机。
背景技术：
如日本特开2005-226922号公报以及日本特开平10-232000号公报涉及的一体具有压缩机和供气侧空气热交换器以及热源侧水热交换器的水冷热泵式空调机，如果需要大风量和大功率，则该空调机的体积将会很大。
因此，不仅制作过程费时费力，而且将设备搬入设置场所或搬出，以及制冷剂回路的现场维护等都相当麻烦。此外，需要将由热源机进行温度调节的热源水所流过的热源水回路的水路分成多路，对于在各水路连接有冷热水旋管式空调机的空调系统，热源水就会并行流过各水路。因此，需要很多热源水，导致热源机以及热源水回路的配管直径或泵的容量增大，从而提高了设备成本以及热源机等设备的运行成本。
发明内容本发明为解决上述问题而提出，其最主要特征是，具有机壳和相对机壳并列的、能够取出或收纳自如的多个水冷热泵单元；该水冷热泵单元至少包括压缩循环制冷剂的多个压缩机、多个压缩机共用的供气侧空气热交换器以及热源侧水热交换器、膨胀循环制冷剂的减压装置、和安装这些部件的框架；在上述空气热交换器的空气入口侧将多个压缩机上下分开设置，在上侧压缩机的下方设置上方排水板，同时在下侧压缩机和空气热交换器以及水热交换器的下方设置下方排水板，并使水热交换器能够自由地与机壳内部设置的热源水导入管和热源水排出管连接或分离。
本发明的第1方面是，将空气热交换器和水热交换器共用于多个压缩机，从而减少部件数量，而且将水热交换器和压缩机分两段设置，使水冷热泵单元更加紧凑，从而在保证大风量、大功率的同时实现空调机小型化，使制造变得简单。不仅如此，将水冷热泵单元模块化，从而能够简单快捷地进行热泵的修理、更换、制冷剂回收作业等维护工作。即使其中1个水冷热泵单元出现故障，也能够依靠其它单元来应急性地继续运转空调机。任意水冷热泵单元仅仅单独运转、停止，就能够容易控制功率调节。此外，由于只需更换水冷热泵单元，因此能够降低更新成本。
本发明第2方面是，将空调机分成几个模块，实现了模块化，因此方便搬入或搬出设置场所，能够快捷地进行设置作业。当机壳包括风扇模块和多个热泵模块时，通过用空气热交换器进行多次空气冷却，可以提供低温空气，从而减小风量。因此，能够缩小空气输送管直径，大幅降低送风功率，从而节约能源。此外，如果作为室外空调机使用，可以通过多次空气冷却来强力除湿，由此减轻室内空调机(Circulation air conditioner)的负担，从而减少室内空调机的数量，或实现辐射空气调节(Air conditioning by radiation)，以改善室内空调环境。此外，能够根据四季以及白天、夜间等负荷变化，进行多阶段适应运转，因此能够节省能源。
本发明第3方面是，将空调机分成几个模块，实现了模块化，因此方便搬入或搬出设置场所，能够快捷地进行设置作业。通过用冷热水旋管以及水冷热泵单元的空气热交换器进行二阶段空气冷却，可以提供低温空气，从而减小风量。因此，能够缩小空气输送管直径，大幅降低送风功率，从而节约能源。此外，如果作为室外空调机使用，可以通过二阶段空气冷却来强力除湿，由此减轻室内空调机的负担，从而减少室内空调机的数量，或实现辐射空气调节，以改善室内空调环境。此外，能够根据四季以及白天、夜间等负荷变化，进行多阶段适应运转，因此能够节省能源。
本发明第4方面是，从1路上游侧水路分流热源水，流向多个下游侧水路，相比不进行分流且多个水路并列流过热源水的情形，只需1路水量(1/水路数)即可，从而能够减小热源机或热源水回路的配管直径以及泵的容量，进一步降低设备成本和热源机等运行成本。例如，在热源水回路的上游侧水路中连接1台或多台冷热水旋管式空调机，在下游侧水路连接1台或多台水冷热泵式空调机，使热源水回路的出口和入口的水温相差15～20℃，从而提高热源水的放射效率(Exergy efficiency)，实现小水量化、提高热源机效率、降低泵的功率，并实现配管设置的合理化。
本发明第5方面是，即使使用高风速，也不会增加压力损失，不会降低热交换能力，因此能够使用小型的空气热交换器，从而大幅减小空调机尺寸。此外，对于一般风速，能够降低压力损失，提高热交换效率，从而能够使用小型的送风机，降低噪声。
参照附图，阅读下面的详细说明，有助于深入理解本发明的上述及其他目的和特征。
图1是本发明的水冷热泵式空调机的一种实施方式的侧面示意图。
图2是水冷热泵单元的简略立体图。
图3是水冷热泵式空调机整体的简略立体图。
图4是水冷热泵单元的简略说明图。
图5是空气热交换器的剖面示意图。
图6是水冷热泵式空调机另一种实施方式的侧面示意图。
图7是水冷热泵式空调机又一种实施方式的侧面示意图。
图8是使用水冷热泵式空调机的使用实例简略说明图。
具体实施方式图1至图4所示为本发明的水冷热泵式空调机的一种实施方式，这种空调机具有机壳1和相对机壳1并列(相对白色向上箭头所示的送风方向横向排列)的、能够取出或收纳自如以及装卸自如的多个水冷热泵单元2。机壳1至少将风扇模块A和热泵模块B可自由连接或分离地设置而成，在热泵模块B上设置有多个能够自由取出或收纳的水冷热泵单元2。图1和图3所示的机壳1，由内设有过滤器18的过滤模块D、热泵模块B、内设有送风机17的风扇模块A组合而成，部件之间可以自由连接或分离。
水冷热泵单元2是对循环制冷剂依次反复进行蒸发、压缩、冷凝、膨胀等工艺，并在制冷剂蒸发过程中从与上述循环制冷剂进行热交换的空气或热源水吸热，而在制冷剂冷凝过程中放热的装置。该水冷热泵单元2至少包括压缩上述循环制冷剂的多个压缩机3、共用于多个压缩机3并在循环制冷剂的蒸发过程和冷凝过程中进行不同作业的供气侧空气热交换器4以及热源侧水热交换器5、用于膨胀循环制冷剂的膨胀盒等减压装置6、切换空气热交换器4以及水热交换器5的蒸发过程和冷凝过程的阀等切换装置19、以及安装上述部件的框架7。并且空气热交换器4、水热交换器5、压缩机3、减压装置6以及切换装置19等通过配管连接，以使制冷剂循环。22为加湿器。此外，虽然附图中进行了省略，但也可以在水冷热泵单元2中设置二次加热器。
在上述空气热交换器4的空气入口侧将多个(图1、2和4中为2个)压缩机3上下分开设置，在上侧压缩机3的下方水平设置兼有辅助支撑框架作用的上方排水板8，同时在下侧压缩机3和下侧空气热交换器4以及下侧水热交换器5的下方水平设置兼有辅助支撑框架作用的下方排水板9，使水热交换器5的热源水连接口可以自由地与机壳1内设置的热源水导入管10和热源水排出管11连接或分离。空气热交换器4的翅片管16优选采用压损较小的椭圆管(参照图5)，也可以是圆形管。空气热交换器4的散热片为多个压缩机3的制冷剂循环回路的翅片管16所共用。水热交换器5为板式热交换器，为多个压缩机3的制冷剂循环回路所共用，在水热交换器5内部配置热源水通路和多个制冷剂通路，并使其能够自由进行热交换。上述板式热交换器，可以例如将几个导热板(板)层叠，使热源水和2个制冷剂从导热板和导热板之间流过，相互进行热交换。
机壳1(热泵模块B)上形成有取出或放入水冷热泵单元2的开口部，并将上述开口部设置于能够自由装卸或开关的外装板上，并设置滑动装置，以便于取出或放入水冷热泵单元2。图3中，虽然为了方便进行组装和维护作业，采用了将多个水冷热泵单元2从侧面依次放入的结构，但也可以采用从其它方向放入的结构。附图中省略了滑动装置，例如，可以通过在框架7上设置多个滚轮，并在机壳1(热泵模块B)上设置引导滚轮的导轨而构成，当然也可以采取其它多种变形方案。此外，还可以通过与上述结构不同的结构取出或放入水冷热泵单元2。机壳1上形成有空气输入口和供气口，通过输送管等与屋内、屋外连通，并通过空气热交换器4冷却或加热空调用空气，从而自由切换冷房运转和暖房运转，对需要进行空气温度调节的空间供气，以进行空气温度调节。如图6所示，如果至少将风扇模块A和多个热泵模块B可自由连接或分离地设置来构成机壳1，则可以通过多个热泵模块B的空气热交换器4进行多次空气冷却，由此提供低温空气，从而减小风量。此外，如果作为室外空调机使用，则可以在多次空气冷却过程中进行强力除湿。
图7所示为，至少将风扇模块A和热泵模块B和旋管模块C可自由连接或分离地设置来构成机壳1，并在旋管模块C设置与水冷热泵单元2共用热源水的冷热水旋管12的实施方式，其它结构与上述实施方式完全相同。对于这种情形，通过冷热水旋管12以及水冷热泵单元2的空气热交换器4进行2次空气冷却，由此提供低温空气，从而降低风量。此外，如果作为室外空调机使用，可以在2次空气冷却过程中进行强力除湿。如上所述，至少具有可自由连接或分离的风扇模块A和多个热泵模块B以及旋管模块C，将从中选取的模块连接构成机壳1，这样仅通过选择规定的模块进行组装，即可方便地制作如图1、6和图7中实施方式所示的具有不同功能的空调机。
图8所示为应用本发明空调机的系统实例，由于将上游侧水路13分成多个下游侧水路14组成热源水回路15，其中只将下游侧水路14连接到1个或多个机壳1的热源水出入口，所以相对上游侧水路13的水量，下游侧水路14的水量变为(1/水路数)，使热源水回路15出入口的水温相差15～30℃，从而提高热源机21的工作效率，并节省能源。上游侧水路13连接1台或多台冷热水旋管式空调机20。冷热水旋管式空调机20可以适用空气调节单元或风扇旋管单元等多种类型。热源水回路15的热源水通过热源机21进行温度调节，通过送水泵沿箭头方向传送进行循环。热源机21可以通过加热水的锅炉和冷却水的冷却塔或冷却器等图中省略的切换装置，将热源水自由地切换为热水和冷水。
对于这个系统，用所有空调机进行冷房运转时，例如通过以7℃的冷水作为热源水进行循环，上游侧水路13中通过冷热水旋管式空调机20的冷热水旋管将热源水从例如7℃升温到12℃(水温相差5℃)。此时，相对上游侧水路13的水量，各下游侧水路14的水量将会减少为1/2，所以在空调运转过程中上游侧水路13和下游侧水路14、14需要相同的热量时，相对上游侧水路13的水温差，各下游侧水路14的水温差将变为2倍，因此下游侧水路14、14中通过水冷热泵单元2使热源水的温度从例如12℃升温到22℃(水温差10℃)，这样热源水回路15的出入口水温差将变为15℃。返回热源机21的热源水经过温度调节，在热源水回路15中循环。
同理，进行暖房运转时，例如通过以45℃的热水作为热源水进行循环，上游侧水路13中通过冷热水旋管式空调机20的冷热水旋管将热源水从例如45℃降温到40℃(水温相差5℃)，下游侧水路14、14中通过水冷热泵单元2使热源水的温度从例如40℃降温到30℃(水温差10℃)，这样热源水回路15的出入口水温差将变为15℃。热源水回路15出入口的水温差可以自由地增减或变更设定温度(例如40℃以下)，但考虑到热源机21的工作效率，优选设定在15℃～30℃范围内。
此外，也可以在上游侧水路13和下游侧水路14上同时连接1个或多个机壳1的热源水出入口，还可以随意增减下游侧水路14的数量。此外，也可以自由更换每个水路上设置的空调机种类。上游侧水路13内部、下游侧水路14内部可以采用直接返回方式、反转返回方式或同时使用这两种方式等。此外，可以自由增减水冷热泵单元2、压缩机3、热泵模块B以及旋管模块C的数量。
以上，本发明详细说明中叙述的实施方式只是用于明确本发明技术内容，本发明并不局限于此，在本发明要旨和权利要求范围内，可以进行多种变形。
权利要求
1.一种水冷热泵式空调机，其特征是，具有机壳(1)和相对所述机壳(1)并列的、能够取出或收纳自如的多个水冷热泵单元(2)；所述水冷热泵单元(2)至少包括用于压缩循环制冷剂的多个压缩机(3)、共用于多个压缩机(3)的供气侧空气热交换器(4)以及热源侧水热交换器(5)、膨胀循环制冷剂的减压装置(6)、安装以上部件的框架(7)；在所述空气热交换器(4)的空气入口侧将多个压缩机(3)上下分开设置，在上侧的所述压缩机(3)的下方设置上方排水板(8)，同时在下侧的所述压缩机(3)和所述空气热交换器(4)和所述水热交换器(5)的下方设置下方排水板(9)，使所述水热交换器(5)能够自由地与所述机壳(1)内部设置的热源水导入管(10)和热源水排出管(11)连接或分离。
2.如权利要求1所述的水冷热泵式空调机，其中，所述机壳(1)能够自由连接或分离地至少设置有风扇模块(A)和1个或多个热泵模块(B)，并在所述热泵模块(B)上设置有所述多个水冷热泵单元(2)。
3.如权利要求1所述的水冷热泵式空调机，其中，所述机壳(1)能够自由连接或分离地至少设置有风扇模块(A)和热泵模块(B)以及旋管模块(C)，在所述热泵模块(B)上设置有所述多个水冷热泵单元(2)，同时在所述旋管模块(C)上设置有与所述水冷热泵单元(2)共用热源水的冷热水旋管(12)。
4.如权利要求1、2或3所述的水冷热泵式空调机，其中，所述1个或多个机壳(1)的热源水出入口，在具有从上游侧水路(13)分支的多个下游侧水路(14)的热源水回路(15)中，仅仅连接于所述下游侧水路(14)，或同时连接于所述上游侧水路(13)和下游侧水路(14)。
5.如权利要求1、2或3所述的水冷热泵式空调机，其中，所述空气热交换器(4)的翅片管(16)为椭圆管。
全文摘要
一种水冷热泵式空调机，具有机壳(1)和相对机壳(1)并列的、能够取出或收纳自如的多个水冷热泵单元(2)。水冷热泵单元(2)至少包括多个压缩机(3)、共用于多个压缩机(3)的空气热交换器(4)以及水热交换器(5)、减压装置、以及安装以上部件的框架(7)。在空气热交换器(4)的空气入口侧将多个压缩机(3)上下分开设置。使水热交换器(5)的热源水出入口能够自由地与机壳(1)内部设置的热源水导入管(10)和热源水排出管(11)连接或分离。
文档编号F24F3/00GK1967093SQ20061008130
公开日2007年5月23日 申请日期2006年5月16日 优先权日2005年11月16日
发明者木村惠一, 森田满津雄, 浦田畅夫 申请人:木村工机株式会社