多机头冷水机组

技术领域

本发明属于换热设备技术领域，具体涉及一种多机头冷水机组。

背景技术

多机头冷水机组包括多个制冷剂循环回路完全独立的机组，如两个。现有多机头冷水机组多为直列式，在两个机组运行时，两个机组的蒸发器和冷凝器的水换热管路是以混联方式串连在一起的，即一个机组的蒸发器进水开始换热后，在该蒸发器的换热中途水会流经另一个机组的蒸发进行换热，然后再流回这一蒸发器继续换热，从而完成两个蒸发器的换热工作，两个机组的冷凝器的换热过程与上述过程相同。

在此情形下，由于水在换热中途流走、与另一换热器换热后再流回，导致了最后一段的换热过程中流回的水与换热器的换热量降低，两个机组的蒸发器/冷凝器换热量不均匀，造成两个机组的压比(即冷凝器在饱和温度时对应的绝对压力与蒸发器在饱和温度时对应的绝对压力之间的比值)不同、蒸发温度低而冷凝温度高，进而导致两个机组的压缩机运行状态不同，整体冷水机组的能效比偏低、工作效果不理想。

相应地，本领域需要一种新的多机头冷水机组来解决上述问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有的直列式多机头冷水机组的两个机组运行时换热器的换热量不均匀、整体冷水机组的工作效果不理想的问题，本发明提供了一种多机头冷水机组，所述多机头冷水机组包括第一蒸发器、第一冷凝器、第一压缩机和第一节流装置以及第二蒸发器、第二冷凝器、第二压缩机和第二节流装置，其中，所述第一蒸发器、所述第一冷凝器、所述第一压缩机和所述第一节流装置通过冷媒输送管路连通成一个闭合回路，所述第二蒸发器、所述第二冷凝器、所述第二压缩机和所述第二节流装置通过冷媒输送管路连通成另一个闭合回路，所述多机头冷水机组还包括能够与所述第一蒸发器和所述第二蒸发器换热的第一换热系统以及能够与所述第一冷凝器和所述第二冷凝器换热的第二换热系统，所述第一换热系统和所述第二换热系统均包括两个水输送管路，所述两个水输送管路中的一个能够与所述第一蒸发器或所述第一冷凝器换热，所述两个水输送管路中的另一个能够与所述第二蒸发器或所述第二冷凝器进行换热，所述第一换热系统和所述第二换热系统中的至少一个设置为：所述两个水输送管路能够以分别与所述第一蒸发器或所述第一冷凝器和所述第二蒸发器或所述第二冷凝器独立换热的方式串联在一起。

在上述多机头冷水机组的优选技术方案中，所述第一换热系统的两个水输送管路中的一个与所述第一蒸发器独立换热，所述第一换热系统的两个水输送管路中的另一个与所述第二蒸发器独立换热，所述第一换热系统的两个水输送管路中的一个的出水端与所述第一换热系统的两个水输送管路中的另一个的进水端相连。

在上述多机头冷水机组的优选技术方案中，所述第二换热系统的两个水输送管路中的一个与所述第一冷凝器独立换热，所述第二换热系统的两个水输送管路中的另一个与所述第二冷凝器独立换热，所述第二换热系统的两个水输送管路中的一个的出水端与所述第二换热系统的两个水输送管路中的另一个的进水端相连。

在上述多机头冷水机组的优选技术方案中，所述第二换热系统的两个水输送管路中的一个与所述第一冷凝器独立换热，所述第二换热系统的两个水输送管路中的另一个与所述第二冷凝器独立换热，所述第二换热系统的两个水输送管路中的一个的出水端与所述第二换热系统的两个水输送管路中的另一个的进水端相连。

在上述多机头冷水机组的优选技术方案中，所述第一换热系统的两个水输送管路中的一个与所述第一蒸发器独立换热，所述第一换热系统的两个水输送管路中的另一个与所述第二蒸发器独立换热，所述第一换热系统的两个水输送管路中的一个的出水端与所述第一换热系统的两个水输送管路中的另一个的进水端相连。

在上述多机头冷水机组的优选技术方案中，所述多机头冷水机组还包括第一冷却塔，所述第一冷却塔和所述第一换热系统的两个水输送管路串联连接，以便形成水循环闭合回路。

在上述多机头冷水机组的优选技术方案中，所述多机头冷水机组还包括第二冷却塔，所述第二冷却塔和所述第二换热系统的两个水输送管路串联连接，以便形成水循环闭合回路。

在上述多机头冷水机组的优选技术方案中，所述多机头冷水机组还包括第一闪蒸构件，所述第一闪蒸构件的入口与所述第一冷凝器的出液口连通，所述第一闪蒸构件的第一出口与所述第一蒸发器的进液口连通，所述第一闪蒸构件的第二出口与所述第一压缩机的吸气口连通。

在上述多机头冷水机组的优选技术方案中，所述多机头冷水机组还包括第二闪蒸构件，所述第二闪蒸构件的入口与所述第二冷凝器的出液口连通，所述第二闪蒸构件的第一出口与所述第二蒸发器的进液口连通，所述第二闪蒸构件的第二出口与所述第二压缩机的吸气口连通。

本领域技术人员能够理解的是，本发明的多机头冷水机组包括第一换热系统和第二换热系统，该第一换热系统和第二换热系统能够分别为两个机组的蒸发器和换热器进行换热。其中，两个换热系统中的至少一个包括的两个水输送管路设置为在串联的同时能够分别与两个机组的蒸发器或冷凝器进行独立换热。通过上述独立换热的设置，使得本发明的多机头冷水机组的至少一组换热器(即两个蒸发器或两个冷凝器)的换热量不均匀的问题能够得到极大程度的改善，使得本发明的多机头冷水机组的制冷量得到提升，优化了多机头冷水机组的能效比参数。

优选地，上述第一换热系统的两个水输送管路中的一个与第一蒸发器进行独立换热，另一个与第二蒸发器进行独立换热，并且两个水输送管路中的一个的出水端与另一个水输送管路的进水端相连，以便使多机头冷水机组的两个机组的蒸发器的换热量能够均匀，进而使得多机头冷水机组的整体制冷效果得到提升。

优选地，上述第二换热系统的两个水输送管路中的一个第一冷凝器进行独立换热，另一个与第二冷凝器进行独立换热，并且两个水输送管路中的一个的出水端与另一个水输送管路的进水端相连，以便使多机头冷水机组的两个机组的冷凝器的换热量能够均匀，进而使得多机头冷水机组的整体制冷效果得到提升。

更优选地，上述第一换热系统和第二换热系统的两个水输送管路均在串联的同时能够与两个机组的换热器进行独立换热，以便使多机头冷水机组的两个机组的蒸发器和冷凝器的换热量的分配均匀程度同时得到提升，在增大制冷量的同时降低了输出功率，极大地优化了多机头冷水机组的能效比参数。

附图说明

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。附图为：

图1是本发明的多机头冷水机组的冷媒系统结构图；

图2是本发明的多机头冷水机组的第一换热系统的水输送管路的连接示意图；

图3是本发明的多机头冷水机组的第一换热系统的水输送管路的连接示意图；

图4是现有的直列式多机头冷水机组的换热系统的管路连接示意图；

图5是本发明的多机头冷水机组的换热器安装示意图；

图6是本发明的多机头冷水机组的压焓图。

附图中：1、第一蒸发器；2、第一冷凝器；3、第一压缩机；4、第一电子膨胀阀；5、第一闪蒸构件；6、第二电子膨胀阀；7、第二蒸发器；8、第二冷凝器；9、第二压缩机；10、第三电子膨胀阀；11、第二闪蒸构件；12、第四电子膨胀阀；13、第一换热系统；131、第一水输送管路；132、第二水输送管路；14、第二换热系统；141、第三水输送管路；142、第四水输送管路。

具体实施方式

本领域技术人员应当理解的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“水平”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

首先参阅图1-3，图1是本发明的多机头冷水机组的冷媒系统结构图，图2是本发明的多机头冷水机组的第一换热系统的水输送管路的连接示意图，图3是本发明的多机头冷水机组的第一换热系统的水输送管路的连接示意图。如图1-3所示，本发明的多机头冷水机组包括第一蒸发器1、第一冷凝器2、第一压缩机3和第一节流装置以及第二蒸发器7、第二冷凝器8、第二压缩机9和第二节流装置，其中，第一蒸发器1、第一冷凝器2、第一压缩机3和第一节流装置通过冷媒输送管路连通成一个闭合回路，第二蒸发器7、第二冷凝器8、第二压缩机9和第二节流装置通过冷媒输送管路连通成另一个闭合回路。本发明的多机头冷水机组还包括第一换热系统13和第二换热系统14，其中，第一换热系统13能够与第一蒸发器1和第二蒸发器7换热，第二换热系统14能够与第一冷凝器2和第二冷凝器8换热。在上述多机头冷水机组运行时，两个闭合回路中的冷媒独立流动并且不断流经第一蒸发器1、第二蒸发器7和第一冷凝器2和第二冷凝器8，以便在第一蒸发器1和第二蒸发器7中由液态冷媒转化为气态冷媒，同时与第一换热系统13中作为换热介质的水进行热量交换，并且在第一冷凝器2和第二冷凝器8中由气态冷媒转化为液态冷媒，同时与第二换热系统14中作为换热介质的水进行热量交换，从而通过循环换热的方式实现持续制冷的目的。具体而言，第一换热系统13和第二换热系统14运输换热介质的整体管路分别包括两个水输送管路部分。第一换热系统13中的两个水输送管路能够分别与第一蒸发器1和第二蒸发器7进行换热。第二换热系统14中的两个水输送管路能够分别与第一冷凝器2和第二冷凝器8进行换热。优选地，第一换热系统13和第二换热系统14中的至少一个设置为：两个水输送管路能够以分别与第一蒸发器1或第一冷凝器2和第二蒸发器7或第二冷凝器8独立换热的方式串联在一起。

在上述实施方式中，两个水输送管路分别与两个蒸发器或者两个冷凝器“独立换热”具体是指，该输送管路在与其对应的换热器进行换热时，不会将换热介质在换热中途输送至其余位置，而是与对应的换热器换热完毕后再将换热介质输出。在同一换热系统的两个水输送管路以能够与各自对应的换热器独立换热的方式串联在一起时，对同一换热器而言，其与换热介质进行热量交换的过程是连续、不间断地完成的。在该换热过程中，换热介质不会出现温度突变、换热能力断崖式下跌的情况，因此不会对同一个换热器的换热过程造成不良影响。在每个换热器与换热介质交换热量时，换热介质的温度都是均匀变化的，使得两个蒸发器与换热介质交换的热量能够更佳均匀地分配，从而改善了两个冷媒循环系统的蒸发温度和冷凝温度的差值相差较大、压比差异大的情况，使得第一压缩机3和第二压缩机9的运行状态更加接近，制冷效果更好。

为了便于更加清楚地表述本发明的技术方案，下面以第一换热系统13包括能够与第一蒸发器1进行换热的第一水输送管路131以及能够与第二蒸发器7进行换热的第二水输送管路132、第二换热系统14包括能够与第一冷凝器2进行换热的第三水输送管路141以及能够与第二冷凝器8进行换热的第四水输送管路142的具体方式阐述本发明的技术方案。

再参阅图5并继续参阅图1-3，图5是本发明的多机头冷水机组的换热器安装示意图。如图1-3、5所示，在本发明最优选的技术方案中，上述第一换热系统13和上述第二换热系统14的两个水输送管路均能够以分别和两个闭合回路中的两个蒸发器或两个冷凝器独立换热的方式串联在一起，即第一水输送管路131和第二水输送管路132能够以分别与第一蒸发器1和第二蒸发器7独立换热的方式串联在一起，同时，第三水输送管路141和第四水输送管路142能够以分别与第一冷凝器2和第二冷凝器8独立换热的方式串联在一起。图5示出的为一种实际的安装方式。作为示例，第一蒸发器1和第二蒸发器7在同一水平面上前后并列设置，第一冷凝器2和第二冷凝器8在同一水平面上前后并列设置。第一水输送管路131的进水口设置于外侧、与供水源连通，出水口位于换热器的内部并与第二水输送管路132的进水口连通。第二水输送管路132的出水口设置于外侧，以便将换热后的水输出至远离第二蒸发器7的位置。第三水输送管路141和第四水输送管路142的连通方式与上述连通方式类似，此处不再赘述。

优选地，多机头冷水机组还包括第一冷却塔和第二冷却塔。第一冷却塔的进水管与第二水输送管路132的出水口连通，以便换热后的水能够流入第一冷却塔，第一冷却塔的出水管与第一水输送管路131的进水口连通，以便第一冷却塔内恢复至供水温度的水能够被再次输入第一水输送管路131，从而形成闭合的水循环回路。第二冷却塔的进水管与第三水输送管路141的出水口连通，以便换热后的水能够流入第二冷却塔，第二冷却塔的出水管与第四水输送管路142的进水口连通，以便第二冷却塔内恢复至供水温度的水能够被再次输入第四水输送管路142，以便形成闭合的水循环回路。通过上述设置，使得第一换热系统13和第二换热系统14均能够以循环方式供应固定温度的换热介质，避免造成水资源的浪费。

下面以第一换热系统13中输入的换热介质的温度为12℃，第二换热系统14中输入的换热介质的温度为30℃为例来阐述本发明的第一/第二换热系统的管路布置优化效果。

如图2和图3所示，在本发明的多机头冷水机组运行时，换热介质的流向分别如图2和图3中的箭头方向所示。对于第一蒸发器1和第二蒸发器7而言：按照常规换热程度计算，在热量交换的过程中，12℃的水进入第一水输送管路131、与第一蒸发器1进行换热，完全流经第一蒸发器1后，12℃的水降低至9.5℃；9.5℃的水再流入第二水输送管路132中、与第二蒸发器7进行换热。换热完毕后，9.5℃的水降低至7℃。对于第一冷凝器2和第二冷凝器8而言：按照常规换热程度计算，在热量交换的过程中，30℃的水进入第四水输送管路142、与第二冷凝器8进行换热，完全流经第二冷凝器8后，30℃的水上升至32.5℃；32.5℃的水再流入第三水输送管路141中、与第一冷凝器2进行换热。换热完毕后，32.5℃的水上升至35℃。

再参阅图4，图4是现有的直列式多机头冷水机组的换热系统的管路连接示意图。在图4中，两个换热器的水输送管路为混联式串联，即水流经右侧的换热器的中途，完全流经左侧换热器后在流回与右侧换热器继续换热。多机头冷水机组的两个机组的蒸发器和冷凝器均采用上述换热流路结构进行换热。当图中的两个换热器均为蒸发器时，作为对比，在相同温度的水流经两个蒸发器的情形下，12℃的水流经右侧蒸发器时，温度下降至10.75℃；10.75℃的水流入左侧蒸发器换热后，温度下降至8.25℃；8.25℃的水再流回右侧蒸发器，温度下降至7℃。当图中的两个换热器均为冷凝器时，作为对比，在相同温度的水流经两个冷凝器的情形下，30℃的水流经右侧蒸发器时，温度上升至31.25℃；31.25℃的水流入左侧蒸发器换热后，温度上升至33.75℃；33.75℃的水再流回右侧蒸发器，温度上升至35℃。

由上文对比可知，假设冷凝器趋近温差为0.5℃，蒸发器趋近温差为1℃。在此情形下，对于本发明的多机头冷水机组而言，第一冷凝器2的冷凝温度与第一蒸发器1的蒸发温度的温差△T1＝35.5-8.5＝27℃；第二冷凝器8的冷凝温度与第二蒸发器7的蒸发温度的温差△T2＝33-6＝27℃，两个冷媒循环系统的温差一致、压缩机运行压比相同。对于现有的直列式多机头冷水机组而言，左侧冷凝器的冷凝温度与左侧蒸发器的蒸发温度的温差△T1＝34.25-7.25＝27℃；左侧冷凝器的冷凝温度与右侧蒸发器的蒸发温度的温差△T2＝35.5-6＝29℃，两个冷媒循环系统的温差相差2℃、压缩机运行压比的明显相同。

再参阅图6，图6是本发明的多机头冷水机组的压焓图。如图6所示，图中的1-2-3-4-5-6-7为本发明的多机头冷水机组的压焓线，图中的1’-2’-3’-4’-5’-6’-7’为直列式多机头冷水机组的压焓线。由上文可知，对于本发明的多机头冷水机组而言，本发明多机头冷水机组的第一蒸发器1的蒸发温度为8.5℃，第二蒸发器7的蒸发温度6℃，则整个多机头冷水机组的平均蒸发温度TE＝(8.5+6)/2＝7.25℃；第一冷凝器2的冷凝温度为35.5℃，第二冷凝器8的冷凝温度为33℃，则整个多机头冷水机组的平均冷凝温度Tc＝(35.5+33)/2＝34.25℃。对于直列式多机头冷水机组而言，左侧蒸发器的蒸发温度7.25℃，右侧蒸发器的蒸发温度6℃，则整个直列式多机头冷水机组的平均蒸发温度TE＝(7.25+6)/2＝6.625℃；左侧冷凝器的冷凝温度为34.25℃，右侧冷凝器的冷凝温度为35.5℃，则整个直列式多机头冷水机组的平均冷凝温度Tc＝(34.5+35.5)/2＝35℃。与直列式多机头冷水机组相比，本发明的多机头冷水机组的平均蒸发温度更高、平均冷凝温度更低，由此得出的压焓线7-1-2位于压焓线7’-1’-2’的上方，压焓线3-4-5-6位于压焓线3’-4’-5’-6’的下方。在此情形下，

对于本发明的多机头冷水机组而言：

系统制冷量Q＝m*(h2-h7)kw；

输出功率P＝m*(h3-h2)kw；

能效比COP＝Q/P＝(h2-h7)/(h3-h2)。

对于直列式多机头冷水机组而言：

制冷量Q＝m*(h2’-h7’)kw；

输出功率P＝m*(h3’-h2’)kw；

能效比COP＝Q/P＝(h2’-h7’)/(h3’-h2’)。

由上述计算过程以及两个多机头冷水机组的压焓线可知，本发明的制冷量更多、输出功率更小、能效比参数更佳，具备制冷效果好、运行效率高的优点。

继续参阅图1，本发明的多机头冷水机组还包括第一闪蒸构件5和第二闪蒸构件11。具体地，第一闪蒸构件5和第二闪蒸构件11均为闪蒸筒。第一闪蒸构件5的进口与第一冷凝器2的出液口连通，第一闪蒸构件5的第一出口与第一蒸发器1的进液口连通，第一闪蒸构件5的第二出口与第一压缩机3的吸气口连通，以便将第一冷凝器2流出的冷媒迅速汽化并实现气液分离。第二闪蒸构件11的进口与第二冷凝器8的出液口连通，第二闪蒸构件11的第一出口与第二蒸发器7的进液口连通，第二闪蒸构件11的第二出口与第二压缩机9的吸气口连通，以便将第二冷凝器8流出的冷媒迅速汽化并实现气液分离。第一节流装置包括设置于第一冷凝器2与第一闪蒸构件5之间的第一电子膨胀阀4以及设置于第一冷凝器2与第一蒸发器1之间的第二电子膨胀阀6。第二节流装置包括第二冷凝器8与第二闪蒸构件11之间的第三电子膨胀阀10以及第二冷凝器8与第二蒸发器7之间的第四电子膨胀阀12。在此情形下，在冷媒流通的过程中，冷媒在第一蒸发器1中蒸发，同时第一蒸发器1与第一水输送管路131中的水进行热交换；第一蒸发器1中的气态冷媒被第一压缩机3吸入并压缩后流入第一冷凝器2；第一冷凝器2内的液体冷媒冷凝，同时第一冷凝器2与第三水输送管路141中的水进行热交换，冷凝后的冷媒经第一电子膨胀阀4节流后进入第一闪蒸构件5；冷媒在第一闪蒸构件5内气液分离后，经第二电子膨胀阀6节流后进入第一蒸发器1，气体在第一闪蒸构件5顶部经管路进入第一压缩机3的吸气口。第二蒸发器7和第二冷凝器8所在机组的冷媒循环过程与上述循环过程相似，在此不再赘述。

本领域技术人员能够理解的是，虽然本发明的多机头冷水机组是结合第一换热系统13和第二换热系统14的两个水输送管路同时以与两个机组的换热器进行独立换热的方式串联在一起的最优实施方式来阐述的具体系统结构和技术效果，但实际上，第一换热系统13和第二换热系统14还可以根据实际的换热管路铺设需求仅将其中一个换热系统的两个水输送管路以与两个机组的换热器进行独立换热的方式串联。与直列式多机头冷水机组的换热管路设计方案相比，采用该种设计方式的多机头冷水机组的制冷量和换热效率也能够得到一定程度的优化。再者，对于实现第一/第二/第三/第四水输送管路与单个换热器独立换热的结构并不局限于图中示出的类U型结构，实际上，只要第一/第二/第三/第四水输送管路的管道能够沿换热器布置并且在完成与对应换热器换热前不将换热介质中途输出至其他管路中即可，该管道的布置结构、段数等均不是限制的。例如，第一/第二/第三/第四水输送管路中的任意一个包括多段沿其对应的换热器铺设的S形弯管，多个S形弯管连接成一条完整管路，且完整管路的输出端与其于水输送管路连通。本领域技术人员能够根据实际换热需求对第一/第二/第三/第四水输送管路中的任意一个或多个的具体管路结构进行改动，只要改动后的管路结构能够满足与对应的换热器独立换热的需求即可。此外，虽然本发明的多机头冷水机组是结合两个机组来描述的，但是这并不是限定的。在实际应用中，多机头冷水机组的机组数量可以多于两个。在多机头冷水机组包括多个冷媒循环回路时，与每个机组的蒸发器/冷凝器换热的换热系统包括两个以上的、与机组的换热器数量相对应的水输送管路，并且每个水输送管路均能够与其对应的每个冷媒循环回路中的蒸发器/冷凝器独立换热。

综上所述，本发明的多机头冷水机组的两个换热系统中包括的两个水输送管路均设置为在串联的同时能够分别与两个机组的蒸发器或冷凝器进行独立换热，以便使本发明的多机头冷水机组的第一蒸发器1和第二蒸发器7以及第一冷凝器2和第二冷凝器8的换热量不均匀的问题能够得到极大程度的改善，提升了多机头冷水机组的平均蒸发温度的同时降低了平均冷凝温度，使得本发明的多机头冷水机组的制冷量得到提升，优化了多机头冷水机组的能效比参数。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。