一种复合冷源冷水系统、冷水机组及其使用方法与流程

1.本技术属于空调制冷设备技术领域，具体而言，涉及一种复合冷源冷水系统、冷水机组及其使用方法。


背景技术：

2.目前市面上应用中的自然冷源机组，其自然冷源通常具有风冷冷却或蒸发冷却两种方式，而在自然冷源机组上通常只会采用这两种方式中的其中一种。然而，在采用风冷冷却方式的机组中，风冷冷却容易受到启动温度的限制，使得风冷系统的实际运行时间较短，因此实际应用上的能效也会受到影响。而采用蒸发冷却方式的机组中，在温度较低的运行环境下需要添加防冻液，整体使用上不够方便。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术中的上述缺点，本技术的目的在于提供一种复合冷源冷水系统、冷水机组及其使用方法。
4.本技术为了解决上述的技术问题所采用的技术手段是：
5.本技术中提供一种复合冷源冷水系统，包括：
6.冷冻水回路，所述冷冻水回路上设置有第一换热段和第二换热段；
7.风冷冷却系统，所述风冷冷却系统包括散热式换热器，所述散热式换热器所在的回路上设置有与所述第一换热段进行热交互的第三换热段；
8.蒸发冷却系统，所述蒸发冷却系统包括喷淋装置和水箱，所述水箱设置在所述喷淋装置的下方，所述喷淋装置与所述水箱相连通，所述水箱所在的回路上设置有与所述第一换热段进行热交互的第四换热段；
9.机械制冷系统，所述机械制冷系统包括蒸发式冷凝器，所述蒸发式冷凝器设置在所述喷淋装置与所述水箱之间，所述蒸发式冷凝器所在的回路上设置有与所述第二换热段进行热交互的第五换热段。
10.上述实现过程中，在冷冻水回路上设置有第一换热段和第二换热段，通过所述第一换热段与风冷冷却系统、蒸发冷却系统实现热交互，而通过所述第二换热段与机械制冷系统实现热交互，使得冷冻水回路上的冷冻水可以具有三种独立的降温方式，而三种独立的降温方式之间可以配合作用，从而可以有效提高系统的运行能效；同时，系统中同时集成有风冷冷却系统和蒸发冷却系统，使得自然冷源模式的启动温度可以得到提高，从而便于延长自然冷源模式下的运行时间，而且避免了低温运行环境下需要添加防冻液的情况出现，整体的使用效果更好。
11.作为优选，所述冷冻水回路上设置有与所述第一换热段并联的第一旁通段，在所述第一旁通段与所述第一换热段之间设置有第一控制阀。
12.上述实现过程中，设置的所述第一控制阀可以对冷冻水在所述冷冻水回路上的流向进行控制，以使得冷冻水可以根据需求而流向所述第一换热段或所述第一旁通段。
13.作为优选，所述散热式换热器所在的回路上还设置有第一泵体；
14.所述散热式换热器包括翅片换热器，对应所述翅片换热器设置有第一风机。
15.上述实现过程中，将所述散热式换热器设置为翅片换热器的形式，可以便于提高散热效率；同时，设置的所述第一风机，可以有效促进所述散热式换热器附近的空气流动，以进一步提高散热效率。所述第一泵体则用于驱动回路内介质的流动，以形成制冷循环。
16.作为优选，所述水箱所在的回路上还设置有第二泵体、与所述第四换热段并联的第二旁通段；
17.在所述第四换热段与所述第二旁通段之间设置有第二控制阀。
18.上述实现过程中，设置的所述第二控制阀可以对所述水箱内的液体介质在回路上的流向进行控制，以使得液体介质可以根据需求而流向所述第四换热段或所述第二旁通段。所述第二泵体则用于在所述水箱与所述喷淋装置之间实现液体介质的循环输送，以形成制冷循环。
19.作为优选，对应所述喷淋装置设置有第二风机。
20.上述实现过程中，设置的所述第二风机，可以进一步促进所述喷淋装置附近的空气流动，提高冷却换热效率；同时，当所述蒸发式冷凝器运作时，还可以通过所述第二风机向外界输出高温高湿的空气。
21.作为优选，还包括板式换热器，所述第一换热段、第三换热段和所述第四换热段集成设置在所述板式换热器内。
22.作为优选，还包括蒸发器，所述第二换热段、第五换热段集成设置在所述蒸发器内。
23.上述实现过程中，通过设置的所述板式换热器和所述蒸发器，可以进一步对系统回路进行优化设计，实现冷冻水回路、风冷冷却系统、蒸发冷却系统以及机械制冷系统之间的有序耦合，便于整个系统在冷水机组中的集成设置。
24.作为优选，所述蒸发器与所述蒸发式冷凝器之间设置有输出管路和回流管路；
25.所述输出管路上设置有压缩机，所述回流管路上设置有膨胀阀。
26.上述实现过程中，可以在设置的所述压缩机、蒸发式冷凝器、膨胀阀和所述蒸发器之间形成机械式的制冷循环，从而实现对冷冻水回路内的冷冻水的冷却。
27.本技术中提供有一种冷水机组，其内设置有如上所述的一种复合冷源冷水系统。
28.本技术中还提供一种使用方法，适用于以上所述的一种冷水机组，包括如下步骤：
29.根据环境温度要求设定温度区间，并匹配与设定后的所述温度区间相适配的机组制冷模式；
30.所述温度区间包括第一温度区间、第二温度区间和第三温度区间，所述第一温度区间的数值＞所述第二温度区间的数值＞所述第三温度区间的数值；
31.所述机组制冷模式包括所述风冷冷却系统制冷模式、蒸发冷却系统制冷模式和所述机械制冷系统制冷模式中的至少一种。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看
作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
33.图1为本技术复合冷源冷水系统的结构示意图。
34.图2为本技术风冷冷却系统制冷时的结构示意图。
35.图3为本技术风冷冷却系统与蒸发冷却系统制冷时的结构示意图。
36.图4为本技术风冷冷却系统与机械制冷系统制冷时的结构示意图。
37.图5为本技术机械制冷系统制冷时的结构示意图。
38.标记说明：
39.1-冷冻水回路，11-第一换热段，12-第一旁通段，13-第一控制阀；
40.2-风冷冷却系统，21-第三换热段，22-散热式换热器，23-第一泵体，24-第一风机；
41.3-蒸发冷却系统，31-第四换热段，32-喷淋装置，33-水箱，34-第二泵体，35-第二旁通段，36-第二控制阀，37-第二风机；
42.4-机械制冷系统，41-蒸发式冷凝器，42-蒸发器，43-压缩机，44-膨胀阀；
43.5-板式换热器。
具体实施方式
44.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
45.应注意到：除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
46.如图1-5所示，本实施例中提供一种复合冷源冷水系统，主要包括冷冻水回路1、风冷冷却系统2、蒸发冷却系统3和机械制冷系统4。其中，在所述冷冻水回路1上设置有第一换热段11和第二换热段，通过所述第一换热段11与所述第二换热段的设置，以使得所述风冷冷却系统2、蒸发冷却系统3和所述机械制冷系统4可以对所述冷冻水回路1内的冷冻水进行换热降温。
47.进一步地，在所述风冷冷却系统2的回路上设置有第三换热段21，所述第三换热段21与所述第一换热段11之间可以进行热交互操作。从而通过所述第三换热段21与所述第一换热段11之间的热交互操作，以实现所述风冷冷却系统2对所述冷冻水回路1内的冷冻水的换热降温操作。
48.在所述蒸发冷却系统3的回路上设置有第四换热段31，所述第四换热段31与所述第一换热段11之间亦可以进行热交互操作。从而通过所述第四换热段31与所述第一换热段
11之间的热交互操作，以实现所述蒸发冷却系统4对所述冷冻水回路1内的冷冻水的换热降温操作。
49.在所述机械制冷系统4的回路上设置有第五换热段，所述第五换热段与所述第二换热段之间可以进行热交互操作。从而通过所述第五换热段与所述第二换热段之间的热交互操作，以实现所述机械制冷系统4对所述冷冻水回路1内的冷冻水的换热降温操作。
50.作为一种优选的方案，在个别的应用实例中，亦可将所述第一换热段11设置为相对独立的两段，以分别与所述第三换热段21、第四换热段31相匹配。本实施例中，优选地将所述第一换热段11设置为整段的形式，而所述第三换热段21、第四换热段31则沿冷冻水的流向而顺次布置在所述第一换热段11的旁侧。
51.应该可以理解，所述风冷冷却系统2、蒸发冷却系统3和所述机械制冷系统4之间，可以根据实际的应用需求而进行启动，如仅启动所述风冷冷却系统2、蒸发冷却系统3和所述机械制冷系统4中的一个或两个，或者同时启动所述风冷冷却系统2、蒸发冷却系统3和所述机械制冷系统4。
52.作为一种优选的方案，本实施例中，在所述冷冻水回路1上将所述第一换热段11设置为呈绕设的形式，以提高所述第一换热段11与所述第三换热段21、第四换热段31之间的换热效率，提高对冷冻水的换热冷却效果。
53.此外，在所述冷冻水回路1上设置有与所述第一换热段11并联连通的第一旁通段12，而在所述第一旁通段12与所述第一换热段11之间则设置有第一控制阀13。通过设置的所述第一控制阀13，以对冷冻水在所述冷冻水回路上的流向进行控制，使得冷冻水可以根据需求而流向所述第一换热段11或所述第一旁通段12。例如，当运行所述风冷冷却系统2和/或所述蒸发冷却系统3时，此时控制冷冻水流向所述第一换热段11；当仅运行所述机械制冷系统4时，则控制冷冻水从所述第一旁通段12通过，而避免冷冻水从所述第一换热段11通过时而导致水阻力变大。
54.作为一种优选的方案，所述风冷冷却系统2还包括设置在系统回路上的散热式换热器22和第一泵体23。本实施例中，将所述散热式换热器22设置为翅片换热器的形式，以便于提高散热效率；同时，对应所述翅片换热器设置有第一风机24，通过设置的所述第一风机24，以有效促进所述散热式换热器22附近的空气流动，从而进一步提高换热效率。所述第一泵体23则用于驱动回路内介质的流动，以形成制冷循环。
55.作为一种优选的方案，所述蒸发冷却系统3还包括设置在系统回路上的喷淋装置32、水箱33和第二泵体34。其中，所述喷淋装置32与所述水箱33相连通，所述水箱33设置在所述喷淋装置32的下方，以对所述喷淋装置32喷出的液体介质进行收集；所述第二泵体34则用于将所述水箱33内的液体介质输送至所述喷淋装置32以实现喷淋操作，通过喷淋-收集之间的循环，以在所述水箱33与所述喷淋装置32之间实现液体介质的循环输送，进而形成制冷循环。
56.进一步地，本实施例中，在所述蒸发冷却系统3的系统回路上还设置有与所述第四换热段31并联连通的第二旁通段35，而在所述第二旁通段35与所述第四换热段31之间则设置有第二控制阀36。通过设置的所述第二控制阀36，以对所述水箱33内的液体介质在回路上的流向进行控制，使得液体介质可以根据需求而流向所述第四换热段31或所述第二旁通段35。例如，当所述第四换热段31不作用于与所述第一换热段11进行热交互时，控制液体介
质从所述第二旁通段35通过，避免液体介质从所述第四换热段31通过时而导致水阻力变大；当需要进行热交互时，则控制液体介质从所述第四换热段31通过。
57.更进一步地，本实施例中，对应所述喷淋装置32设置有第二风机37，通过设置的所述第二风机37，可以促进所述喷淋装置32附近的空气流动，实现对液体介质的自然冷源冷却，从而提高液体介质与冷冻水之间的冷却换热效率。
58.作为一种优选的方案，本实施例中还设置有一板式换热器5，所述第一换热段11、第三换热段21和所述第四换热段31即为集成设置在所述板式换热器5内，如图1所示。从而通过所述板式换热器5，以实现所述冷冻水回路1、风冷冷却系统2以及所述蒸发冷却系统3之间的耦合设置，使得整个系统的回路结构可以更为简单、有序。
59.此外，在所述机械制冷系统4的系统回路上则设置有蒸发式冷凝器41和蒸发器42。其中，所述蒸发式冷凝器41为伸入设置在所述喷淋装置32与所述水箱33之间，当所述蒸发式冷凝器41运作时，所述喷淋装置32向所述蒸发式冷凝器41进行喷水降温，此时可以通过所述第二风机37向外界输出高温高湿的空气。
60.而所述第二换热段、第五换热段则集成设置在所述蒸发器42内，如图1所示。从而通过所述蒸发器42，实现所述机械制冷系统4与所述冷冻水回路1之间的耦合设置，以进一步对系统回路进行优化设计，实现冷冻水回路1、风冷冷却系统2、蒸发冷却系统3以及机械制冷系统4之间的有序耦合，便于整个系统在冷水机组中的集成设置。
61.进一步地，本实施例中，在所述蒸发器42与所述蒸发式冷凝器41之间设置有输出管路和回流管路；所述输出管路上设置有压缩机43，所述回流管路上设置有膨胀阀44。此时可以在设置的所述压缩机43、蒸发式冷凝器41、膨胀阀44和所述蒸发器42之间形成机械制冷的循环回路，从而实现对冷冻水回路1内的冷冻水的冷却。
62.本实施例中，在冷冻水回路1上设置有第一换热段11和第二换热段，通过所述第一换热段11与风冷冷却系统2、蒸发冷却系统3实现热交互，而通过所述第二换热段与机械制冷系统4实现热交互，使得冷冻水回路1上的冷冻水可以具有三种独立的降温方式，而三种独立的降温方式之间可以相互配合作用，从而可以有效地提高系统的运行能效。同时，系统中同时集成有风冷冷却系统2和蒸发冷却系统3，使得自然冷源模式的启动温度可以得到提高，从而便于延长自然冷源模式下的运行时间，以进一步提高系统的运行能效；而且，避免了低温运行环境下需要添加防冻液的情况出现，整体的使用效果更好。
63.此外，本实施例中还提供有一种冷水机组，其内设置有如上所述的一种复合冷源冷水系统。本方案提供的一种复合冷源冷水系统，实现了风冷冷却系统2、蒸发冷却系统3和机械制冷系统4之间的有效集成；同时，系统中的回路连接设计得到了更好的优化布局，因此整个冷水系统可以更好地集成设置在冷水机组的钣金件上，便于提高冷水机组的一体化程度。
64.进一步地，本实施例中还提供有一种使用方法，该使用方法适用于以上所述的一种冷水机组，主要包括如下步骤：
65.首先，可以根据实际应用时的环境温度要求，对各系统的运行进行温度区间的设定。作为其中的一种应用示例，本实施例中，所述温度区间包括第一温度区间、第二温度区间和第三温度区间；其中，所述第一温度区间的数值＞所述第二温度区间的数值＞所述第三温度区间的数值。例如，所述第一温度区间为t≥21℃，所述第二温度区间为20℃＞t＞0
℃，所述第三温度区间则为t≤0℃。
66.然后，对应设定后的所述温度区间匹配相对应的机组制冷模式；本实施例中，所述机组制冷模式包括所述风冷冷却系统2制冷模式、蒸发冷却系统3制冷模式和所述机械制冷系统4制冷模式中的至少一种。
67.例如，当环境温度处于第三温度区间时，此时可以仅运行所述风冷冷却系统2进行制冷。如图2所示，冷冻水自所述冷冻水回路1的输入端输入，所述第一控制阀13控制冷冻水从所述第一换热段11处通过，并最终从冷冻水回路1的输出端输出至用户端。而所述风冷冷却系统2的系统回路内的高温内循环冷却水，通过所述翅片换热器冷却成低温的冷却水，低温的冷却水经过所述第一泵体23加压后输送至所述第三换热段21，对所述第一换热段11经过的冷冻水进行冷却，热交互后的高温内循环冷却水则再回到所述翅片换热器进行冷却，以完成一个冷却循环。
68.当环境温度处于第二温度区间时，此时可以仅运行所述蒸发冷却系统3，或同时运行所述蒸发冷却系统3和所述风冷冷却系统2。如图3所示，此处所述风冷冷却系统2的运作与上述情形相似，不作重复赘述。而在所述蒸发冷却系统3中，所述第二泵体34将所述水箱33内的液体介质泵送至所述喷淋装置32，其中，所述第二控制阀36控制液体介质从所述第四换热段31通过；而所述喷淋装置32喷出的液体介质被喷淋至所述蒸发式冷凝器41上，并被外界的低温风冷却为低温的液体介质，然后对所述第一换热段11经过的冷冻水进行冷却，热交互后的液体介质则再回到所述喷淋装置32，经过喷淋及所述蒸发式冷凝器41进行冷却，最后回到所述水箱33内以完成一个冷却循环。
69.特别地，当环境温度的上位值温度较高时，可以辅以所述机械制冷系统4进行制冷，此时具有三种系统运行组合，如仅运行所述风冷冷却系统2和所述机械制冷系统4、仅运行所述蒸发冷却系统3和所述机械制冷系统4、同时运行所述风冷冷却系统2、蒸发冷却系统3及所述机械制冷系统4。此处以仅通过所述风冷冷却系统2和所述机械制冷系统4进行冷冻水冷却的方式进行示例说明，如图4所示。其中，所述风冷冷却系统2的运作与上述情形相似，不作重复赘述。而在所述机械制冷系统4中，高温高压的气态制冷剂从所述压缩机43排出，在所述蒸发式冷凝器41处被外界空气冷凝成高压高温的液态制冷剂，同时，所述第二控制阀36控制液体介质从所述第二旁通段35通过，所述水箱33中的液体介质被所述第二泵体34抽取送至所述喷淋装置32进行喷淋，外界的空气被所述第二风机37抽取并经过所述蒸发式冷凝器41加热后变为高温高湿的空气排出；高压高温的液态制冷剂再经过所述膨胀阀44后变成低温低压的液体制冷剂，低温低压的液体制冷剂在所述蒸发器42处吸热变成气态制冷剂，低温低压的气态制冷剂回到所述压缩机43完成一个循环。此时所述第一控制阀13控制冷冻水从所述第一旁通段12通过，而高温的冷冻水则通过所述第二换热段和所述第五换热段在所述蒸发器42内热交互后变成低温冷冻水，然后再输出至用户端。
70.当环境温度处于第三温度区间时，此时可以仅运行所述机械制冷系统4，同时通过所述蒸发冷却系统3对所述蒸发式冷凝器41进行辅助冷却，如图5所示。
71.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，也都应涵盖在本技术的
保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
72.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

技术特征：
1.一种复合冷源冷水系统，其特征在于，包括：冷冻水回路，所述冷冻水回路上设置有第一换热段和第二换热段；风冷冷却系统，所述风冷冷却系统包括散热式换热器，所述散热式换热器所在的回路上设置有与所述第一换热段进行热交互的第三换热段；蒸发冷却系统，所述蒸发冷却系统包括喷淋装置和水箱，所述水箱设置在所述喷淋装置的下方，所述喷淋装置与所述水箱相连通，所述水箱所在的回路上设置有与所述第一换热段进行热交互的第四换热段；机械制冷系统，所述机械制冷系统包括蒸发式冷凝器，所述蒸发式冷凝器设置在所述喷淋装置与所述水箱之间，所述蒸发式冷凝器所在的回路上设置有与所述第二换热段进行热交互的第五换热段。2.根据权利要求1所述的复合冷源冷水系统，其特征在于，所述冷冻水回路上设置有与所述第一换热段并联的第一旁通段，在所述第一旁通段与所述第一换热段之间设置有第一控制阀。3.根据权利要求1所述的复合冷源冷水系统，其特征在于，所述散热式换热器所在的回路上还设置有第一泵体；所述散热式换热器包括翅片换热器，对应所述翅片换热器设置有第一风机。4.根据权利要求1所述的复合冷源冷水系统，其特征在于，所述水箱所在的回路上还设置有第二泵体、与所述第四换热段并联的第二旁通段；在所述第四换热段与所述第二旁通段之间设置有第二控制阀。5.根据权利要求4所述的复合冷源冷水系统，其特征在于，对应所述喷淋装置设置有第二风机。6.根据权利要求1-5任一项所述的复合冷源冷水系统，其特征在于，还包括板式换热器，所述第一换热段、第三换热段和所述第四换热段集成设置在所述板式换热器内。7.根据权利要求6所述的复合冷源冷水系统，其特征在于，还包括蒸发器，所述第二换热段、第五换热段集成设置在所述蒸发器内。8.根据权利要求7所述的复合冷源冷水系统，其特征在于，所述蒸发器与所述蒸发式冷凝器之间设置有输出管路和回流管路；所述输出管路上设置有压缩机，所述回流管路上设置有膨胀阀。9.一种冷水机组，其特征在于，其内设置有如上述权利要求1-8中任一项所述的一种复合冷源冷水系统。10.一种使用方法，适用于权利要求9中所述的一种冷水机组，其特征在于，包括如下步骤：根据环境温度要求设定温度区间，并匹配与设定后的所述温度区间相适配的机组制冷模式；所述温度区间包括第一温度区间、第二温度区间和第三温度区间，所述第一温度区间的数值＞所述第二温度区间的数值＞所述第三温度区间的数值；所述机组制冷模式包括所述风冷冷却系统制冷模式、蒸发冷却系统制冷模式和所述机械制冷系统制冷模式中的至少一种。

技术总结
本申请属于空调制冷设备技术领域，提供一种复合冷源冷水系统、冷水机组及其使用方法，主要包括冷冻水回路、风冷冷却系统、蒸发冷却系统和机械制冷系统；所述冷冻水回路上设置有第一换热段和第二换热段；所述风冷冷却系统上设置有与所述第一换热段进行热交互的第三换热段；所述蒸发冷却系统上设置有与所述第一换热段进行热交互的第四换热段；所述机械制冷系统包括蒸发式冷凝器，所述蒸发式冷凝器所在的回路上设置有与所述第二换热段进行热交互的第五换热段。本方案中，在冷冻水回路上的冷冻水可以具有三种独立的降温方式，而三种独立的降温方式之间可以配合作用，从而可以有效提高系统的运行能效，并且整体的使用效果更好。并且整体的使用效果更好。并且整体的使用效果更好。


技术研发人员：麦嘉强 黄运松 孙少华 张锦俊 梁志辉
受保护的技术使用者：广州市华德工业有限公司
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/8/9