一种新型节能冷水机组的制作方法

本发明涉及冷水机组技术领域，尤其涉及一种新型节能冷水机组。

背景技术：

目前，我国能源结构以燃煤为主，大量的能源消耗带来了严重的环境污染和温室气体排放。我国建筑总能耗已经超过8亿吨标煤，占据全国总能耗的20％左右，且随着我国经济发展而持续高速增长。暖通空调系统则是建筑中用能最大的系统，暖通空调系统能耗占据整个建筑能耗的40％左右。冷水机组是暖通空调系统能耗最大的用能设备，降低冷水机组的运行能耗对节能减排及绿色发展具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种新型节能冷水机组，通过采用蒸发式冷却塔，实现蒸汽压缩制冷循环管路能效提升，同时在组成普通水冷式冷水机组的蒸汽压缩制冷循环管路与冷却水循环管路的基础上耦合无需消耗电能的重力热管循环管路，充分利用自然冷源，大幅度降低冷却水循环管路当中的冷却水泵的运行时间及运行扬程，实现冷却水循环管路的能效提升，解决了现有技术中冷水机组能耗大的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种新型节能冷水机组，冷水机组由蒸汽压缩制冷循环管路、重力热管循环管路和冷却水循环管路组成，所述蒸汽压缩制冷循环管路流通有制冷工质，所述重力热管循环管路流通有热管介质，所述冷却水循环管路流通有冷却水，所述蒸汽压缩制冷循环管路通过第一冷凝器与所述重力热管循环管路相连接，所述蒸汽压缩制冷循环管路通过第二冷凝器与所述冷却水循环管路相连接，所述重力热管循环管路通过蒸发式冷却塔与所述冷却水循环管路相连接，所述蒸汽压缩制冷循环管路通过蒸发器与外部用于流通冷冻水的冷冻水管路相连接。

进一步，所述第一冷凝器设有作为所述蒸汽压缩制冷循环管路一部分的第一通道和作为所述重力热管循环管路一部分的第二通道，所述第二冷凝器设有作为所述蒸汽压缩制冷循环管路一部分的第三通道和作为所述冷却水循环管路一部分的第四通道，所述蒸发器设有作为所述蒸汽压缩制冷循环管路一部分的第五通道和作为所述冷冻水管路一部分的第六通道，所述蒸发式冷却塔设有作为所述重力热管循环管路一部分的第七通道和作为所述冷却水循环管路一部分的第八通道。

进一步，所述蒸汽压缩制冷循环管路包括压缩机、第一阀门、第一冷凝器的第一通道、第二冷凝器的第三通道、储液罐、节流装置、蒸发器的第五通道和第二阀门，所述压缩机、所述第一阀门、所述第一冷凝器的第一通道、所述第二冷凝器的第三通道、所述储液罐、所述节流装置和所述蒸发器的第五通道通过管道依次连接，所述第二阀门的一端连接所述压缩机与所述第一阀门之间的管道，所述第二阀门的另一端连接所述第一冷凝器的第一通道与所述第二冷凝器的第三通道之间的管道。如此，经压缩机压缩形成的高温高压蒸汽，可以选择先通过第一冷凝器再流入第二冷凝器，又或者选择直接流入第二冷凝器。

进一步，所述重力热管循环管路包括第一冷凝器的第二通道和蒸发式冷却塔的第七通道，所述第一冷凝器的第二通道和所述蒸发式冷却塔的第七通道之间通过管道连接形成所述重力热管循环管路。重力热管循环管路中的热管介质通过在第一冷凝器处与压缩机压缩形成的高温高压蒸汽进行换热，且完成换热后的重力热管循环管路中的热管介质通过在蒸发式冷却塔中利用自然冷源降温冷凝，并在重力的作用下回流至第一冷凝器中再次气化。

进一步，所述冷却水循环管路包括第二冷凝器的第四通道、冷却水泵、蒸发式冷却塔的第八通道、第三阀门和第四阀门，所述第二冷凝器的第四通道、所述冷却水泵、所述蒸发式冷却塔的第八通道和所述第三阀门通过管道依次连接，所述第四阀门的一端连接所述蒸发式冷却塔的第八通道与所述第三阀门之间的管道，所述第四阀门的另一端连接所述第二冷凝器的第四通道与所述冷却水泵之间的管道。如此，蒸发式冷却塔中与热管介质完成换热后的冷却水，可以选择通过第四阀门直接由冷却水泵泵送回蒸发式冷却塔中继续换热；又或者选择先通过第三阀门进入第二冷凝器与蒸汽压缩制冷循环管路中的制冷工质进一步换热，之后才由冷却水泵泵送回蒸发式冷却塔中继续换热。

优选的，所述第一冷凝器为壳管式换热器，所述第一通道位于所述第一冷凝器的壳侧，所述第二通道位于所述第一冷凝器的管内，所述第一通道中的制冷工质的流向与所述第二通道中的热管介质的流向相反，这样，具有较好的热交换效率。

优选的，所述第二冷凝器为壳管式换热器，所述第三通道位于所述第二冷凝器的壳侧，所述第四通道位于所述第二冷凝器的管内，所述第三通道中的制冷工质的流向与所述第四通道中的冷却水的流向相反，这样，具有较好的热交换效率。

优选的，所述蒸发器为壳管式换热器，所述第五通道位于所述蒸发器的壳侧，所述第六通道位于所述蒸发器的管内，所述第五通道中的制冷工质的流向与所述第六通道中的冷冻水的流向相反，这样，具有较好的热交换效率。

进一步，所述蒸发式冷却塔还设有风机，所述第八通道包括朝向所述第七通道喷水冷却的喷淋管以及用于收集水的回流管。通过设置风机，能够加快重力热管循环管路中的热管介质以及冷却水循环管路中的冷却水的散热，提高热交换效率。

优选的，所述第一通道、所述第二通道、所述第三通道、所述第四通道、所述第五通道、所述第六通道和所述第七通道均为蛇形分布的管道，这样，具有较好的热交换效率。

与现有技术相比，本发明提供了一种新型节能冷水机组，具备以下有益效果：

1、本发明采用蒸发式冷却塔，相对于普通水冷式冷水机组，本发明蒸汽压缩制冷循环管路的冷凝温度下降，蒸汽压缩制冷循环管路当中的压缩机能耗大幅度下降，整体能效得到提升。

2、本发明重力热管循环管路中的热管介质在重力的作用下，从蒸发式冷却塔回流到第一冷凝器并再次气化，如此反复循环，无需消耗电能。

3、本发明在组成普通水冷式冷水机组的蒸汽压缩制冷循环管路与冷却水循环管路的基础上耦合重力热管循环管路，充分利用自然冷源的同时，大幅度降低冷却水循环管路当中的冷却水泵的运行时间及运行扬程，冷却水泵运行能耗大幅度下降，整体能效进一步得到提升。

4、本发明蒸汽压缩制冷循环管路及冷却水循环管路能效得到提升，同时重力热管循环管路运行无需消耗电能，由这三大管路组成的冷水机组整体节能效果显著。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明在不同模式下各个设备的开启状态情况；

图3为本发明在干冷模式下的运行示意图；

图4为本发明在蒸发冷模式下的运行示意图；

图5为本发明在联合模式下的运行示意图；

图6为本发明在水冷模式下的运行示意图。

附图标记：1、压缩机；2、第一冷凝器；21、第一通道；22、第二通道；3、第二冷凝器；31、第三通道；32、第四通道；4、储液罐；5、节流装置；6、蒸发器；61、第五通道；62、第六通道；7、蒸发式冷却塔；71、第七通道；72、第八通道；8、冷却水泵；9、风机；10、冷冻水管路；a、第一阀门；b、第二阀门；c、第三阀门；d、第四阀门。

具体实施方式

下面将通过详细的实施例并结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参考图1～6，本实施例提供了一种新型节能冷水机组，冷水机组由蒸汽压缩制冷循环管路、重力热管循环管路和冷却水循环管路组成，所述蒸汽压缩制冷循环管路流通有制冷工质，所述重力热管循环管路流通有热管介质，所述冷却水循环管路流通有冷却水，所述蒸汽压缩制冷循环管路通过第一冷凝器2与所述重力热管循环管路相连接，所述蒸汽压缩制冷循环管路通过第二冷凝器3与所述冷却水循环管路相连接，所述重力热管循环管路通过蒸发式冷却塔7与所述冷却水循环管路相连接，所述蒸汽压缩制冷循环管路通过蒸发器6与外部用于流通冷冻水的冷冻水管路10相连接。通过采用蒸发式冷却塔7，实现蒸汽压缩制冷循环管路能效提升，同时在组成普通水冷式冷水机组的蒸汽压缩制冷循环管路与冷却水循环管路的基础上耦合无需消耗电能的重力热管循环管路，充分利用自然冷源，大幅度降低冷却水循环管路当中的冷却水泵8的运行时间及运行扬程，实现冷却水循环管路的能效提升。

其中，所述第一冷凝器2设有作为所述蒸汽压缩制冷循环管路一部分的第一通道21和作为所述重力热管循环管路一部分的第二通道22。所述第二冷凝器3设有作为所述蒸汽压缩制冷循环管路一部分的第三通道31和作为所述冷却水循环管路一部分的第四通道32。所述蒸发器6设有作为所述蒸汽压缩制冷循环管路一部分的第五通道61和作为所述冷冻水管路10一部分的第六通道62。所述蒸发式冷却塔7设有作为所述重力热管循环管路一部分的第七通道71和作为所述冷却水循环管路一部分的第八通道72。

具体地说，所述蒸汽压缩制冷循环管路包括压缩机1、第一阀门a、第一冷凝器2的第一通道21、第二冷凝器3的第三通道31、储液罐4、节流装置5、蒸发器6的第五通道61和第二阀门b，所述压缩机1、所述第一阀门a、所述第一冷凝器2的第一通道21、所述第二冷凝器3的第三通道31、所述储液罐4、所述节流装置5和所述蒸发器6的第五通道61通过管道依次连接，所述第二阀门b的一端连接所述压缩机1与所述第一阀门a之间的管道，所述第二阀门b的另一端连接所述第一冷凝器2的第一通道21与所述第二冷凝器3的第三通道31之间的管道。如此，经压缩机1压缩形成的高温高压蒸汽，可以选择先通过第一冷凝器2再流入第二冷凝器3，又或者选择直接流入第二冷凝器3。

所述重力热管循环管路包括第一冷凝器2的第二通道22和蒸发式冷却塔7的第七通道71，所述第一冷凝器2的第二通道22和所述蒸发式冷却塔7的第七通道71之间通过管道连接形成所述重力热管循环管路。重力热管循环管路中的热管介质通过在第一冷凝器2处与压缩机1压缩形成的高温高压蒸汽进行换热，且完成换热后的重力热管循环管路中的热管介质通过在蒸发式冷却塔7中利用自然冷源降温冷凝，并在重力的作用下回流至第一冷凝器2中再次气化。

所述冷却水循环管路包括第二冷凝器3的第四通道32、冷却水泵8、蒸发式冷却塔7的第八通道72、第三阀门c和第四阀门d，所述第二冷凝器3的第四通道32、所述冷却水泵8、所述蒸发式冷却塔7的第八通道72和所述第三阀门c通过管道依次连接，所述第四阀门d的一端连接所述蒸发式冷却塔7的第八通道72与所述第三阀门c之间的管道，所述第四阀门d的另一端连接所述第二冷凝器3的第四通道32与所述冷却水泵8之间的管道。如此，蒸发式冷却塔7中与热管介质完成换热后的冷却水，可以选择通过第四阀门d直接由冷却水泵8泵送回蒸发式冷却塔7中继续换热；又或者选择先通过第三阀门c进入第二冷凝器3与蒸汽压缩制冷循环管路中的制冷工质进一步换热，之后才由冷却水泵8泵送回蒸发式冷却塔7中继续换热。

在一些具体的实施方式中，所述第一冷凝器2为壳管式换热器，所述第一通道21位于所述第一冷凝器2的壳侧，所述第二通道22位于所述第一冷凝器2的管内，所述第一通道21中的制冷工质的流向与所述第二通道22中的热管介质的流向相反，这样，具有较好的热交换效率。

在一些具体的实施方式中，所述第二冷凝器3为壳管式换热器，所述第三通道31位于所述第二冷凝器3的壳侧，所述第四通道32位于所述第二冷凝器3的管内，所述第三通道31中的制冷工质的流向与所述第四通道32中的冷却水的流向相反，这样，具有较好的热交换效率。

在一些具体的实施方式中，所述蒸发器6为壳管式换热器，所述第五通道61位于所述蒸发器6的壳侧，所述第六通道62位于所述蒸发器6的管内，所述第五通道61中的制冷工质的流向与所述第六通道62中冷冻水的流向相反，这样，具有较好的热交换效率。

在一些具体的实施方式中，所述蒸发式冷却塔7还设有风机9，所述第八通道72包括朝向所述第七通道71喷水冷却的喷淋管以及用于收集水的回流管。通过设置风机9，能够加快重力热管循环管路中的热管介质以及冷却水循环管路中的冷却水的散热，提高热交换效率。

在一些具体的实施方式中，为了具有较好的热交换效率，所述第一通道21、所述第二通道22、所述第三通道31、所述第四通道32、所述第五通道61、所述第六通道62和所述第七通道71均优选地设置为蛇形分布的管道。

需要说明的是，为了便于观察和调节，新型节能冷水机组还进一步设有仪表盘、控制器等部件，以监控和调节工作过程中各个设备的运行状态。仪表盘上可以设置有冷水机组内温度、湿度、出口风温(湿热空气的温度)、电源指示、压缩机1运行、节流装置5运行、冷却水泵8运行、风机9运行、第一阀门a运行、第二阀门b运行、第三阀门c运行、第四阀门d运行等参数控制和显示。

参考图2～图6，本申请新型节能冷水机组通过第一阀门a、第二阀门b、第三阀门c、第四阀门d、冷却水泵8的开启或关闭可实现干冷模式、蒸发冷模式、联合模式、水冷模式四种运行模式。以下将详细描述四种运行模式，其中，细直线箭头所示方向为蒸汽压缩制冷循环管路中制冷工质的流动方向，实心箭头所示方向为重力热管循环管路中热管介质的流动方向，细虚线箭头所示方向为冷却水循环管路中冷却水的流动方向，空心箭头所示方向为冷冻水管路10中冷冻水的流动方向。

(1)干冷模式：参考图3，气温很低时，关闭冷却水泵8，开启风机9，开启第一阀门a，关闭第二阀门b、第三阀门c及第四阀门d，运行压缩机1及节流装置5。蒸汽压缩制冷循环管路当中的压缩机1把低温低压的制冷工质蒸汽压缩成高温高压的蒸汽，高温高压的蒸汽在第一冷凝器2中被冷凝成高压液体，从第一冷凝器2出来的高压制冷剂液体依次经过第二冷凝器3及储液罐4流入节流装置5，经节流装置5节流后进入蒸发器6形成气液混合物，蒸发器6内的气液混合物吸收冷冻水管路10中冷冻水的热量而变为低压制冷剂气体，低压制冷剂气体进入压缩机1被压缩。重力热管循环管路当中的液态热管介质在第一冷凝器2当中吸收高温高压的蒸汽相变冷凝所释放的热量进行气化，气化后的气态热管介质在蒸发式冷却塔7当中借助风机9的作用将相变冷凝热传递至外界环境，冷凝后的液态热管介质在重力的作用下，从蒸发式冷却塔7回流到第一冷凝器2并再次气化。此模式下，通过将蒸汽压缩制冷循环管路与重力热管循环管路联合运行，如此实现低温冷冻水的制取。

(2)蒸发冷模式：参考图4，气温低时，开启冷却水泵8及风机9，开启第一阀门a及第四阀门d，关闭第二阀门b及第三阀门c，运行压缩机1及节流装置5。蒸汽压缩制冷循环管路当中的压缩机1把低温低压的制冷工质蒸汽压缩成高温高压的蒸汽，高温高压的蒸汽在第一冷凝器2中被冷凝成高压液体，从第一冷凝器2出来的高压制冷剂液体依次经过第二冷凝器3及储液罐4流入节流装置5，经节流装置5节流后进入蒸发器6形成气液混合物，蒸发器6内的气液混合物吸收冷冻水管路10中冷冻水的热量而变为低压制冷剂气体，低压制冷剂气体进入压缩机1被压缩。重力热管循环管路当中的液态热管介质在第一冷凝器2当中吸收高温高压的蒸汽相变冷凝所释放的热量进行气化，气化后的气态热管介质在蒸发式冷却塔7当中借助风机9与冷却水泵8的共同作用将相变冷凝热传递至外界环境，冷凝后的液态热管介质在重力的作用下，从蒸发式冷却塔7回流到第一冷凝器2并再次气化。此模式下，通过将蒸汽压缩制冷循环管路、重力热管循环管路及冷却水循环管路联合运行，如此实现低温冷冻水的制取。

(3)联合模式：参考图5，气温高时，开启冷却水泵8及风机9，开启第一阀门a及第三阀门c，关闭第二阀门b及第四阀门d，运行压缩机1及节流装置5。蒸汽压缩制冷循环管路当中的压缩机1把低温低压的制冷工质蒸汽压缩成高温高压的蒸汽，部分高温高压的蒸汽在第一冷凝器2中被冷凝成高压液体，从第一冷凝器2出来的制冷剂气液混合物流入第二冷凝器3中被冷凝成高压液体，从第二冷凝器3出来的高压制冷剂液体经过储液罐4流入节流装置5，经节流装置5节流后进入蒸发器6形成气液混合物，蒸发器6内的气液混合物吸收冷冻水管路10中冷冻水的热量而变为低压制冷剂气体，低压制冷剂气体进入压缩机1被压缩。重力热管循环管路当中的液态热管介质在第一冷凝器2当中吸收高温高压的蒸汽相变冷凝所释放的热量进行气化，气化后的气态热管介质在蒸发式冷却塔7当中借助风机9与冷却水泵8的共同作用将相变冷凝热传递至外界环境，冷凝后的液态热管介质在重力的作用下，从蒸发式冷却塔7回流到第一冷凝器2并再次气化。冷却水循环管路当中的冷却水在第二冷凝器3中吸收高温高压的蒸汽相变冷凝所释放的热量，吸热升温的冷却水在蒸发式冷却塔7当中借助风机9与冷却水泵8的共同作用将热量传递至外界环境，降温的冷却水在冷却水泵8的作用下，从蒸发式冷却塔7被输送到第二冷凝器3。此模式下，通过将蒸汽压缩制冷循环管路、重力热管循环管路及冷却水循环管路联合运行，如此实现低温冷冻水的制取。

(4)水冷模式：参考图6，气温很高时，开启冷却水泵8及风机9，开启第二阀门b及第三阀门c，关闭第一阀门a及第四阀门d，运行压缩机1及节流装置5。蒸汽压缩制冷循环管路当中的压缩机1把低温低压的制冷工质蒸汽压缩成高温高压的蒸汽，高温高压的蒸汽经第二阀门b后直接在第二冷凝器3中被冷凝成高压液体，从第二冷凝器3出来的高压制冷剂液体依次经过储液罐4流入节流装置5，经节流装置5节流后进入蒸发器6形成气液混合物，蒸发器6内的气液混合物吸收冷冻水管路10中冷冻水的热量而变为低压制冷剂气体，低压制冷剂气体进入压缩机1被压缩。冷却水循环管路当中的冷却水在第二冷凝器3当中吸收高温高压的蒸汽相变冷凝所释放的热量，吸热升温的冷却水在蒸发式冷却塔7当中借助风机9与冷却水泵8的共同作用将热量传递至外界环境，降温的冷却水在冷却水泵8的作用下，从蒸发式冷却塔7被输送到第二冷凝器3。此模式下，通过将蒸汽压缩制冷循环管路及冷却水循环管路联合运行，如此实现低温冷冻水的制取。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。