CN115435416A - 一种氟泵双循环空调系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氟泵双循环空调系统及其控制方法，空调系统包括依次通过管路串接的压缩机、冷凝器、储液器、泵、节流器和蒸发器，所述蒸发器与压缩机之间的管路通过所述储液器内储存的液体。控制方法采用上述空调系统。本发明的空调系统及其控制方法，可增大储液器内液体的过冷度和控制压缩机入口气体的过热度，从而避免泵的汽蚀和压缩机的液击，整个系统结构简单，系统运行更为可靠，管路铺设简单，工程应用更为方便。

Description

一种氟泵双循环空调系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及空调领域，具体涉及一种氟泵双循环空调系统及其控制方法。

背景技术

当代数据中心为了维持机房内较低的温度，需全年启动空调为数据中心内工作中的负载进行降温，由此产生了巨大的耗电量和运行费用。在节能减排和降低运营成本的双重压力下，需要为数据中心研发新的节能技术及新的节能产品。

在过渡季节室外温度较低时，自然界存在着丰富的自然冷源，因此，利用室外空气的冷源，经过技术处理后将冷源输送到机房，从而降低机房的温度，可以达到节能减排的效果。

泵系统(由于空调制冷系统常用的制冷剂为氟利昂，因此也可以称为制冷剂泵系统)是一种以泵代替压缩机来驱动制冷剂的空调系统。在夏季，数据中心专用空调开启制冷压缩机正常制冷，当室外温度低于控制器预先设定的温度时，控制器自动由压缩机制冷切换为制冷剂泵制冷：室外风冷冷凝部冷却的氟利昂液体通过制冷剂泵输送到蒸发部内，吸收室内的热量后，氟利昂由液态转变为气态，进入风冷冷凝部，再次冷却成液体，周而复始。由于制冷剂泵功率远小于制冷压缩机功率，在相同制冷量的前提下，制冷剂泵的能效比高于制冷压缩机，从而在达到降温的同时起到节能效果。

通过泵的流体应为液体，若通过泵的流体中存在气体，就会产生气穴现象，而泵(也称为氟泵)叶轮表面受到气穴现象的冲击和侵蚀产生剥落和损坏的现象，即出现了汽蚀现象，此外，还会使泵产生噪声和振动，并导致泵的性能下降，严重时会使泵中液体中断，不能正常工作。因此泵系统在运行前，需保证没有气体进入泵。同样地，压缩机在工作时也需要避免液体的吸入以免发生液击。

针对当前的氟泵和压缩机的复合空调系统，为了防止在工作模式切换时氟泵和压缩机分别发生“汽蚀”和“液击”的问题，需要在氟泵和压缩机的制冷剂入口侧设置额外的电磁阀，还可能需要在压缩机的入口侧设置气液分离器，由此使得整个空调系统结构复杂，增加了整个系统的控制难度。

发明内容

本发明的目的在于克服背景技术中存在的上述缺陷或问题，提供一种氟泵双循环空调系统及其控制方法，可增大储液器内液体的过冷度和控制压缩机入口气体的过热度，从而避免泵的汽蚀和压缩机的液击，无需借用外部冷源，整个系统结构简单，系统运行更为可靠，管路铺设简单，工程应用更为方便。

为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

技术方案一，一种氟泵双循环空调系统，包括依次通过管路串接的压缩机、冷凝器、储液器、泵、节流器和蒸发器，所述蒸发器与压缩机之间的管路通过所述储液器内储存的液体。

基于技术方案一，还设有技术方案二，技术方案二中，所述空调系统分为室内部分和室外部分，所述室内部分包括所述节流器和所述蒸发器，所述室外部分包括所述压缩机、所述冷凝器、所述储液器和所述泵；所述蒸发器与压缩机之间的管路分为属于室内部分的第一管段和属于室外部分的第二管段；所述第二管段通过所述储液器内储存的液体。

基于技术方案二，还设有技术方案三，技术方案三中，所述第二管段设有伸入所述储液器内的冷却段，所述储液器为储液罐，所述冷却段镜像对称且沿着所述储液罐的高度方向成锯齿状。

基于技术方案三，还设有技术方案四，技术方案四中，所述储液器的入口高于其出口。

基于技术方案四，还设有技术方案五，技术方案五中，还包括第一控制阀和第二控制阀，所述第一控制阀通过管路并联在压缩机的输入端和输出端之间，所述第二控制阀通过管路并联在储液器的输入端和泵的输出端之间。

技术方案六，本发明提供一种氟泵双循环空调系统的控制方法，其采用技术方案五所述的空调系统，所述控制方法包括：获取室外温度Tout、室内温度Tin和制冷需求，获取第一设定值T1；若Tin-Tout<T1且制冷需求大于100％，则以第一制冷模式运行；若Tin-Tout≥T1且制冷需求大于或等于100％，则以第二制冷模式运行；若Tin-Tout≥T1且制冷需求大于30％且小于100％，则以第三制冷模式运行；在所述第一制冷模式，所述压缩机开启并与冷凝器和蒸发器形成制冷循环，所述制冷剂泵关闭；在所述第二制冷模式，所述压缩机和制冷剂泵均开启并与冷凝器和蒸发器形成制冷循环；在所述第三制冷模式，所述压缩机关闭，所述制冷剂泵开启并与冷凝器和蒸发器形成制冷循环。

基于技术方案六，还设有技术方案七，技术方案七中，获取所述制冷需求包括以下步骤，获取室内目标温度Tset和第二设定值T2,所述制冷需求为(Tin-Tset)/T2*100％。

技术方案八，本发明同时提供一种氟泵双循环空调系统的控制方法，其采用技术方案五所述的空调系统，所述控制方法包括:获取室外温度Tout，根据Tout与第一设定值T1和第二设定值T2的关系确定运行的制冷模式，若Tout>T1,则确定以第一制冷模式运行；若T2<Tout≤T1,则确定以第二制冷模式运行；若Tout≤2，则确定以第三制冷模式运行；根据室外温度Tout与第一设定值T1、第二设定值T2和第三设定值△t的关系及当前运行的制冷模式调整运行的制冷模式；若当前为第一制冷模式：若T2<Tout≤T1-△t,则切换至第二制冷模式；若当前为第二制冷模式：若Tout≥T1+△t，则切换至第一制冷模式；若Tout≤T2-△t，则切换至第三制冷模式；若当前为第三制冷模式：若T2+△t≤Tout≤T1，则切换至第二制冷模式；在所述第一制冷模式，所述压缩机开启并与冷凝器和蒸发器形成制冷循环，所述制冷剂泵关闭；在所述第二制冷模式，所述压缩机和制冷剂泵均开启并与冷凝器和蒸发器形成制冷循环；在所述第三制冷模式，所述压缩机关闭，所述制冷剂泵开启并与冷凝器和蒸发器形成制冷循环。

由上述对本发明的描述可知，相对于现有技术，本发明具有的如下有益效果：

1、技术方案一中，冷凝器使压缩机输送的高温高压气体的热量散发为低温高压的液体，节流器使低温高压的液体通过节流成为低温低压的湿蒸汽，蒸发器将湿蒸汽蒸发为气体，压缩机将气体压缩为高温高压气体，形成制冷循环，可知，由于节流器的存在，蒸发器的输出端的气体温度低于储液器内液体的温度，蒸发器与压缩机之间的管路通过储液器内储存的液体，可与储液器的液体换热从而增加了储液器内液体的过冷度，保证了泵的启动或制冷模式切换过程中，泵吸入的是液态制冷剂，而不是汽态液冷剂，防止了泵发生汽蚀，从而保护了泵，且蒸发器与压缩机之间的管路通过储液器内储存的液体后温度升高，能够对压缩机的吸气过热度进行更好的控制，从而防止压缩机因吸入液态的冷媒从而发生液击的问题，提高了整个空调系统的稳定性及可靠性；此外，本技术方案中，通过使蒸发器与压缩机之间的管路通过储液器内储存的液体即可增大储液器内液体的过冷度和控制压缩机入口气体的过热度，无需借用外部冷源，整个系统结构简单，系统运行更为可靠，管路铺设简单，工程应用更为方便。

2、技术方案二中，蒸发器与压缩机之间的管路分为属于室内部分的第一管段和属于室外部分的第二管段；第二管段通过储液器内储存的液体，这种设计在管路连接时更为方便，且整体管路长度更短。

3、技术方案三中，冷却段的结构设置换热面积大，有利于降低储液器内液体的温度，从而增加了储液器内液体的过冷度。

4、技术方案四中，储液器的入口高于其出口，进一步避免了气体进入泵内。

5、技术方案五中，第一控制阀和第二控制阀的设置，有利于使空调系统运行于不同的制冷模式，更为节能环保。

6、技术方案六中，本发明同时提供一种氟泵双循环空调系统的控制方法，其采用技术方案五的空调系统，具有与上述相同的优势；本技术方案中，根据室内外温差和制冷需求调整制冷模式，更为符合实际使用情况，从而保证了空调系统始终能达到制冷需求，保证了室内工况的稳定运行。

7、技术方案七中，制冷需求由目标温度和室内温度决定，更为贴合实际使用情况。

8、技术方案八中，本发明同时提供一种氟泵双循环空调系统的控制方法，其采用技术方案五的空调系统，具有与上述相同的优势；且本方案中，第一制冷模式切换至第二制冷模式时，室外温度需小于或等于T1-△t，第二制冷模式切换至第一制冷模式时，室外温度需大于或等于T1+△t，避免了第一制冷模式和第二制冷模式频繁切换；第二制冷模式切换至第三制冷模式时，室外温度需小于或等于T2-△t，第三制冷模式切换至第二制冷模式时，室外温度需大于或等于T2+△t，避免了第二制冷模式和第三制冷模式频繁切换，从而避免了泵或压缩机的频繁启停，避免了室内工况不稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1空调系统的示意图。

主要附图标记说明：

压缩机10；冷凝器20；储液器30；泵40；节流器50；蒸发器60；第一控制阀70；第二控制阀80；第一支路01；第二支路02；第一管段03；第二管段04；冷却段041；室内部分100。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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的优选实施例，且不应被看作对其他实施例的排除。基于本发明实施例，本领域的普通技术人员在不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。

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，对于方位词，如使用术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系，且仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，所以也不能理解为限制本发明的具体保护范围。

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“固接”或“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方式，也就是说包括不可拆卸地固定连接、可拆卸地固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。

参见图1，图1示出了一种氟泵双循环空调系统，包括压缩机10、冷凝器20、储液器30、泵40、节流器50、蒸发器60、第一控制阀70和第二控制阀80。

压缩机10、冷凝器20、储液器30、泵40、节流器50和蒸发器60通过管路依次串接，第一控制阀70通过管路并联在压缩机10的输入端和输出端之间从而形成第一支路01，第二控制阀80通过管路并联在储液器30的输入端和泵40的输出端之间从而形成第二支路02。本实施例中，第一控制阀70和第二控制阀80均为单向阀，节流器50为电子膨胀阀。

空调系统分为室内部分100和室外部分(除室内部分100以外的部分)，室内部分100包括节流器50和蒸发器60，室外部分包括压缩机10、冷凝器20、储液器30和泵40；蒸发器60与压缩机10之间的管路分为属于室内部分100的第一管段03和属于室外部分的第二管段04。

本实施例避免汽蚀现象和液击现象的发生主要通过管路设计，具体为蒸发器60与压缩机10之间的管路通过储液器30内储存的液体，本实施例中，第二管段04通过储液器30内储存的液体。

具体地，第二管段04设有伸入储液器30内的冷却段041，储液器30为储液罐，冷却段041镜像对称且沿着储液罐的高度方向成锯齿状。

储液器30的入口高于其出口，进一步避免了气体进入泵40内。

实际应用中，空调系统还包括控制器，控制器与第一控制阀70、第二控制阀80、压缩机10、泵40、冷凝器20、节流器50和蒸发器60电连接，并对其进行控制。

基于上述空调系统，本发明的空调系统可运行三种制冷模式，分别为第一制冷模式、第二制冷模式和第三制冷模式。

在第一制冷模式，第一控制阀70关闭，第二控制阀80开启，节流器50开启，泵40关闭，压缩机10开启并与冷凝器20和蒸发器60形成制冷循环，具体为，压缩机10将从蒸发器60循环过来的制冷剂进行高度压缩，将气态的制冷剂压缩为高温高压的状态并送到冷凝器20冷凝成低温高压的制冷剂液体，制冷剂液体通过第二支路02、节流器50流向蒸发器60，液态制冷剂经过蒸发器60吸热蒸发并依次通过第一管段03和第二管段04进入压缩机10，完成一个制冷循环。

在第二制冷模式，第一控制阀70和第二控制阀80均关闭，节流器50开启，压缩机10和泵40均开启并与冷凝器20和蒸发器60形成制冷循环，具体为，制冷剂从压缩机10出来后，进入冷凝器20冷凝成制冷剂液体，制冷剂液体通过储液罐、泵40、节流器50流向蒸发器60，液态制冷剂经过蒸发器60吸热蒸发并依次通过第一管段03和第二管段04进入压缩机10，完成一个制冷循环。

在第三制冷模式，第一控制阀70和节流器50均开启，第二控制阀80关闭，压缩机10关闭，泵40与冷凝器20和蒸发器60形成制冷循环，具体为，制冷剂从蒸发器60出来后通过第一支路01进入冷凝器20冷凝成制冷剂液体，制冷剂液体通过储液器30、泵40、节流器50流向蒸发器60，液态制冷剂经过蒸发器60吸热蒸发并依次通过第一管段03和第二管段04进入压缩机10，完成一个制冷循环。

可知，由于节流器50的存在，蒸发器60的输出端的气体温度低于储液器30内液体的温度，蒸发器60与压缩机10之间的管路通过储液器30内储存的液体，尤其是室外的第二管段04通过储液器30内储存的液体，这种设计在管路连接时更为方便，且整体管路长度更短，第二管段04的冷却段041伸入储液器30内，冷却段041可与储液器30的液体换热从而增加了储液器30内液体的过冷度，冷却段041的结构设置换热面积大，有利于降低储液器30内液体的温度，从而增加了储液器30内液体的过冷度，如此，保证了泵40的启动或制冷模式切换过程中，泵40吸入的是液态制冷剂，而不是汽态液冷剂，防止了泵40发生汽蚀，从而保护了泵40，且蒸发器60与压缩机10之间的管路通过储液器30内储存的液体后温度升高，能够对压缩机10的吸气过热度进行更好的控制，从而防止压缩机10因吸入液态的冷媒从而发生液击的问题，提高了整个空调系统的稳定性及可靠性；此外，本技术方案中，通过使蒸发器60与压缩机10之间的管路通过储液器30内储存的液体即可增大储液器30内液体的过冷度和控制压缩机10入口气体的过热度，无需借用外部冷源，整个系统结构简单，系统运行更为可靠，管路铺设简单，工程应用更为方便。

实施例2

本发明提供一种控制系统的控制方法，其采用实施例1的空调系统，控制方法包括：

获取室外温度Tout、室内温度Tin、第一设定值T1和制冷需求；获取制冷需求包括以下步骤，获取室内目标温度Tset和第二设定值T2,制冷需求为(Tin-Tset)/T2*100％。

若Tin-Tout<T1且制冷需求大于100％，则以第一制冷模式运行；

若Tin-Tout≥T1且制冷需求大于或等于100％，则以第二制冷模式运行；

若Tin-Tout≥T1且制冷需求大于30％且小于100％，则以第三制冷模式运行。

具体实施中，可设置温度传感器采集室外温度和室内温度，此部分属于现有技术，本实施例对此不再朱似乎，实际应用中，T1一般为20℃，T2一般为3℃。

本实施例的控制方法，其采用实施例1的空调系统，具有与上述相同的优势；本技术方案中，根据室内外温差和制冷需求调整制冷模式，更为符合实际使用情况，从而保证了空调系统始终能达到制冷需求，保证了室内工况的稳定运行。

实施例3

本发明提供一种控制系统的控制方法，其采用实施例1的空调系统，控制方法包括：

获取室外温度Tout，根据Tout与第一设定值T1和第二设定值T2的关系确定运行的制冷模式，若Tout>T1,则确定以第一制冷模式运行；若T2<Tout≤T1,则确定以第二制冷模式运行；若Tout≤T2，则确定以第三制冷模式运行；

根据室外温度Tout与第一设定值T1、第二设定值T2和第三设定值△t的关系及当前运行的制冷模式调整运行的制冷模式；

若当前为第一制冷模式：若T2<Tout≤T1-△t,则切换至第二制冷模式；

若当前为第二制冷模式：若Tout≥T1+△t，则切换至第一制冷模式；若Tout≤T2-△t，则切换至第三制冷模式；

若当前为第三制冷模式：若T2+△t≤Tout≤T1，则切换至第二制冷模式。

具体实施中，可设置温度传感器采集室外温度，第一设定值一般为15℃，第二设定值一般为5℃。第三设定值△t可根据实测的温度曲线进行设置，本实施例中，△t为2-3℃。

本实施例的控制方法，其采用实施例1的空调系统，具有与上述相同的优势；且本方案中，第一制冷模式切换至第二制冷模式时，室外温度需小于或等于T1-△t，第二制冷模式切换至第一制冷模式时，室外温度需大于或等于T1+△t，避免了第一制冷模式和第二制冷模式频繁切换；第二制冷模式切换至第三制冷模式时，室外温度需小于或等于T2-△t，第三制冷模式切换至第二制冷模式时，室外温度需大于或等于T2+△t，避免了第二制冷模式和第三制冷模式频繁切换，从而避免了泵40或压缩机10的频繁启停，避免了室内工况不稳定。

上述说明书和实施例的描述，用于解释本发明保护范围，但并不构成对本发明保护范围的限定。通过本发明或上述实施例的启示，本领域普通技术人员结合公知常识、本领域的普通技术知识和/或现有技术，通过合乎逻辑的分析、推理或有限的试验可以得到的对本发明实施例或其中一部分技术特征的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种氟泵双循环空调系统，包括依次通过管路串接的压缩机(10)、冷凝器(20)、储液器(30)、泵(40)、节流器(50)和蒸发器(60)，其特征是，所述蒸发器(60)与压缩机(10)之间的管路通过所述储液器(30)内储存的液体。

2.如权利要求1所述的空调系统，其特征是，所述空调系统分为室内部分(100)和室外部分，所述室内部分(100)包括所述节流器(50)和所述蒸发器(60)，所述室外部分包括所述压缩机(10)、所述冷凝器(20)、所述储液器(30)和所述泵(40)；所述蒸发器(60)与压缩机(10)之间的管路分为属于室内部分(100)的第一管段(03)和属于室外部分的第二管段(04)；所述第二管段(04)通过所述储液器(30)内储存的液体。

3.如权利要求2所述的一种氟泵双循环空调系统，其特征是，所述第二管段(04)设有伸入所述储液器(30)内的冷却段(041)，所述储液器(30)为储液罐，所述冷却段(041)镜像对称且沿着所述储液罐的高度方向成锯齿状。

4.如权利要求3所述的一种氟泵双循环空调系统，其特征是，所述储液器(30)的入口高于其出口。

5.如权利要求4所述的一种氟泵双循环空调系统，其特征是，还包括第一控制阀(70)和第二控制阀(80)，所述第一控制阀(70)通过管路并联在压缩机(10)的输入端和输出端之间，所述第二控制阀(80)通过管路并联在储液器(30)的输入端和泵(40)的输出端之间。

6.一种氟泵双循环空调系统的控制方法，其特征是，其采用权5所述的空调系统，所述控制方法包括：

获取室外温度Tout、室内温度Tin和制冷需求，获取第一设定值T1；

若Tin-Tout<T1且制冷需求大于100％，则以第一制冷模式运行；

若Tin-Tout≥T1且制冷需求大于或等于100％，则以第二制冷模式运行；

若Tin-Tout≥T1且制冷需求大于30％且小于100％，则以第三制冷模式运行；

在所述第一制冷模式，所述压缩机(10)开启并与冷凝器(20)和蒸发器(60)形成制冷循环，所述制冷剂泵(40)关闭；

在所述第二制冷模式，所述压缩机(10)和制冷剂泵(40)均开启并与冷凝器(20)和蒸发器(60)形成制冷循环；

在所述第三制冷模式，所述压缩机(10)关闭，所述制冷剂泵(40)开启并与冷凝器(20)和蒸发器(60)形成制冷循环。

7.如权利要求6所述的一种氟泵双循环空调系统的控制方法，其特征是，获取所述制冷需求包括以下步骤，获取室内目标温度Tset和第二设定值T2,所述制冷需求为(Tin-Tset)/T2*100％。

8.一种氟泵双循环空调系统的控制方法，其特征是，其采用权利要求5所述的空调系统，所述控制方法包括:

获取室外温度Tout，根据Tout与第一设定值T1和第二设定值T2的关系确定运行的制冷模式，若Tout>T1,则确定以第一制冷模式运行；若T2<Tout≤T1,则确定以第二制冷模式运行；若Tout≤T2，则确定以第三制冷模式运行；

根据室外温度Tout与第一设定值T1、第二设定值T2和第三设定值△t的关系及当前运行的制冷模式调整运行的制冷模式；

若当前为第一制冷模式：若T2<Tout≤T1-△t,则切换至第二制冷模式；

若当前为第二制冷模式：若Tout≥T1+△t，则切换至第一制冷模式；若Tout≤T2-△t，则切换至第三制冷模式；

若当前为第三制冷模式：若T2+△t≤Tout≤T1，则切换至第二制冷模式；

在所述第一制冷模式，所述压缩机(10)开启并与冷凝器(20)和蒸发器(60)形成制冷循环，所述制冷剂泵(40)关闭；

在所述第二制冷模式，所述压缩机(10)和制冷剂泵(40)均开启并与冷凝器(20)和蒸发器(60)形成制冷循环；

在所述第三制冷模式，所述压缩机(10)关闭，所述制冷剂泵(40)开启并与冷凝器(20)和蒸发器(60)形成制冷循环。

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