CN110657597B - 一种氟泵多联制冷系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氟泵多联制冷系统及其控制方法，所述系统包括：热耦合连接的第一级循环回路和第二级循环回路，其中，若干个蒸发器并联，且所述蒸发器的入口与第一氟泵的出口连通，所述第一氟泵的入口与若干个支管的出口连通，各个支管的入口与蒸发器的出口连通形成第一级循环回路，且各个支管与对应的冷源模块中的换热器热偶耦合连接；冷源模块包括：依次连接成第二级循环回路的冷凝器、第一储液罐、第二氟泵、换热器以及压缩机，解决了现有技术中压缩机易损坏的技术问题。

Description

一种氟泵多联制冷系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种制冷系统及控制方法，更具体涉及一种氟泵多联制冷系统及其控制方法。

背景技术

随着大数据技术的快速发展，数据中心消耗的电能占社会电能总消耗的比例越来越高。如何降低数据中心的能耗是亟待解决的技术问题。

目前，降耗技术通常是指降低数据中心的冷却能耗，常用的方法有：空气-空气间接蒸发冷却方案、新风冷却方案、以水为介质间接蒸发冷却方案等。但目前的节能冷却方案应用主要存在以下不足：现有的冷却方案均是以恒定的温度为调控目的进行温度的调节，在数据中心的温度到达目标温度后即暂停制冷，在数据中心的温度高于目标温度时，启动制冷系统进行制冷。

申请号为201410839864.2的专利文献公开了一种精密机房空调压缩机氟泵制冷循环系统，包括通过管路依次相连的室内送风蒸发器、第一旋锁阀、SDC智能控制器、冷凝器及制冷循环系统；制冷循环系统包括通过管路相互连通的制冷压缩机系统和氟泵系统；氟泵系统包括第一电磁阀、毛细管、氟泵和第二电磁阀，氟泵的入口经第一电磁阀与冷凝器相连，氟泵的出口依次经毛细管、第二电磁阀与室内送风蒸发器相连。本发明利用过渡季节和冬季室外冷空气低焓值冷却室内空气的技术，将新型的氟泵应用于传统的蒸气压缩制冷循环系统内，与压缩机系统相结合，通过智能控制器控制制冷压缩机系统和启动氟泵系统的开启和关闭，以实现冬季和夏季的切换，从而大大节约了电能消耗。

但是，发明人发现，现有技术中是将压缩机与氟泵进行并联，且压缩机与氟泵均与冷凝器与蒸发器连接形成闭合回路，由于数据中心体积较大，导致闭合回路的管道较长，当压缩机出现回油情况时，润滑油不能及时返回至压缩机中进而导致压缩机易损坏的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供了一种氟泵多联制冷系统及其控制方法，以解决现有技术中压缩机出现回油情况时压缩机易损坏的问题。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

本发明实施例提供了一种氟泵多联制冷系统，所述系统包括：热耦合连接的第一级循环回路和第二级循环回路，其中，

第一级循环回路是由蒸发器、第一氟泵、第一主管、支管以及第二主管依次连通形成的循环回路，其中，所述第一级循环回路中并联有若干个蒸发器；

第二级循环回路包括：若干个冷源模块，所述冷源模块是由冷凝器、第一储液罐、第二氟泵、热交换器、压缩机依次连通形成的循环回路；

各个支管与对应的第二级循环回路中的换热器热偶耦合连接。

应用本发明实施例，将设置于数据中心室内的蒸发器通过第一氟泵、支管构成第一级循环回路。在进行循环时，在第一氟泵的作用下，冷媒流入到蒸发器中并吸收热量汽化，汽化后的冷媒在第一氟泵的作用下流入到换热器中，换热器通过热交换作用将热量传递给第二级循环回路。由冷源模块中的冷凝器、第一储液罐、第二氟泵、换热器以及压缩机连通成第二级循环回路；在第二级循环回路中，压缩机或者第二氟泵驱动冷媒进入到换热器中，冷媒在换热器中吸热汽化，然后流入到冷凝器中放热液化，液化后的冷媒流入到第一储液罐中，如此循环。本发明实施例相对于现有技术中由压缩机、冷凝器、氟泵以及蒸发器连通而成的大回路，本发明实施例中的使用了两个热耦合的更短的循环回路，缩短了润滑油的回流路径的长度，更利于润滑油的回流，解决了润滑油不能及时返回至压缩机中进而导致压缩机易损坏的技术问题。

可选的，第二氟泵与换热器之间还串联有第一节流阀；

所述第二氟泵并联有单向阀。

可选的，所述冷凝器与换热器之间还串联有由第一单向阀、压缩机以及电磁阀依次串联组成第一支路；

且所述第一支路还并联有第二单向阀。

可选的，所述第一氟泵与第一主管之间还串联有第二储液罐。

可选的，所述第一氟泵为并联的至少两个氟泵。

可选的，第一主管与第二主管还通过电磁阀连通。

可选的，所述冷凝器上方还设有喷淋器。

本发明实施例还提供了一种氟泵多联制冷系统的控制方法，所述系统包括：若干个冷源模块以及与冷源模块热耦合连接的若干个动力回路模块，其中，

热耦合连接的第一级循环回路和第二级循环回路，其中，

冷源模块包括：依次连接成回路的冷凝器、第一储液罐、第二氟泵、换热器以及压缩机；

若干个蒸发器并联到主管上，且主管与所述换热器热偶耦合连接；所述冷凝器上方还设有喷淋器；

所述方法包括：

1)、在需要使用制冷系统进行制冷的情况下，判断蒸发器所处环境的温度与第一预设阈值之差是否大于或等于冷凝器所处环境的温度；若是，执行步骤2)；若否，执行步骤3)；

2)、保持压缩机处于关闭状态，开启第一氟泵以驱动第一级循环，并启动第二氟泵以驱动第二级循环；

3)、判断冷凝器所处环境的温度大于蒸发器所处环境的温度与第一预设阈值之差，且冷凝器所处环境的温度小于等于蒸发器所处环境的温度与第二预设阈值之差是否均成立，其中，第一预设阈值大于第二预设阈值；否，执行步骤4)；

4)、判断冷凝器所处环境的温度大于蒸发器所处环境的温度与第二预设阈值之差，且冷凝器所处环境的温度小于或等于蒸发器所处环境的温度与第三预设阈值之差是否成立，其中，第二预设阈值大于第三预设阈值；若是，执行步骤5)；若否，执步骤6)；

5)、启动第二级循环中的压缩机，并额外启动至少一个第二氟泵；

6)、启动第二级循环中的压缩机。

可选的，在步骤3)的判断结果为是的情况下，所述方法还包括：

在满足喷淋的预设条件时，启动喷淋器，直至冷凝器所处环境的温度大于蒸发器所处环境的温度与第一预设阈值之差。

本发明相比现有技术具有以下优点：

(1)应用本发明实施例，将设置于数据中心室内的蒸发器通过第一氟泵、支管构成第一级循环回路，由冷源模块中的冷凝器、第一储液罐、第二氟泵、换热器以及压缩机连通成第二级循环回路；相对于现有技术中由压缩机、冷凝器、氟泵以及蒸发器连通而成的大回路，本发明实施例中使用了两个热耦合的更短的循环回路，缩短了润滑油的回流路径的长度，更利于润滑油的回流，解决了润滑油不能及时返回至压缩机中进而导致压缩机易损坏的技术问题。

(2)冷源被集成了冷源模块，提高了设备的模块化程度，可以降低安装成本，易于扩容。

(3)由于散热端的是分成多个模块建设的，因此，可以设置在不同的位置以进行分散设置，提高了设备的空间适应性。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的一种氟泵多联制冷系统的结构示意图；

图2为本发明实施例2提供的一种氟泵多联制冷系统的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

图1为本发明实施例提供的一种氟泵多联制冷系统的结构示意图，如图1所示，所述系统包括：热耦合连接的第一级循环回路和第二级循环回路，其中，

冷源模块所在的循环回路为第二级循环回路，其中，每一个冷源模块的结构均相同，以其中一个冷源模块10为例，冷源模块10包括：依次连接成回路的冷凝器11、第一储液罐13、第二氟泵15、第一节流阀17、热交换器18、电磁阀19、压缩机21、第一单向阀23；第一单向阀23、压缩机21以及电磁阀19依次串联组成第一支路；且每一个冷源模块中的热交换器均与对应的一个支管热交换连接，例如，热交换器18与支管20热交换连接。支管20的数量可以与冷源模块的数量相同。

如图1所示，末端1、末端2、…、末端N所在的循环回路为第一级循环回路，且末端1、末端2、…、末端N位于数据中心室内，第一级循环回路是由蒸发器50、第一氟泵33、第一主管301、支管20以及第二主管302依次连通形成的循环回路。支管20流出的液态冷媒流入到第一主管301中。第一主管301的出口流出的冷媒流入到第一氟泵33的入口，第一氟泵33的出口分别与各个蒸发器50的入口连通；蒸发器50的出口与第二主管302的入口连通；第二主管302的出口与支管20的入口连通。为了便于汇流，若干个分别从从热交换器中延伸出的支管出口汇流至第一主管301的入口；为了便于分流，第二主管302的出口与各个热交换器对应的支管的入口连通。

以图1中的位于数据中心室内的吸收热量的末端1为例对本发明实施例进行说明，第一氟泵33工作时会对第一级循环回路中的冷媒产生驱动力，冷媒开始流动，进而由第一氟泵33开始流动至末端1中的蒸发器50中，在蒸发器50中吸收热量汽化，在第一氟泵33持续的推动下，汽化后的冷媒流入到第二主管302中，在流经第二主管302之后，如仅开启冷源模块10时，汽化后的冷媒流入到支管20的入口，进而进入到热交换器18中，在热交换器18中将热量释放出来液化，液化后的冷媒流入到第一主管301中，然后返回至第一氟泵33中，如此循环实现了第一级循环。

需要说明的是，若图1中的冷源模块40和冷源模块10均开启的情况下，末端1产生汽化后的冷媒会流入到冷源模块40和冷源模块10分别对应的支管中。

在实际应用中，为了提高可靠性以及增加第一主管301中冷却液的流量，第一氟泵33采用并联的两个氟泵。

相应的，在冷源模块10工作时，冷源模块10的中的冷媒在压缩机21和/或第二氟泵15的作用下开始流动，进而流经热交换器18，在热交换器18中吸收支管20释放的热量进而汽化，气化后的冷媒流入到压缩机21中，由压缩机压缩液化，液化后的冷媒流入到冷凝器11中，在冷凝器11中将热量释放到外界空间中，然后冷媒流入到第一储液罐13中，第二氟泵15从第一储液罐13中吸出液化的冷媒，并将液化的冷媒输送至热交换器18中。

应用本发明实施例，将设置于数据中心室内的蒸发器通过第一氟泵、支管构成第一级循环回路，由冷源模块中的冷凝器、第一储液罐、第二氟泵、换热器以及压缩机连通成第二级循环回路；相对于现有技术中由压缩机、冷凝器、氟泵以及蒸发器连通而成的大回路，本发明实施例中使用了两个热耦合的更短的循环回路，缩短了润滑油的回流路径的长度，更利于润滑油的回流，解决了润滑油不能及时返回至压缩机中进而导致压缩机易损坏的技术问题。

而且，本发明实施例采用两级循环回路制冷，不会将冷却水等引入到数据中心机房，避免了冷却水对机房中设备造成的风险，提高了机房的可靠性；而且不会将新风引入数据中心机房中，可以保证数据中心机房的空气不受新风的污染。

本发明实施例采用的两级循环回路制冷模式，缩短了循环管路的长度，还可以解决长连接管的动力分配及制冷介质分流问题；

再者，本发明实施例中的冷源模块以及末端均为模块化设计，方便系统的扩容施工。各个冷源模块可以互为备份，末端之间也可以互为备份，能保证全年8760小时要无故障运行。

为了存储第一级循环回路中的液化的冷媒，第一主管301与第一氟泵33之间还设有第二储液罐31。

进一步的，为了在制冷要求较低的情况下不启动压缩机，所述冷凝器11与换热器之间还连接有与第一支路并联的第二单向阀25。为了提高冷媒的流量，所述第二氟泵15并联有第三单向阀27。

为了快速将冷凝器11的温度，以利于将冷凝器11散发的热量散发到外界环境中，冷凝器11上方还设有喷淋器29。

进一步的，第一主管301与第二主管302还通过电磁阀35连通。

另外，在实际应用中，可以根据外界的温度的高低，通过仅开启第二氟泵15实现氟泵换热；或者仅开启压缩机21利用压缩机换热；或者压缩机21与第二氟泵15均开启实现最强换热效果；即用户可以根据实际需求调整制冷模式，可以更加灵活的实现制冷；而且可以在对制冷要求不高的情况下不开启压缩机，可以充分利用外界环境的低温，进而可以降低能耗。

为了进一步充分利用外界环境的低温，可以在在换热器18上热交换连接冷水管道，进而可以在不启动第二氟泵15以及压缩机21的情况下，实现对数据中心机房的降温。

实施例2

在图1所示实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种氟泵多联制冷系统的控制方法。

图2为本发明实施例提供的一种氟泵多联制冷系统的控制方法的流程示意图，如图2所示，该方法应用于氟泵多联制冷系统，所述系统包括：热耦合连接的第一级循环回路和第二级循环回路，其中，冷源模块包括：依次连接成回路的冷凝器11、第一储液罐13、第二氟泵15、换热器以及压缩机21；若干个蒸发器50并联到第一主管301上，且第一主管301与所述换热器热耦合连接；所述冷凝器11上方还设有喷淋器29；所述方法包括：

1)、在需要使用制冷系统进行制冷的情况下，判断蒸发器50所处环境的温度与第一预设阈值之差是否大于或等于冷凝器11所处环境的温度；若是，执行步骤2)；若否，执行步骤3)；

2)、保持压缩机21处于关闭状态，开启第一氟泵33；

3)、判断冷凝器11所处环境的温度大于蒸发器50所处环境的温度与第一预设阈值之差，且冷凝器11所处环境的温度小于等于蒸发器50所处环境的温度与第二预设阈值之差是否均成立，其中，第一预设阈值大于第二预设阈值；若是，执行步骤4)；若否，执行步骤5)；

4)、在满足喷淋的预设条件时，启动喷淋器，直至冷凝器11所处环境的温度大于蒸发器50所处环境的温度与第一预设阈值之差；

5)、判断冷凝器11所处环境的温度大于蒸发器50所处环境的温度与第二预设阈值之差，且冷凝器11所处环境的温度小于或等于蒸发器50所处环境的温度与第三预设阈值之差是否成立，其中，第二预设阈值大于第三预设阈值；若是，执行步骤6)；若否，执步骤7)；

6)、启动压缩机21，并额外启动至少一个第二氟泵15；并在满足喷淋条件的情况下，启动喷淋器；

7)、启动压缩机21。

具体的：蒸发器50所处环境的温度为30摄氏度，第一预设阈值为5摄氏度，第二预设阈值为4，摄氏度，第三预设阈值为3摄氏度。

A：在冷凝器11所处环境的温度为24摄氏度时，则蒸发器50所处环境的温度与第一预设阈值之差大于冷凝器11所处环境的温度，执行步骤2)。

保持压缩机21处于关闭状态，并开启第一氟泵33，即液态的散热介质R410A储存在第一储液罐13中，散热介质R410A在重力的作用下经过电磁阀19流入到板式换热器105中变成气态，从板式换热器105中流出返回到冷凝器11中，在冷凝器11中散热恢复成液态，进而实现了将热量散发出去的目的。

B：在冷凝器11所处环境的温度为26摄氏度时，蒸发器50所处环境的温度与第一预设阈值之差小于冷凝器11所处环境的温度；蒸发器50所处环境的温度与第二预设阈值之差等于冷凝器11所处环境的温度。

在本步骤中，如果冷凝器11的温度高于设定值，启动喷淋器29，直至蒸发器50所处环境的温度降低至25摄氏度。

如果冷凝器11的温度不高于设定值，启动额外的一个冷源模块10进行散热。

C：在冷凝器11所处环境温度为27摄氏度时，蒸发器50所处环境的温度与第二预设阈值之差小于冷凝器11所处环境的温度；且蒸发器50所处环境的温度与第三预设阈值之差等于冷凝器11所处环境的温度。

在本步骤中，启动额外的至少一个第二氟泵15进行散热。

D：如果在冷凝器11所处环境温度为27摄氏度时，蒸发器50所处环境的温度与第二预设阈值之差小于冷凝器11所处环境的温度；且蒸发器50所处环境的温度与第三预设阈值之差等于冷凝器11所处环境的温度的条件不成立，即冷凝器11所处环境温度过高，则启动冷源模块10中的压缩机21进行强制散热。

在实际应用中，可以将第二氟泵15与压缩机21均不启动，仅靠穿过热交换器18的水循环管道对换热器18进行降温，该工作模式被称作为冷冻水制冷模式；将仅启动第二氟泵15对换热器18进行降温的工作模式称作为氟泵制冷模式；将不启动第二氟泵15仅启动压缩机21对换热器18进行降温的工作模式称作为压缩机制冷模式；将启动第二氟泵15以及压缩机21对换热器18进行降温的工作模式称作为压缩机-氟泵混合制冷模式；

本发明实施例可以在冷凝器11所处环境的温度的不同使用不同的制冷策略，进而可以降低能耗。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种氟泵多联制冷系统，其特征在于，所述系统包括：热耦合连接的第一级循环回路和第二级循环回路，其中，

第一级循环回路是由蒸发器、第一氟泵、第一主管、支管以及第二主管依次连通形成的循环回路，其中，所述第一级循环回路中并联有若干个蒸发器；

第二级循环回路包括：若干个冷源模块，所述冷源模块是由冷凝器、第一储液罐、第二氟泵、热交换器、压缩机依次连通形成的循环回路；第二氟泵与热交换器之间还串联有第一节流阀；所述第二氟泵并联有单向阀；所述冷凝器与热交换器之间还串联有由第一单向阀、压缩机以及电磁阀依次串联组成第一支路；且所述第一支路还并联有第二单向阀；

热交换器上还连接冷水管道；各个支管与对应的第二级循环回路中的热交换器热偶耦合连接；

应用于氟泵多联制冷系统的控制方法包括：

1)、在需要使用制冷系统进行制冷的情况下，判断蒸发器所处环境的温度与第一预设阈值之差是否大于或等于冷凝器所处环境的温度；若是，执行步骤2)；若否，执行步骤3)；

2)、保持压缩机处于关闭状态，开启第一氟泵以驱动第一级循环，并启动第二氟泵以驱动第二级循环；

3)、判断冷凝器所处环境的温度大于蒸发器所处环境的温度与第一预设阈值之差，且冷凝器所处环境的温度小于等于蒸发器所处环境的温度与第二预设阈值之差是否均成立，其中，第一预设阈值大于第二预设阈值；若否，执行步骤4)；

4)、判断冷凝器所处环境的温度大于蒸发器所处环境的温度与第二预设阈值之差，且冷凝器所处环境的温度小于或等于蒸发器所处环境的温度与第三预设阈值之差是否成立，其中，第二预设阈值大于第三预设阈值；若是，执行步骤5)；若否，执步骤7)；

5)、启动第二级循环中的压缩机，并额外启动至少一个第二氟泵；

6)、启动第二级循环中压缩机。

2.根据权利要求1所述的一种氟泵多联制冷系统，其特征在于，所述第一氟泵与第一主管之间还串联有第二储液罐。

3.根据权利要求2所述的一种氟泵多联制冷系统，其特征在于，所述第一氟泵为并联的至少两个氟泵。

4.根据权利要求2所述的一种氟泵多联制冷系统，其特征在于，第一主管与第二主管还通过电磁阀连通。

5.根据权利要求1所述的一种氟泵多联制冷系统，其特征在于，所述冷凝器上方还设有喷淋器。

6.根据权利要求1所述的氟泵多联制冷系统，其特征在于，在步骤3)的判断结果为是的情况下，所述方法还包括：

在满足喷淋的预设条件时，启动喷淋器，直至冷凝器所处环境的温度大于蒸发器所处环境的温度与第一预设阈值之差。