CN113503585A - 一种新型节能空调系统 - Google Patents

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张文政
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Abstract

本申请涉及一种新型节能空调系统，其包括设置于室内用于为主机降温的室内机单元以及设置于室外用于散热的室外机单元，室外机单元与室内机单元通过管路连接。所述室外机单元内有两套散热系统，一套是由风机与蒸发器组成的自然冷散热系统，另一套是由压缩机、冷凝器、节流装置组成的机械冷散热系统，两套系统通过中间换热器联系。本新型节能空调系统可依据室外环境温度变化自适应的分别运行在“自然冷模式”，“混合制冷模式”，“机械冷模式”三种运行模式，模式切换过程中，没有机械阀门的动作，在满足制冷要求的同时，充分利用了自然冷源，提高了空调制冷能效，且满足为室内环境连续制冷的可靠性要求。

Description

一种新型节能空调系统
技术领域
本申请涉及制冷设备的领域，尤其是涉及一种新型节能空调系统。
背景技术
随着信息化的不断发展，数据处理的需求也日益增加，数据处理中心机房中高密度的设备会产生大量的热量，如果不及时散热，数据处理中心的设备会因环境温度过高而严重影响工作性能，因此数据处理机房常需要专门的空调系统，使机房内保持适宜的温度。
公告号为CN103344016B的发明专利公开了一种机房节能空调，包括设置于机房内的蒸发器，及设置于机房外的第一冷凝器、第二冷凝器、压缩机、中间换热器。本发明的机房节能空调根据机房内外温度差异灵活地选择“热管换热循环模式”、“压缩机制冷循环模式”或者“热管换热循环与压缩机同时制冷”三种运行模式，通过在三种运行模式之间进行切换，实现在不同外界气温下的节能效果。
针对上述中的相关技术，发明人认为该种机房节能空调存在以下缺陷，热管换热循环与压缩机同时制冷模式下，由于中间换热器温度要低于第一冷凝器的温度，因此更多比例的制冷剂会进入中间换热器换热，导致此模式下的通过自然冷散热方式进行散热的制冷剂比例小，节能效果有待改善；由于此模式下，散热后的制冷剂是经过中间换热器与经过第一冷凝器的混合，压缩机要保证混合后制冷剂状态满足系统设计要求，因此压缩机的制冷调节输出还受第一冷凝器散热条件及散热比例的影响，所以此模式下的压缩机制冷输出调节会存在延迟与较大的波动，系统不容易稳定。
发明内容
为了优化上述专利存在的节能性与稳定性的问题，本申请提供一种新型节能空调系统。
本申请提供的一种新型节能空调系统采用如下的技术方案：
一种新型节能空调系统，其特征包括设置于室内的室内机单元以及设置于室外的室外机单元，室外机单元与室内机单元通过管路相连接。
所述室内机单元包括蒸发器、室内循环风机；
所述室外机单元包括自然冷散热系统、机械冷散热系统、中间换热器；
所述自然冷散热系统包括第一冷凝器和第一循环风机；
所述机械冷散热系统包括压缩机、节流装置、第二冷凝器和第二循环风机；
所述中间换热器为板式换热器、壳管式换热器或等间壁式换热器，中间换热器具有第一入口，第一出口，第二入口，第二出口；
所述室内机单元的蒸发器出口通过连接管路与第一三通入口连通，第一三通的第一出口与所述第一冷凝器入口连通，该第一三通的第二出口与第二三通的第一入口连通，所述第一冷凝器的出口与所述第二三通的第二入口连通，所述第二三通的出口与所述中间换热器的第一入口连通；所述中间换热器的第一出口通过连接管路与所述室内机单元内的蒸发器入口连通；
所述机械冷散热系统内的压缩机的吸气口与所述中间换热器的第二出口连通，所述压缩机的排气口通过管路与第二冷凝器的入口连通，所述第二冷凝器的出口通过管路与所述节流装置的入口连通，所述节流装置的出口通过管路与所述中间换热器的第二入口连通；
所述第一冷凝器的位置高于所述室内机单元；
所述中间换热器的位置高于所述室内机单元；
所述第一冷凝器的位置高于所述中间换热器；
所述室内机单元内的蒸发器入口位于其底部，出口位于其顶部；
所述自然冷散热系统内的第一循环风机与所述机械冷散热系统内的第二循环风机可以是共用的一套风机组件，也可以是分别配置的两套风机组件。
可选的，第一三通的第二出口与第二三通的第一入口之间的第一管路， 第一三通出口管路经第一冷凝器到第二三通第二入口的流路为回路Ⅱ，通过对第一管路与回路Ⅱ的流动特性设计，系统内制冷剂可以根据环境温度变化实现自动选择流路的能力，实现系统基于环境温度变化的三种运行模式切换。
可选的，设备运行期间，室内机单元内的循环风机会根据主机设备的散热需求运转，当室外环境温度低于设定环境温度T1时，室外机单元优先启动自然冷散热系统，即室外机单元的循环风机启动，根据管内制冷剂温度控制风机的运行转速，室外机单元内的机械冷散热系统是关机状态，管内的制冷剂会根据权利要求2的管路特性自动进入回路Ⅱ内的第一冷凝器向环境散热，不会经过第一管路直接进入中间换热器，此时系统运行在“自然冷模式”，充分利用自然冷源散热，提高制冷效率。
可选的，在设备运行期间，室内机单元内的循环风机会根据主机设备的散热需求运转，当室外环境温度大于设定环境温度T1且小于设定环境温度T2时，室外机单元会同时启动自然冷散热系统和机械冷散热系统。即给第一冷凝器、第二冷凝器散热的循环风机启动，根据管制冷剂温度控制风机运行转速，同时机械冷散热系统的压缩机、节流装置等启动，自然冷散热系统散热不够的换热量由机械冷散热系统补充。管内的制冷剂会根据前述第一管路的管路特性优先进入回路Ⅱ内的第一冷凝器向环境散热，然后再进入中间换热器向机械冷散热系统做二次散热，不会直接经过第一管路进入中间换热器，此时系统运行在“混合制冷模式”，管内制冷剂是依次流经第一冷凝器与中间换热器散热，一方面充分利用了自然冷源，提高了制冷能效，另一方面机械冷系统的制冷输出调控更容易实现稳定。
可选的，在设备运行期间，室内机单元内的循环风机会根据主机设备的散热需求运转，当室外环境温度大于设定环境温度T2时，室外机单元内的自然冷散热系统关机，只开启机械冷散热系统。管内的制冷剂会根据前述第一管路的管路特性优先经过第一管路进入中间换热器向机械冷散热系统散热，不会进入回路Ⅱ，避免在第一冷凝器内被环境反向加热，此时系统运行在“机械冷模式”。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本新型节能空调系统可依据室外环境温度变化自适应的分别运行在“自然冷模式”，“混合制冷模式”，“机械冷模式”三种运行模式，模式切换过程中，没有机械阀门的动作，在满足制冷要求的同时，充分利用了自然冷源，提高了空调制冷能效，且满足为室内环境连续制冷的可靠性要求。
2.通过设置第一管路，在自然冷散热系统的入口端与出口端之间增加一条供制冷剂流通的管路，从而通过第一管路自身的物理性能对制冷剂进行自动导流，在室外温度低时，完全通过自然冷方式散热，不启动压缩机，节能效果最好，室外温度适中时，通过混合制冷模式对制冷剂进行降温，先通过第一冷凝器预冷，再通过第二制冷器补冷，既能保证制冷效果，又相对节能，在室外温度高时，制冷剂直接进入中间换热器由第二冷凝器降温制冷，既能避免第一冷凝器对制冷剂的反向加热，又能保证在高温环境中对制冷剂的制冷效果。
附图说明
图1是本申请实施例1的系统结构示意图；
图2是旨在展示第一管路的系统局部结构示意图；
图3是本申请实施例2的系统机构示意图。
附图标记说明：1、室内机单元；11、蒸发器；12、室内循环风机；2、自然冷散热系统；21、第一冷凝器；22、第一循环风机；3、中间换热器；4、机械冷散热系统；41、第二冷凝器；42、压缩机；43、第二循环风机；44、节流装置；5、第一管路；6、第一三通；7、第二三通。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。
实施例1
一种新型节能空调系统，参照图1，包括设置于室内的室内机单元1以及设置于室外的室外机单元，室内机单元1与室外机单元通过管路相连接，室外机单元包括自然冷散热系统2、机械冷散热系统以及中间换热器3，自然冷散热系统2和中间换热器3通过管路与室内机单元1相连接，机械冷散热系统通过管路与中间换热器3相连接。
通过中间换热器3将设置于室外的自然冷散热系统2与机械冷散热系统相关联，根据外部环境温度变化自适应的分别运行在自然冷模式、混合制冷模式或机械制冷模式三种运行模式，在模式切换的过程中，无需借助阀门等流体控制装置，在满足室内散热要求的通时，充分利用自然冷资源，提高了制冷能效，且满足环境连续制冷的可靠性要求。
参照图1，室内机单元1包括蒸发器11和室内循环风机12，蒸发器11与室内循环风机12固定连接，蒸发器11的制冷剂输出端通过管路与自然冷散热系统2相连接，蒸发器11的输入端通过管路与中间换热器3相连接，蒸发器11的制冷剂输入端位于制冷剂输出端的下方。
通过室内循环风机12带动蒸发器11附近的空气流动，从而加快蒸发器11与室内空气的热交换，从而对室内进行降温。
参照图2，自然冷散热系统2包括第一冷凝器21和第一循环风机22，第一冷凝器21的制冷剂输入端与蒸发器11相连接，第一冷凝器21的制冷剂输出端与中间换热器3相连接，第一循环风机22与第一冷凝器21固定连接，且第一循环风机22的进风口靠近第一冷凝器21设置。
通过第一循环风机22带动第一冷凝器21周围的空气流动，加快第一冷凝器21与外界环境的热交换，从而加快制冷剂的散热速度，实现自然降温的功能。
参照图1，中间换热器3为中间换热器3，中间换热器3设置有第一入口、第一出口、第二入口以及第二出口，第一入口与第一出口相连通，第二入口与第二出口相连通，且第一入口和第一出口之间的通路独立于第二入口与第二出口之间的通路，中间换热器3的第一入口与第一冷凝器21的冷却剂输出端通过管路相连接，中间换热器3的第一出口与蒸发器11的冷却剂输入端通过管路相连接，中间换热器3的第二入口与第二出口通过管路连接于机械冷散热系统。
参照图1，机械冷散热系统包括压缩机42、节流装置44以及第二冷凝器41，中间换热器3的第二出口与压缩机42通过管路相连接，压缩机42制冷剂的输出端与第二冷凝器41的制冷剂输入端通过管路相连接，第二冷凝器41的制冷剂输出端与节流装置44的输入端通过管路相连接，节流装置44的输出端与中间换热器3的第二入口通过管路相连接；第二冷凝器41设置于第一冷凝器21与第一循环风机22之间，第一循环风机22通时带动第一冷凝器21与第二冷凝器41附近的空气流动，并使空气沿先经过第一冷凝器21再经过第二冷凝器41的方向流动。
参照图2，第一冷凝器21的输入端与输出端之间设置有第一管路5，第一管路5的两端固定连接有第一三通6与第二三通7，第一管路5的一端通过第一三通6与第一冷凝器21输入端处的管路相连通，第二管路的另一端通过第二三通7与第一冷凝器21输出端处的管路相连通，第一管路5内的气体流动阻力为第一气体流动阻力R1，由第一三通6经过第一冷凝器21到第二三通7之间的气体流动阻力为第二气体流动阻力R2，第一气体流动阻力R1与第二气体流动阻力R2的关系如下：0.8R2≤R1≤1.2R2，在本实施例中，第一气体流动阻力R1与第二气体流动阻力R2相等。
实施例1的具体工作过程如下：
设备运行期间，室内机单元内的循环风机会根据主机设备的散热需求运转，当室外环境温度低于设定环境温度T1时，室外机单元优先启动自然冷散热系统，即第一循环风机22启动，根据管内制冷剂温度控制第一循环风机22的运行转速，室外机单元内的机械冷散热系统4是关机状态，管内的制冷剂会根据第一管路的管路特性自动进入回路Ⅱ内的第一冷凝器21向环境散热，不会经过第一管路直接进入中间换热器3，此时系统运行在“自然冷模式”，充分利用自然冷源散热，提高制冷效率；当室外环境温度大于设定环境温度T1且小于设定环境温度T2时，室外机单元会同时启动自然冷散热系统2和机械冷散热系统4。即第一循环风机22启动并同时对第一冷凝器21和第二冷凝器42进行降温，根据管制冷剂温度控制第一循环风机22的转速，同时机械冷散热系统4的压缩机42、节流装置44等启动，自然冷散热系统2散热不够的换热量由机械冷散热系统4补充。管内的制冷剂会根据前述第一管路的管路特性优先进入回路Ⅱ内的第一冷凝器21向环境散热，然后再进入中间换热器3向机械冷散热系统4做二次散热，不会直接经过第一管路进入中间换热器3，此时系统运行在“混合制冷模式”，管内制冷剂是依次流经第一冷凝器21与中间换热器3散热，一方面充分利用了自然冷源，提高了制冷能效，另一方面机械冷系统的制冷输出调控更容易实现稳定；当室外环境温度大于设定环境温度T2时，室外机单元内的自然冷散热系统2关机，只开启机械冷散热系统4。管内的制冷剂会根据前述第一管路的管路特性优先经过第一管路进入中间换热器向机械冷散热系统4散热，不会进入回路Ⅱ，避免在第一冷凝器21内被环境反向加热，此时系统运行在“机械冷模式”。
实施例2
参照图3，与实施例1的不同之处在于，第一冷凝器21与第二冷凝器41分立设置，中间换热器3位于第一冷凝器21的下方，第二冷凝器41上固定连接有第二循环风机43，第一循环风机22与第二循环风机43分别带动第一冷凝器21与第二冷凝器41附近的空气流动，从而实现散热。
实施例2的具体工作过程如下：
设备运行期间，室内机单元内的循环风机会根据主机设备的散热需求运转，当室外环境温度低于设定环境温度T1时，室外机单元优先启动自然冷散热系统，即第一循环风机22启动，根据管内制冷剂温度控制第一循环风机22的运行转速，室外机单元内的机械冷散热系统4是关机状态，管内的制冷剂会根据第一管路的管路特性自动进入回路Ⅱ内的第一冷凝器21向环境散热，不会经过第一管路直接进入中间换热器3，此时系统运行在“自然冷模式”，充分利用自然冷源散热，提高制冷效率；当室外环境温度大于设定环境温度T1且小于设定环境温度T2时，室外机单元会同时启动自然冷散热系统2和机械冷散热系统4。即第一循环风机22和第二循环风机43启动，根据管制冷剂温度控制第一循环风机22和第二循环风机43的转速，同时机械冷散热系统4的压缩机42、节流装置44等启动，自然冷散热系统2散热不够的换热量由机械冷散热系统4补充。管内的制冷剂会根据前述第一管路的管路特性优先进入回路Ⅱ内的第一冷凝器21向环境散热，然后再进入中间换热器3向机械冷散热系统4做二次散热，不会直接经过第一管路进入中间换热器3，此时系统运行在“混合制冷模式”，管内制冷剂是依次流经第一冷凝器21与中间换热器3散热，一方面充分利用了自然冷源，提高了制冷能效，另一方面机械冷系统的制冷输出调控更容易实现稳定；当室外环境温度大于设定环境温度T2时，室外机单元内的自然冷散热系统2关机，只开启机械冷散热系统4。管内的制冷剂会根据前述第一管路的管路特性优先经过第一管路进入中间换热器向机械冷散热系统4散热，不会进入回路Ⅱ，避免在第一冷凝器21内被环境反向加热，此时系统运行在“机械冷模式”。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种新型节能空调系统，其特征包括设置于室内的室内机单元(1)以及设置于室外的室外机单元，室外机单元与室内机单元(1)通过管路相连接；
所述室内机单元(1)包括蒸发器(11)、室内循环风机(12)；
所述室外机单元包括自然冷散热系统(2)、机械冷散热系统(4)、中间换热器；
所述自然冷散热系统(2)包括第一冷凝器(21)和第一循环风机(22)；
所述机械冷散热系统(4)包括第二冷凝器(41)、压缩机(42)、第二循环风机(43)和节流装置(44)；
所述中间换热器(3)为板式换热器、壳管式换热器或等间壁式换热器，中间换热器(3)具有第一入口，第一出口，第二入口，第二出口；
所述室内机单元(1)的蒸发器(11)出口通过连接管路与第一三通(6)入口连通，第一三通(6)的第一出口与所述第一冷凝器(21)入口连通，该第一三通(6)的第二出口与第二三通的第一入口连通，所述第一冷凝器(21)的出口与所述第二三通的第二入口连通，所述第二三通的出口与所述中间换热器(3)的第一入口连通；所述中间换热器(3)的第一出口通过连接管路与所述室内机单元(1)内的蒸发器(11)入口连通；
所述机械冷散热系统(4)内的压缩机(42)的吸气口与所述中间换热器(3)的第二出口连通，所述压缩机(42)的排气口通过管路与第二冷凝器(41)的入口连通，所述第二冷凝器(41)的出口通过管路与所述节流装置(44)的入口连通，所述节流装置(44)的出口通过管路与所述中间换热器(3)的第二入口连通；
所述第一冷凝器(21)的位置高于所述室内机单元(1)；
所述中间换热器(3)的位置高于所述室内机单元(1)；
所述第一冷凝器(21)的位置高于所述中间换热器(3)；
所述室内机单元(1)内的蒸发器(11)入口位于其底部，出口位于其顶部；
所述自然冷散热系统(2)内的第一循环风机(22)与所述机械冷散热系统(4)内的第二循环风机可以是共用的一套风机组件，也可以是分别配置的两套风机组件。
2.根据权利要求1所述的一种新型节能空调系统，其特征在于：第一三通(6)的第二出口与第二三通的第一入口之间的第一管路(5)， 第一三通(6)出口管路经第一冷凝器(21)到第二三通第二入口的流路为回路Ⅱ，通过对第一管路(5)与回路Ⅱ的流动特性设计，系统内制冷剂可以根据环境温度变化实现自动选择流路的能力，实现系统基于环境温度变化的三种运行模式切换。
3.根据权利要求2所述的一种新型节能空调系统，其特征在于：设备运行期间，室内机单元(1)内的循环风机会根据主机设备的散热需求运转，当室外环境温度低于设定环境温度T1时，室外机单元优先启动自然冷散热系统(2)，即室外机单元的循环风机启动，根据管内制冷剂温度控制风机的运行转速，室外机单元内的机械冷散热系统(4)是关机状态，管内的制冷剂会根据第一管路的管路特性自动进入回路Ⅱ内的第一冷凝器(21)向环境散热，不会经过第一管路(5)直接进入中间换热器(3)，此时系统运行在“自然冷模式”，充分利用自然冷源散热，提高制冷效率。
4.根据权利要求3所述的一种新型节能空调系统，其特征在于：设备运行期间，室内机单元(1)内的循环风机会根据主机设备的散热需求运转，当室外环境温度大于设定环境温度T1且小于设定环境温度T2时，室外机单元会同时启动自然冷散热系统(2)和机械冷散热系统(4)；即给第一冷凝器(21)、第二冷凝器(41)散热的循环风机启动，根据管制冷剂温度控制风机运行转速，同时机械冷散热系统(4)的压缩机(42)、节流装置(44)等启动，自然冷散热系统(2)散热不够的换热量由机械冷散热系统(4)补充；管内的制冷剂会第一管路的管路特性优先进入回路Ⅱ内的第一冷凝器(21)向环境散热，然后再进入中间换热器(3)向机械冷散热系统(4)做二次散热，不会直接经过第一管路(5)进入中间换热器(3)，此时系统运行在“混合制冷模式”，管内制冷剂是依次流经第一冷凝器(21)与中间换热器(3)散热，一方面充分利用了自然冷源，提高了制冷能效，另一方面机械冷系统的制冷输出更容易实现稳定调节。
5.根据权利要求3所述的一种新型节能空调系统，其特征在于：设备运行期间，室内机单元(1)内的循环风机会根据主机设备的散热需求运转，当室外环境温度大于设定环境温度T2时，室外机单元内的自然冷散热系统(2)关机，只开启机械冷散热系统(4)，管内的制冷剂会根据第一管路的管路特性优先经过第一管路(5)进入中间换热器(3)向机械冷散热系统(4)散热，不会进入回路Ⅱ，避免在第一冷凝器(21)内被高温环境反向加热，此时系统运行在“机械冷模式”。
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