CN111006414A - 一体化水冷却风冷热泵模块机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一体化水冷却风冷热泵模块机组，包括小型冷却塔壳体及集合在小型冷却塔壳体内部的冷却***、冷媒循环***、功能模块；所述冷却***包括风机、布水器、冷却循环泵、喷淋器、冷却填料层、冷却水箱，所述冷媒循环***包括小功率压缩机、风冷翅片式换热器、开放型螺旋缠绕式冷凝器、四通阀、室内侧换热器、气液分离器；所述功能模块包括互相连接的储液罐、干燥过滤器、电子膨胀阀、若干单向阀；所述小功率压缩机通过四通阀与风冷翅片式换热器、开放型螺旋缠绕式冷凝器连接后，经功能模块、室内侧换热器、四通阀、气液分离器后与小功率压缩机连接。

Description

一体化水冷却风冷热泵模块机组

技术领域

本发明涉及空调设备领域，尤其涉及一种冷却***与冷冻***高度合体集成、多台并联小型模块化安装、能混合风冷和水冷方式的制冷和制热模块机组或者直膨(多联)模块机组。

背景技术

随着热泵技术的发展低温型风冷热泵逐渐普及，其冷、暖多功能为用户提供了更多选择。

由于水冷机组较风冷冷水机组具有显著的节能效果，且多采用螺杆压缩机或离心压缩机的冷水机组，单台机组制冷能力少则数百千瓦多则数千千瓦，制冷能力强大。而锅炉技术成熟，所以应用广泛。对于冬冷、夏热地区同时具有制冷、供暖需求建筑，采用水冷冷水中央空调+锅炉的方式满足冷、暖需要是一种被普遍采用解决方案；近年来由于热泵技术发展，尤其是低温型风冷热泵可冷、暖双供，一套设备可满足两种需求，作为夏热、冬冷地区是又一较好解决方案，因此受到市场追捧。以上两种供冷、供热方式广泛的应用于工厂、写字楼、公寓、酒店、机场、医院、学校等中、大型建筑或建筑集群中。但现有技术仍存在以下问题：

一、虽然水冷机组较风冷机组制冷节能30％左右，作为水冷机组为夏季制冷的首选机种，但采用大功率螺杆压缩机及离心压缩机的现有水冷冷水机组解决夏季炎热、冬季湿冷地区(-10℃—10℃))的制冷、制热，存在如下问题：

1.体积大安装、运输不便、施工量加大、专业度高。冷水机组一般采用大功率螺杆压缩机(单机消耗功率100KW以上)或离心压缩机(单机消耗功率200KW-1000KW以上)，机组重量少则一两吨多则数吨，所以体积大安装、运输不便；水冷制冷机组机房一般设置在建筑主体地下部分，而冷却塔设置在建筑主体楼顶屋面。机房内制冷主机与冷却塔之间少则几十米多则数百米、大管径的冷却供回水网施工难度大、施工专业度要求强、增加了施工难度，过长的冷却循环管网施工量导致施工成本增加。

2.占用主体建筑空间所致建筑利用率降低。制冷主机与补水***、冷冻水泵组成的循环***、冷却水泵构成的循环***、电控***需要特定机房，安装占地面积少则数百平米多则千平米造成对建筑主体有效利用面积的浪费、建筑主体利用率降低。在土地资源供给吃紧，房地产调控越来越严格的今天，减少土地使用面积、提高建筑物利用率具有重要意义；在工程实践中，有些新建、改建的建筑物由于各种原因所致室内空间限制无法在室内安装制冷主机而采用风冷机组替代方案，从而造成空调制冷运行费用大大提高。

3.单台机组运行稳定性差且维护难。由于水冷冷水机组功率大、制冷能力强且单机价格高，为提高运行稳定性而采用单机双机头压缩机而并非采用一备一用机组或多机并联联合制冷方式，当制冷主机故障或维修时导致无机可用，制冷***稳定性降低。且水冷冷水机组不易维护、维修价格高昂。

4.机组冷冻***与冷却***分离所致冷却管网过长循环泵能耗高。由于制冷主机与冷却塔之间大高度差及过长的冷却循环水管网增加了冷却水沿程阻力、增大了冷却循环泵的扬程增大，继而提高了循环泵功率，能耗相应增加；另外现有冷水机组多采用壳管式换热器，较高的流造成流体进出口压差大，增加了壳体中流体阻力，摩阻增大使循环泵能耗增加。

5.冷水机组中传统壳管式冷凝器效能有待提高。由于冷媒与冷却介质热交换完全在封闭的换热器壳内进行，因此不利于冷却介质(水)的汽化蒸发，所以导致水的汽化潜热蒸发能力降低，从而降低了水的冷却效果。

6.噪声污染严重。冷水机组噪声主要来自压缩机及循环泵，大功率压缩机及冷冻、冷却循环泵集中在同一个机房内运行时产生的噪声、震动严重，为降低噪声污染必须进行专业降噪处理。不仅增加机房建造成本，也降低了建筑物使用舒适性。

7.冷水机组+锅炉冷、暖双供解决方案一套***两套设备初投资增加且燃煤、燃气锅炉对环境造成污染。采水冷冷水机组+采暖锅炉的方式是解决冬冷夏热地区制冷、采暖需求的主要解决方案。由于在冬季湿冷(-10℃—10℃)地区由于供热时间仅占全年运行时间的约1/3—1/4，锅炉使用时间短闲置时间长造成投资浪费且造成环境污染。

二、风冷热泵(冷热水)机组因具有制冷、制热双向调节功能，不仅可满足夏季制冷，还能满足冬季制热需求且市场应用广泛，但对于夏季炎热、冬季湿冷地区由于制冷时间长、制热时间很短，而此类地区采用风冷热泵(冷热水)机组虽能解决冬季制热问题但由于风冷制冷效率较水冷形式低30％，制冷成本的增加导致全年能耗增高，因此期待更好设备选择。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种一体化水冷却风冷热泵模块机组，解决冷水机组冷却水消耗量大、换热效率低，水冷冷水机组机房面积大占用室内空间导致建筑利用率降低的浪费，冷却塔与冷水机组分离所致的冷却管网过长施工难度高、施工成本增加，大型冷水机组不易于运输、安装、维护，冷却泵能耗高导致机组整体制冷效率降低，冷水机组噪声大、易产生噪声污染等问题以及解决风冷热泵制热但制冷效率低问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一体化水冷却风冷热泵模块机组，包括小型冷却塔壳体及集合在小型冷却塔壳体内部的冷却***、冷媒循环***(冷冻***)、功能模块；所述冷却***包括风机、布水器、冷却循环泵、喷淋器、冷却填料层、冷却水箱，所述冷媒循环***包括小功率压缩机、风冷翅片式换热器、开放型螺旋缠绕式冷凝器、四通阀、室内侧换热器、气液分离器；所述功能模块包括互相连接的储液罐、干燥过滤器、电子膨胀阀、若干单向阀；所述冷却水箱设于小型冷却塔壳体内部的上部，所述小功率压缩机、储液罐、干燥过滤器、电子膨胀阀、若干单向阀、室内侧换热器设于冷却水箱的外部；所述风冷翅片式换热器置于冷却水箱的上方四周的挡水板与小型冷却塔壳体的内壁之间，用于冷媒与外部空气进行换热；所述开放型螺旋缠绕式冷凝器浸泡在冷却水箱的冷却水内部；所述布水器设于冷却水箱内部底部；所述喷淋器设于冷却填料层上方，用于向冷却填料层表面喷水、吸热；所述风机设于小型冷却塔壳体顶部，将冷却填料层和开放型螺旋缠绕式冷凝器的冷媒热量以汽化潜热方式排到室外大气中；所述小功率压缩机通过四通阀与风冷翅片式换热器、开放型螺旋缠绕式冷凝器连接后，经功能模块、室内侧换热器、四通阀、气液分离器后与小功率压缩机连接。

或者，所述小功率压缩机通过四通阀与风冷翅片式换热器连接后，经功能模块、室内侧换热器、四通阀、气液分离器后与小功率压缩机连接。

或者，所述小功率压缩机通过四通阀与室内侧换热器连接后，经功能模块、风冷翅片式换热器、四通阀和气液分离器后与小功率压缩机连接。

优选的，所述小型冷却塔壳体包括顶板、底座、护板，及装在护板内部上方四周的挡水板；所述冷却水箱的底部设有排污阀和排污口，所述排污口连接到护板的下方；所述小型冷却塔壳体的护板中部设有补水口和浮球阀，外部冷却水从补水口进入，通过浮球阀开关自动在需要时向冷却水箱中补水；所述小型冷却塔壳体的护板下部设有外部的冷冻水出口和冷冻水入口，分别与室内侧换热器的冷冻水出入口连通；所述小型冷却塔壳体的护板下部设有控制柜，控制所述一体化水冷却低温型风冷热泵模块机组的电气开关。

进一步的，所述小功率压缩机为消耗功率5-25KW的压缩机，具有出流口、回流口；所述室内侧换热器具有P、Q接口；所述若干单向阀包括第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀；所述功能模块具有U、V接口；所述风冷翅片式换热器具有X、Y接口，所述开放型螺旋缠绕式冷凝器具有汇集箱冷媒入口、汇集箱冷媒出口；所述四通阀包括a、b、c、d端。

优选的，所述小功率压缩机的出流口经过四通阀的a端入、b端出，与所述风冷翅片式换热器的X接口连接；所述风冷翅片式换热器的Y接口经第一电磁阀，通过开放型螺旋缠绕式冷凝器的汇集箱冷媒入口入、从汇集箱冷媒出口出，经所述第一单向阀、功能模块的U接口、储液罐、干燥过滤器和功能模块的V接口，经第二单向阀与室内侧换热器的P接口连接，所述室内侧换热器的Q接口通过四通阀的d端入、c端出，经气液分离器与所述小功率压缩机的回流口连接。

或者，所述小功率压缩机的出流口经过四通阀的a端入、b端出，与所述风冷翅片式换热器的X接口连接，所述风冷翅片式换热器的Y接口经第二电磁阀、第一单向阀、功能模块的U接口、储液罐、干燥过滤器、电子膨胀阀和功能模块的V接口，经第二单向阀与室内侧换热器的P接口连接，所述室内侧换热器的Q接口通过四通阀的d端入、c端出，经气液分离器与所述小功率压缩机的回流口连接。

或者，所述小功率压缩机的出流口经过四通阀的a端入、d端出，与室内侧换热器的Q接口连接，所述室内侧换热器的P接口与第三单向阀连接后，经所述功能模块的U接口、储液罐、干燥过滤器、电子膨胀阀和功能模块的V接口，经过第四单向阀、第二电磁阀与所述风冷翅片式换热器的Y接口连接，所述风冷翅片式换热器的X接口经四通阀的b端入、c端出，经气液分离器与所述小功率压缩机的回流口连接。

进一步的，所述室内侧换热器外部连接室内侧冷冻循环泵，此时，冷冻水通过室内侧冷冻循环泵输送到制冷主机——室内侧换热器，制得低温水，达到给室内降温的目的。

进一步的，所述室内侧换热器可以替换为室内多联机组，此时，所述室内多联机组包括冷媒翅片换热器和室内侧风机，室内侧风机使空气流经冷媒翅片换热器的表面，通过冷媒直接汽化吸收室内空气热量而降温。

进一步的，所述小功率压缩机与开放型螺旋缠绕式冷凝器、风冷翅片式换热器之间的连接方式可以根据实际需要进行多种适应性调整，如：风冷翅片式换热器与开放型螺旋缠绕式冷凝器并联连接，从小功率压缩机喷出的高温高压冷媒蒸汽经开放型螺旋缠绕式冷凝器与冷却水换热后，冷媒变为高温高压液体，进入储液罐。

优选的，所述开放型螺旋式冷凝器，包括冷媒汇集箱、若干匝螺旋形冷媒列管绕组、若干层锚架、冷媒进管、冷媒出管，所述冷媒汇集箱由端盖、底板组成，所述端盖、底板的长宽尺寸互相匹配并均在外侧设有相同尺寸的法兰板，所述法兰板上设有若干尺寸和位置匹配的螺孔，所述底板中间开设有若干列管孔，所述端盖中间凸出有盒状部，所述底板与端盖通过螺栓穿过法兰板上的螺孔从而螺接、扣合在一起，形成一个冷媒汇集的空腔；所述冷媒汇集箱包括相对设置的蒸汽端汇集箱和液态端汇集箱，蒸汽端端盖的侧上方和液态端端盖的侧下方，分别设有汇集箱冷媒入口和汇集箱冷媒出口；所述冷媒进管通过汇集箱冷媒入口延伸到蒸汽端汇集箱内形成布汽管，所述布汽管下沿均匀分布小孔，使冷媒蒸汽均匀喷淋到整个蒸汽端汇集箱中，确保每匝螺旋形冷媒列管绕组均匀授汽，便于冷媒在列管内均匀分布实现充分冷凝液化效果；冷媒出管与汇集箱冷媒出口连接，所述液态端汇流箱底部设置有与其底面成一定夹角的导流板，使冷凝后的冷媒液体汇流到冷媒出管，便于冷媒液态流出，防止积液现象发生，提高冷媒利用效率。

可选的，所述开放型螺旋缠绕式冷凝器可以替换成螺旋浸泡式冷凝器或列管浸泡式冷凝器。

优选的，冷却水箱内采用H型同程多级布水器，包括互相连通的布水器总管、多级分水管及若干布水头，每一级下级分水管与其上一级分水管垂直连接，形成多级H型，若干布水头则分布在最后一级分水管的两端，最终实现各个布水头呈现在同一个水平面上，且每个相邻的布水头都呈现等距排列，由此形成一个均匀的布水头阵列；所述布水器总管另一端与冷却循环泵连通，冷却水箱中经过换热升温的冷却水经过均匀分布的布水头，进入多级分水管、布水器总管，最后经冷却泵导流管进入冷却循环泵、喷淋器进入下一冷却循环。采用H型同程多级布水器可使冷却水箱表面被冷却的低温冷却水在同一水平面沿垂直方向向下运动，保证低温冷却水向下与冷媒列管逐层换热，随着列管中的冷媒被冷却，冷却水的温度逐渐升高。升温后的冷却水通过H型同程多级布水器的设置，可有效防止冷却水与冷媒列管的无序换热，保证低温冷却水同一水平面垂直分层流过每层列管，从而提高了冷却水的冷却效果，提高了冷媒的冷却效率。根据Q吸＝V流速*S横截面积*ρ密度*△T温差*C比热容；其中V流速*S横截面积为定值，ρ密度、C比热容为常量，由于开放式冷却水箱的横截面积是冷却循环管的数百倍，导致冷却水流速V流速降低，进而冷却水滞留水箱时间延长。

有益效果：本发明将制冷***内置到小型模块化冷却塔中，形成冷冻***与冷却***高度集成的一体化机组；采用涡旋压缩机或小功率螺杆压缩机，使机组小型化，小型模块化后，消耗功率5KW——40KW，单机重量减小到0.5吨以下，可便于机组的安装、运输；冷冻***与冷却系高度集成后冷媒循环***内置到室外冷却塔中，省去了传统室内机房；集成后的机组省去了传统冷水机组工程中的冷却管网铺设，减小施工量降低了施工难度；内置的冷却水循环***较低的扬程冷却循环泵功率更低，高效的开放型螺旋缠绕式高效冷却***，提高冷却水蒸发量，使冷却水循环量降低从而使冷却循环泵功耗进一步降低；精细化的喷淋布水，小流量的冷却水循环从而降低了风机风速，最大限度避免“飞水”、“飘水”现象发生，节约了用水；通过各部件、各***的优化后本发明机组具有了更高的集成度、低噪声、更高的综合效率；本发明还在机组外壁护板内侧增设了风冷翅片式换热器，解决了风冷热泵(冷热水)机组因具有制冷、制热双向调节功能，满足夏季制冷冬季制热需求，但夏季运行成本高问题，本发明机组可使夏季制冷运行成本降低30％以上。本发明融合水冷技术与风冷热泵技术，创造了一种全新的空调品种——一体化水冷却风冷热泵模块机组，从根本上解决了传统冷水机组的以下问题：

1、体积庞大重量几吨的机组安装、运输不便。由于本发明采用涡旋压缩机或小功率螺杆压缩机将大型冷水机组小型模块化后消耗功率多则几十千瓦，单机重量减小到1吨以下，可便于机组的安装、运输。

2、制冷机房占用主体建筑空间所致的建筑利用率降低，空间浪费。小型模块化的机组可安装在楼顶屋面，无需专设机房，从而节省了室内空间，提高主体建筑利用率。

3、机组配备数量少稳定性差、维护难。模块化机组同时运行互为备用，个别机组维修、维护不影响整体运行使用，提高了整个空调***的运行稳定性。

4、冷却循环泵能耗高。冷却塔与制冷主机高位差及冷却管网过长所致沿程管阻增大，采用高扬程循环泵而至电能消耗量高。将冷却塔与制冷主机放在临近同一平面上显然会大大降低扬程与沿程阻力，使冷却循环泵功耗降低50％-70％；采用壳管式(套管式)换热器换热器阻力较大，循环泵能耗高。现有冷水机组多采用壳管式换热器，由于壳程短所以要求流速快，这就造成流体进出口压差大，大大的增加了流体阻力，使循环泵功率增大、能耗增加。采用一种开放型螺旋缠绕式高效冷却***的模块化的机组由于采用开放型螺旋缠绕式冷凝器，利用冷却水自身重力流克服传统冷水机组中壳管式换热器阻力，从而降低循环泵功耗。

5、管网施工量加大、施工成本高、施工难度高。采用一种开放型螺旋缠绕式高效冷却***的模块化的冷水机组将冷却塔与主机合二为一，虽然会增加主机的总成本，但工业化生产及规模优势可有效降低单机制造成本，这种下游成本向上游转移即“成本前置”减少了施工成本，可方便工程公司施工、降低施工难度，有利于工程商推广。且制冷机组增加热泵功能后，增加了使用功能，提高了机组的性价比。

6、特别的采用一种开放型螺旋缠绕式高效冷却***，将水冷机组通用的壳管式换热器改换为开放型螺旋缠绕式换热器代替壳管式(套管式)闭式换热器，使冷媒与冷却水换热产生一部分汽化潜热通过水箱水面释放到空气中，利用水的汽化潜热提高了单位质量水的换热量，达到了壳管式换热器达不到的效果，提高了冷却效率，使整个机组运行效率更高。

7、开放型的换热器具有开阔的操作空间便于冷凝器清洗、维护。

8、噪声大。在民用建筑中，中央空调是最大的噪声源，解决噪声污染必须要对空调机房进行专业、***化防污治理，因此增加了建设成本，且需要有全天候专业人员值守，提高了运行中的使用成本。采用一种开放型螺旋缠绕式高效冷却***的模块化机组(本发明机组)，只需将机组规范安装在高层建筑楼顶屋面即可，机组噪声在65Pb以下无需特别降噪处理完全达到国家规范标准，可从根本上解决了噪声污染问题。且主机全自动化运行无需专人值守，从而降低了建设、使用成本。

9、冷却水浪费严重。冷却水消耗来源三个环节：冷却水蒸发消耗量、排污消耗量、“飞水”。其中“飞水”属于无益处消耗。由于冷媒的热量转移过程是通过风机的助力下完成直接或间接向大气中排放的，冷却水循环量越大喷淋量也越大，空气循环量及风速越高、喷淋水被风机带走的水越多，所以造成浪费。采用一种开放型螺旋缠绕式高效冷却***的本发明机组，通过蒸发潜热和对流换热显热方式实现冷却水与冷媒换热过程，可有效减少冷却水循环量、降低了风速，进而减少“飞水”现象。

10、特别的，在本发明机组中采用H型同程多级布水器，可使冷却水箱表面的低温冷却水沿垂直方向水平向下形成了均流、均压、均速的引力，就像一个由水箱侧壁构成的“活塞”，形成了由同温度构成、不同梯度的水层沿垂直方向向下流动的活塞，流过每层列管，从而提高了冷却水的冷却效率。通过H型多级布水器的设置，可有效防止冷却水与冷媒列管的无序换热，避免无布水器状态下循环泵入口区域流速高、循环泵入口远端区域流速低而造成回流不彻底情况发生；由于上下层列管呈反向缠绕而形成了上下结构的“微通道”群。由于每根列管表面成弧形状，所以微通道内成非平面结构，冷却水因自身重力流及冷却循环泵的牵引自上至下流动时即不断改变局部流速、流向产生了折流、扰动，形成紊流、乱流状态，在很低的雷诺数(Re＜100)情形下即可达到湍流，提高了传热系数K，获得更多换热量Qr＝A*K(Tr-△t)。H型同程多级布水器的设置使换热器功能得以实现的必要保证，实现了换热器的高效换热。

11、解决风冷热泵制热但制冷效率低问题。由于本发明机组在机组外壁护板内侧增设了风冷翅片式换热器，通过优化的冷媒管路及***设计，在确保水冷却制冷的前提下实现了热泵制热功能，从根本上解决了传统水冷冷水机组不制热缺陷，替代了夏季炎热、冬季湿冷地区采用冷水机组+锅炉冷、暖双供解决方案。避免了一套***两套设备初投资增加且燃煤、燃气锅炉对环境造成的污染；其次，由于冬季湿冷(-10℃—10℃)地区由于供热时间仅占全年运行时间的约1/3—1/4，锅炉使用时间短闲置时间长造成投资浪费且造成环境污染，此类地区采用风冷热泵(冷热水)机组夏季制冷成本大大提高。本发明机组解决了风冷热泵(冷热水)机组因具有制冷、制热双向调节功能，满足夏季制冷冬季制热需求，但夏季运行成本高问题，本发明机组可使夏季制冷运行成本降低30％以上。

附图说明

图1是本发明一体化水冷却风冷热泵模块机组水冷制冷模式原理示意图。

图2是本发明一体化水冷却风冷热泵模块机组风冷制冷模式原理示意图。

图3是本发明一体化水冷却风冷热泵模块机组风冷制热模式原理示意图。

图4是本发明中的小功率压缩机的放大示意图。

图5是本发明中的四通阀的放大示意图。

图6是本发明中的室内侧换热器R9的放大示意图。

图7是本发明一体化水冷却风冷热泵模块机组的侧面剖视结构示意图。

图8是本发明一体化水冷却风冷热泵模块机组的正面剖视结构示意图。

图9是本发明一体化水冷却风冷热泵模块机组的俯视示意图。

图10是本发明一体化水冷却风冷热泵多联(直膨)模块机组的侧面剖视结构示意图。

图11是本发明中的开放型螺旋缠绕式冷凝器的整体装配俯视图。

图12是本发明中的开放型螺旋缠绕式冷凝器的蒸汽端汇集箱正视图。

图13是本发明中的开放型螺旋缠绕式冷凝器的液态端汇集箱正视图。

图14是本发明中的开放型螺旋缠绕式冷凝器的蒸汽端汇集箱的端盖右侧视图。

图15是本发明中的开放型螺旋缠绕式冷凝器的液态端汇集箱的端盖的左侧视图。

图16是本发明中的蒸汽端汇集箱的端盖的侧面俯视图。

图17是本发明中的液态端汇集箱的端盖的侧面俯视图。

图18是本发明中的蒸汽端汇集箱的端盖的右侧内面剖视图。

图19是本发明中的液态端汇集箱的端盖的右侧内面剖视图。

图20是本发明中的锚架和螺旋形冷媒列管直管段在底板上投影的位置布局示意图(左视图或右视图)。

图21是本发明中的螺旋形冷媒列管直管进口段在蒸汽端汇集箱的蒸汽端底板上的位置分布右视图示意图(以第一匝螺旋形冷媒列管为例)。

图22是本发明中的螺旋形冷媒列管直管出口段在液态端汇集箱的液态端底板上的位置分布右视图示意图(以第一匝螺旋形冷媒列管为例)。

图23是本发明中的冷媒汇集箱与锚架位置分布侧视图。

图24是本发明中的冷媒汇集箱与锚架位置分布侧面俯视图。

图25是本发明中的每根锚架的结构示意图。

图26是本发明中的锚架与冷媒汇集箱的底板的连接局部放大示意图。

图27是本发明中的第一匝螺旋形冷媒列管绕组侧视图。

图28是本发明中的第一匝螺旋形冷媒列管绕组侧面俯视图。

图29是图19中蒸汽端汇集箱一端局部放大示意图。

图30是本发明中的第二匝螺旋形冷媒列管绕组侧视图。

图31是本发明中的第二匝螺旋形冷媒列管绕组侧面俯视图。

图32是本发明中的第三匝螺旋形冷媒列管绕组侧视图。

图33是本发明中的第三匝螺旋形冷媒列管绕组侧面俯视图。

图34是本发明中的第四匝螺旋形冷媒列管绕组侧视图。

图35是本发明中的第四匝螺旋形冷媒列管绕组侧面俯视图。

图36是本发明中的锚架和螺旋形冷媒列管在底板上投影的Y轴点阵列图。

图37是本发明中的锚架和螺旋形冷媒列管在底板上投影的X轴点阵列图。

图38是本发明中的H型同程多级布水器俯视结构示意图。

其中：R1、小功率压缩机；11、出流口；12、回流口；R2、四通阀；R4、风冷翅片式换热器；R5、储液罐；R6、干燥过滤器；R8、电子膨胀阀；R9、室内侧换热器；R91、室内侧冷冻循环泵；R9a、室内多联机组；R10、气液分离器；R121、第一单向阀；R122、第二单向阀；R123、第三单向阀；R124、第四单向阀；R131、第一电磁阀；R132、第二电磁阀；

R3、开放型螺旋缠绕式冷凝器；30、冷媒汇集箱；30a、端盖；30b、底板；30-1、蒸汽端汇集箱；30-2、液态端汇集箱；30a-1、蒸汽端端盖；30a-2、液态端端盖；30b-1、蒸汽端底板；30b-2、液态端底板；31、冷媒进管；32、冷媒出管；31a、布气管；32a、导流板；33、锚架；33-1、锚架固定段；33-2、锚架支撑段；33.1、第一层锚架；33.2、第二层锚架；33.3、第三层锚架；33.4、第四层锚架；34、螺旋形冷媒列管；34-1、直管进口段；34-2、直管出口段；34-3、螺旋段；34.1、第一匝螺旋形冷媒列管绕组；34.2、第二匝螺旋形冷媒列管绕组；34.3、第三匝螺旋形冷媒列管绕组；34.4、第四匝螺旋形冷媒列管绕组；300、法兰板；301、螺孔；302、列管孔；303、盒状部；306、汇集箱冷媒入口；307、汇集箱冷媒出口；308、螺栓；

330、锚架矩形结构；340、列管矩形结构；O、底板中心点；D、锚架直径；d、螺旋形冷媒列管直径；H、相邻匝列管y轴方向的层间距；L、同匝水平列管相邻直管段x轴方向管距；l、不同匝列管侧翼x轴方向间距；S、同匝列管y轴方向总层高；s、中心层(第四层)锚架y轴方向间距；E、同匝列管侧翼y轴方向间距；M、同匝水平列管直管段x轴方向总距；m、y轴相邻同匝列管x轴方向间距；b、同匝列管相邻缠绕间距；R、锚架支撑段直径；r、锚架固定段直径；

C1、冷却循环泵；C2、喷淋器；C3、布水器；C4、风机；C5、小型冷却塔壳体；C6、冷却水箱；C7、冷却填料层；

51、顶板；52、底座；53、挡水板；55、控制柜；56、排污阀；57、排污口；541、补水口；542、浮球阀；543、冷冻水出口；544、冷冻水入口；

C300、布水器总管；C301、一级分水管；C302、二级分水管；C303、三级分水管；C304、四级分水管；C305、五级分水管；C306、六级分水管；C307、布水头。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一体化水冷却低温型风冷热泵模块机组，包括小型冷却塔壳体C5及集合在小型冷却塔壳体C5内部的冷却***、冷媒循环***(冷冻***)、功能模块；所述冷却***包括风机C4、布水器C3、冷却循环泵C1、喷淋器C2、冷却填料层C7、冷却水箱C6，所述冷媒循环***包括小功率压缩机R1、风冷翅片式换热器R4、开放型螺旋缠绕式冷凝器R3、四通阀R2、室内侧换热器R9、气液分离器R10；所述功能模块包括互相连接的储液罐R5、干燥过滤器R6、经济器R11、若干电子膨胀阀、若干单向阀、三通阀R13；所述冷却水箱C6设于小型冷却塔壳体C5内部的上部，所述小功率压缩机R1、储液罐R5、干燥过滤器R6、若干电子膨胀阀、若干单向阀、三通阀R13、室内侧换热器R9设于冷却水箱C6的外部；所述风冷翅片式换热器R4置于冷却水箱C6的上方四周的挡水板与小型冷却塔壳体C5的内壁之间，用于冷媒与外部空气进行换热；所述开放型螺旋缠绕式冷凝器R3浸泡在冷却水箱C6的冷却水内部；所述布水器C3设于冷却水箱C6内部底部；所述喷淋器C3设于冷却填料层C7上方，用于向冷却填料层C7表面喷水、吸热；所述风机C4设于小型冷却塔壳体C5顶部，将冷却填料层C7和开放型螺旋缠绕式冷凝器R3的冷媒热量以汽化潜热方式排到室外大气中；所述小功率压缩机R1通过四通阀R2与开放型螺旋缠绕式冷凝器R3、三通阀R13及风冷翅片式换热器R4连接后分为主回路和辅助EVI回路，所述主回路为经功能模块、室内侧换热器R9和气液分离器R10后与小功率压缩机R1连接，所述辅助EVI回路为经功能模块直接与小功率压缩机R1连接。

或者，如图2所示，所述小功率压缩机R1通过四通阀R2、三通阀R13与风冷翅片式换热器R4连接后分为第三主回路和第三辅助EVI回路，所述第三主回路为经功能模块、室内侧换热器R9和气液分离器R10后与小功率压缩机R1连接，所述第三辅助EVI回路为经功能模块直接与小功率压缩机R1连接。

或者，如图3所示，所述小功率压缩机R1通过四通阀R2与室内侧换热器R9连接后分为第二主回路和第二辅助EVI回路，所述第二主回路为经功能模块、风冷翅片式换热器R4、三通阀R13、四通阀R2、气液分离器R10后与小功率压缩机R1连接，所述第二辅助EVI回路为经功能模块直接与小功率压缩机R1连接。

如图4-5所示，所述小功率压缩机R1为消耗功率5-25KW的压缩机，具有出流口11、回流口12；所述四通阀R2包括a、b、c、d端，所述室内侧换热器R9具有P、Q接口；

所述若干单向阀包括第一单向阀R121、第二单向阀R122、第三单向阀R123、第四单向阀R124；所述功能模块具有U、V接口；所述风冷翅片式换热器R4具有X、Y接口，所述开放型螺旋缠绕式冷凝器R3具有汇集箱冷媒入口306、汇集箱冷媒出口307；

如图7-9所示，所述小型冷却塔壳体C5包括顶板51、底座52及护板(即小型冷却塔壳体C5四周的面板)，及装在护板内部上方四周的挡水板53；所述冷却水箱C6的底部设有排污阀56和排污口57，所述排污口57连接到护板的下方；所述小型冷却塔壳体C5的护板中部设有补水口541和浮球阀542，外部冷却水从补水口541进入，通过浮球阀542开关自动在需要时向冷却水箱C6中补水；所述小型冷却塔壳体C5的护板下部设有外部的冷冻水出口543和冷冻水入口544，分别与室内侧换热器R9的冷冻水出入口连通；所述小型冷却塔壳体C5的护板下部设有控制柜55，控制所述一体化水冷却风冷热泵模块机组的电气开关。

所述小功率压缩机R1的出流口11经过四通阀R2的a端入、b端出，与所述风冷翅片式换热器R4的X接口连接；所述风冷翅片式换热器R4的Y接口经第一电磁阀R131，通过开放型螺旋缠绕式冷凝器R3的汇集箱冷媒入口306入、从汇集箱冷媒出口307出，经所述第一单向阀R121、功能模块的U接口、储液罐R5、干燥过滤器R6和功能模块的V接口，经第二单向阀R122与室内侧换热器R9的P接口连接，所述室内侧换热器R9的Q接口通过四通阀R2的d端入、c端出，经气液分离器R10与所述小功率压缩机R1的回流口12连接。具体对应如图1所示的水冷制冷模式：

此模式下冷媒循环***的四通阀的R2a-b端、c-d端相通；第一电磁阀R131打开、第二电磁阀R132关闭；压缩机R1通电工作，从压缩机R1出流口11喷射的高温高压气态制冷剂经四通阀R2的a端入、b端出之后，进入风冷翅片式换热器R4中，翅片盘管内高温高压冷媒蒸汽与其表面流动的空气初步换热后温度降低，部分冷媒由汽相变为液相。此时冷媒变为中温高压液态混合液，通过第一电磁阀R131进入开放型螺旋缠绕式冷凝器R3的汽态集口(汇集箱冷媒入口306)，中温高压冷媒流经环绕列管与冷却水箱C6中冷却水进一步换热降温冷凝，冷媒温度压力进一步降低，冷媒被充分液化。相变后的中温、中压液态制冷剂，从开放型螺旋缠绕式冷凝器R3的液态集口(汇集箱冷媒出口307)流出，经第一单向阀R121后依次通过储液罐R5、干燥过滤器R6后流经电子膨胀阀R8节流降压，低温低压冷媒液体通过第二单向阀R122后进入室内侧换热器R9，低温低压液态冷媒在室内侧换热器R9内与流经此换热器的载冷剂水换热，热水降温为冷冻水供室内使用，液态冷媒升温后汽化成为冷媒蒸汽，汽态制冷剂流经四通阀R2的d端入、c端出，通过气液分离器R10后回小功率压缩机R1的回流口12，完成一个循环周期。整个制冷过程就是冷媒往复循环汽相—液相交互转化的过程。

此制冷模式下冷却循环***中风机C4启动；冷却循环泵C1启动；喷淋器C2处于喷淋状态。高温冷却水均匀地喷淋到填料层顶部，冷却水在自身重力作用下沿冷却填料层C7表面流下，形成了一薄层水膜，由于冷却水的温度高于填料层表面空气温度，水膜表面形成的饱和蒸汽被冷凝雾化，在风机C4的作用下与风冷翅片式换热器R4换热后的室外环境空气掠过冷却填料层C7表面将水蒸汽排放到环境空气中，冷却水汽化后带走了大量热量，循环水被冷却获得了低温冷却水，空气带走了热量使风冷翅片式换热器R4内冷媒被初步冷凝液化降温。低温冷却水沿冷却填料层C7底面均匀喷洒于冷却水箱C6上表面，形成了相同温度冷却水层，同温度层的冷却水在自身重力流、冷却循环泵C1及布水器C3多重作用下，沿着开放型螺旋缠绕式冷凝器R3的微通道向下运动，整个水层经过每个冷媒列管缠绕层与冷媒列管内初步降温后的中温高压冷媒混合液对流换热，冷媒被完全冷凝液化。冷却水向下运动温度逐渐升高，由于冷却水层向下运动时速率较低，从而延长了冷却水在冷却水箱C6中的时间，当冷却水层下降到最底层列管层时温度达到最高点。较高温度的冷却水在冷却水箱表面蒸发可带走更多热量，潜热换热量的增加可相应的减少冷却水循环量降低冷却循环泵功率，提高机组整体效率。蒸发后的水蒸气随风机C4排到空气中。冷却水经均匀分布于冷却水箱C6底部的布水器C3的各个布水头，各支管汇流至总管进入冷却循环泵C1后，通过冷却循环管进入喷淋器C2，参与下一个循环。冷媒的热量最终通过水蒸气、热空气的形态转移到大气中，达到冷凝降温的目的。

或者，所述小功率压缩机R1的出流口11经过四通阀R2的a端入、b端出，与所述风冷翅片式换热器R4的X接口连接，所述风冷翅片式换热器R4的Y接口经第二电磁阀R132、第一单向阀R121、功能模块的U接口、储液罐R5、干燥过滤器R6、电子膨胀阀R8和功能模块的V接口，经第二单向阀R122与室内侧换热器R9的P接口连接，所述室内侧换热器R9的Q接口通过四通阀R2的d端入、c端出，经气液分离器R10与所述小功率压缩机R1的回流口12连接。具体对应如图2所示的风冷制冷模式：

此模式下冷媒循环***的四通阀R2的a-b端、c-d端相通；电磁阀R132打开、电磁阀R131关闭；压缩机R1处于工作状态。压缩机R1喷流口11喷射的高温高压气态制冷剂经四通阀R2的a端入、b端出之后，进入风冷翅片式换热器R4中，与流经风冷翅片式换热器R4表面的冷空气换热降温冷凝，空气升温后被风机C4排放到大气中，冷媒被冷凝液化由液相变为汽相，压力、温度降低，此时高温高压冷媒蒸汽改变为中温、中压液态制冷剂，依次通过储液罐R5、干燥过滤器R6后，冷媒通过流经电子膨胀阀R8后压力进一步降低，低温低压冷媒液体通过第二单向阀R122后进入室内侧换热器R9，低温低压液态冷媒在室内侧换热器R9内与流经此换热器的载冷剂水换热，热水降温为冷冻水供室内使用，液态冷媒升温后汽化成为冷媒蒸汽，流经四通阀R2的d端入、c端出，通过气液分离器R10后回小功率压缩机R1的回流口12，结束冷媒主循环进入下一循环。

或者，所述小功率压缩机R1的出流口11经过四通阀R2的a端入、d端出，与室内侧换热器R9的Q接口连接，所述室内侧换热器R9的P接口与第三单向阀R123连接后，经所述功能模块的U接口、储液罐R5、干燥过滤器R6、电子膨胀阀R8和功能模块的V接口，经过第四单向阀R124、第二电磁阀R132与所述风冷翅片式换热器R4的Y接口连接，所述风冷翅片式换热器R4的X接口经四通阀的b端入、c端出，经气液分离器R10与所述小功率压缩机R1的回流口12连接。具体对应如图3所示的风冷制热模式：

此模式下冷媒循环***的四通阀R2a-d端、c-b端相通；第一电磁阀R131关闭、第二电磁阀R132开启；压缩机R1处于工作状态。压缩机R1通电工作，从压缩机R1出流口11喷射的高温高压气态制冷剂经四通阀R2的a端入、d端出之后，进入室内侧换热器R9中，高温高压冷媒蒸汽与流经此换热器的室内制冷剂(水)热交换后，此时冷媒被冷凝液化，冷媒蒸汽温度、压力降低，高温高压冷媒蒸汽相变变为中温、中压液态制冷剂，通过第三单向阀R123，依次通过储液罐R5，干燥过滤器R6后,流经电子膨胀阀R8后压力进一步降低，低温低压冷媒液体通过第四单向阀R124、第二电磁阀R132后进入风冷翅片式换热器R4，低温低压液态冷媒与流经此换热器表面的空气换热后，液态冷媒升温汽化成为冷媒蒸汽，流经四通阀R2的b端入、c端出，进入气液分离器R10后回小功率压缩机R1的回流口12，结束冷媒主循环进入下一循环。

如图6所示，所述室内侧换热器R9外部连接室内侧冷冻循环泵R91，此时，冷冻水通过室内侧冷冻循环泵R91输送到制冷主机—室内侧换热器R9，制得低温水，达到给室内降温的目的。

如图10所示，所述室内侧换热器R9可以替换为室内多联机组R9a，此时，本发明为一体化水冷却风冷热泵多联(直膨)模块机组，所述室内多联机组R9a包括冷媒翅片换热器和室内侧风机，室内侧风机使空气流经冷媒翅片换热器的表面，通过冷媒直接汽化吸收室内空气热量而降温。

进一步的，所述小功率压缩机R1与开放型螺旋缠绕式冷凝器R3、风冷翅片式换热器R4之间的连接方式可以根据实际需要进行多种适应性调整，如：风冷翅片式换热器R4与开放型螺旋缠绕式冷凝器R3并联连接，从小功率压缩机R1喷出的高温高压冷媒蒸汽经开放型螺旋缠绕式冷凝器R3与冷却水换热后，冷媒变为高温高压液体，进入储液罐R5。

所述开放型螺旋式冷凝器R3，如图11-37所示：包括冷媒汇集箱30、若干匝螺旋形冷媒列管绕组、若干层锚架、冷媒进管31、冷媒出管32，所述冷媒汇集箱30由端盖30a、底板30b组成，所述端盖30a、底板30b的长宽尺寸互相匹配并均在外侧设有相同尺寸的法兰板300，所述法兰板300上设有若干尺寸和位置匹配的螺孔301，所述底板30b中间开设有若干列管孔302，所述端盖30a中间凸出有盒状部303，所述底板30b与端盖30a通过螺栓308穿过法兰板300上的螺孔301从而螺接、扣合在一起，形成一个冷媒汇集的空腔；所述冷媒汇集箱30包括相对设置的蒸汽端汇集箱30-1和液态端汇集箱30-2，蒸汽端端盖30a-2的侧上方和液态端端盖30a-2的侧下方，分别设有汇集箱冷媒入口306和汇集箱冷媒出口307；所述冷媒进管31通过汇集箱冷媒入口306延伸到蒸汽端汇集箱30-1内形成布汽管31a，所述布汽管31a下沿均匀分布小孔，使冷媒蒸汽均匀喷淋到整个蒸汽端汇集箱30-1中，确保每匝螺旋形冷媒列管绕组均匀授汽，便于冷媒在列管内均匀分布实现充分冷凝液化效果；冷媒出管32与汇集箱冷媒出口307连接，所述液态端汇流箱30-2底部设置有与其底面成一定夹角的导流板32a，使冷凝后的冷媒液体汇流到冷媒出管，便于冷媒液态流出，防止积液现象发生，提高冷媒利用效率；

其中，特别需要说明的是：

图20是本发明中的锚架和螺旋形冷媒列管直管段在底板上投影的位置布局示意图，由于锚架和螺旋形冷媒列管直管段在底板上的投影是以底板中心点O为轴心的轴对称分布的，因此，不论是左视图还是右视图，均为图22所呈现的图形。

图21为本发明中的螺旋形冷媒列管直管进口段在蒸汽端汇集箱的蒸汽端底板上的位置分布右视图示意图(以第一匝螺旋形冷媒列管为例)，也就是从蒸汽端汇集箱30-1的外部右侧视角看到的螺旋形冷媒列管直管进口段34-1在蒸汽端底板30b-1上的位置分布图，为了叙述和图示的方便，我们以第一匝螺旋形冷媒列管绕组34.1为例，仅仅只画出第一匝螺旋形冷媒列管直管进口段34-1在蒸汽端底板30b-1上的位置，并且将第一匝螺旋形冷媒列管绕组34.1直管进口段34-1在蒸汽端底板30b-1上的位置按逆时针方向编上序号，从1一直到26，其中右上角的螺旋形冷媒列管直管进口段的位置为1，左上角的螺旋形冷媒列管直管进口段的位置为9，左下角为14，右下角为22；以上26个第一匝螺旋形冷媒列管绕组的直管进口段在蒸汽端底板上的位置形成一个最大的列管矩形结构340。

类似的，图22是本发明中的螺旋形冷媒列管直管出口段在液态端汇集箱30-2的液态端底板30b-2上的位置分布右视图示意图(以第一匝螺旋形冷媒列管绕组34.1为例)，是从液态端汇集箱30-2的右侧视角看到的螺旋形冷媒列管直管出口段34-2在液态端底板30b-2上的位置分布图，我们仍以第一匝螺旋形冷媒列管绕组34.1为例，仅仅只画出第一匝螺旋形冷媒列管直管出口段34-2在液态端底板30b-2上的位置。由于每一根螺旋形冷媒列管34沿着相应层的锚架33旋转缠绕，其直管进口段34-1经过旋转段34-3之后必然连接相应的直管出口段34-2，而相应的直管出口段34-2在液态端底板30b-2上的位置(即在图24中的位置)，与其直管进口段34-1在图23中的位置，是以底板中心点O轴对称的，具体地说，我们将与直管进口段34-1对应的直管出口段34-2的位置也进行编号，位置1的直管进口段34-1，对应的直管出口段34-2的位置记作1′,位置2的直管进口段34-1，对应的直管出口段34-2的位置记作2′，以此类推，从1′一直到26′，其在图22中形成另一个最大的列管矩形结构340，其中左下角的螺旋形冷媒列管直管出口段的位置为1′，右下角的螺旋形冷媒列管直管出口段的位置为9′，右上角为14′，左上角为22′。可以看出，如果把图21和图22中的列管矩形结构340重叠起来，那么位置1的直管进口段34-1与其对应的直管出口段34-2的位置1′是以底板中心点O轴对称的，位置2的直管进口段34-1与其对应的直管出口段34-2的位置2′也是轴对称的，以此类推，每一个直管进口段34-1与其对应的直管出口段34-2的位置在列管矩形结构340中都是轴对称的。这样的设计，可以保证每一根螺旋形冷媒列管34在两块底板30b之间的距离是同程的，进一步保证冷媒在列管内的冷却的均匀性。

图23-35是本发明冷媒汇集箱与锚架位置分布、第一匝到第四匝螺旋形冷媒列管绕组的侧视图、侧面俯视图以及部分位置局部放大示意图。可以看出，所述若干层锚架垂直固定连接在蒸汽端汇集箱30-1和液态端汇集箱30-2的底板30b之间，每层锚架由四根锚架33组成且其在两块底板上的投影形成两个对称的锚架矩形结构330，各层锚架在底板上投影形成的锚架矩形结构均以底板中心点O为轴心且其尺寸依次递减；所述若干匝螺旋形冷媒列管绕组是由若干匝的螺旋形冷媒列管34围绕对应层的锚架33以一定角度外切旋转而成，每一匝的螺旋形冷媒列管34由若干根螺旋形冷媒列管34组成，每一根螺旋形冷媒列管34由两端的直管进口段34-1、直管出口段34-2以及中间的螺旋段34-3组成，且每根螺旋形冷媒列管34之间保持一定缠绕间距b；所述每一匝的若干根螺旋形冷媒列管34的直管进口段34-1或直管出口段34-2与底板30b上的列管孔302连通，且与底板30b垂直，在底板30b的长、宽方向上以底板中心点O轴对称排布，每一匝的若干根螺旋形冷媒列管34的直管进口段34-1或直管出口段34-2在对应底板30b上的投影(也即是该匝螺旋形冷媒列管34对应在两块底板30b上的列管孔302的位置)形成两个对称的列管矩形结构340，每一根螺旋形冷媒列管34的直管进口段34-1、直管出口段34-2在底板投影所得的所述列管矩形结构340上的位置也是以底板中心点O轴对称排布，以保证每一根螺旋形冷媒列管34在两块底板30b之间的距离是同程的，进一步保证冷媒在列管内的冷却的均匀性；所述相邻两匝的螺旋形冷媒列管绕组与对应层的锚架旋转的角度是相反的，形成微通道群。

图36-37所示为本发明中的锚架和螺旋形冷媒列管在底板上投影的y轴点阵列图和x轴点阵列图。N为列管总的匝数；n为某一列管所属的匝数；D为锚架直径；d为列管直径；H为相邻匝列管y轴方向的层间距；L为同匝水平列管相邻直管段x轴方向管距；l为不同匝列管x轴方向错层间距；S为同匝列管y轴方向总层高；s为中心层(本实施例为第四层)锚架y轴方向间距；E为同匝列管侧翼y轴方向间距；M为同匝水平列管直管段x轴方向总距；m为y轴相邻同匝列管x轴方向间距；b为同匝列管相邻缠绕间距；R为锚架支撑段直径；r为锚架固定段直径；λ为侧翼垂直侧等分数；O为原点(中心点)；β为X轴向列管根数；k为列管X轴方向等分数(除y轴相邻同匝列管)。

底板上各点包括螺孔301、锚架点(锚架固定段在底板上的连接点)、列管孔302呈现以0为原点的中心对称布局。相邻锚架层心距与相邻匝列管y轴方向的层间距相等，均为H，其距离为列管直径d与锚架直径D之和即H＝D+d，锚架要有足够强度确保列管缠绕时不变形，锚架缠绕段直径D大小决定了层间距。锚架直径D要大于列管直径d，即D＞d；同一匝列管直管段外壁下侧与同一层锚架外壁上侧呈x轴向相切，同一匝列管外壁内侧与同一层锚架壁外侧y轴垂直方向相切；相邻列管外壁与锚架外壁相切；同匝列管y轴间距Sn的距离为中心锚管间距s和所有y轴上各匝列管直径d与锚架直径D之和与列管直径d之差，即Sn＝(s-d)+2H(N-n+1)＝(s-d)+2(D+d)(N-n+1),其中0≤s。当锚架直径D与列管直径d及匝层数N确定后，s间距决定了同匝列管y轴方向总层高S的高度。本案中第一匝列管y轴间距S1＝(s-d)+8(D+d)、第二匝列管y轴间距S2＝(s-d)+6(D+d)、第三匝列管y轴间距S3＝(s-d)+4(D+d)、第四匝列管y轴间距S4＝(s-d)+2(D+d)；同匝列管侧翼间距E呈等份分布，相邻各绕层呈平行排列，同绕层各列管间距En＝Sn/λn，本案第一匝列管侧翼间距E1＝S1/λ1、第二匝列管侧翼间距E2＝S2/λ2、第三匝列管侧翼间距E3＝S3/λ3、第四匝列管侧翼间距E4＝S4/λ4，En≥D+d/2。

x轴(水平)方向相邻各匝各列管直管段管间呈等距离排列(除中心轴处相邻列管外),L为同匝水平列管相邻直管段x轴方向管距；中心轴处相邻列管间距为mn，mn＝2Ln＝2L[1-(n-1)/N]。此例中第一匝m1＝2L；第二匝m2＝3/2L；第三匝m3＝L，第四匝m4＝1/2L。x轴方向列管总间距为Mn，Mn＝L*[k-2(n-1)/N]，本案中第一匝列管X轴向总长度M1＝kL、第二匝列管X轴向总长度M2＝L(k-1/2)、第三匝列管X轴向总长度M3＝L(k-1)、第四匝列管X轴向总长度M4＝L(k-3/2)。各匝列管侧翼垂直列由外侧至内侧呈等分错层排列，相邻各层直管段在x轴投影之间距离相等，其间距为同匝水平列管相邻直管段x轴方向管距L与层数N之比l’，在保障缠绕的前提下，保持最小错层间距l’，可保证各层都有最大水平横截面，增加换热效果，本案中，l’＝

L/4；不同匝列管侧翼x轴方向间距ln＝L[1-(n-1)/N]，L≥Nd，本案中l1＝L；l2＝3/4L；l3＝1/2L；l4＝1/4L。

同匝水平列管直管段x轴方向总距M＞同匝列管y轴方向总层高S，保证所述开放型螺旋缠绕式冷凝器R3横截面有较大的蒸发面A。

所述开放型螺旋缠绕式冷凝器R3的换热面积核算如下：

第一步换热量核算：

已知冷凝器的换热量为Qr，压缩机消耗热量Qw、制冷量Qc，由能量守恒定律，得：

Qr＝Qw+Qc

第二步传热面积核算：

已知导热系数K、Tr为较热介质平均温度、△t为次热介质平均温度，由传热公式，换热面积为A；得：

A＝Qr/K(Tr-△t)

第三步列管长度核算：

已知换热面积A、列管直径d，由面积公式，各列管绕组总长度L；得：

L＝A/dπ

列管根数、缠绕圈数、缠绕间距根据安装空间、截面大小等情况调整，实际总长度不低于设计长度L。

此种结构较平行管直列式或螺旋圆缠绕式换热器体积小、缠绕密度高、在相同的轴线上可获得更长延伸长度，增加了管程、增大了单支列管换热面积A，获得更多换热量Qr＝A*K(Tr-△t)：

x轴向间距M大于y轴方向间距S，使所述冷凝器的横截面积增大，可保证冷却水箱有更大的蒸发面积，便于冷却水汽化蒸发；各匝列管之间较小的错层间距l’，既保证了各层侧翼列分布均匀，又保证了每个缠绕层横截面最大、缠绕量增加，换热总面积A增加，获得更多换热量；Qr＝A*K(Tr-△t)；

在保证清洗的情况下保持最小的列管缠绕间距b，可增加列管密度，使得上下错层形成的微通道更小，换热更充分；

相邻各匝列管呈现反向缠绕结构，上下层各管束形成折流，加大水的扰动，不断改变流体流向和流速，可在很低的雷诺数(Re＜100)情形下达到湍流，提高传热系数K，获得更多换热量；Qr＝A*K(Tr-△t)；

相邻层的锚架间距与相邻层列管层间距等距离H设计，各层列管缠绕后相邻绕组与锚架形成无间距结构，使整个冷凝器形成紧密的一体化结构，增强了冷凝器整体强度；

综上：所述开放型螺旋缠绕式冷凝器R3结构紧凑、体积小、换热效率高、容易维护。

当然，所述开放型螺旋缠绕式冷凝器R3可以替换为螺旋浸泡式冷凝器或列管浸泡式冷凝器。

所述布水器C3采用H型同程多级布水器，可采用镀锌钢管、PUC管、PE等其它金属管、塑性管等，包括互相连通的布水器总管C300、多级分水管及若干布水头C307，每一级下级分水管与其上一级分水管垂直连接，形成多级H型，若干布水头则分布在最后一级分水管的两端，最终实现各个布水头C307呈现在同一个水平面上，且每个相邻的布水头C307都呈现等距排列，由此形成一个均匀的布水头阵列；所述布水器总管C300的另一端与冷却循环泵C1连通，冷却水箱C6中经过换热升温的冷却水经过均匀分布的布水头C307，进入多级分水管、布水器总管C300，最后经冷却泵导流管进入冷却循环泵C1、喷淋器C2进入下一冷却循环。本实施例中，如图38所示，H型多级布水器为6级布水器，包括布水器总管C300、一级分水管C301、二级分水管C302、三级分水管C303、四级分水管C304、五级分水管C305、六级分水管C306、若干布水头307。

采用所述H型同程多级布水器可使冷却水箱表面被冷却的低温冷却水在同一水平面沿垂直方向向下运动，保证低温冷却水向下与冷媒列管逐层换热，随着列管中的冷媒被冷却，冷却水的温度逐渐升高。升温后的冷却水通过H型同程多级布水器的设置，可有效防止冷却水与冷媒列管的无序换热，保证低温冷却水同一水平面垂直分层流过每层列管，从而提高了冷却水的冷却效果，提高了冷媒的冷却效率。根据Q吸＝V流速*S横截面积*ρ密度*△T温差*C比热容；其中V流速*S横截面积为定值，ρ密度、C比热容为常量，由于开放式冷却水箱的横截面积是冷却循环管的数百倍，导致冷却水流速V流速降低，进而冷却水滞留水箱时间延长。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一体化水冷却风冷热泵模块机组，其特征在于，包括小型冷却塔壳体及集合在小型冷却塔壳体内部的冷却***、冷媒循环***、功能模块；所述冷却***包括风机、布水器、冷却循环泵、喷淋器、冷却填料层、冷却水箱，所述冷媒循环***包括小功率压缩机、风冷翅片式换热器、开放型螺旋缠绕式冷凝器、四通阀、室内侧换热器、气液分离器；所述功能模块包括互相连接的储液罐、干燥过滤器、电子膨胀阀、若干单向阀；所述冷却水箱设于小型冷却塔壳体内部的上部，所述小功率压缩机、储液罐、干燥过滤器、电子膨胀阀、若干单向阀、室内侧换热器设于冷却水箱的外部；所述风冷翅片式换热器置于冷却水箱的上方四周的挡水板与小型冷却塔壳体的内壁之间，用于冷媒与外部空气进行换热；所述开放型螺旋缠绕式冷凝器浸泡在冷却水箱的冷却水内部；所述布水器设于冷却水箱内部底部；所述喷淋器设于冷却填料层上方，用于向冷却填料层表面喷水、吸热；所述风机设于小型冷却塔壳体顶部，将冷却填料层和开放型螺旋缠绕式冷凝器的冷媒热量以汽化潜热方式排到室外大气中；所述小功率压缩机通过四通阀与风冷翅片式换热器、开放型螺旋缠绕式冷凝器连接后，经功能模块、室内侧换热器、四通阀、气液分离器后与小功率压缩机连接。

2.根据权利要求1所述的一体化水冷却风冷热泵模块机组，其特征在于，所述小功率压缩机改为通过四通阀与风冷翅片式换热器连接后，经功能模块、室内侧换热器、四通阀、气液分离器后与小功率压缩机连接。

3.根据权利要求1所述的一体化水冷却风冷热泵模块机组，其特征在于，所述小功率压缩机改为通过四通阀与室内侧换热器连接后，经功能模块、风冷翅片式换热器、四通阀和气液分离器后与小功率压缩机连接。

4.根据权利要求1-3任一所述的一体化水冷却风冷热泵模块机组，其特征在于，所述小型冷却塔壳体包括顶板、底座、护板，及装在护板内部上方四周的挡水板；所述冷却水箱的底部设有排污阀和排污口，所述排污口连接到护板的下方；所述小型冷却塔壳体的护板中部设有补水口和浮球阀，外部冷却水从补水口进入，通过浮球阀开关自动在需要时向冷却水箱中补水；所述小型冷却塔壳体的护板下部设有外部的冷冻水出口和冷冻水入口，分别与室内侧换热器的冷冻水出入口连通；所述小型冷却塔壳体的护板下部设有控制柜，控制所述一体化水冷却低温型风冷热泵模块机组的电气开关。

5.根据权利要求1所述的一体化水冷却风冷热泵模块机组，其特征在于，所述小功率压缩机为消耗功率5-25KW的压缩机，具有出流口、回流口；所述室内侧换热器具有P、Q接口；所述若干单向阀包括第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀；所述功能模块具有U、V接口；所述风冷翅片式换热器具有X、Y接口，所述开放型螺旋缠绕式冷凝器具有汇集箱冷媒入口、汇集箱冷媒出口；所述四通阀包括a、b、c、d端；所述小功率压缩机的出流口经过四通阀的a端入、b端出，与所述风冷翅片式换热器的X接口连接；所述风冷翅片式换热器的Y接口经第一电磁阀，通过开放型螺旋缠绕式冷凝器的汇集箱冷媒入口入、从汇集箱冷媒出口出，经所述第一单向阀、功能模块的U接口、储液罐、干燥过滤器和功能模块的V接口，经第二单向阀与室内侧换热器的P接口连接，所述室内侧换热器的Q接口通过四通阀的d端入、c端出，经气液分离器与所述小功率压缩机的回流口连接。

6.根据权利要求2所述的一体化水冷却风冷热泵模块机组，其特征在于，所述小功率压缩机为消耗功率5-25KW的压缩机，具有出流口、回流口；所述室内侧换热器具有P、Q接口；所述若干单向阀包括第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀；所述功能模块具有U、V接口；所述风冷翅片式换热器具有X、Y接口，所述开放型螺旋缠绕式冷凝器具有汇集箱冷媒入口、汇集箱冷媒出口；所述四通阀包括a、b、c、d端；所述小功率压缩机的出流口经过四通阀的a端入、b端出，与所述风冷翅片式换热器的X接口连接，所述风冷翅片式换热器的Y接口经第二电磁阀、第一单向阀、功能模块的U接口、储液罐、干燥过滤器、电子膨胀阀和功能模块的V接口，经第二单向阀与室内侧换热器的P接口连接，所述室内侧换热器的Q接口通过四通阀的d端入、c端出，经气液分离器与所述小功率压缩机的回流口连接。

7.根据权利要求3所述的一体化水冷却风冷热泵模块机组，其特征在于，所述小功率压缩机为消耗功率5-25KW的压缩机，具有出流口、回流口；所述室内侧换热器具有P、Q接口；所述若干单向阀包括第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀；所述功能模块具有U、V接口；所述风冷翅片式换热器具有X、Y接口，所述开放型螺旋缠绕式冷凝器具有汇集箱冷媒入口、汇集箱冷媒出口；所述四通阀包括a、b、c、d端；所述小功率压缩机的出流口经过四通阀的a端入、d端出，与室内侧换热器的Q接口连接，所述室内侧换热器的P接口与第三单向阀连接后，经所述功能模块的U接口、储液罐、干燥过滤器、电子膨胀阀和功能模块的V接口，经过第四单向阀、第二电磁阀与所述风冷翅片式换热器的Y接口连接，所述风冷翅片式换热器的X接口经四通阀的b端入、c端出，经气液分离器与所述小功率压缩机的回流口连接。

8.根据权利要求1所述的一体化水冷却风冷热泵模块机组，其特征在于，所述室内侧换热器可以替换为室内多联机组，此时，所述室内多联机组包括冷媒翅片换热器和室内侧风机，室内侧风机使空气流经冷媒翅片换热器的表面，通过冷媒直接汽化吸收室内空气热量而降温。

9.根据权利要求1所述的一体化水冷却风冷热泵模块机组，其特征在于，所述开放型螺旋式冷凝器，包括冷媒汇集箱、若干匝螺旋形冷媒列管绕组、若干层锚架、冷媒进管、冷媒出管，所述冷媒汇集箱由端盖、底板组成，所述端盖、底板的长宽尺寸互相匹配并均在外侧设有相同尺寸的法兰板，所述法兰板上设有若干尺寸和位置匹配的螺孔，所述底板中间开设有若干列管孔，所述端盖中间凸出有盒状部，所述底板与端盖通过螺栓穿过法兰板上的螺孔从而螺接、扣合在一起，形成一个冷媒汇集的空腔；所述冷媒汇集箱包括相对设置的蒸汽端汇集箱和液态端汇集箱，蒸汽端端盖的侧上方和液态端端盖的侧下方，分别设有汇集箱冷媒入口和汇集箱冷媒出口；所述冷媒进管通过汇集箱冷媒入口延伸到蒸汽端汇集箱内形成布汽管，所述布汽管下沿均匀分布小孔，使冷媒蒸汽均匀喷淋到整个蒸汽端汇集箱中，确保每匝螺旋形冷媒列管绕组均匀授汽，便于冷媒在列管内均匀分布实现充分冷凝液化效果；冷媒出管与汇集箱冷媒出口连接，所述液态端汇流箱底部设置有与其底面成一定夹角的导流板，使冷凝后的冷媒液体汇流到冷媒出管，便于冷媒液态流出，防止积液现象发生，提高冷媒利用效率；冷却水箱内采用H型同程多级布水器，包括互相连通的布水器总管、多级分水管及若干布水头，每一级下级分水管与其上一级分水管垂直连接，形成多级H型，若干布水头则分布在最后一级分水管的两端，最终实现各个布水头呈现在同一个水平面上，且每个相邻的布水头都呈现等距排列，由此形成一个均匀的布水头阵列；所述布水器总管另一端与冷却循环泵连通，冷却水箱中经过换热升温的冷却水经过均匀分布的布水头，进入多级分水管、布水器总管，最后经冷却泵导流管进入冷却循环泵、喷淋器进入下一冷却循环。

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