CN105333545B - 一种带喷射器的空调用热管蒸气压缩复合式制冷系统 - Google Patents

一种带喷射器的空调用热管蒸气压缩复合式制冷系统 Download PDF

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Abstract

一种带喷射器的空调用热管蒸气压缩复合式制冷系统，变频压缩机的出口分两路，一路经过流量调节阀后与喷射器的喷嘴入口相连，喷射器出口与蒸发器入口相连；另一路经过电磁阀后与冷凝器入口相连，冷凝器出口与储液器入口相连，储液器出口分两路，一路经过电子膨胀阀后与蒸发器入口相连，另一路与喷射器被引射入口相连；蒸发器出口分两路，一路与变频压缩机入口相连；另一路经过流量调节阀后与冷凝器入口相连；系统包含两个工作模式：压缩制冷模式和热管冷却模式；本发明在无需增加机械设备的条件下，实现热管冷却模式下热管回路的制冷剂强制循环，确保了利用室外自然冷源冷却的可靠性，对数据中心/通信基站(或机房)空调节能技术的发展有着积极的推动作用。

Description

一种带喷射器的空调用热管蒸气压缩复合式制冷系统
技术领域
本发明属于空调技术领域，具体涉及一种用于数据中心/通信基站(或机房)空调的一种带喷射器的空调用热管蒸气压缩复合式制冷系统。
背景技术
近年来，我国数据中心与通信基站的快速增长带来了数据中心与通信基站能耗的急剧增加，这对数据中心制冷技术不断创新、提升制冷能效提出了挑战。由于数据中心/通信基站(或机房)高的产热密度，在夏冬季节都要采用空调器冷却降温措施以确保它们的安全可靠运行，从而也使空调能耗大幅上升。因此，如何有效降低数据中心/通信基站(或机房)空调能耗已成为亟待解决的问题。目前，将空调用蒸气压缩式制冷技术与自然冷却技术相结合是重要的解决方案之一。例如，将分离式重力热管与传统的蒸气压缩式制冷循环系统相复合构成的机房空调系统，它可以实现蒸气压缩和热管工作模式的切换，在夏季采用机械制冷方式实现冷却，而在冬季通过重力热管回路利用自然环境空气冷源实现冷却，可获得良好的节能效果。但是，这种系统中分离式重力热管布置时其冷凝器位置必须高于蒸发器的位置，并且分离式重力热管的制冷剂驱动力有限，在某些情况下热管回路的制冷剂难以依靠重力实现自然循环，造成了自然冷却方式失效。为克服上述缺点，有方案提出在热管回路采用制冷剂液体泵驱动强制循环，在一定程度上制冷剂在系统中的循环问题。然而，采用增加辅助的制冷剂液体泵也会增大整个系统制冷剂泄漏的风险，同时系统的成本也会明显增加。实际上，利用压缩机固有制冷剂驱动能力，并在系统中增加一个喷射器(既气－液喷射器)，通过压缩机与喷射器的联合作用可实现热管回路的制冷剂强制循环。在该方案中，取代制冷剂液体泵的喷射器结构简单、无运动部件及成本低廉，一方面系统无需增加机械设备，另一方面采用自然冷却方式时压缩机仍能发挥作用而提高了其利用率。因此，本发明技术将提供的一种可行解决方案，即一种用于数据中心/通信基站(或机房)空调的一种带喷射器的空调用热管蒸气压缩复合式制冷系统，这对数据中心/通信基站(或机房)空调节能技术的发展有着积极的推动作用。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种用于数据中心/通信基站(或机房)空调的带喷射器的空调用热管蒸气压缩复合式制冷系统，该新型制冷系统由双循环回路构成，包含两个工作模式：压缩制冷模式和热管冷却模式；工作时两个模式可以切换，在夏季压缩制冷模式时利用机械制冷实现对室内的降温作用，而在冬季热管冷却模式时利用室外环境空气冷源实现对室内的自然冷却降温作用；该制冷系统的创新之处在于通过系统中压缩机与喷射器的联合作用可实现热管冷却模式下热管回路的制冷剂强制循环，确保了利用室外自然冷源冷却的可靠性；这种采用带喷射器的热管/蒸气压缩复合制冷技术是将喷射器技术、分离式热管技术和蒸气压缩式制冷技术相互融合,实现三者优势互补的新型节能冷却技术；该技术对于全年供冷的数据中心/通信基站(或机房)而言,具有明确的针对性和良好的适用性，并具有冷却可靠、运行节能和投资经济等优点。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
用于数据中心/通信基站(或机房)空调的一种带喷射器的空调用热管蒸气压缩复合式制冷系统，包括有：变频压缩机、冷凝器、储液器、喷射器、电子膨胀阀、蒸发器、流量调节阀和电磁阀等部件；系统中由上述部件构成了两个制冷剂循环回路：压缩制冷回路与热管冷却回路；具体技术方案如下：
一种带喷射器的空调用热管蒸气压缩复合式制冷系统，包括变频压缩机101，变频压缩机101的出口分两路，一路经过第一流量调节阀102后与喷射器103的喷嘴入口相连，喷射器103的出口与蒸发器104的入口相连；另一路经过电磁阀105后与冷凝器106的入口相连，冷凝器106的出口与储液器107的入口相连，储液器107的出口分两路，一路经过电子膨胀阀108后与蒸发器104的入口相连，另一路与喷射器103的被引射入口相连；蒸发器104的出口分两路，一路与变频压缩机101的入口相连；另一路经过第二流量调节阀109后与冷凝器106的入口相连。
所述变频压缩机101出口的高温高压气态制冷剂依次经冷凝器106、储液器107、电子膨胀阀108、蒸发器104并最终回到变频压缩机101吸气口，组成压缩制冷回路。
所述蒸发器104出口的制冷剂分两路，一路经第二流量调节阀109后进入冷凝器106中放出热量，成为低压液态制冷剂，并进入储液器107；另一路进入变频压缩机101，被压缩后成为高温高压气态制冷剂，经第一流量调节阀102进入喷射器103的喷嘴入口，引射来自储液器107出口的制冷剂液体，使其进入喷射器103的被引射入口；两路制冷剂在喷射器103的混合段混合，混合制冷剂经喷射器103的扩压段扩压后压力有所回升，成为中压汽液两相混合制冷剂，经过喷射器103的出口，回到蒸发器104，组成热管冷却回路。
所述变频压缩机101出口用于引射的制冷剂流量通过改变变频压缩机101的频率来调节，以及由第一流量调节阀102的开度来调节。
所述第二流量调节阀109可采用电子膨胀阀或具有截止功能的调节阀。
所述制冷系统由双循环回路构成，包含两个工作模式：压缩制冷模式和热管冷却模式；工作时通过控制第一流量调节阀102、电磁阀105、电子膨胀阀108和第二流量调节阀109的开/关来对两个模式进行切换；当系统处于压缩制冷模式时流量调节阀102和流量调节阀109关闭，电磁阀105和电子膨胀阀108开启；当系统处于热管冷却模式时，第一流量调节阀102和第二流量调节阀109开启，电磁阀105和电子膨胀阀108关闭。
当系统处于压缩制冷模式时，冷凝器106的冷凝温度高于室外空气温度，且冷凝器106的冷凝温度高于蒸发器104的蒸发温度；当系统处于热管冷却模式时，冷凝器106的冷凝温度同样高于室外空气温度，但冷凝器106的冷凝温度低于蒸发器104的蒸发温度。
当系统处于压缩制冷模式时，变频压缩机101的压比大，流量大(工作频率高)，功耗大；当制冷系统处于热管冷却模式时，变频压缩机101的压比小，流量小(工作频率低)，功耗小。
与传统的数据中心/通信基站(或机房)空调系统比较，本发明具有如下优点：
1、将空调用蒸气压缩式制冷技术与自然冷却技术相结合，利用冬季的自然环境空气做为冷源实现冷却，可获得良好的节能效果。
2、通过系统中压缩机与喷射器的联合作用可实现热管冷却模式下热管回路的制冷剂强制循环，系统中冷凝器与蒸发器布置位置不受限，确保了利用室外自然冷源冷却的可靠性。
3、利用喷射器取代制冷剂液体泵，系统无需增加机械设备、无运动部件，成本低廉。
4、系统处于热管冷却模式时，采用自然冷却方式的同时压缩机仍能发挥作用从而提高了其利用率。
本发明系统是一种经济、有效、可行的改善方案，将喷射器技术、分离式热管技术和蒸气压缩式制冷技术相互融合,实现三者优势互补的新型节能冷却技术。对于全年供冷的数据中心/通信基站(或机房)而言,具有明确的针对性和良好的适用性，能够促进数据中心/通信基站(或机房)节能技术的发展。
附图说明
图1是本发明实施例1制冷循环系统示意图。
图2是本发明实施例1压缩制冷模式制冷循环示意图。
图3是本发明实施例1热管冷却模式制冷循环示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本实施例一种带喷射器的空调用热管蒸气压缩复合式制冷系统，变频压缩机101的出口分两路，一路经过第一流量调节阀102后与喷射器103的喷嘴入口相连，喷射器103的出口与蒸发器104的入口相连；另一路经过电磁阀105后与冷凝器106的入口相连，冷凝器106的出口与储液器107的入口相连，储液器107的出口分两路，一路经过电子膨胀阀108后与蒸发器104的入口相连，另一路与喷射器103的被引射入口相连；蒸发器104的出口分两路，一路与变频压缩机101的入口相连；另一路经过第二流量调节阀109后与冷凝器106的入口相连。
该制冷系统由双循环回路构成，包含两个工作模式：压缩制冷模式和热管冷却模式；工作时两个模式可以切换。其示意的制冷系统工作过程为：
当系统处于压缩制冷模式时，第一流量调节阀102和第二流量调节阀109关闭，电磁阀105和电子膨胀阀108开启。如图2所示，变频压缩机101出口的高温高压过热气态制冷剂(图中2点处)经冷凝器106后放出热量成为高压液态制冷剂(图中3点处)，该高压液态制冷剂经储液器107后(图中4点处)全部进入电子膨胀阀108进行节流，节流后的气液两相流制冷剂(图中5点处)进入蒸发器104中吸收热量后成为低压气态制冷剂(图中6点处)，并最终回到变频压缩机101，以上完成压缩制冷工作模式下制冷剂循环过程。
当系统处于热管冷却模式时，第一流量调节阀102和第二流量调节阀109开启，电磁阀105和电子膨胀阀108关闭。如图3所示，蒸发器104出口的制冷剂分两路，一路经第二流量调节阀109节流后进入冷凝器106中放出热量，成为低压液态制冷剂(图中过程6′-3′)，并进入储液器107；另一路进入变频压缩机101，被压缩后成为高温高压气态制冷剂(图中过程1′-2′)，经第一流量调节阀102进入喷射器103的喷嘴入口，引射来自储液器107出口的制冷剂液体，使其进入喷射器103的被引射入口。两路制冷剂在喷射器103的混合段混合，混合制冷剂经喷射器103的扩压段扩压后压力有所回升，成为中压汽液两相混合制冷剂，经过喷射器103的出口(图中5′点处)，回到蒸发器104，以上完成热管冷却工作模式下制冷剂循环过程。
所述变频压缩机101出口用于引射的制冷剂流量通过改变变频压缩机101的频率以及第一流量调节阀102的开度来调节。被引射的制冷剂流量则通过改变第二流量调节阀109的开度来进行调节。
作为本发明的优选实施方式，所述第二流量调节阀109可采用电子膨胀阀或其他可节流的调节阀，同时也有截止的功能。

Claims (5)

1.一种带喷射器的空调用热管蒸气压缩复合式制冷系统，其特征在于：包括变频压缩机(101)，变频压缩机(101)的出口分两路，一路经过第一流量调节阀(102)后与喷射器(103)的引射端相连，喷射器(103)的出口与蒸发器(104)的入口相连；另一路经过电磁阀(105)后与冷凝器(106)的入口相连，冷凝器(106)的出口与储液器(107)的入口相连，储液器(107)的出口分两路，一路经过电子膨胀阀(108)后与蒸发器(104)的入口相连，另一路与喷射器(103)的被引射端相连；蒸发器(104)的出口分两路，一路与变频压缩机(101)的入口相连；另一路经过第二流量调节阀(109)后与冷凝器(106)的入口相连；
所述变频压缩机(101)出口的高温高压气态制冷剂依次经冷凝器(106)、储液器(107)、电子膨胀阀(108)、蒸发器(104)并最终回到变频压缩机(101)吸气口，组成压缩制冷回路；
所述蒸发器(104)出口的制冷剂分两路，一路经第二流量调节阀(109)后进入冷凝器(106)中放出热量，成为低压液态制冷剂，并进入储液器(107)；另一路进入变频压缩机(101)，被压缩后成为高温高压气态制冷剂，经第一流量调节阀(102)进入喷射器(103)的喷嘴入口，引射来自储液器(107)出口的制冷剂液体，使其进入喷射器(103)的被引射入口；两路制冷剂在喷射器(103)的混合段混合，混合制冷剂经喷射器(103)的扩压段扩压后压力有所回升，成为中压汽液两相混合制冷剂，经过喷射器(103)的出口，回到蒸发器(104)，组成热管冷却回路。
2.根据权利要求1所述的带喷射器的空调用热管蒸气压缩复合式制冷系统，其特征在于：所述变频压缩机(101)出口用于引射的制冷剂流量通过改变变频压缩机(101)的频率来调节，以及由第一流量调节阀(102)的开度来调节。
3.根据权利要求1所述的带喷射器的空调用热管蒸气压缩复合式制冷系统，其特征在于：所述第二流量调节阀(109)采用电子膨胀阀或具有截止功能的调节阀。
4.根据权利要求1所述的带喷射器的空调用热管蒸气压缩复合式制冷系统，其特征在于：所述制冷系统由双循环回路构成，包含两个工作模式：压缩制冷模式和热管冷却模式；工作时通过控制第一流量调节阀(102)、电磁阀(105)、电子膨胀阀(108)和第二流量调节阀(109)的开或关来对两个模式进行切换；
当系统处于压缩制冷模式时，第一流量调节阀(102)和第二流量调节阀(109)关闭，电磁阀(105)和电子膨胀阀(108)开启；
当系统处于热管冷却模式时，第一流量调节阀(102)和第二流量调节阀(109)开启，电磁阀(105)和电子膨胀阀(108)关闭。
5.根据权利要求4所述的带喷射器的空调用热管蒸气压缩复合式制冷系统，其特征在于：当系统处于压缩制冷模式时，冷凝器(106)的冷凝温度高于室外空气温度，且冷凝器(106)的冷凝温度高于蒸发器(104)的蒸发温度；当系统处于热管冷却模式时，冷凝器(106)的冷凝温度同样高于室外空气温度，但冷凝器(106)的冷凝温度低于蒸发器(104)的蒸发温度。
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