CN110631281A - 一种自然冷却制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自然冷却制冷系统，旨在提供一种节能、高效、稳定的自然冷却制冷系统，其技术方案要点是，包括压缩机，压缩机上连通有油分离器，油分离器上分别连通有第一过滤器与风冷冷凝器，压缩机与第一过滤器连通，压缩机、油分离器与第一过滤器形成第一回路，风冷冷凝器上连通有第二过滤器，第二过滤器底部连通有闪蒸式经济器，闪蒸式经济器连通于压缩机，压缩机、油分离器、风冷冷凝器、第二过滤器与闪蒸式经济器形成第二回路，闪蒸式经济器上连通有蒸发器，蒸发器上设有自然冷却系统，自然冷却系统的水路与蒸发器的水路为串联或并联连通，自然冷却系统为整体式结构或外置分离式结构。

Description

一种自然冷却制冷系统

技术领域

本发明涉及制冷系统技术领域，特别涉及一种自然冷却制冷系统。

背景技术

制冷系统由制冷剂和四大机件，即压缩机，冷凝器，膨胀阀，蒸发器组成，一般制冷机的制冷原理压缩机的作用是把压力较低的蒸汽压缩成压力较高的蒸汽，使蒸汽的体积减小，压力升高，压缩机吸入从蒸发器出来的较低压力的工质蒸汽，使之压力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成压力较高的液体，经节流阀节流后，成为压力较低的液体后，送入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发而成为压力较低的蒸汽，再送入压缩机的入口，从而完成制冷循环。

目前，公开号为CN 108131853 A的中国专利公开了一种制冷系统，它包括压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器，压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器依次连接形成循环回路，其特征在于，制冷系统还包括：设置在冷凝器和节流装置之间的增压部件，增压部件用于提高流经其制冷剂的压力，增压部件和压缩机之间通过管道连接，制冷剂通过管道流经压缩机的电源和电机以对压缩机的电源和电机进行冷却。

这种制冷系统虽然能够解决现有制冷系统在低压比使用条件下液体制冷剂流量减少，并且不能对压缩机进行冷却的问题，但是：该制冷系统仍然不够节能、高效和稳定，无法独立控制制冷系统中部分组件的独立工作，无法保证全年提供较为稳定的冷冻水供水温度。

发明内容

本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种自然冷却制冷系统。

本发明进一步限定的技术方案是：

一种自然冷却制冷系统，包括压缩机，所述压缩机上连通有油分离器，所述油分离器上分别连通有第一过滤器与风冷冷凝器，所述压缩机与第一过滤器连通，所述压缩机、油分离器与第一过滤器形成第一回路，所述风冷冷凝器上连通有第二过滤器，所述第二过滤器底部连通有闪蒸式经济器，所述闪蒸式经济器连通于压缩机，所述压缩机、油分离器、风冷冷凝器、第二过滤器与闪蒸式经济器形成第二回路，所述闪蒸式经济器上连通有蒸发器，所述蒸发器上设有自然冷却系统，所述自然冷却系统包括自然冷却盘管、自然冷却盘管组件、进水管路、出水管路、板式加热器、第一水泵、第二水泵、线性三通阀，所述自然冷却系统的水路与蒸发器的水路为串联或并联连通，所述自然冷却系统为整体式结构或外置分离式结构，所述自然冷却系统上连通有设于其进水管路上的第一水路截止阀、设于其出水管路上的第二水路截止阀。

进一步的，所述自然冷却盘管安装在风冷冷凝器的外侧，所述自然冷却盘管与风冷冷凝器表面完全贴合。

进一步的，所述自然冷却盘管组件相对于风冷冷凝器为外置式，所述蒸发器连通于板式换热器，所述第一水路截止阀与第二水路截止阀连通于自然冷却盘管组件，所述第一水泵连通于第二水路截止阀，所述线性三通阀安装在出水管路上。

进一步的，所述第一水路截止阀连通于线性三通阀，所述线性三通阀还连通于板式换热器与第二水路截止阀，所述第一水泵设于第二水路截止阀与线性三通阀之间，所述线性三通阀安装在进水管路上。

进一步的，所述第二水泵连通于蒸发器与板式换热器之间。

进一步的，所述线性三通阀连通于蒸发器，所述线性三通阀连通于第一水路截止阀与第二水路截止阀，所述第一水泵设于第二水路截止阀与线性三通阀之间。

进一步的，所述自然冷却系统的水路系统与蒸发器的水路系统采用并联式连接。

进一步的，所述第二过滤器与闪蒸式经济器之间连通有第一级电子膨胀阀，所述闪蒸式经济器与蒸发器之间连通有第二级电子膨胀阀，所述闪蒸式经济器与压缩机之间依次连通有截止阀、单向阀与第三级电子膨胀阀。

本发明的有益效果是：

（1）本发明中，整体设计合理，以同样的水路系统结构作为基地，衍生出多种自然冷却制冷系统的连接结构，包括自然冷却系统的水路与蒸发器的水路为串并联设计，自然冷却系统为整体式与外置式设计，均能实现较好地自然冷却制冷效果。

（2）本发明中，该系统可全年提供稳定的冷冻水供水温度，如果环境温度低于制冷系统的蒸发器的冷冻水出水温度时，可关闭制冷系统的，即通过自然冷却盘管，热负荷可以散发到环境中，水温降低，自然冷却盘管中的高温的水和低温的空气进行换热，水的温度降低到冷冻水出水温度，而空气被加热，热量散发到空气中。

（3）本发明中，自然冷却盘管串联或者并联连接到制冷系统的水侧蒸发器的冷冻水回路管路上，串联方式中，自然冷却盘管置于流动和换热方向的上游，提供冷冻水的预冷和制冷量补充，降低制冷系统的冷量需求，整套系统是节能和高效的。

（4）本发明中，外置式的自然冷却盘管组件可以更好的独立的控制制冷系统的风侧冷凝器和自然冷却盘管，可以独立的保证更高的控制自然冷却盘管的风机风速，使自然冷却盘管的制冷量可以得到保证，在更低的环境温度下，可以关闭制冷系统，而仅运行自然冷却盘管。

（5）本发明中，水路系统中采用水泵用于克服自然冷却盘管和其管路压力损失，水泵可以是变频控制，调节流量，用于水温的调节和控制，进而控制自然冷却盘管的制冷量。

（6）本发明中，水路系统中采用水路三通阀用于调节旁通自然冷却盘管的水流量，用于水温的调节和控制，进而控制自然冷却盘管的制冷量。

附图说明

图1是实施例1中自然冷却制冷系统的结构示意图；

图2是实施例2中自然冷却制冷系统的结构示意图；

图3是实施例3中自然冷却制冷系统的结构示意图；

图4是实施例4中自然冷却制冷系统的结构示意图；

图5是实施例5中自然冷却制冷系统的结构示意图。

图中，1、压缩机；2、油分离器；3、第一过滤器；4、风冷冷凝器；5、第一回路；6、第二过滤器；7、闪蒸式经济器；8、第二回路；9、蒸发器；10、自然冷却系统；101、自然冷却盘管；102、自然冷却盘管组件；103、进水管路；104、出水管路；105、板式加热器；106、第一水泵；107、第二水泵；108、线性三通阀；11、第一水路截止阀；12、第二水路截止阀；13、第一级电子膨胀阀；14、第二级电子膨胀阀；15、截止阀；16、单向阀；17、第三级电子膨胀阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1：一种自然冷却制冷系统，如图1所示，压缩机1上分别连通有油分离器2、蒸发器9与闪蒸式经济器7，油分离器2的一端与风冷冷凝器4连通，另一端与第一过滤器3连通，压缩机1、油分离器2、第一过滤器3形成第一回路5，第二过滤器6的一端连通于风冷冷凝器4，另一端连通于闪蒸式经济器7，闪蒸式经济器7与压缩机1互相连通，压缩机1、油分离器2、风冷冷凝器4、第二过滤器6与闪蒸式经济器7形成了第二回路8，第一级电子膨胀阀13安装在第二过滤器6与闪蒸式经济器7之间。

闪蒸式经济器7与蒸发器9互相连通，第二级电子膨胀阀14安装在闪蒸式经济器7与蒸发器9之间，闪蒸式经济器7与压缩机1互相连通，闪蒸式经济器7与压缩机1之间依次连通有截止阀15、单向阀16与第三级电子膨胀阀17，蒸发器9上连接有自然冷却系统10，自然冷却系统10中包括自然冷却盘管101、自然冷却盘管101组件、进水管路103、出水管路104、板式加热器105、第一水泵106、第二水泵107与线性三通阀108，自然冷却盘管101的水路和制冷系统蒸发器9的水路为串联，自然冷却盘管101安装在风冷冷凝器4的外侧，两者的表面完全贴合，蒸发器9连通于板式换热器，第一水路截止阀11连通于线性三通阀108，线性三通阀108连通于板式换热器与第二水路截止阀12，第一水泵106安装在第二水路截止阀12与线性三通阀108之间，线性三通阀108安装在进水管路103上。

压缩机1的高温高压的排气流经油分离器2，润滑油在油分离器2中被分离出来，分离出的润滑油经第一过滤器3返回到压缩机1中，排气进入到风冷冷凝器4中冷凝为高温高压的制冷剂液体，然后流经第二过滤器6和第一级电子膨胀阀13节流降压到中温中压的制冷剂液体和气体的混合物，然后流经闪蒸式经济器7，在闪蒸式经济器7中，气体依次通过截止阀15、单向阀16和电子膨胀阀补气到压缩机1的经济器补气口，在闪蒸式经济器7中，液体流经第二级电子膨胀阀14，节流到低温低压的制冷剂液体和气体的混合物，然后进入到蒸发器9中，在蒸发器9中，制冷剂吸收冷冻水的热量后闪发为气体，经吸气管返回到压缩机1的吸气口，完成一个制冷循环，冷冻水的温度降低产生的传热量即为制冷量。

风机产生的气流流动串联的流通经过自然冷却盘管101和风冷冷凝器4，两个换热器的长度和宽度相同，以便完全贴合并避免产生漏风。

换热器的一侧为蒸发器9的进水流量，另一侧为自然冷却回路，板式换热器的目的是实现制冷系统的蒸发器9水路和自然冷却的盘管水路进行传热，蒸发器9一侧水路可以是水，自然冷却盘管101回路管内可能是水，乙二醇EG或者PG溶液，也就是自然冷却盘管101可以运行在冰点以下，而蒸发器9仍然运行在冰点以上，保证在更低的环境温度至－30℃仍然可以运行自然冷却盘管101。

线性三通阀108用于调节进入到自然冷却盘管101的水流量和旁通自然冷却盘管101的水流量，用于控制自然冷却盘管101的出水温度。在自然冷却盘管101水路上安装第一水泵106，保证水路循环，克服水路在板式换热器，自然冷却盘管101和管路的压降损失。

例如，设计要求蒸发器9的冷冻水的回水温度是18℃，蒸发器9的冷冻水的出水温度是7℃，此时环境温度为－5℃，蒸发器9的冷冻回水流经板式换热器，经过板式换热器，蒸发器9的高温回水和自然冷却盘管101水路进行热交换。在自然冷却盘管101中，自然冷却盘管101的进水温度15℃，和－5℃的环境温度换热后，水的热量传递给空气，水温降低，即自然冷却盘管101盘管的出水温度降低为9℃，在板式换热器中，9℃的自然冷却盘管101的出水可以吸收蒸发器9的回水的热量，则蒸发器9的回水温度从18℃降低到12℃，而自然冷却盘管101的出水温度提高到15℃，12℃的水流经蒸发器9，温度降低到7℃，完成蒸发器9的水路循环和自然冷却盘管101的水路循环。

对于数据中心的影响，需要全年制冷应用场合，无论是冬季环境温度较低和夏季环境温度较高，制冷系统均运行于制冷循环中，以提供稳定的冷冻水供水温度，例如7℃供水温度，如果冷冻水为乙二醇溶液，则可以提供约－7℃的供水温度。由于在低环境温度下运行时，为了保证最小的压缩机1的供油压差，所以需要通过启停风机或者降低风机运行转速以保证最低的冷凝温度，因此即使环境温度继续降低，冷凝温度也不会进一步降低，所以制冷系统的运行效率不会进一步提高，此时如果环境温度低于制冷系统的蒸发器9的冷冻水出水温度时，是可以关闭制冷系统的，即通过自然冷却盘管101，热负荷可以散发到环境中，水温降低，自然冷却盘管101中的高温的水和低温的空气进行换热，水的温度降低到冷冻水出水温度，而空气被加热，热量散发到空气中。

实施例2：如图1及图2所示，蒸发器9的水路系统和自然冷却盘管101的水路系统为串联连接，在蒸发器9的回水管路上安装有第二水泵107，用于克服蒸发器9水路流经板式换热器的压降损失。

实施例3：如图1及图3所示，蒸发器9的水路系统和自然冷却盘管101的水路系统为串联连接，但是采用了直连方式，取消了板式换热器，即两个水路系统是混流在一起的，线性三通阀108连通于蒸发器9、第一水路截止阀11与第二水路截止阀12，第一水泵106安装在第二水路截止阀12与线性三通阀108之间，线性三通阀108安装在出水管路104上。

在水路系统中通过线性三通阀108来调节进入自然冷却盘管101的水流量来控制自然冷却盘管101的传热量（制冷量），水路系统配置有第一水泵106来克服流经自然冷却盘管101和管路的压降损失。不采用板式换热，那么对于需要在冰点以下的环境温度下运行时，蒸发器9的水路应采用凝固点温度低于0℃的例如乙二醇EG或者PG溶液，没有板式换热器，不存在蒸发器9的传热温差，消除了损失。

实施例4：如图1及图4所示，蒸发器9的水路系统和自然冷却盘管101的水路系统为并联连接，第一水路截止阀11和第二水路截止阀12用于实现将自然冷却回路关闭，第一水泵106连通于第二水路截止阀12，采用第一水泵106克服水侧压降损失。

实施例5：如图1及图5所示，将自然冷却盘管101不安装在制冷系统的风冷冷凝器4的外侧，而是外置一个自然冷却盘管101组件，水路系统和整体式自然冷却盘管101相同，蒸发器9连通于板式换热器，第一水路截止阀11与第二水路截止阀12连通于外置的自然冷却盘管101组件，第一水泵106连通于第二水路截止阀12，线性三通阀108安装在出水管路104上。

此环境下，可以更好的独立的控制制冷系统的风侧冷凝器和自然冷却盘管101。例如整体式自然冷却盘管101设计优先制冷系统运行保护，为了保证压缩机1足够的供油压差，因此必须保持一个最低的冷凝温度，此时可以通过启停风机或者降低风机转速的方式提高冷凝温度。但是如果是风机转速降低，那么自然冷却盘管101的制冷量降低。那么采用外置的自然冷却盘管101的设计，那么自然冷却盘管101的控制是独立于制冷系统的控制的。例如可以独立的保证更高的控制自然冷却盘管101的风机风速，那么自然冷却盘管101的制冷量可以得到保证，在更低的环境温度下，可以关闭制冷系统，而仅运行自然冷却盘管101。

上述的实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种自然冷却制冷系统，包括压缩机(1)，其特征在于：所述压缩机(1)上连通有油分离器(2)，所述油分离器(2)上分别连通有第一过滤器(3)与风冷冷凝器(4)，所述压缩机(1)与第一过滤器(3)连通，所述压缩机(1)、油分离器(2)与第一过滤器(3)形成第一回路(5)，所述风冷冷凝器(4)上连通有第二过滤器(6)，所述第二过滤器(6)底部连通有闪蒸式经济器(7)，所述闪蒸式经济器(7)连通于压缩机(1)，所述压缩机(1)、油分离器(2)、风冷冷凝器(4)、第二过滤器(6)与闪蒸式经济器(7)形成第二回路(8)，所述闪蒸式经济器(7)上连通有蒸发器(9)，所述蒸发器(9)上设有自然冷却系统(10)，所述自然冷却系统(10)包括自然冷却盘管(101)、自然冷却盘管(101)组件、进水管路(103)、出水管路(104)、板式加热器(105)、第一水泵(106)、第二水泵(107)、线性三通阀(108)，所述自然冷却系统(10)的水路与蒸发器(9)的水路为串联或并联连通，所述自然冷却系统(10)为整体式结构或外置分离式结构，所述自然冷却系统(10)上连通有设于其进水管路(103)上的第一水路截止阀(11)、设于其出水管路(104)上的第二水路截止阀(12)。

2.根据权利要求1所述的一种自然冷却制冷系统，其特征在于：所述自然冷却盘管(101)安装在风冷冷凝器(4)的外侧，所述自然冷却盘管(101)与风冷冷凝器(4)表面完全贴合。

3.根据权利要求1所述的一种自然冷却制冷系统，其特征在于：所述自然冷却盘管(101)组件相对于风冷冷凝器(4)为外置式，所述蒸发器(9)连通于板式换热器，所述第一水路截止阀(11)与第二水路截止阀(12)连通于自然冷却盘管(101)组件，所述第一水泵(106)连通于第二水路截止阀(12)，所述线性三通阀(108)安装在出水管路(104)上。

4.根据权利要求2所述的一种自然冷却制冷系统，其特征在于：所述第一水路截止阀(11)连通于线性三通阀(108)，所述线性三通阀(108)还连通于板式换热器与第二水路截止阀(12)，所述第一水泵(106)设于第二水路截止阀(12)与线性三通阀(108)之间，所述线性三通阀(108)安装在进水管路(103)上。

5.根据权利要求4所述的一种自然冷却制冷系统，其特征在于：所述第二水泵(107)连通于蒸发器(9)与板式换热器之间。

6.根据权利要求2所述的一种自然冷却制冷系统，其特征在于：所述线性三通阀(108)连通于蒸发器(9)，所述线性三通阀(108)连通于第一水路截止阀(11)与第二水路截止阀(12)，所述第一水泵(106)设于第二水路截止阀(12)与线性三通阀(108)之间。

7.根据权利要求2所述的一种自然冷却制冷系统，其特征在于：所述自然冷却系统(10)的水路系统与蒸发器(9)的水路系统采用并联式连接。

8.根据权利要求1所述的一种自然冷却制冷系统，其特征在于：所述第二过滤器(6)与闪蒸式经济器(7)之间连通有第一级电子膨胀阀(13)，所述闪蒸式经济器(7)与蒸发器(9)之间连通有第二级电子膨胀阀(14)，所述闪蒸式经济器(7)与压缩机(1)之间依次连通有截止阀(15)、单向阀(16)与第三级电子膨胀阀(17)。

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