CN105352234A - 一种自适应相变冷凝空调系统及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自适应相变冷凝空调系统及其实现方法，自适应相变冷凝空调系统，包括压缩机(1)、冷凝器(2)、节流装置(6)、气液分离器(7)和蒸发器(8)；该系统还包括自适应相变单元(4)、第一阀门机构、第二阀门机构、旁路管、压力传感器和控制器；第一阀门和第二阀门均受控于控制器；压力传感器位于压缩机的吸气管和排气管处，用于检测压缩机的吸气气压和排气气压；压力传感器与控制器相连；旁路管的入口和自适应相变单元的入口通过第一阀门机构与冷凝器的出口相接；旁路管的出口和自适应相变单元的出口通过第二阀门机构与节流装置的入口相接。该自适应相变冷凝空调系统及其实现方法易于实施，运行可靠性高。

Description

一种自适应相变冷凝空调系统及其实现方法
技术领域
本发明属于空调工程技术领域，涉及一种自适应相变冷凝空调系统及其实现方法。
背景技术
随着信息网络产业的日益发展壮大，通讯行业能耗问题逐步凸显。目前该产业已成为全球第五大耗能产业，二氧化碳排放占全世界排放2.5％；尤其是现在通信移动系统从3G升级到4G阶段，2014年第三季度全球平均网络连接速度为4.5Mbps，网络信号数据传输更多、更快，全球信息总量每过两年增长一倍，2011年数据传输总量为1.8万亿GB，到2020年这一数值将增长到35万亿GB，大数据的创建和产生已成必然。数据信号传输的同时在机房内释放出大量的热量，为保证通信质量和电子设备的正常运行，制冷能耗急剧攀升。
目前，机房常用的空调系统在夏季室外高温或冷凝器脏堵时，冷凝器的冷凝能力下降，导致压缩机的排气压力过高，从而产生高压报警信号且强制停止运行，导致机房内温度急剧攀升，在机房内冷负荷较高时无法有效产生制冷量为机房降温，严重时造成通信设备宕机；冬季时室外环境温度较低，制冷系统运行时由于冷凝器的过度冷凝，液态制冷剂滞留在冷凝器内，导致压缩机的吸气压力过低，从而产生低压报警信号强制停止运行，导致机房内温度升高。
由此可见，目前常用的蒸汽压缩式制冷方式无法满足机房(以及其他类似机房的场合，如对温度控制要求较高的库房等)内一年四季不间断的制冷需求，因此，有必要设计一种自适应相变冷凝空调系统及其实现方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种自适应相变冷凝空调系统及其实现方法，该自适应相变冷凝空调系统及其实现方法易于实施，运行可靠性高。
发明的技术解决方案如下：
一种自适应相变冷凝空调系统，包括压缩机(1)、冷凝器(2)、节流装置(6)、气液分离器(7)和蒸发器(8)；
节流装置的出口接气液分离器的第一入口，气液分离器的第一出口接蒸发器的入口，蒸发器的出口接气液分离器的第二入口，气液分离器的第二出口通过压缩机与冷凝器的入口相连；
自适应相变冷凝空调系统还包括自适应相变单元(4)、第一阀门机构、第二阀门机构、旁路管、压力传感器和控制器；第一阀门和第二阀门均受控于控制器；压力传感器位于压缩机的吸气管和排气管处，用于检测压缩机的吸气气压和排气气压；压力传感器与控制器相连；
旁路管的入口和自适应相变单元的入口通过第一阀门机构与冷凝器的出口相接；
旁路管的出口和自适应相变单元的出口通过第二阀门机构与节流装置的入口相接；
第一阀门机构和第二阀门机构为一个三通阀，或为由多个单向阀组成的阀门组。
所述的自适应相变单元(4)内含相变材料，相变材料采用有机材料、无机材料或有机/无机复合材料，相变温度点在0-50℃之间，自适应相变单元内设有制冷剂管路。
所述的相变材料为以Na2HPO4·12H2O(35℃)、CaCl2·6H2O(29℃)、Na2SO4·10H2O(32.4℃)、Ba(OH)2·8H2O、Zn(NO3)2·6H2O、CaBr2·6H2O【还可以是其他无机材料】、或石蜡、脂肪酸【以及其他有机材料】，或无机-有机复合物；【以上列举的各种材料，其在本发明的应用效果均良好。石蜡和脂肪酸属于一大类材料，相变温度在0-50之间的非常多，均可选用】。
制冷剂管路为蛇形管路或带翅片结构的U形管路。
蒸发器采用微通道结构或铜管铝翅片结构；冷凝器采用微通道结构或铜管铝翅片结构。
节流装置为毛细管、热力膨胀阀或电子膨胀阀。
第一阀门机构为第一三通阀(3)，第二阀门机构为第二三通阀(5)；第一三通阀和第二三通阀均受控于控制器；压力传感器位于压缩机的吸气管和排气管处，用于检测压缩机的吸气气压和排气气压；压力传感器与控制器相连；
第一三通阀的第一端口和第二端口分别接冷凝器的出口和自适应相变单元的入口；
第二三通阀的第一端口和第二端口分别接自适应相变单元的出口和节流装置的入口；
第一三通阀的第三端口和第二三通阀的第三端口通过旁路管相连。
自适应相变冷凝空调系统还包括温度传感器，所述的温度传感器与控制器相连，用于检测室外或室内的温度。
自适应相变冷凝空调系统的默认状态下【初始时，或正常运行时】，控制器通过对第一阀门机构和第二阀门机构的开关状态控制，使得冷凝器与节流装置通过旁路管相连；
控制器通过压力传感器监控压缩机排气压力和压缩机吸气压力，当压力传感器检测到压缩机排气压力大于阈值K1(1MPa-2.5MPa，优选值为1.2，1.5，1.8，2.0，2.2，2.35)或压缩机吸气压力小于阈值K2(0.1-0.6MPa，优选值为0.2，0.3，0.35，0.4，0.5)，则控制器通过对第一阀门机构和第二阀门机构的开关状态控制，使得冷凝器与节流装置通过自适应相变单元相连。【压力阈值与室外温度、制冷剂型号、换热器参数等相关，一般情况下温度越高，则选取的阈值也愈大】；K1的取值范围为1MPa-2.5MPa，K2的取值范围为0.1-0.6MPa。
一种自适应相变冷凝空调系统的实现方法，采用前述的自适应相变冷凝空调系统；在冷凝器与节流装置之间设置能通过阀门机构切换投入的旁路管和自适应相变单元；
当压力传感器检测到压缩机排气压力大于阈值K1或压缩机吸气压力小于阈值K2，控制器通过对第一阀门机构和第二阀门机构的开关状态控制，使得冷凝器与节流装置通过自适应相变单元相连；
除此之外，控制器通过对第一阀门机构和第二阀门机构的开关状态控制，使得冷凝器与节流装置通过旁路管相连。
气液分离器也叫液体分离器。它主要用于大中型氨制冷系统，是用来分离液体和气体(蒸气)的一种容器式设备。实际上气液分离器具有两方面的作用：一方面是用于分离从蒸发器排出的低压蒸气中的液滴，以保证压缩机吸入的是干饱和蒸气；另一方面是分离由节流阀出来的气液混合物，只让氨液进入蒸发器，这时气液分离器还兼有分配液体的作用。液态制冷剂由贮液器经膨胀阀节流后进入气液分离器，闪发气体由此进入压缩机吸入管，而液态制冷剂则靠重力流入蒸发器盘管。一部分液态制冷剂在盘管中蒸发。蒸发后的气液混合物返回气液分离器，压缩机吸走其中的蒸气，未蒸发的液态制冷剂重新流回蒸发器。
有益效果：
本发明的自适应相变冷凝空调系统及其实现方法，所述的自适应相变冷凝空调系统通过第一阀门机构和第二阀门机构的开关调节不同环境下的运行工况；本发明专利在传统制冷系统的基础上增加自适应相变单元，保证制冷系统在夏季过热和冬季过冷的环境下实现不间断制冷，实时为机房提供冷量；该系统可解决夏季传统制冷系统因压缩机排气压力过高引起的高压保护停机问题，同时可提高制冷运行的性能系数，在相同耗电量的情况下增大系统的制冷量；该系统可解决在冬季传统制冷系统因压缩机吸气压力过低引起的低压保护停机问题，保证机房的制冷量需求。
本发明专利与传统的制冷技术相比，可保证制冷系统一年四季不间断的运行，且具有显著的节能效果，而且，切换的过程自动实现，无需人工干预，自动化程度高。
附图说明
图1为自适应相变冷凝空调系统原理框图；
图2为自适应相变冷凝空调系统温熵图。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1：
参见图1--图2，一种自适应相变冷凝空调系统，包括压缩机(1)、冷凝器(2)、第一三通阀(3)、自适应相变单元(4)、第二三通阀(5)、节流装置(6)、气液分离器(7)、蒸发器(8)；该空调系统还包括控制器、温度传感器、压力传感器；所述的自适应相变冷凝空调系统通过第一三通阀和第二三通阀的开关调节(切换)不同环境下的运行工况；所述的蒸发器(8)采用微通道结构或铜管铝箔结构；所述的节流装置(6)为毛细管、热力膨胀阀或电力膨胀阀；所述的冷凝器(2)采用微通道结构或铜管铝箔结构；所述的自适应相变单元(4)内含相变材料，制冷剂管路在单元内为蛇形回路或带翅片结构的U形回路；所述的第一三通阀和第二三通阀为电动三通阀，根据控制系统的信号自动切换运行；
本发明专利可在全年范围内实现机房(以及其他类似场合)内的高效制冷降温，克服了传统制冷系统在夏季室外温度过高和冬季室外温度过低时无法制冷的缺点，且夏季运行时在相同耗电量的情况下增大了系统的制冷量。本发明专利的工作工况分为两种工况运行，分别为传统制冷工况和自适应制冷工况。
传统制冷工况：采用蒸汽压缩式制冷方式，蒸发后的制冷剂在压缩机内压缩后进入冷凝器，冷凝器内的高温高压制冷剂经室外空气降温后进入节流装置，制冷剂在节能装置后出来后变为低温低压液态制冷剂，进入蒸发器，液态制冷剂在蒸发器内吸收机房回水中的热量蒸发，完整制冷循环。此时，制冷剂不进入自适应相变单元，从自适应相变单元侧的旁通管流过。机房空气从蒸发器释放热量降低温度后送入机房，降低机房内温度。
自适应制冷工况：当夏季室外高温时，会引起压缩机排气压力增大，[本发明通过压力进行控制即可]，监测到的压缩机排气压力过高时(大于1MPa-2.5MPa，指超过其中某一值，或超过整个区间)，电动控制第一阀门和第二阀门的流通方向，使冷凝器出来的制冷剂先进入自适应相变单元后进入节流装置，自适应相变单元为制冷剂继续降温，补充因室外温度过高冷凝不充分的冷量，降低压缩机的排气压力，保证系统的连续运行；且制冷系统的运行工况从图2中的3点移动到3`点，增大系统的制冷量，提高制冷工况的性能系数；当冬季室外低温时，监测到的吸气压力过低时(低于0.1-0.6MPa，指低于其中某一值，或低于整个区间)，电动控制第一阀门和第二阀门的流通方向，使冷凝器出来的制冷剂先进入自适应相变单元后进入节流装置，自适应相变单元为制冷剂升温，解决因室外温度过低造成的过度冷凝问题，提高压缩机的吸气压力，保证系统的连续运行；
本发明专利在传统制冷系统的基础上增加自适应相变单元，保证制冷系统在夏季过热和冬季过冷的环境下实现不间断制冷，实时为机房提供冷量；该系统夏季可解决传统制冷系统因压缩机排气温度过高引起的高压保护停机问题，同时可提高制冷运行的性能系数，在相同耗电量的情况下增大系统的制冷量；该系统在冬季可解决传统制冷系统因压缩机吸气温度过低引起的低压保护停机问题，保证机房的制冷量需求。

Claims (10)

1.一种自适应相变冷凝空调系统，包括压缩机(1)、冷凝器(2)、节流装置(6)、气液分离器(7)和蒸发器(8)；
节流装置的出口接气液分离器的第一入口，气液分离器的第一出口接蒸发器的入口，蒸发器的出口接气液分离器的第二入口，气液分离器的第二出口通过压缩机与冷凝器的入口相连；
其特征在于，还包括自适应相变单元(4)、第一阀门机构、第二阀门机构、旁路管、压力传感器和控制器；第一阀门和第二阀门均受控于控制器；压力传感器位于压缩机的吸气管和排气管处，用于检测压缩机的吸气气压和排气气压；压力传感器与控制器相连；
旁路管的入口和自适应相变单元的入口通过第一阀门机构与冷凝器的出口相接；
旁路管的出口和自适应相变单元的出口通过第二阀门机构与节流装置的入口相接；
第一阀门机构和第二阀门机构为一个三通阀，或为由多个单向阀组成的阀门组。
2.根据权利要求1所述的自适应相变冷凝空调系统，其特征在于，所述的自适应相变单元(4)内含相变材料，相变材料采用有机材料、无机材料或有机/无机复合材料，相变温度点在0-50℃之间，自适应相变单元内设有制冷剂管路。
3.根据权利要求2所述的自适应相变冷凝空调系统，其特征在于，所述的相变材料为以Na2HPO4·12H2O(35℃)、CaCl2·6H2O(29℃)、Na2SO4·10H2O(32.4℃)、Ba(OH)2·8H2O、Zn(NO3)2·6H2O、CaBr2·6H2O、或石蜡、脂肪酸，或无机-有机复合物。
4.所述的权利要求2所述的自适应相变冷凝空调系统，其特征在于，制冷剂管路为蛇形管路或带翅片结构的U形管路。
5.根据权利要求1所述的自适应相变冷凝空调系统，其特征在于，蒸发器采用微通道结构或铜管铝翅片结构；冷凝器采用微通道结构或铜管铝翅片结构。
6.根据权利要求1所述的自适应相变冷凝空调系统，其特征在于，节流装置为毛细管、热力膨胀阀或电子膨胀阀。
7.根据权利要求1所述的自适应相变冷凝空调系统，其特征在于，第一阀门机构为第一三通阀(3)，第二阀门机构为第二三通阀(5)；第一三通阀和第二三通阀均受控于控制器；压力传感器位于压缩机的吸气管和排气管处，用于检测压缩机的吸气气压和排气气压；压力传感器与控制器相连；
第一三通阀的第一端口和第二端口分别接冷凝器的出口和自适应相变单元的入口；
第二三通阀的第一端口和第二端口分别接自适应相变单元的出口和节流装置的入口；
第一三通阀的第三端口和第二三通阀的第三端口通过旁路管相连。
8.根据权利要求11所述的自适应相变冷凝空调系统，其特征在于，自适应相变冷凝空调系统还包括温度传感器，所述的温度传感器与控制器相连，用于检测室外或室内的温度。
9.根据权利要求1-8任一项所述的自适应相变冷凝空调系统，其特征在于，自适应相变冷凝空调系统的默认状态下，控制器通过对第一阀门机构和第二阀门机构的开关状态控制，使得冷凝器与节流装置通过旁路管相连；
控制器通过压力传感器监控压缩机排气压力和压缩机吸气压力，当压力传感器检测到压缩机排气压力大于阈值K1或压缩机吸气压力小于阈值K2，则控制器通过对第一阀门机构和第二阀门机构的开关状态控制，使得冷凝器与节流装置通过自适应相变单元相连；K1的取值范围为1MPa-2.5MPa，K2的取值范围为0.1-0.6MPa。
10.一种自适应相变冷凝空调系统的实现方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的自适应相变冷凝空调系统；在冷凝器与节流装置之间设置能通过阀门机构切换投入的旁路管和自适应相变单元；
当压力传感器检测到压缩机排气压力大于阈值K1或压缩机吸气压力小于阈值K2，控制器通过对第一阀门机构和第二阀门机构的开关状态控制，使得冷凝器与节流装置通过自适应相变单元相连；
除此之外，控制器通过对第一阀门机构和第二阀门机构的开关状态控制，使得冷凝器与节流装置通过旁路管相连。
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