CN107477741A - 一种可转换工作模式的复合全年降温冷却系统 - Google Patents

一种可转换工作模式的复合全年降温冷却系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可转换工作模式的复合全年降温冷却系统，该系统包括气泵、带控制阀的油平衡管、压缩机、转换阀a、室外换热器、单向阀、转换阀b、转换阀c、节流元件、室内换热器、气液分离器、带控制阀的回油管、转换阀d和转换阀e；室内换热器吸收机房或机柜内的热量后，内部的液态工质汽化，由气体管路、或气泵、或压缩机输送至室外换热器，工质在室外换热器内散热给周围的空气后重新凝结为液态，经液体管路再流回室内换热器。重复循环这样的过程，就在机房或机柜与外界密闭的情况下将其内部的热量散发到大气中。采用该装置有效解决了机房或机柜的散热问题，而且减小了设备尺寸和成本、显著改善了运行的能效水平和可靠性。

Description

一种可转换工作模式的复合全年降温冷却系统
技术领域
本发明主要涉及全年降温的冷却技术领域，特别是可转换工作模式的复合全年降温冷却系统，属于降温冷却技术领域。
背景技术
数据机房或机柜、输变电站等放置设备的空间或设备内部，全年需要冷却降温系统将设备或元器件发热量散到大气中去，来维持机房或机柜内的环境温度，保证设备的正常工作运行。为了达到节能减排的目的，主要的做法是：气温较高的季节用机械制冷方式为机房或机柜降温，气温较低的季节采用热管高效换热技术进行自然冷却为其降温。目前，热管自然冷却技术有分离式热管自然冷却系统，泵驱动热管自然冷却技术，工质泵又有液泵和气泵两类。分离式热管的特点是：工质靠热压效应进行循环，不需要额外动力，能效比高，但是工质循环的动力较弱，适合在负荷较小或工作温差较大的情况下使用；泵驱动热管的特点是：工质靠泵强制循环，流动的动力强劲，但需要额外动力，能效比稍低，适合在负荷较大或工作温差较小的情况下使用。
从系统的构成来看，分离热管、气泵驱动热管和机械制冷系统的换热部件和部分管路是相同，主要区别是工质循环的驱动力或部件不同：分离热管系统无驱动部件，工质自循环；气泵驱动热管系统，气泵是工质循环的驱动部件；而机械制冷系统，压缩机是工质循环的驱动部件。如果将分离式热管、气泵驱动热管和机械制冷三者合理集成到一套冷却系统中，就可根据气温和负荷的变化，来转换不同的工作模式进行全年冷却，充分发挥各种工作模式的优势，一方面可以减小冷却设备的尺寸和重量，另一方面又可以保证全年运行的能效比最优。
为解决上述将分离式热管、气泵驱动热管和机械制冷三者合理集成到一套冷却系统的问题，设计出本发明的技术方案。
发明内容
本发明的目的，是针对上述现有技术中存在的问题，提供一种结构紧凑、系统运行能效水平和可靠性显著改善且工作模式便于转换的复合全年降温冷却系统。
为了实现上述的发明目的，本发明的技术方案以下方式实现：一种可转换工作模式的复合全年降温冷却系统，该系统包括气泵1、带控制阀的油平衡管2、压缩机3、转换阀a4、室外换热器5、单向阀6、转换阀b7、转换阀c8、节流元件9、室内换热器10、气液分离器11、带控制阀的回油管12、转换阀d13和转换阀e14，气液分离器11上设有回油口和回液口；室外换热器5、转换阀c8和室内换热器10和转换阀d13通过管道依次连接成回路；气泵1和压缩机3的排气管汇合后接入室外换热器5和转换阀d13之间的管道上，带控制阀的油平衡管2将气泵1和压缩机3的油池连接起来；气泵1的吸气管通过转换阀e14和压缩机3的吸气管通过转换阀a4后汇合，并与气液分离器11的气管连接；气液分离器11的进口接入室内换热器10和转换阀d13之间的管道上，气液分离器11底部的回液口用管道通过单向阀6接入室外换热器5和转换阀c8之间的管道上，气液分离器11的回油口通过带控制阀的回油管12与气液分离器11的气管连接；转换阀b7与节流元件9连接成支路后，与转换阀c8并联。
整个冷却系统密闭后，充注一定量的低沸点介质，并向气泵1和压缩机3的油池中注入适量的润滑油。转换阀c8和转换阀d13开启，转换阀a4、转换阀b7、转换阀e14关闭，该冷却系统按照分离热管模式工作；转换阀a4、转换阀b7和转换阀d13关闭，转换阀c8、转换阀e14开启，该冷却系统按照气泵驱动热管模式工作；转换阀c8、转换阀d13和转换阀e14关闭，转换阀a4、转换阀b7开启，该冷却系统按照机械制冷模式工作。
节流元件9是电动膨胀阀，与之并联的转换阀8所在支路省去，另外，从气液分离器11进口接入处至气泵1和压缩机3排气管接入处的转换阀d13所在支路也能够省去。
省去气液分离器11，这时气泵1和压缩机3吸气管直接接入室内换热器10和转换阀d13之间的管道上。
在气泵1和压缩机3排气管路中接入油分离器，油分离器底部积存的油通过管路回到气泵1和压缩机3的油池。
在气泵1是多台气泵并联的机组，压缩机3是多台压缩机并联的机组。
气液分离器11带液位控制机构，单向阀6用该机构操控的阀来取代。
转换阀a4和转换阀e14，转换阀b7和转换阀c8，能够用一个三通阀或功能类似的阀来取代。
充注的低沸点介质为一种工质，或者是多种工质的混合物。
对于上述的可转换工作模式的复合全年降温冷却系统，室内换热器吸收机房或机柜内的热量后，其内部的液态工质汽化，由气体管路、或气泵、或压缩机输送至室外换热器，工质在室外换热器内散热给周围的空气后重新凝结为液态，经液体管路再流回室内换热器。重复循环这样的过程，就可以在机房或机柜与外界密闭的情况下将其内部的热量散发到大气中。采用该装置，三种工作模式可以根据室外温度和负荷的变化进行转换，且互为冗余，不仅有效解决了机房或机柜的散热问题，而且有效减小了设备尺寸和成本、显著改善了运行的能效水平和可靠性。
附图说明
下面结合附图及具体的实施方式对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例一的系统连接图。
图2是本发明实施例二的系统连接图。
图3是本发明实施例三的系统连接图。
图4是本发明实施例四的系统连接图。
图中：1—气泵，2—带控制阀的油平衡管，3—压缩机，4—转换阀a，5—室外换热器，6—单向阀，7—转换阀b，8—转换阀c，9—节流元件，10—室内换热器，11—气液分离器，12—带控制阀的回油管，13—转换阀d，14—转换阀e，15—液位控制器，16—液位控制阀，17—三通阀a，18—三通阀b，19—油分离器，1a、第一气泵，1b、第二气泵，3a、第一压缩机，3b、第二压缩机。
具体实施方式
实施例一
参考图1，该实施例是可实现分离热管、气泵驱动热管和机械制冷三种工作模式转换的全年降温冷却系统，该系统由气泵1、带控制阀的油平衡管2、压缩机3、转换阀a4、室外换热器5、单向阀6、转换阀b7、转换阀c8、节流元件9、室内换热器10、带回油口和回液口的气液分离器11、带控制阀的回油管12、转换阀d13、转换阀e14等组成。
该全年降温冷却系统的连接关系如下：室外换热器5、转换阀8和室内换热器10和转换阀d13通过管道依次连接成回路；气泵1和压缩机3的排气管汇合后接入室外换热器5和转换阀d13之间的管道上，带控制阀的油平衡管2将气泵1和压缩机3的油池连接起来，气泵1的吸气管和压缩机3的吸气管分别通过转换阀14和转换阀a4后汇合起来，并与气液分离器11的气管连接，气液分离器11的进口接入室内换热器10和转换阀c13之间的管道上，气液分离器11底部的回液口用管道通过单向阀6接入室外换热器5和转换阀8之间的管道上，气液分离器11回油口通过带控制阀的回油管12与气液分离器11的气管连接；转换阀b7与节流元件9连接成支路后，与转换阀c8并联。整个系统密闭后，充注一定量的低沸点介质，并向气泵1和压缩机3的油池中注入适量的润滑油。当室外气温低于室内气温且冷却负荷较小时，或者室外气温远低于室内气温时，转换阀c8和转换阀d13开启，转换阀a4、转换阀b7、转换阀e14关闭，该冷却系统按照分离热管模式工作；当室外气温低于室内气温时，转换阀a4、转换阀b7和转换阀d13关闭，转换阀b8、转换阀e14开启，该冷却系统按照气泵驱动热管模式工作；当室外气温高于室内气温时，转换阀b8、转换阀d13和转换阀e14关闭，转换阀a4、转换阀b7开启，该冷却系统按照机械制冷模式工作。
实施例二
参考图2，该实施例是气泵驱动热管复合机械制冷的全年降温冷却系统，与实施例一相比，该系统省去了从气泵1和压缩机3排气管接入处至气液分离器11进口接入处的转换阀d13所在支路、转换阀b7，以及与节流元件9所在支路并联的转换阀d13所在支路。节流元件9选用电动膨胀阀。单向阀6用液位控制阀16替代，由液位控制器15感受液位的高度，来操控液位控制阀16。转换阀a4关闭，转换阀e14开启，该冷却系统按照气泵驱动热管模式工作；转换阀e14关闭，转换阀a4开启，该冷却系统按照机械制冷模式工作。回路中充注一定量的R32。
实施例三
参考图3，该实施例是不带气液分离器的三种工作模式全年降温冷却系统，与实施例一的主要区别为：省去气液分离器11，这时气泵1和压缩机3吸气管直接接入室内换热器10和转换阀d13之间的管道上；转换阀a4和转换阀e14、转换阀b7和转换阀c8，分别用三通阀a17和三通阀b18取代。其它部分的系统构成和工作模式转换，与实施例一相同。
实施例四
参考图4，该实施例是多台气泵和多台压缩机并联的全年复合降温冷却系统。与实施例二相比，第一气泵1a和第二气泵1b并联成气泵机组，第一压缩机3a和第二压缩机3b并联成压缩机机组；在气泵1和压缩机3排气管路中接入油分离器19，油分离器19底部积存的油通过管路分别回到气泵1和压缩机3的油池。其余与实施例二相同。

Claims (9)

1.一种可转换工作模式的复合全年降温冷却系统，其特征在于：该系统包括气泵(1)、带控制阀的油平衡管(2)、压缩机(3)、转换阀a(4)、室外换热器(5)、单向阀(6)、转换阀b(7)、转换阀c(8)、节流元件(9)、室内换热器(10)、气液分离器(11)、带控制阀的回油管(12)、转换阀d(13)和转换阀e(14)，气液分离器(11)上设有回油口和回液口；室外换热器(5)、转换阀c(8)和室内换热器(10)和转换阀d(13)通过管道依次连接成回路；气泵(1)和压缩机(3)的排气管汇合后接入室外换热器(5)和转换阀d(13)之间的管道上，带控制阀的油平衡管(2)将气泵(1)和压缩机(3)的油池连接起来；气泵(1)的吸气管通过转换阀e(14)和压缩机(3)的吸气管通过转换阀a(4)后汇合，并与气液分离器(11)的气管连接；气液分离器(11)的进口接入室内换热器(10)和转换阀d(13)之间的管道上，气液分离器(11)底部的回液口用管道通过单向阀(6)接入室外换热器(5)和转换阀c(8)之间的管道上，气液分离器(11)的回油口通过带控制阀的回油管(12)与气液分离器(11)的气管连接；转换阀b(7)与节流元件(9)连接成支路后，与转换阀c(8)并联。
2.根据权利要求1所述的一种可转换工作模式的复合全年降温冷却系统，其特征在于：整个冷却系统密闭后，充注一定量的低沸点介质，并向气泵(1)和压缩机(3)的油池中注入适量的润滑油；转换阀c(8)和转换阀d(13)开启，转换阀a(4)、转换阀b(7)、转换阀e(14)关闭，该冷却系统按照分离热管模式工作；转换阀a(4)、转换阀b(7)和转换阀d(13)关闭，转换阀c(8)、转换阀e(14)开启，该冷却系统按照气泵驱动热管模式工作；转换阀c(8)、转换阀d(13)和转换阀e(14)关闭，转换阀a(4)、转换阀b(7)开启，该冷却系统按照机械制冷模式工作。
3.根据权利要求1所述的一种可转换工作模式的复合全年降温冷却系统，其特征在于：节流元件(9)是电动膨胀阀，与之并联的转换阀c(8)所在支路省去，另外，从气液分离器(11)进口接入处至气泵(1)和压缩机(3)排气管接入处的转换阀d(13)所在支路也能够省去。
4.根据权利要求1所述的一种可转换工作模式的复合全年降温冷却系统，其特征在于：省去气液分离器(11)，这时气泵(1)和压缩机(3)吸气管直接接入室内换热器(10)和转换阀d(13)之间的管道上。
5.根据权利要求1所述的一种可转换工作模式的复合全年降温冷却系统，其特征在于：在气泵(1)和压缩机(3)排气管路中接入油分离器，油分离器底部积存的油通过管路回到气泵(1)和压缩机(3)的油池。
6.根据权利要求1所述的一种可转换工作模式的复合全年降温冷却系统，其特征在于：在气泵(1)是多台气泵并联的机组，压缩机(3)是多台压缩机并联的机组。
7.根据权利要求1所述的一种可转换工作模式的复合全年降温冷却系统，其特征在于：气液分离器(11)带液位控制机构，单向阀(6)用该机构操控的阀来取代。
8.根据权利要求1所述的一种可转换工作模式的复合全年降温冷却系统，其特征在于：转换阀a(4)和转换阀e(14)，转换阀b(7)和转换阀c(8)，能够用一个三通阀或功能类似的阀来取代。
9.根据权利要求1所述的一种可转换工作模式的复合全年降温冷却系统，其特征在于：充注的低沸点介质为一种工质，或者是多种工质的混合物。
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