一体式冷热水联用成套机组的制作方法

本实用新型涉及制冷制热设备，特别是涉及一种一体式冷热水联用成套机组。

背景技术：

在众多的油漆工艺车间、液晶显示器制造车间，由于工艺和舒适性的要求，全年均需要制冷和制热。

目前，制冷大多采用离心式冷水机组制取7℃冷冻水，辅以冷却塔散热，而工艺用热大多采用市政管网蒸汽或锅炉制取的蒸汽通过换热站换热，制取60-70℃的热水供空调及工艺、洗浴使用这种传统的供冷供热的配置。

而这种传统的制冷制热系统配置存在冷源浪费、系统配置复杂以及初投资较高等缺点，制冷一边在散热，而制热又需要购置设备、花大价钱购置能源，一边排热，一边买热的现象在企业中大量存在，而后期进行改造，受到投资、现场空间以及企业本身的原因的限制，难以实施。

技术实现要素：

实用新型目的：提供一种一次电能输入，即可同时对外供给冷冻水和热水，达到冷热联用的一体式冷热水联用成套机组。

技术方案：本发明的一体式冷热水联用成套机组，包括外壳、安装于外壳上的电控箱以及安装于外壳内的冷热水联用成套机组；其中，外壳上设有冷水进口、冷水出口、热水进口和热水出口；冷热水联用成套机组包括低温机组、高温机组和中间设备，所述低温机组包括低温蒸发器、低温冷凝器和低温压缩机，所述高温机组包括高温蒸发器、高温冷凝器和高温压缩机，所述中间设备包括补水及膨胀缓冲设备和循环水泵；

低温机组管路为：冷水进口与低温蒸发器的一个进口连接，低温蒸发器的一个出口与低温压缩机的进口连接，低温压缩机的出口与低温冷凝器的一个进口连接，低温冷凝器的一个出口与低温蒸发器的另一个进口连接，低温冷凝器的另一个出口与高温蒸发器的一个进口连接，低温蒸发器的另一个出口与冷水出口连接；

高温机组管路为：热水进口与高温冷凝器的一个进口连接，高温冷凝器的一个出口与高温蒸发器的另一个进口连接，高温蒸发器的一个出口与低温冷凝器的另一个进口连接，高温蒸发器的另一个出口与高温压缩机的进口连接，高温压缩机的出口与高温冷凝器的另一个进口连接，高温冷凝器的另一个出口与热水出口连接；

中间换热蒸馏水管路为：补水及膨胀缓冲设备连接于高温蒸发器的一个出口与低温冷凝器的另一个进口之间的管路上，循环水泵设于低温冷凝器的另一个出口与高温蒸发器的一个进口之间的管路上。

进一步的，低温机组还包括低温回路膨胀阀，其设于低温冷凝器的一个出口和低温蒸发器的另一个进口之间。该低温回路膨胀阀可以将冷凝后的制冷剂蒸汽进一步冷凝。

进一步的，高温机组还包括高温回路膨胀阀，其设于高温冷凝器的一个出口和高温蒸发器的另一个进口之间。该高温回路膨胀阀可以将放热后的制冷剂蒸汽进一步膨胀降温。

进一步的，所述电控箱包括控制系统和显示系统。可以实时检测和控制该机组的运行状态，并通过显示系统实时显示。

其中，所述机组的蒸发器和冷凝器均为管壳式换热器，换热器分为水路和制冷剂回路。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型的一体式冷热水联用成套机组主要有以下优点：

(1)相比于目前市面上的单纯制冷机和锅炉热泵等制热设备，本实用新型的机组输入一份电能，能同时获得4-5份冷量和5份以上的热量，其综合效率高；在输入电能的情况下，一端制取7℃冷冻水，一端便可制取60℃甚至更高的热水；即通过一次电能输入，同时实现制冷和供热两种功能，相对于常规冷热机组，其综合COP提高1倍以上。

(2)与同样供冷的制冷设备和锅炉供热设备相比，虽然，该设备占地面积约是同样制冷量条件下制冷设备的2倍；但，如果考虑制冷、制热两种功能，就不需要再配置锅炉、热泵、换热站等设备及系统，其设备尺寸小很多。

(3)设备制造和安装简单，其相当于一台冷水机组和一台热泵机组联用，运用了热回收原理，使之可以同时供给冷水和热水；即只安装一台设备即可解决传统的制冷站、换热站两大功能系统提供的冷热源。

(4)系统初投资低，不需要复杂的锅炉蒸汽换热等制热功能系统的安装，一台机组，多种作用，相对于投资一个制冷站、一个锅炉蒸汽站房和换热站，初投资要小很多。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的冷热水联用成套机组结构示意图；

图3是低温蒸发器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进一步说明。

如图1所示的一体式冷热水联用机组，包括外壳1和电控箱2，电控箱2安装在外壳的一个侧壁，用以控制整个机组的运行；外壳的一个侧壁设有冷水进口11、冷水出口12、热水进口13和热水出口14。

一体式冷热水联用机组，还包括设置在外壳内的冷热水联用成套机组3，如图2所示，该成套机组包括低温机组、高温机组和中间设备；其中，低温机组包括低温蒸发器311、低温压缩机312、低温冷凝器313和低温回路膨胀阀314；高温机组包括高温蒸发器321、高温压缩机322、高温冷凝器313和高温回路膨胀阀314；中间设备包括包括补水及膨胀缓冲设备331和循环水泵332。

图2中细实线表示水路管道，粗实线表示中间换热蒸馏水管道，虚线表示低温低压制冷剂环路，点画线表示高温高压制冷剂环路。

低温机组管路为：

冷水进口与低温蒸发器的一个进口连接，低温蒸发器的一个出口与低温压缩机的进口连接，低温压缩机的出口与低温冷凝器的一个进口连接，低温冷凝器的一个出口与低温回路膨胀阀的进口连接，低温冷凝器的的另一个出口与高温蒸发器的一个进口连接，低温回路膨胀阀的出口与低温蒸发器的另一个进口连接，低温蒸发器的另一个出口与冷水出口连接。

高温机组管路为：

热水进口与高温冷凝器的一个进口连接，高温冷凝器的一个出口与高温回路膨胀阀的进口连接，高温回路膨胀阀的出口与高温蒸发器的进口连接，高温蒸发器的一个出口与低温冷凝器的另一个进口连接，高温蒸发器的另一个出口与高温压缩机的进口连接，高温压缩机的出口与高温冷凝器的另一个进口连接，高温冷凝器的另一个出口与热水出口连接。

中间换热蒸馏水管路为：补水及膨胀缓冲设备连接于高温蒸发器的一个出口与低温冷凝器的另一个进口之间的管路上，循环水泵设于低温冷凝器的另一个出口与高温蒸发器的一个进口之间的管路上。

其原理为：低温蒸发器，其原理为管壳式换热器，换热器分为水路和制冷剂回路，如图3所示，低温蒸发器包括热流体进口101、热流体出口102、冷流体进口103和冷流体出口104；其中，制冷剂在管中流动，水在壳程中(管外)流动，在蒸发器中换热；12℃的冷冻回水从热流体进口进入换热器，在换热器中被低温低压制冷剂冷却，水温降低至7℃后从热流体出口流出，而制冷剂吸热后膨胀蒸发变成制冷剂蒸汽从冷流体出口流出。

其余低温冷凝器、高温冷凝器和高温蒸发器均为制冷剂与水的换热过程，均与低温蒸发器为同一原理。

低温压缩机和高温压缩机属于压缩设备，吸收从低温蒸发器和高温蒸发器中膨胀蒸发的制冷剂蒸汽并进行压缩，是该成套机组的主要耗电部分，压缩后制冷剂变为高温高压的制冷剂蒸汽，一般需要高于环境温度，排向低温冷凝器和高温冷凝器进放热。在低温冷凝器3中高温的制冷剂放热给中间循环蒸馏水，使水温升高至35℃，第一次制热完成，可提供35-45℃的热水，但此时热水温度难以达到大多工艺的需求，需要进一步提升。

循环水泵为中间蒸馏水系统循环水泵，作为中间换热媒介，该循环中采用纯净蒸馏水，减少对换热设备的腐蚀，该系统蒸馏水一次性加入。并设置补水及膨胀缓冲设备，以吸纳和补充蒸馏水因为温度变化带来的膨胀和收缩的变化。

低温回路膨胀阀和高温回路膨胀阀为节流膨胀阀，主要作用为当从低温冷凝器和高温冷凝器中过来的经过冷却后的中温高压的液态制冷剂经过膨胀阀的节流孔节流后，成为低温低压的雾状的液压制冷剂，为制冷剂在低温蒸发器和高温蒸发器中的蒸发吸热(即制冷)创造条件。

在高温冷凝器中，从高温压缩机来的高温高压制冷剂蒸汽与工艺负荷侧的热水回水进行换热，把热量释放到水中，加热水，可使水温上升至65-70℃，甚至更高，而制冷剂本身则降温变为中温高压的液态制冷剂，流向节流阀。

即：12℃水由冷水进口进入低温蒸发器，低温低压制冷剂蒸汽(一般为R22)在低温蒸发器311里通过换热吸收外部12℃冷冻水的热量，使冷冻水降温至7℃，制取7℃冷冻水。同时制冷剂自身吸热汽化被低温压缩机312吸入，压缩成高温高压的制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽进入低温冷凝器313冷凝放热，同时把中间循环蒸馏水从30℃加热至35℃，冷凝后的中温高压制冷剂进入低温回路膨胀阀314进一步降压降温，最后被低温蒸发器311吸入，往复循环。该循环最终的排热以热水的形式存在于30℃/35℃的水中，等待下一个高温循环。

高温循环环路中的低温低压制冷剂蒸汽进入高温蒸发器321吸收另一侧35℃水的热量，水温降至30℃，制冷剂蒸汽吸热后被高温压缩机322进行压缩，形成高温高压的制冷剂蒸汽，送入高温冷凝器323冷凝放热，同时加热另一侧的热水至65℃，如此形成了65℃的热水，放热后的制冷剂蒸汽再经过高温回路膨胀阀324进一步膨胀降温，进入高温蒸发器321吸热，如此往复循环。

整个机组安装于金属外壳内，配以电控和显示系统，组成一个成套冷热水机组。该机组把35℃的水引入另一热泵设备的蒸发器，热量相当于被蒸发器吸收后，再通过这个设备的冷凝器放出，制取更高温度的水，出水温度一般可达65-70℃，而这两个设备集成在一起，当做一个设备。整体来看就是一边可制取7℃冷冻水，一边可制取65-70℃的热水。实现一机两用的实际效果。

安装时，只需要在接管口接入相应的冷水管道和热水管道即可同时供给冷冻水和热水。

如下表1中记录了7次实验的结果和机组的尺寸结构。

表1设备参数及尺寸

可知，制冷侧提供7℃冷冻水，制热侧提供60℃热水，制冷量500kW—1700kW，制热量1000-3500kW。