CN107850354A - 用于组合自由冷却和机械冷却的液体循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种包括制冷回路和自由冷却系统的制冷系统。所述自由冷却系统包括流体冷却回路和自由冷却回路。所述流体冷却回路热联接和液压联接到所述制冷回路，使得所述流体冷却回路的冷却流体被配置来将热量传递到所述制冷剂。所述自由冷却回路热联接和液压联接到所述制冷回路，使得所述自由冷却回路的自由冷却流体被配置来从所述制冷剂吸收热量。所述自由冷却回路和所述流体冷却回路通过自由冷却热交换器被热联接和液压联接。至少一个阀被配置来控制所述自由冷却回路内的流动。所述制冷系统能够以自由冷却模式、机械冷却模式以及组合的自由冷却和机械冷却模式操作。

Description

用于组合自由冷却和机械冷却的液体循环系统

背景

本公开涉及制冷系统，并且更具体地，本公开涉及用于以自由冷却模式和机械冷却模式操作制冷系统的方法和系统。

常规制冷系统通过使流体(诸如制冷剂)循环通过闭合的热力学环路来操作。在循环期间，从蒸发器侧上的介质吸收热量并且将其排放到冷凝器侧上的介质。在由源温度和散热器温度的温度水平限定的压力条件下的这些热传递过程期间，制冷剂经历在热传递过程期间发生的相变。由于压缩机和压力膨胀装置向制冷剂提供的机械压缩或机械功，这种循环变换发生，并且被称为“机械冷却模式”。通常在蒸发器中，制冷剂进入热交换器并且使介质(诸如水、空气或乙二醇)冷却，所述介质进而可用于使被调节空间冷却。制冷系统的应用包括商业建筑和住宅建筑、数据中心、工业设备、农业和食品的冷却。

然而，当周围外部空气的温度较低时，可以在不接合压缩机的情况下使用外部空气来使介质冷却。在此类情况下，制冷系统包括通过一个或多个液压环路连接到制冷系统的若干附加部件。当制冷系统使用较冷的周围空气来代替压缩机时，系统被称为以“自由冷却模式”操作。在自由冷却模式中，启动一个或多个通风式热交换器和泵，并且通过外部周围空气间接地冷却在整个制冷系统中循环的冷却介质而不需要压缩机。由于以自由冷却模式运行制冷系统需要更少的功输入，因此以自然冷却模式运行所述系统比以机械冷却模式运行所述系统更有效率。

传统上，即使在周围外部空气温度较低时，仍然以机械冷却模式运行制冷系统。相比之下，在此类条件下以自然冷却模式运行制冷系统更有效率。因此，需要一种被配置来以机械冷却模式和自由冷却模式两者之一操作的系统。

概述

根据本公开的实施方案，提供了一种制冷系统，其包括制冷回路和自由冷却系统。所述自由冷却系统包括流体冷却回路和自由冷却回路。所述流体冷却回路热联接和液压联接到所述制冷回路，使得所述流体冷却回路的冷却流体被配置来将热量传递到所述制冷剂。所述自由冷却回路热联接和液压联接到所述制冷回路，使得所述自由冷却回路的自由冷却流体被配置来从所述制冷剂吸收热量。所述自由冷却回路和所述流体冷却回路通过自由冷却热交换器被热联接和液压联接。至少一个阀被配置来控制所述自由冷却回路内的流动。所述制冷系统能够以自由冷却模式、机械冷却模式以及组合的自由冷却和机械冷却模式操作。

除上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在另外的实施方案中，所述自由冷却回路包括被配置来将热量从所述自由冷却流体排放到周围空气的热交换器。

除上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在另外的实施方案中，所述自由冷却回路热联接和液压联接到所述冷凝器，并且所述流体冷却回路热联接和液压联接到所述蒸发器。

除上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在另外的实施方案中，所述自由冷却热交换器相对于所述自由冷却流体通过所述自由冷却回路的流动定位在所述冷凝器的上游。

除上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在另外的实施方案中，所述自由冷却热交换器和所述冷凝器相对于所述自由冷却流体通过所述自由冷却回路的流动平行地布置。

除上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在另外的实施方案中，所述至少一个阀定位在所述自由冷却热交换器的上游。

除上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在另外的实施方案中，所述至少一个阀包括定位在所述冷凝器的上游的阀。

除上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在另外的实施方案中，所述至少一个阀定位在所述自由冷却热交换器的下游。

除上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在另外的实施方案中，所述自由冷却热交换器相对于所述冷却流体通过所述流体冷却回路的流动定位在所述蒸发器的上游。

除上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在另外的实施方案中，所述自由冷却回路包括被配置来使所述自由冷却流体移动通过所述自由冷却回路的泵。

除上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在另外的实施方案中，所述流体冷却回路包括被配置来使所述冷却流体移动通过所述流体冷却回路的泵。

除上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在另外的实施方案中，所述至少一个阀选自三向阀和双向阀。

除上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在另外的实施方案中，控制器被配置来基于冷却负荷和外部温度控制所述制冷系统以所述自由冷却模式、机械冷却模式以及组合的自由冷却和机械冷却模式中的一个进行的操作。

除上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，在另外的实施方案中，所述控制器可操作地联接到所述压缩机、泵和所述至少一个阀。所述控制器被配置来在所述自由冷却模式、机械冷却模式以及组合的自由冷却和机械冷却模式之间切换时操作所述压缩机、所述泵和至少一个阀中的一个或多个。

附图简述

在说明书结尾处的权利要求书中具体指出并明确要求保护被认为是本公开的主题。根据以下结合附图进行的详细描述，本公开的前述特征和其他特征以及优点显而易见，在附图中：

图1是根据本公开的实施方案的制冷系统的示意图；以及

图2是根据本公开的另一个实施方案的另一个制冷系统的示意图。

详细描述参考附图通过实例的方式来解释本公开的实施方案以及优点和特征。

详述

现在参考图1-2，示出大体由参考数字20指代的各种制冷系统。系统20被配置来执行机械冷却和自由冷却两者。系统20包括制冷剂回路22，所述制冷剂回路22具有压缩机24、冷凝器26、膨胀装置28和蒸发器30。压缩机24压缩制冷剂并且将其向下游输送到冷凝器26中。制冷剂从冷凝器24通过膨胀装置28，然后到达蒸发器30。制冷剂从蒸发器30返回到压缩机24，以完成闭环制冷剂回路。在本文中示出并描述了基本的制冷回路。然而，具有更复杂的制冷回路22的系统20在本公开的范围内。此外，取决于给定应用的冷却要求，制冷系统20可以包括任何数量的制冷回路20。

所示出的制冷系统20中的每一个另外包括可操作地连接到制冷回路22的自由冷却系统40。制冷回路22和自由冷却系统40可以被打包在一起并且可以位于任何位置，例如室内、在要调节的设施的任何技术室中、在屋顶上或在地下室中。在这种配置中，制冷系统20是模块化的并且易于连接到新的或现有的流体网络，使得系统20可以在改装应用中使用。

自由冷却系统40包括：第一回路或自由冷却回路42，其具有例如流过其的第一流体或自由冷却流体W1(诸如乙烯/丙二醇、盐水或任何其他防冻溶液)；以及第二回路或冷却流体回路50，其具有例如流过其的第二流体W2(诸如水、乙烯/丙二醇、盐水或任何其他溶液)。自由冷却第一回路42包括干式冷却器或绝热冷却器44，其被配置成：通过经由热交换器(例如像圆管热交换器)和一个或多个定速风扇或变速风扇将空气布置成与流体W1处于热交换关系，来利用较冷周围空气的热移除能力。如图所示，自由冷却回路42和制冷回路22在冷凝器26处热联接和液压联接在一起，使得从冷凝器中的制冷剂排放的热量传递到自由冷却回路42的自由冷却流体W1。冷凝器26大体布置在干式冷却器44的下游。

泵46驱使流体W1通过第一回路42，使得流体W1依序流过冷凝器26和干式冷却器或绝热式冷却器44。泵46可以位于自由冷却回路42内的任何位置，诸如邻近干式冷却器或绝热冷却器44的入口或出口。泵46可以被配置为定速泵或配置为可操作来控制恒定的压差或温差或任何其他控制模式的变速泵。第二回路50被配置来向要调节的环境供应流体W2，并且从要调节的环境接收冷却流体W2。在一个实施方案中，第二回路50可以包括被配置来存储冷却流体W2的一部分的存储罐。第二回路或冷却流体回路50和制冷回路22液压联接和热联接在一起，以便允许冷却流体或第二流体W2在蒸发器30中被冷却。类似地，第二回路或冷却流体回路50和第一回路(即自由冷却回路42)在自由冷却热交换器48处热联接和液压联接在一起。当在自由冷却热交换器48中布置成热交换关系时，第二流体W2被配置来将热量排放到第一流体W1。

泵52被配置来驱使冷却流体W2通过第二回路50。泵52可以被配置为定速泵或配置为可操作来控制恒定的压差或温差或任何其他控制模式的变速泵。在所示出的非限制性实施方案中，流体W2首先被提供到自由冷却热交换器48，然后被提供到下游的蒸发器30。通过将自由冷却热交换器48定位在蒸发器30的上游，冷却流体W2在进入蒸发器30之前被冷却。基于制冷系统20所需的冷却负荷，通过启动制冷系统20将冷却流体W2冷却到所需的温度设置点。

如前文所述，本文所公开的制冷系统20被配置来执行组合的机械冷却和自由冷却。现在参考图1，自由冷却热交换器48定位在干式冷却器或绝热冷却器44的出口与冷凝器26之间。更具体地，在所示出的非限制性实施方案中，自由冷却热交换器48和冷凝器26被串联布置，使得在自由冷却热交换器48的出口处提供的全部流体W1也通过冷凝器26。

阀49被配置来控制流体W1通过自由冷却热交换器48的流动。尽管所述阀被示出为三向阀，但是可以设想任何类型的阀。例如，当阀49处于第一位置时，流体W1的全部或至少一部分被配置来依序流过自由冷却热交换器48和冷凝器26。然而，当阀49处于第二位置时，流体流动可以被配置来绕过自由冷却热交换器48，使得流体W1仅通过冷凝器26。阀49可以布置在第一回路42中的各种位置处，诸如自由冷却热交换器48的上游。当图1的系统20以机械冷却模式操作时，流体W1的流动被配置来绕过热交换器48。然而，在自然冷却模式中，流体W1的至少一部分被配置来流过自由冷却热交换器48。

在图2所示的另一个实施方案中，自由冷却热交换器48类似地设置在干式冷却器或绝热冷却器44的出口的下游。但是，与图1的配置不同，自由冷却热交换器48与冷凝器26并列地布置，使得流体流动分布在自由冷却热交换器48与第一回路42内的冷凝器26之间。布置在冷凝器26的入口的上游的第一阀49被配置来控制流体W1通过冷凝器的流动。类似地，布置在自由冷却热交换器48的入口的上游的第二阀51被配置来控制流体W1通过自由冷却热交换器48的流动。所述阀可以是双向阀或三向配置。可以在多个位置之间一起操纵阀49和51，以便以自由冷却模式、机械冷却模式以及组合的自由冷却和机械冷却模式操作空气制冷系统。当图2的制冷系统20以自由冷却模式操作时，流体W1被配置来绕过冷凝器26。

控制器60被配置来控制制冷系统20的操作。更具体地，控制器60可操作地联接到压缩机24、泵46、52、干式冷却器或绝热冷却器风扇44和阀49、51，以便控制系统的冷却能力。在一个实施方案中，控制器60被配置成不仅基于对系统的冷却需求、而且还基于外部周围空气的温度来调整制冷系统20的操作。

与常规系统相比，本文所述的制冷系统20具有简化并改善的设计，从而导致减小的占地面积。更具体地，这些制冷系统20可以包含在单个包装内，而不是多个包装。因为制冷系统20可能以多种模式操作，所以系统的总体能力增加。例如，当系统具有低至中等冷却要求时，系统20可能以仅自由冷却模式操作，并且对于更大的负荷可能以组合的自由冷却和机械冷却模式操作。这种适应性导致改善的系统效率，从而降低操作所需的总能量。

虽然仅结合有限数量的实施方案对本公开进行了详细描述，但是应易于了解，本公开不限于此类所公开的实施方案。相反，本公开可被修改以并入之前并未描述、但与本公开的精神和范围相符的任何数量的变化、变更、替换或等效布置。另外，虽然已描述了本公开的各种实施方案，但是应了解，本公开的各方面可仅包括所描述实施方案中的一些。因此，本公开不应被视为受限于前面的描述，而是仅受限于所附权利要求书的范围。

Claims (14)

1.一种制冷系统，其包括：

制冷回路，其包括被布置成流体连通的压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器，使得制冷剂被配置来循环通过所述制冷回路；以及

自由冷却系统，其包括：

流体冷却回路，其热联接和液压联接到所述制冷回路，使得所述流体冷却回路的冷却流体被配置来将热量传递到所述制冷剂；

自由冷却回路，其热联接和液压联接到所述制冷回路，使得所述自由冷却回路的自由冷却流体被配置来从所述制冷剂吸收热量，所述自由冷却回路和所述流体冷却回路通过自由冷却热交换器被热联接和液压联接，所述自由冷却热交换器被配置来将热量从所述流体冷却回路传递到所述自由冷却回路；以及

至少一个阀，其被配置来控制所述自由冷却回路内的流动，其中所述制冷系统被配置来以自由冷却模式、机械冷却模式以及组合的自由冷却和机械冷却模式操作。

2.根据权利要求1所述的制冷系统，其中所述自由冷却回路包括被配置来将热量从所述自由冷却流体排放到周围空气的热交换器。

3.根据权利要求1或2所述的制冷系统，其中所述自由冷却回路热联接和液压联接到所述冷凝器，并且所述流体冷却回路热联接和液压联接到所述蒸发器。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的制冷系统，其中所述自由冷却热交换器相对于所述自由冷却流体通过所述自由冷却回路的流动定位在所述冷凝器的上游。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的制冷系统，其中所述自由冷却热交换器和所述冷凝器相对于所述自由冷却流体通过所述自由冷却回路的流动并列地布置。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的制冷系统，其中所述至少一个阀定位在所述自由冷却热交换器的上游。

7.根据权利要求6所述的制冷系统，其中所述至少一个阀包括定位在所述冷凝器的上游的阀。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的制冷系统，其中所述至少一个阀定位在所述自由冷却热交换器的下游。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的制冷系统，其中所述自由冷却热交换器相对于所述冷却流体通过所述流体冷却回路的流动定位在所述蒸发器的上游。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的制冷系统，其中所述自由冷却回路包括被配置来使所述自由冷却流体移动通过所述自由冷却回路的泵。

11.根据权利要求1-9中任一项所述的制冷系统，其中所述流体冷却回路包括被配置来使所述冷却流体移动通过所述流体冷却回路的泵。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的制冷系统，其中所述至少一个阀选自三向阀和双向阀。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的制冷系统，其还包括控制器，所述控制器被配置来基于冷却负荷和外部温度控制所述制冷系统以所述自由冷却模式、机械冷却模式以及组合的自由冷却和机械冷却模式中的一个进行的操作。

14.根据权利要求13所述的制冷系统，其中所述控制器可操作地联接到所述压缩机、泵和所述至少一个阀，所述控制器被配置来在所述自由冷却模式、机械冷却模式以及组合的自由冷却和机械冷却模式之间切换时操作所述压缩机、所述泵和至少一个阀中的一个或多个。