CN101487616A - 一种可用储冰制冷的空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空调制冷系统，具体涉及一种可用储冰制冷的空调系统，将空调系统其中的制冰用蒸发器安装在蓄冷水箱内，蓄冷水箱经管路与水泵的入口连接，水泵的出口经管路与表冷器的入口连接，表冷器的出口经管路也与蓄冷水箱连接；在制冰用冷凝器的一侧安装有热管冷凝器，在表冷器的一侧安装有热管蒸发器，热管冷凝器的冷媒出口经A管路与热管蒸发器的冷媒入口连接，热管冷凝器的冷媒入口经B管路与热管蒸发器的冷媒出口连接。采用这种空调系统，在有交流电供应时，可以直接利用交流电供冷，同时还可以蓄冷，在没有交流电供应时，可以利用直流电来使用储存的冷量供冷。该产品特别适用于无市电供应并采用柴油机供电的基站中。

Description

一种可用储冰制冷的空调系统

技术领域

本发明涉及空调制冷系统，具体涉及一种在无人值守基站中使用的，可用储冰制冷的空调系统。

背景技术

大量的电信基站广泛分散安装于不同的地方，可能安装在城市里面，也可能安装在乡村。可能安装于屋顶，也可能安装于平地，还有可能安装于高山之上。因此，可能安装于电力供应非常方便的地方，例如城市，也可能安装于电力供应不方便的地方，或市电不能供应的地方，例如：人烟稀少的地方或发展中国家电力供应不完善的地方。然而，所有这些基站的工作必须依赖于电力。在没有市电的情况下，基站的工作必须依赖于其它供电方式。目前最普遍的方法是采用柴油发电机供电。实际情况是：柴油发电机的容量与基站的需求量相比一般较大，同时运行费用非常高。因此，在基站的运行过程中，需要尽量降低柴油机的运行时间。

本来，在这些基站里面都安装有蓄电池，并且这些蓄电池能满足基站设备数小时用电的需要，这就为降低柴油机的运行时间提供了一定的可行性。目前不可行的原因是：基站设备工作时，基站的空调机必须同时运行，以维持基站内部的温度在一定的范围之内。可是：空调机的耗电量非常大，并且绝大多数都是使用交流电，而电池的容量一方面不足以维持基站空调机的运行，因为空调机的耗电量相对来说非常大，另一方面，目前的空调机大多为交流供电(也有厂家可以供应小容量的全直流空调机，但价格非常高，并且适用范围也小)。为此，市场上出现了蓄冷方案或思路，具体蓄冷的方案是：采用高温相变蓄冷材料蓄冷。不过，这种高温相变材料蓄冷的方案成本很高，并且这些相变材料在基站内部占用较大的空间，还有一个缺点是：蓄冷时间长，放冷不均匀，有时还会出现放冷速度慢等问题。因此有必要对现有的高温相变蓄冷材料蓄冷的技术方案进行改进。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷。设计一种全新的蓄冷方式，可以克服前述方案成本高、占用空间大及与蓄冷/放冷相关的问题，同时还提供了更多的节能可行性。

为实现上述目的，本发明的技术方案是采用一种可用储冰制冷的空调系统，该空调系统集成了：蒸汽压缩式制冷子系统、热管自然冷却子系统、融冰送风供冷子系统及控制子系统；在所述蒸汽压缩式制冷子系统中包括压缩机，压缩机的冷媒出口经管路与冷凝器的冷媒入口连接，压缩机的冷媒入口经管路与蒸发器的冷媒出口连接，在冷凝器的冷媒出口与蒸发器的冷媒入口之间经管路连接有膨胀阀；所述融冰送风供冷子系统包括装有所述制冰蒸发器的蓄冷水箱，所述蓄冷水箱经管路与水泵的入口连接，水泵的出口经管路与表冷器的入口连接，表冷器的出口经管路也与蓄冷水箱连接；所述热管自然冷却子系统包括安装在所述制冰冷凝器的一侧的热管冷凝器，安装在所述表冷器的一侧的热管蒸发器，所述热管冷凝器的冷媒出口经A管路与热管蒸发器的冷媒入口连接，所述热管冷凝器的冷媒入口经B管路与热管蒸发器的冷媒出口连接。

其中，制冰冷凝器与热管冷凝器安装在室外，或所述空调系统是装于室内的一体机，所述一体机中的制冰冷凝器与热管冷凝器部分与室外之间设有通风口。

其中，表冷器与热管蒸发器安装在室内，或所述空调系统是装于室外的一体机，所述一体机中的表冷器与热管蒸发器部分与室外之间设有通风口。

其中，在制冰冷凝器的另一侧装有直流风机。

其中，在表冷器的另一侧装有另一个直流风机。

其中，热管冷凝器的安装位置要整体高于热管蒸发器的安装位置。

其中，在蓄冷水箱外经管路可连接有封闭式膨胀水箱。

其中，在蓄冷水箱上装有进/排水阀和排气阀。

其中，在空调系统中还包括电气控制分系统，电气控制分系统与柴油发电机和/或电瓶供电端连接，在电气控制分系统中设有电脑控制器，电脑控制器与压缩机、室内风机、室外风机、水泵连接，所述电脑控制器还与温度或压力传感器和/或开关连接。

其中，在电脑控制板内设有存储器，在存储器内储存有控制压缩机、室内风机、室外风机、水泵运行的控制程序。

本发明的优点和有益效果在于，采用这种空调系统，可以降低无市电供应的电信基站的能量消耗，延长基站供电设备的使用寿命，并提高基站空调系统的可靠性。

该方案的要点是采用直接蒸发制冷蓄冰的方法储存冷量，并加入重力热管换热器来进行自然冷却从而进一步降低空调机的能量消耗，可以克服前述高温相变蓄冷材料蓄冷方案成本高、占用空间大及与蓄冷/放冷相关的问题。

该产品为无市电供应并采用柴油机供电的基站大幅度节能并降低维护费用提供了解决方案。

附图说明

图1是本发明可利用储存的冷量制冷的空调系统的系统结构图。

图中：1、压缩机；2、制冰冷凝器；3、热管冷凝器；4、室外进风方向；5、室外风机；6、室外出风方向；7、膨胀阀；8、蓄冷水箱；9、排气阀；10、制冰蒸发器；11、封闭式膨胀水箱；12、A管路；13、B管路；14、进/排水阀；15、水泵；16、室内风机；17、室内出风方向；18、表冷器；19、热管蒸发器；20、室内进风方向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明具体实施的技术方案是：

一种可以用储冰来制冷的空调系统，该空调系统集成了：蒸汽压缩式制冷子系统、热管自然冷却子系统、融冰送风供冷子系统及控制子系统；在所述压缩机制冷子系统中包括压缩机1，压缩机1的冷媒出口经管路与冷凝器2的冷媒入口连接，压缩机1的冷媒入口经管路与制冰蒸发器10的冷媒出口连接，在冷凝器2的冷媒出口与蒸发器10的冷媒入口之间经管路连接有膨胀阀7，以上装置构成一个压缩式制冷循环系统；本发明技术方案的特点是，所述融冰送风供冷子系统包括将制冰蒸发器10被安装在一个大的蓄冷水箱8，目的是由制冰蒸发器10将蓄冷水箱8内的一部分水制成冰，将蓄冷水箱8经管路与一台水泵15的入口连接，将水泵15的出口经管路与表冷器18的入口连接，表冷器18可为盘管型表冷冷却式换热器，表冷器18的出口经管路也与蓄冷水箱8连接；本发明技术方案的另一个特点是，所述热管自然冷却子系统包括安装在所述制冰冷凝器2的一侧的热管冷凝器3，安装在所述表冷器18的一侧的热管蒸发器19，所述热管冷凝器的冷媒出口经A管路与热管蒸发器的冷媒入口连接，所述热管冷凝器的冷媒入口经B管路与热管蒸发器的冷媒出口连接。

在本发明中，将制冰冷凝器2与热管冷凝器3并排地安装在一起，或所述空调系统是装于室内的一体机，所述一体机中的制冰冷凝器与热管冷凝器部分与室外之间设有通风口。在本发明中，将表冷器18与热管蒸发器19并排地安装在一起，或所述空调系统是装于室外的一体机，所述一体机中的表冷器与热管蒸发器部分与室内之间设有通风口。

在本发明中，在制冰冷凝器2的另一侧装有室外风机5，室外风机5工作时，室外进风方向4先经过热管冷凝器3，再经过冷凝器2最后从室外出风方向6处吹出，室外风机5利用室外空气经过上述循环使热管冷凝器3与制冰冷凝器2降温。

在本发明中，在表冷器18的另一侧装有室内风机16，室内风机16工作时，室内进风方向20先经过热管蒸发器19，再经过表冷器18最后从室内出风方向17处吹出，室内风机16利用室内空气经过上述循环使热管蒸发器19与表冷器18升温，也就是使送入室内的空气温度降低。

在本发明中，热管冷凝器3的安装位置一定要高于热管蒸发器19的安装位置，这样热管冷凝器3被冷却后的冷媒由气态冷媒变为液态冷媒后可以利用重力使液态冷媒经A管路12流入热管蒸发器19内，而热管蒸发器19内经冷热交换后的气态冷媒经B管路13流回到热管冷凝器3内，冷媒在热管冷凝器3、热管蒸发器19、A管路12、B管路13内形成闭路循环系统。

在本发明中，在蓄冷水箱8外经管路连接有封闭式膨胀水箱11，由于蓄冷水箱8是一个封闭式的水循环水箱，其中封闭式膨胀水箱11可用于储存蓄冷水箱8中膨胀出的水，也可以将蓄冷水箱8做成非封闭式的，这时可以取消封闭式膨胀水箱11，但这会增加实际使用过程中的加水次数。

在本发明中，在蓄冷水箱8上装有进/排水阀14和排气阀9，用于为水箱加水或排水及排气。

在本发明中，在空调系统中还包括电气控制子系统，电气控制子系统与柴油发电机和/或蓄电池供电端连接，在电气控制分系统中设有电脑控制器，电脑控制器与压缩机1、室内风机16、室外风机5、水泵15连接，电脑控制器还与温度或压力传感器，和/或开关连接。

其中，在电脑控制器内设有存储器，在存储器内储存有控制压缩机1、室内风机16、室外风机5、水泵15运行的控制程序。

本发明系统是由四大部份及相关零部件组成，分别是：蒸汽压缩式制冷蓄冰系统、融冰供冷系统、分离式重力热管自然冷却系统、控制系统构成。

这几个系统的组成及工作原理描述如下：

蒸汽压缩式制冷系统：由压缩机1、制冰冷凝器2、膨胀阀7、制冰蒸发器10及它们之间的连接管路以及室外风机5组成。该系统的作用是：利用压缩式制冷原理将蓄冷水箱8中的水制成冰与水的混合体，所制得的冰放置于蓄冷箱体8中。首先在蓄冷箱体8中充装纯净水，由安装于该蓄冷水箱8中的直接膨胀制冰蒸发器10将水冷却成冰与水的混合体。

融冰供冷系统：由蓄冷水箱8、水泵15、表冷器18和它们之间的连接管路以及室内风机16等组成。

重力热管自然冷却系统：由热管冷凝器3、热管蒸发器19、A管路12、B管路13等组成。

控制系统：控制系统由电脑控制器、室外温度传感器、室内温度传感器、水温传感器、制冷系统低压传感器、还有其它相关的控制器件(如继电器、接触器、电线)等组成。其作用是控制上述3大系统的协调工作，使机组各部件协调运行，获取最大可能的节能效果。并对各部件的运行进行监控、保护。

下面简单描述上述各系统的工作逻辑：基站柴油发电机工作时，一方面通过融冰供冷系统向基站内部提供冷量，同时将蓄冷水箱8中的部分水凝结成冰而蓄存冷量。当柴油机将基站的蓄电池蓄满电之后，停止工作。柴油机停止后，基站电子设备的供电切换为蓄电池供电。同时本空调机依靠融冰继续为基站提供冷量。不管什么时候，只要室外的温度低于室内的温度并且室外风机5与室内风机16在工作的时候，该机组就会通过由热管蒸发器19、热管冷凝器3组成的自然冷却系统向室内提供附加的制冷量。一般来说，室内风机16始终连续工作，而室外风机5在满足一定的条件下工作：当压缩机1工作时，室外风机5同时工作；而压缩机1不工作时，控制系统将检测室内外的温差，当室外温度比室内温度低若干度时，就起动工作，进行自然冷却。该温差的具体数值，与室外风机5的耗电量及压缩式制冷系统的能效比相关。一般来讲，该温差数值可以取5到7℃即为合理。

可以为控制系统建立最优化的控制逻辑，使该机组获取最大可能的节能效果。

再如附图1所示，可将产品由图中的虚线分成上、中、下三个部份如图中虚线所示。上部主要包括：压缩式制冷系统的压缩机1、制冰冷凝器2，热管自然冷却系统的热管冷凝器3，室外风机5等。视具体结构设计情况的需要，压缩机1可以安装于中部或下部；中间部位安装蓄冷水箱8、水泵15等部件；下部安装表冷器18、热管自然冷却系统的热管蒸发器19以及室内风机16。

在本发明的实施例中将上述系统分为上、中、下三部份的方法，在必要时可以根据结构设计的需要做必要的调整。但必须符合如下主要要求：

将热管自然冷却系统中的热管冷凝器2要安装在热管自然冷却系统的热管蒸发器19的上面，以便利用重力的作用，实现冷媒在热管中的流动，因为这里采用的是重力热管原理。其它各零部件的配置没有特别的要求，按照常规的制冷系统与水系统等的设计要求进行设计与制造即可。

另外，热管冷凝器3必须安装在压缩式制冷(即制冰)系统冷凝器2的上游(按空气流动方向)，热管蒸发器19也必须安装在表冷器18的上游(按空气流动方向)，这样才可以尽可能利用热管自然冷却功能并降低压缩式制冷系统的能量消耗及减少压缩式制冷系统的运行时间并延长其工作寿命。

为保证蓄冷水箱8的正常工作及维护的方便，还安装了进/排水阀14，排气阀门9，以及封闭式膨胀水箱11。由于该系统面向基站特殊应用场合设计，所以融冰供冷系统应采用封闭式的系统，这样在首次使用前将蓄冷水箱8中的水注满，以后不再需要加水。增加封闭式膨胀水箱11的目的是为了适应水温变化及结冰与融冰过程中，水箱中的空气体积的变化。

为了减小产品的体积，较佳的技术方案是，应将热管冷凝器3与制冰冷凝器2安装在一起，同理将热管蒸发器19与表冷器18安装在一起。

整机的空气循环系统分为2个，即室内侧气流系统与室外侧气流系统。

室外侧气流系统的工作方法是：由室外风机5将室外的空气抽入到机器内部，依次经过热管冷凝器3与制冰冷凝器2，冷却这两个冷凝器中的制冷剂，然后由风机5送出，重新回到室外空气中。

室内侧气流系统的工作方法是：用室内风机16将室内的空气抽入，依次经过热管蒸发器19与表冷器18，被冷却后再送到回室内，然后再次被抽入、冷却、送出，如此不断循环将室内空气冷却到所需要的温度。

上述各部件按如下逻辑进行控制，可以获得较好的节能效果并减少各部件的运行时间从而延长寿命、提高可靠性：

压缩机1：控制系统检测到柴油机供电后，压缩式制冷系统工作，直到蓄冰量达到总储水量的一定比例时为止，之后可以停止1小时(时间可根据实际使用情况设定)，在这1小时之内，部份冰会被融化，这时压缩式制冷系统再次启动，直到蓄冰量达到设定值为止。通过这种方式，保证蓄冷水箱8中的冰所储存的冷量足够柴油机停机期间向基站供冷。控制系统检测到柴油机停电后，停止压缩式制冷系统各部件的工作(主要是压缩机1及室外风机5)。

室外风机5：压缩机1启动工作时，该风机需要同时工作；压缩机1停止时，该风机是否停止取决于自然冷却的条件是否具备，如果具备则运行，如果不具备则不运行。该条件是指：室内温度-室外温度>7℃(可根据风机功率及自然冷却制冷量来确定该数值)。

室内风机16：由于需要连续向室内供冷，所以该风机一般应长时间运转。不过，也可以设想一些方法来节约该风机的工作时间，例如：室内温度达到控制温度时，可以停止运转一段时间(根据实际基站情况确定)，然后再启动运转。这是基于基站温度控制精度要求不高时可以采取这样的措施。

水泵15：一般也应长时间运转，但也可以设计一些控制逻辑，使水泵15有停止的时候，节能并延长水泵的工作时间。例如：当室外温度低于10℃时，关闭水泵。(因为在系统配置合理的情况下，这个时候自然冷却的冷量已经足够，不再需要压缩式制冷蓄冰系统)。

此外，根据该发明应用的具体场合，该产品中压缩机的供电为220V单相电源，其余用电部件均为直流供电(由基站的蓄电池供电)，所以在柴油机不供电期间，该系统可以继续依靠基站的直流电供冷。

上述实施例的优点在于，采用这种空调系统，可以降低无市电供应的电信基站的能量消耗，延长基站供电设备的使用寿命，并提高基站空调系统的可靠性。

该方案的要点是采用直接蒸发制冷蓄冰的方法储存冷量，并加入重力热管换热器来进行自然冷却从而进一步降低空调机的能量消耗，可以克服前述高温相变蓄冷材料蓄冷方案成本高、占用空间大及与蓄冷/放冷相关的问题。

该产品为无市电供应并采用柴油机供电的基站大幅度节能提供了解决方案。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1、一种可用储冰制冷的空调系统，其特征在于，该空调系统集成了：蒸汽压缩式制冷子系统、热管自然冷却子系统、融冰送风供冷子系统及电气控制子系统；在所述压缩式制冷子系统中包括压缩机，压缩机的冷媒出口经管路与制冰冷凝器的冷媒入口连接，压缩机的冷媒入口经管路与制冰蒸发器的冷媒出口连接，在制冰冷凝器的冷媒出口与制冰蒸发器的冷媒入口之间经管路连接有膨胀阀；所述融冰送风制冷子系统包括装有所述制冰蒸发器的蓄冷水箱，所述蓄冷水箱经管路与水泵的入口连接，水泵的出口经管路与表冷器的入口连接，表冷器的出口经管路也与蓄冷水箱连接；所述热管自然冷却子系统包括安装在所述制冰冷凝器的一侧的热管冷凝器，安装在所述表冷器的一侧的热管蒸发器，所述热管冷凝器的冷媒出口经A管路与热管蒸发器的冷媒入口连接，所述热管冷凝器的冷媒入口经B管路与热管蒸发器的冷媒出口连接。

2、如权利要求1的可用储冰制冷的空调系统，其特征在于，制冰冷凝器与热管冷凝器安装在室外，或所述空调系统是装于室内的一体机，所述一体机中的冷凝器与热管冷凝器部分与室外之间设有通风口。

3、如权利要求2的可用储冰制冷的空调系统，其特征在于，制冰蒸发器与热管蒸发器安装在室内，或所述空调系统是装于室外的一体机，所述一体机中的表冷器与热管蒸发器部分与室内之间设有通风口。

4、如权利要求2的可用储冰制冷的空调系统，其特征在于，在所述制冰冷凝器的另一侧装有直流风机。

5、如权利要求3的可用储冰制冷的空调系统，其特征在于，在表冷器的另一侧装有另一个直流风机。

6、如权利要求5的可用储冰制冷的空调系统，其特征在于，热管冷凝器的安装位置要整体高于热管蒸发器的安装位置。

7、如权利要求6的可用储冰制冷的空调系统，其特征在于，在蓄冷水箱外经管路可连接有封闭式膨胀水箱。

8、如权利要求7的可用储冰制冷的空调系统，其特征在于，在蓄冷水箱上装有进/排水阀和排气阀。

9、如权利要求1至8任意之一权利要求的可用储冰制冷的空调系统，其特征在于，所述电气控制子系统与柴油发电机和/或电池供电端连接，在所述电气控制子系统中设有电脑控制器，所述电脑控制器与压缩机、室内风机、室外风机、水泵连接，所述电脑控制器还与温度或压力传感器和/或开关连接。

10、如权利要求9的可用储冰制冷的空调系统，其特征在于，在电脑控制板内设有存储器，在存储器内储存有控制压缩机、室内风机、室外风机、水泵运行的控制程序。

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