CN104990296A - 制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制冷系统，包括：机械制冷组件，机械制冷组件包括压缩机、冷凝器以及蒸发器，冷凝器和蒸发器分别与压缩机相连；自然冷却组件，自然冷却组件包括自然冷却盘管、中间换热器以及自然冷却流路，自然冷却流路设置在自然冷却盘管和中间换热器之间以在自然冷却盘管和中间换热器之间形成冷却循环；冷却水流路，冷却水流路具有进水端和出水端，冷却水流路依次通过中间换热器和蒸发器；其中，压缩机、蒸发器以及中间换热器中的至少一部分置于室内侧，冷凝器与自然冷却盘管置于室外侧。根据本发明的制冷系统的使用寿命长且可以充分利用自然冷源。

Description

制冷系统

技术领域

本发明涉及制冷领域，特别涉及一种制冷系统。

背景技术

1)传统的具有自然冷却模式的制冷系统，一个系统的整机放在室外，当室外环境温度足够低时(低于0℃)，且由于某种原因(如停电等)造成纯水循环或乙二醇溶液循环无法工作时，蒸发器或中间换热器里面的溶液极有可能结冰，造成蒸发器或中间换热器冻坏，它们的防冻问题就成了系统致命的缺陷；2)传统的具有自然冷却模式的制冷系统没有充分利用自然冷源，仅靠机械制冷循环制冷，运行成本高；3)传统的具有自然冷却模式的制冷系统在低环温运行时，易发生主机频繁启停，且全年运行时间长，降低了主机的使用寿命；4)传统系统受环境温度、水温影响，运行范围较窄。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种制冷系统，该制冷系统的使用寿命长且可以充分利用自然冷源。

根据本发明的制冷系统，包括：机械制冷组件，所述机械制冷组件包括压缩机、冷凝器以及蒸发器，所述冷凝器和所述蒸发器分别与所述压缩机相连；自然冷却组件，所述自然冷却组件包括自然冷却盘管、中间换热器以及自然冷却流路，所述自然冷却流路设置在所述自然冷却盘管和所述中间换热器之间以在所述自然冷却盘管和所述中间换热器之间形成冷却循环；冷却水流路，所述冷却水流路具有进水端和出水端，所述冷却水流路依次通过所述中间换热器和所述蒸发器；其中，所述压缩机、所述蒸发器以及所述中间换热器中的至少一部分置于室内侧，所述冷凝器与所述自然冷却盘管置于室外侧。

根据本发明的制冷系统通过把压缩机、蒸发器、中间换热器、水泵等关键零部件放置在环境条件相对较好的室内，既解决了蒸发器和中间换热器的防冻问题；又提高了系统各关键零部件运行的可靠性，降低了运行成本；且系统不再受环温、水温约束，大大拓宽了制冷系统的运行范围，满足了更多气候恶劣地区的用冷需求。

另外，根据本发明的制冷系统还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述机械制冷组件还包括节流装置，所述节流装置设在所述冷凝器与所述蒸发器之间且所述节流装置置于室内侧。

根据本发明的一个实施例，所述自然冷却流路上设置有液体泵，所述液体泵置于室内侧。

根据本发明的一个实施例，所述冷却水流路包括设有所述进水端的第一段、流经所述中间换热器的第二段、置于所述中间换热器与所述蒸发器之间的第三段、流经所述蒸发器的第四段以及设有所述出水端的第五段，所述第一段、所述第二段、所述第三段、第四段以及所述第五段依次相连。

根据本发明的一个实施例，所述第三段上设有第一三通阀，所述第一三通阀包括第一至第三端，所述第一端与所述第四段相连，所述第二端与所述第二段相连，所述第三端与所述第一段相连。

根据本发明的一个实施例，所述自然冷却流路包括穿过所述中间换热器的第六段、穿过所述自然冷却盘管的第七段以及所述中间换热器与所述自然冷却盘管之间的第八段和第九段。

根据本发明的一个实施例，所述第八段和所述第九段中的一个上设有第二三通阀，所述第二三通阀具有第四端至第六端，所述第四端与所述第六段相连，所述第五端与所述第七段相连，所述第六端与所述第八段和所述第九段中的另一个相连。

根据本发明的一个实施例，所述冷凝器设有第一排风扇，所述自然冷却盘管设有第二排风扇。

根据本发明的一个实施例，所述冷凝器与所述自然冷却盘管相邻设置，所述第一排风扇与所述第二排风扇为同一零部件。

根据本发明的一个实施例，所述制冷系统包括：机械制冷组件，所述机械制冷组件包括压缩机、冷凝器以及蒸发器，所述冷凝器和所述蒸发器分别与所述压缩机相连；自然冷却组件，所述自然冷却组件包括自然冷却盘管、中间换热器以及自然冷却流路，所述自然冷却流路设置在所述自然冷却盘管和所述中间换热器之间以在所述自然冷却盘管和所述中间换热器之间形成冷却循环；冷却水流路，所述冷却水流路具有进水端和出水端，所述冷却水流路依次通过所述中间换热器和所述蒸发器；其中，所述压缩机、所述蒸发器以及所述中间换热器全部置于室内侧，所述冷凝器与所述自然冷却盘管置于室外侧。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的制冷系统的示意图；

图2是根据本发明另一个实施例的制冷系统的示意图；

图3是根据本发明再一个实施例的制冷系统的示意图；

图4是根据本发明实施例的冷却水流路与第一三通阀配合的示意图；

图5是根据本发明实施例的自然冷却流路与第二三通阀配合的示意图。

附图标记：

制冷系统100，

压缩机111，冷凝器112，蒸发器113，节流装置114，

自然冷却盘管121，中间换热器122，自然冷却流路123，第六段106，第七段107，第八段108，第九段109，液体泵124，

冷却水流路130，进水端131，出水端132，第一段101，第二段102，第三段103，第四段104，第五段105，

第一三通阀140，第一端141，第二端142，第三端143，

第二三通阀150，第四端151，第五端152，第六端153，

第一排风扇160，第二排风扇170。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，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，除非另有明确的限定。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合图1至图5对根据本发明实施例的制冷系统100进行详细描述。

根据本发明实施例的制冷系统100可以包括机械制冷组件、自然冷却组件以及冷却水流路130。

其中，机械制冷组件为制冷系统100最主要的部分，无论外界的环境温度如何变化都不会影响机械制冷组件的正常工作以及为使用侧提供冷水。机械制冷组件可以单独工作，也可以和自然冷却组件一起工作以对室内侧的冷冻水进行降温。

自然冷却组件可以充分利用外界的较低的环境温度来冷却用户侧的冷冻水，达到制冷的目的。在外界环境温度较低的情况下，自然冷却组件可以和机械制冷组件一起工作以对室内的冷冻水进行降温；在外界环境温度足够低时，自然冷却组件也可以单独地对室内侧的冷冻水进行降温。

机械制冷组件工作和/或自然冷却组件工作产生的冷量可以被冷却水流路130中的冷却水吸收，进而降低冷却水的温度，满足用户的使用要求。

如图1至图3所示，机械制冷组件包括压缩机111、冷凝器112以及蒸发器113，压缩机111具有出气口和回气口，冷凝器112与压缩机111的出气口相连，蒸发器113与压缩机111的回气口相连，冷媒在压缩机111的压缩腔中被压缩为高温高压的气体，然后高温高压的冷媒进入到冷凝器112并在冷凝器112中与室外环境进行热交换后变为高压液体冷媒，然后高压液体冷媒流入蒸发器113，并在相应的低压下蒸发，吸取周围热量变为低温低压的冷媒。例如，在本发明的实施例中，蒸发器113可以吸收冷冻水的热量以对冷冻水进行降温。最后低温低压的冷媒重新回到压缩机111中，完成一个循环。

自然冷却组件包括自然冷却盘管121、中间换热器122以及自然冷却流路123，自然冷却流路123设置在自然冷却盘管121和中间换热器122之间以在自然冷却盘管121和中间换热器122之间形成冷却循环。

自然冷却流路123中的换热介质可以吸收中间换热器122周围的热量(例如，吸收冷却水流路130内冷却水的热量)，然后流入到自然冷却盘管121中的并将热量散发到自然冷却盘管121附近，进而实现自然冷却盘管121与中间换热器122之间的热交换。优选地，换热介质可以为乙二醇、丙二醇等防冻液体。

如图1至图4所示，冷却水流路130具有进水端131和出水端132，冷却水流路130依次通过中间换热器122和蒸发器113。也就是说，冷却水首先从进水端131流入冷却水流路130，然后从中间换热器122中穿过并可以与穿过中间换热器122的自然冷却流路123中的换热介质进行热交换，然后流入到蒸发器113中并可以与蒸发器113中的冷媒进行热交换，最后从出水端132流出，此时冷冻水的温度得到了降低，可以满足用户的用水要求。

其中，压缩机111、蒸发器113以及中间换热器122中的至少一部分置于室内侧，冷凝器112与自然冷却盘管121置于室外侧。优选地，压缩机111、蒸发器113以及中间换热器122全部置于室内侧。由此，在外界环境温度较低时，压缩机111、蒸发器113以及中间换热器122不会被冻坏，进而提升了制冷系统100的使用寿命。

有利地，冷凝器112设有第一排风扇160，自然冷却盘管121设有第二排风扇170。第一排风扇160可以迅速降低冷凝器112的温度，第二排风扇170可以迅速降低自然冷却盘管121的温度，进而可以提高制冷系统100的制冷效率。冷凝器112和自然冷却盘管121可以相邻设置，第一排风扇160和第二排风扇170可以为同一零部件。

根据本发明实施例的制冷系统100可以有三种运行模式，分别为：机械制冷模式、混合制冷模式以及自然冷却模式。

机械制冷模式：

当环境温度较高时，该系统控制运行机械制冷组件，关闭自然冷却组件，冷冻水直接跟蒸发器113换热，达到用户要求后，送到用户使用侧(即，出水端132)；蒸发器113吸收的热量通过制冷剂送到冷凝器112并与室外侧进行热交换以排放到室外环境中。

混合制冷模式：

当环境温度降低时(例如2℃-20℃之间)，该系统控制自然冷却组件和机械制冷组件同时运行，冷冻水先经过中间换热器122，利用室外低温通过自然冷却循环进行第一次换热，再经过蒸发器113利用机械制冷组件进行第二次换热，达到用户要求后，送到用户使用侧；其中自然冷却阶段利用室外环境降温来节省能量，减轻压缩机111的工作负荷，压缩机111通过程序控制运行在低负荷状态，节省耗功。

自然冷却模式：

当环境温度较低时，产冷量高于要求的冷量，该系统可以控制运行自然冷却组件，关闭机械制冷组件，冷冻水仅通过中间换热器122换热，达到用户要求后，送到用户使用侧。当产冷量仍然高于要求的冷量，系统会逐步降低风机风量，直到所有风机全部关闭。也就是说，自然冷却模式完全利用外界的低温环境与冷冻水进行热交换来降低冷冻水的温度，不会运行压缩机111，进而大大降低本发明的制冷系统100的能耗。

可选地，机械制冷组件还可以包括节流装置114，节流装置114设在冷凝器112与蒸发器113之间，且节流装置114可以放置在室内侧。节流装置114可以降低冷媒的压力和温度，进而提高机械制冷组件的换热效率。

可以理解的是，自然冷却流路123上可以设置有液体泵124，液体泵124放置在室内侧。液体泵124可以使自然冷却流路123中的换热介质在自然冷却盘管121和中间换热器122之间快速地流动循环，提高了自然冷却组件的换热效率。

本发明的制冷系统100可以充分利用自然冷源，解决传统系统全年运行时间长，运行成本高的问题；在环境温度较低时，可以启用自然冷却环路，大大降低主机的运行时间，减少启停次数，提高主机使用寿命；系统不再受环境温度、水温的约束，在冬季-30℃自然冷却系统仍能正常启动和运行，在过渡季节，自然冷却系统可做到20℃出水，大大拓宽了系统的运行范围，满足了更多气候恶劣地区的用冷需求。

对常年制冷的自然冷却组件，环境温度越低，制冷系统100越节能，所以它更适用在北方，而北方冬季室外环境温度低、暴风雪、冰雨等恶劣天气会很多；而室内有较好且稳定的运行环境。

本方案通过把压缩机111、蒸发器113、中间换热器122、水泵等关键零部件放置在环境条件相对较好的室内，既解决了蒸发器113和中间换热器122的防冻问题；又提高了系统各关键零部件运行的可靠性，降低了运行成本，节能约10％-60％；系统不再受环温、水温约束，大大拓宽了制冷系统100的运行范围，满足了更多气候恶劣地区的用冷需求。

下面结合图2和图5简单描述根据本发明的具体实施例。

实施例一：

如图2和图4所示，冷却水流路130包括设有进水端131的第一段101、流经中间换热器122的第二段102、置于中间换热器122与蒸发器113之间的第三段103、流经蒸发器113的第四段104以及设有出水端132的第五段105，第一段101、第二段102、第三段103、第四段104以及第五段105依次相连。

其中，第三段103上设有第一三通阀140，第一三通阀140包括第一端141、第二端142和第三端143，第一端141与第四段104相连，第二端142与第二段102相连，第三端143与第一段101相连。

本实施例中的机械制冷模式与混合制冷模式与上述的机械制冷模式与混合制冷模式大体相同，这里不再赘述，下面详细描述本实施例中的自然冷却模式：

当环境温度较低时，产冷量高于要求的冷量，该系统控制运行自然冷却组件，关闭机械制冷组件，冷冻水通过中间换热器122换热，达到用户要求后，送到用户使用侧，此时第一端141与第二端142连通，第三端143不与第一端141和第二端142中的任一个连通；当产冷量仍然高于要求的冷量时，系统会逐步降低风机风量，直到所有风机全部关闭，此时第一端141与第二端142连通，第三端143不与第一端141和第二端142中的任一个连通；如果风机全部关闭后，产冷量仍然高于要求的冷量(如强风迎面吹着自然冷却盘管121时)，此时系统会逐渐控制三通阀，第一端141与第二端142连通，第三端143与第一端141和第二端142连通。换言之，从进水端131进入的冷冻水的一部分经过中间换热器122进行热交换，另一部分不经过中间换热器122直接进入到第三段103，然后两部分水混合。通过控制三通阀可以调节不经过中间换热器122且直接进入到第三段103的冷冻水量，进而可以调节出水端132冷冻水的出水温度，满足用户的使用要求。

实施例二：

如图3和图5所示，自然冷却流路123包括穿过中间换热器122的第六段106、穿管自然冷却盘管121的第七段107以及中间换热器122与自然冷却盘管121之间的第八段108和第九段109。

第八段108和第九段109中的一个上设有第二三通阀150，第二三通阀150具有第四端151、第五端152和第六端153，第四端151与第六段106相连，第五端152与第七段107相连，第六端153与第八段108和第九段109中的另一个相连。

在本发明的具体示例中，第八段108上设有第二三通阀150，第二三通阀150具有第四端151、第五端152和第六端153，第四端151与第六段106相连，第五端152与第七段107相连，第六端153与第九段109相连。

本实施例中的机械制冷模式与混合制冷模式与上述的机械制冷模式与混合制冷模式大体相同，这里不再赘述，下面详细描述本实施例中的自然冷却模式：

当环境温度较低时，产冷量高于要求的冷量，该系统控制运行自然冷却组件，关闭机械制冷组件，冷冻水通过中间换热器122换热，达到用户要求后，送到用户使用侧，此时第四端151与第五端152连通，第六端153不与第四端151和第五端152中的任一个连通；当产冷量仍然高于要求的冷量，系统会逐步降低风机风量，直到所有风机全部关闭，此时第四端151与第五端152连通，第六端153不与第四端151和第五端152中的任一个连通；如果风机全部关闭后，产冷量仍然高于要求的冷量(如强风迎面吹着自然冷却盘管121时)，此时系统会逐渐控制三通阀，第四端151与第五端152连通，第六端153与第四端151和第五端152连通。换言之，从自然冷却盘管121流出的具有较低温度的换热介质的一部分通过第五端152和第六端153流入到中间换热器122，并与中间换热器122中的冷却水流路130内的冷却水进行热交换，从自然冷却盘管121流出的具有较低温度的换热介质的另一部分通过第五端152和第六端153直接进入到第九段109而不经过中间换热器122，由此减少了第六段106中换热介质的冷量，进而可以调节出水端132冷冻水的出水温度，避免了第二段102中的冷冻水与第六段106中的换热介质进行换热后温度过低，满足用户的使用要求。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种制冷系统，其特征在于，包括：

机械制冷组件，所述机械制冷组件包括压缩机、冷凝器以及蒸发器，所述冷凝器和所述蒸发器分别与所述压缩机相连；

自然冷却组件，所述自然冷却组件包括自然冷却盘管、中间换热器以及自然冷却流路，所述自然冷却流路设置在所述自然冷却盘管和所述中间换热器之间以在所述自然冷却盘管和所述中间换热器之间形成冷却循环；

冷却水流路，所述冷却水流路具有进水端和出水端，所述冷却水流路依次通过所述中间换热器和所述蒸发器；

其中，所述压缩机、所述蒸发器以及所述中间换热器中的至少一部分置于室内侧，所述冷凝器与所述自然冷却盘管置于室外侧。

2.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述机械制冷组件还包括节流装置，所述节流装置设在所述冷凝器与所述蒸发器之间且所述节流装置置于室内侧。

3.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述自然冷却流路上设置有液体泵，所述液体泵置于室内侧。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的制冷系统，其特征在于，所述冷却水流路包括设有所述进水端的第一段、流经所述中间换热器的第二段、置于所述中间换热器与所述蒸发器之间的第三段、流经所述蒸发器的第四段以及设有所述出水端的第五段，所述第一段、所述第二段、所述第三段、第四段以及所述第五段依次相连。

5.根据权利要求4所述的制冷系统，其特征在于，所述第三段上设有第一三通阀，所述第一三通阀包括第一至第三端，所述第一端与所述第四段相连，所述第二端与所述第二段相连，所述第三端与所述第一段相连。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的制冷系统，其特征在于，所述自然冷却流路包括穿过所述中间换热器的第六段、穿过所述自然冷却盘管的第七段以及所述中间换热器与所述自然冷却盘管之间的第八段和第九段。

7.根据权利要求6所述的制冷系统，其特征在于，所述第八段和所述第九段中的一个上设有第二三通阀，所述第二三通阀具有第四端至第六端，所述第四端与所述第六段相连，所述第五端与所述第七段相连，所述第六端与所述第八段和所述第九段中的另一个相连。

8.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述冷凝器设有第一排风扇，所述自然冷却盘管设有第二排风扇。

9.根据权利要求8所述的制冷系统，其特征在于，所述冷凝器与所述自然冷却盘管相邻设置，所述第一排风扇与所述第二排风扇为同一零部件。

10.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，包括：

机械制冷组件，所述机械制冷组件包括压缩机、冷凝器以及蒸发器，所述冷凝器和所述蒸发器分别与所述压缩机相连；

自然冷却组件，所述自然冷却组件包括自然冷却盘管、中间换热器以及自然冷却流路，所述自然冷却流路设置在所述自然冷却盘管和所述中间换热器之间以在所述自然冷却盘管和所述中间换热器之间形成冷却循环；

冷却水流路，所述冷却水流路具有进水端和出水端，所述冷却水流路依次通过所述中间换热器和所述蒸发器；

其中，所述压缩机、所述蒸发器以及所述中间换热器全部置于室内侧，所述冷凝器与所述自然冷却盘管置于室外侧。