CN206387137U - 制冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种制冷系统，制冷系统包括：压缩机(10)、第一冷凝器(20)、第二冷凝器(30)、制冷剂泵(40)及蒸发器(50)，蒸发器(50)包括相互独立的第一换热腔(51)和第二换热腔(52)，蒸发器(50)的水循环管路贯穿第一换热腔(51)和第二换热腔(52)，压缩机(10)、第一冷凝器(20)及第一换热腔(51)形成压缩机制冷循环，制冷剂泵(40)、第二换热腔(52)及第二冷凝器(30)形成制冷剂泵制冷循环。本实用新型的技术方案有效地解决了现有技术中制冷剂循环和压缩机制冷循环两个循环独立设置导致部件较多和结构复杂的问题。

Description

制冷系统

技术领域

本实用新型涉及制冷技术领域，具体涉及一种制冷系统。

背景技术

对于工艺厂房、数据中心、核电站厂房等特殊领域需要全年运行制冷，满足全年运行制冷会采用风冷冷水机组。对于普通的风冷冷水机组而言，在冬季制冷时存在环境温度过低，导致压缩机停机后不能正常启动；制冷系统冷凝温度低，存在高低压差小、压缩机超范围运行等缺点，当温度进一步降低时，制冷压缩机根本就无法启动，无法满足用户制冷需求。

目前，风冷冷水机组解决冬季供冷的主要方法有如下几种：

第一种是增加制冷剂泵制冷循环，例如，在申请号为201320461733.6的专利的说明书第【0032】段记载有：自然冷能制冷回路与压缩制冷回路也可各自单独使用冷凝器以及蒸发器从而各自形成相互独立的制冷回路；此时整个制冷系统中具有第一冷凝器、第二冷凝器、第一蒸发器以及第二蒸发器，压缩机、第一冷凝器、节流阀及第一蒸发器组成压缩制冷回路，第二冷凝器、制冷剂泵以及第二蒸发器组成自然冷能制冷回路，自然冷能制冷回路与压缩制冷回路可各自独立运行。在冬季低环温下，压缩机制冷循环不开启，采用制冷剂泵循环冷媒，冷媒室外放热冷却后，冷却蒸发器壳管内的冷冻水，从而实现自然冷却(freecooling)。制冷剂循环和压缩机制冷循环两个循环独立设置，部件较多，结构复杂。

第二种是增加壳管防冻液，在冬季低温下可以正常使用。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种制冷系统，以解决现有技术中制冷剂循环和压缩机制冷循环两个循环独立设置导致部件较多和结构复杂的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种制冷系统，包括：压缩机、第一冷凝器、第二冷凝器、制冷剂泵及蒸发器，蒸发器包括相互独立的第一换热腔和第二换热腔，蒸发器的水循环管路贯穿第一换热腔和第二换热腔，压缩机、第一冷凝器及第一换热腔形成压缩机制冷循环，制冷剂泵、第二换热腔及第二冷凝器形成制冷剂泵制冷循环。

进一步地，水循环管路中至少部分管路位于第二换热腔中的冷媒中。

进一步地，蒸发器包括壳体和隔板，壳体具有换热腔，隔板设置在换热腔中以将换热腔分隔成第一换热腔和第二换热腔，水循环管路贯穿隔板。

进一步地，制冷系统还包括第一风机和第二风机，第一风机设置在第一冷凝器的一侧，第二风机设置在第二冷凝器的一侧。

进一步地，第一风机和第二风机均为变频风机。

本实用新型技术方案，具有如下优点：第一换热腔和第二换热腔在水系统上串联设计，即共用一个水循环，制冷剂泵制冷循环和压缩机制冷循环使用一个蒸发器，减少了零部件，结构简单。独立的制冷剂泵制冷循环和压缩机制冷循环可以实现压缩机制冷循环、自然冷却制冷循环独立运行以及混同时运行。同时，在低环境温度下，两套系统互为备用，在其中任何一个系统故障时，另外一个系统可以正常运行，提升整个系统的运行可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术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实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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示出了根据本实用新型的制冷系统的实施例的结构示意图；

图2示出了图1的制冷系统的蒸发器的结构示意图；

图3示出了控制图1的制冷系统的制冷控制方法的流程示意图；以及

图4示出图3的制冷控制方法的一部分的流程示意图。

附图标记说明：

10、压缩机；20、第一冷凝器；30、第二冷凝器；40、制冷剂泵；50、蒸发器；51、第一换热腔；52、第二换热腔；53、壳体；54、隔板；60、第一风机；70、第二风机；80、电子膨胀阀。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实施例的制冷系统包括：压缩机10、第一冷凝器20、第二冷凝器30、制冷剂泵40及蒸发器50，蒸发器50包括相互独立的第一换热腔51和第二换热腔52，蒸发器50的水循环管路贯穿第一换热腔51和第二换热腔52，压缩机10、第一冷凝器20及第一换热腔51形成压缩机制冷循环，制冷剂泵40、第二换热腔52及第二冷凝器30形成制冷剂泵制冷循环。

应用本实施例的制冷系统，第一换热腔51和第二换热腔52在水系统上串联设计，即共用一个水循环，制冷剂泵制冷循环和压缩机制冷循环使用一个蒸发器，减少了零部件，结构简单。独立的制冷剂泵制冷循环和压缩机制冷循环可以实现压缩机制冷循环、自然冷却制冷循环独立运行以及混同时运行。同时，在低环境温度下，两套系统互为备用，在其中任何一个系统故障时，另外一个系统可以正常运行，提升整个系统的运行可靠性。

现有技术中的风冷冷水机组，在自然冷却运行循环时，蒸发器壳管内的蒸发温度主要受到壳管内冷媒在壳管内浸泡位置影响，这个液位受到风机风量、环境温度、冷凝换热状态等影响，液位无法控制稳定。因此，蒸发器壳管内的蒸发温度无法稳定控制。当冷媒基本没有浸泡在换热管上时，没有水的加热，冷媒会直接蒸发，蒸发器的蒸发温度会接近室外环境温度。当室外环境温度过低时，在运行过程中壳管蒸发温度低容易出现冻裂壳管的情况。

在本实施例中，水循环管路中至少部分管路位于第二换热腔52中的冷媒中。上述结构可以分为两种情况，一种是至少部分管路位于冷媒液面之下(完全浸泡)，另一种情况是一路管路冷媒液面接触但管路的上部并没有被浸泡。水循环管路为换热管，制冷系统正常运行时，为了防止水结冰，在无防冻液的前提下，制冷系统运行最低出水温度不会小于3℃。当冷媒浸泡到几路换热管后(换热管内走水)，由于水的加热作用，冷媒温度基本会接近水温，故蒸发温度基本接近水温，从而实现在任何工况下壳管内的冷媒的蒸发温度均大于0℃，确保冬天运行壳管不出现冻裂的情况。

具体地，在制冷剂泵制冷循环中，设计的冷媒灌注量，保证翅片冷凝器和系统管中全部充满液态冷媒后，壳管内最底部的几路管路浸泡着液态冷媒，确保运行过程中蒸发温度都大于0℃。优选地，一般壳管底部两至三路壳管浸泡有冷媒就能保证蒸发温度。

如图2所示，在本实施例中，蒸发器50包括壳体53和隔板54，壳体53具有换热腔，隔板54设置在换热腔中以将换热腔分隔成第一换热腔51和第二换热腔52，水循环管路贯穿隔板54。蒸发器50的结构简单，加工方便，成本低廉。

制冷系统还包括第一风机60和第二风机70，第一风机60设置在第一冷凝器20的一侧，第二风机70设置在第二冷凝器30的一侧。风机可以加快换热效率，提高换热效率。第一风机和第二风机均可以是多组。

在本实施例中，第一风机60和第二风机70均为变频风机。制冷剂泵制冷循环时，通过对制冷剂泵制冷循环中的变频风机调节控制，实现了制冷剂泵制冷循环的能力无极调节，实现机组在自然冷却循环时的节能运行，各器件的安全可靠运行。

在超低室外环境温度下，由于室外环境温度低，室外翅片内的冷媒温度基本上和室外环境温度一致，当在超低温停机再次启动后，由于翅片内的冷媒温度非常低，超低温的冷媒通过制冷剂泵泵进壳管内，存在冻裂壳管的可能。为了保证停机情况下翅片内冷媒温度不太低，在本实施例中，制冷剂泵制冷循环中，没有设置阀门，即流路直通，这样可以实现待机、停机情况下，壳管内的水对系统内冷媒进行加热，实现整个系统内的冷媒在一个较高的温度下，从而保证在超低环境温度下停机后，制冷系统启动过程壳管进管冷媒温度比较高，确保不出现启动过程冻裂壳管的情况。当然，也可以在制冷剂泵制冷循环上增加控制流量的电动阀，也可以设置旁通阀。

在第一冷凝器和第一换热腔之间设置有电子膨胀阀80。压缩机制冷循环为：压缩机→翅片换热器→电子膨胀阀→壳管换热器→压缩机。制冷剂泵制冷循环：制冷剂泵→壳管换热器→翅片换热器→制冷剂泵。

如图3所示，一种用于控制上述的制冷系统的制冷控制方法包括：

获取压缩机制冷循环的当前状态和制冷剂泵制冷循环的当前状态；

根据检测到的室外环境温度和蒸发器50的实际出水温度以及压缩机制冷循环的当前状态和制冷剂泵制冷循环的当前状态控制压缩机制冷循环和/或制冷剂泵制冷循环；

判断实际出水温度是否大于等于待机温度；

在实际出水温度大于等于待机温度时，利用此时的压缩机制冷循环的工作状态和制冷剂泵制冷循环的工作状态更新压缩机制冷循环的当前状态和制冷剂泵制冷循环的当前状态。

应用本实施例的制冷控制方法，根据检测到的环境温度和实际出水温度，自动控制压缩机制冷循环、制冷剂泵制冷循环及对应控制模式的冷量输出，保证在工况变化情况下，运行模式切换过程中水温不波动，保证冷量连续输出，实现机组全年运行的节能。

在实际出水温度小于待机温度时，关闭压缩机制冷循环和制冷剂泵制冷循环。待机温度为整机实际出水温度超过用户要求的预设出水温度后，而进入停机状态下的一个温度值。待机的目的是实际出水温度达到用户需求后，为了防止由于实际出水温度太低导致防冻和用户体验差而执行的停机动作。待机温度小于预设出水温度，待机温度大于0℃。优选地，待机温度一般为比预设出水温度小1～2℃。

如图4所示，在本实施例中，根据检测到的室外环境温度和蒸发器50的实际出水温度以及压缩机制冷循环的当前状态和制冷剂泵制冷循环的当前状态控制压缩机制冷循环和/或制冷剂泵制冷循环包括以下步骤：

判断室外环境温度是否大于第一预设温度且室外环境温度与实际出水温度之差是否小于等于第二预设温度，第一预设温度小于第二预设温度；

当室外环境温度大于第一预设温度且室外环境温度与实际出水温度之差小于等于第二预设温度时，压缩机制冷循环和制冷剂泵制冷循环均进行制冷。

根据检测到的室外环境温度和蒸发器50的实际出水温度以及压缩机制冷循环的当前状态和制冷剂泵制冷循环的当前状态控制压缩机制冷循环和/或制冷剂泵制冷循环包括以下步骤：

当室外环境温度大于第一预设温度且室外环境温度与实际出水温度之差大于第二预设温度时，判断室外环境温度与实际出水温度之差是否大于第三预设温度，第三预设温度大于第二预设温度；

当室外环境温度与实际出水温度之差大于第三预设温度时，压缩机制冷循环进行制冷，制冷剂泵制冷循环停止制冷。

根据检测到的室外环境温度和蒸发器50的实际出水温度以及压缩机制冷循环的当前状态和制冷剂泵制冷循环的当前状态控制压缩机制冷循环和/或制冷剂泵制冷循环包括以下步骤：

当室外环境温度与实际出水温度之差大于第二预设温度且小于等于第三预设温度时，压缩机制冷循环进行制冷，制冷剂泵制冷循环的工作状态为制冷泵循环的当前状态。

根据检测到的室外环境温度和蒸发器50的实际出水温度以及压缩机制冷循环的当前状态和制冷剂泵制冷循环的当前状态控制压缩机制冷循环和/或制冷剂泵制冷循环包括以下步骤：

当室外环境温度小于等于第一预设温度且室外环境温度与实际出水温度之差小于等于第二预设温度时，判断室外环境温度是否小于等于第四预设温度，第四预设温度小于第一预设温度；

当室外环境温度小于等于第四预设温度时，压缩机制冷循环停止制冷，制冷剂泵制冷循环进行制冷。

根据检测到的室外环境温度和蒸发器50的实际出水温度以及压缩机制冷循环的当前状态和制冷剂泵制冷循环的当前状态控制压缩机制冷循环和/或制冷剂泵制冷循环包括以下步骤：

当室外温度小于等于第一预设温度且大于第四预设温度时，压缩机制冷循环的工作状态为压缩机制冷循环的当前状态，制冷剂泵制冷循环进行制冷。

根据检测到的室外环境温度和蒸发器50的实际出水温度以及压缩机制冷循环的当前状态和制冷剂泵制冷循环的当前状态控制压缩机制冷循环和/或制冷剂泵制冷循环包括以下步骤：

当实际出水温度大于预设出水温度和预设温度偏差之和时，对压缩机10的负载进行加载，或，

当实际出水温度小于等于预设出水温度和预设温度偏差之差时，对压缩机10的负载进行卸载，或，

当实际出水温度大于预设出水温度和预设温度偏差之差且小于等于预设出水温度和预设温度偏差之和时，压缩机10的负载不变。

根据检测到的室外环境温度和蒸发器50的实际出水温度以及压缩机制冷循环的当前状态和制冷剂泵制冷循环的当前状态控制压缩机制冷循环和/或制冷剂泵制冷循环包括以下步骤：

当实际出水温度大于预设出水温度和预设温度偏差之和时，对制冷剂循环中的变频风机进行升频，或，

当实际出水温度小于等于预设出水温度和预设温度偏差之差时，对制冷剂循环中的变频风机进行降频，或，

当实际出水温度大于预设出水温度和预设温度偏差之差且小于等于预设出水温度和预设温度偏差之和时，制冷剂循环中的变频风机的频率不变。

在本实施例中，第二预设温度和第三预设温度均在-10℃～0℃的范围内。优选地，第二预设温度为-5℃，第三预设温度为-2℃。

在本实施例中，第一预设温度在-20℃～-15℃的范围内，第四预设温度在-30℃～-20℃。优选地，第一预设温度为-18℃，第四预设温度为-22℃。

在本实施例中，预设温度偏差在0.2℃～1℃的范围内。预设出水温度在3℃～15℃的范围内。

具体地，制冷控制方法的控制过程如下：

(1)压缩机制冷循环

①室外环境温度＞-18℃，压缩机制冷循环进行制冷。

②室外环境温度≤-22℃，压缩机制冷循环停止制冷。

③-22℃＜室外环境温度≤-18℃，压缩机保持之前记忆的状态。

(2)制冷剂泵制冷循环

①室外环境温度-实际出水温度≤-5℃，冷媒泵制冷循环进行制冷。

②室外环境温度-实际出水温度＞-2℃，冷媒泵制冷循环停止制冷。

③-5℃＜室外环境温度-实际出水温度≤-2℃，冷媒泵保持之前的记忆状态。

(3)压缩机制冷循环能力调节

①实际出水温度＞预设出水温度+预设温度偏差，制冷剂泵制冷循环中的变频风机频率满负荷后，压缩机负荷加载调节。

②实际出水温度≤预设出水温度-预设温度偏差，压缩机负荷卸载调节。

③预设出水温度-预设温度偏差＜实际出水温度≤预设出水温度+预设温度偏差，压缩机负荷保持。

(4)制冷剂泵制冷循环能力调节

①实际出水温度＞预设出水温度+预设温度偏差，制冷剂泵制冷循环中的变频风机升频调节。

②实际出水温度≤预设出水温度-预设温度偏差，且压缩机负荷最小，制冷剂泵制冷循环中的变频风机降频调节。

③预设出水温度-预设温度偏差＜实际出水温度≤预设出水温度+预设温度偏差，制冷剂泵制冷循环中的变频风机频率保持。

(5)待机调节

实际出水温度小于待机温度后，关闭压缩机制冷循环和制冷剂泵制冷循环。

一种使用上述制冷控制方法的制冷控制装置包括：

第一获取模块，用于获取压缩机制冷循环的当前状态和制冷剂泵制冷循环的当前状态；

第一控制模块，用于根据检测到的室外环境温度和蒸发器50的实际出水温度以及压缩机制冷循环的当前状态和制冷剂泵制冷循环的当前状态控制压缩机制冷循环和/或制冷剂泵制冷循环；

第一判断模块，用于判断实际出水温度是否大于等于待机温度；

第一执行模块，用于在实际出水温度大于等于待机温度时，利用此时的压缩机制冷循环的工作状态和制冷剂泵制冷循环的工作状态更新压缩机制冷循环的当前状态和制冷剂泵制冷循环的当前状态。

应用本实施例的制冷控制装置，根据检测到的环境温度和实际出水温度，自动控制压缩机制冷循环、制冷剂泵制冷循环及对应控制模式的冷量输出，保证在工况变化情况下，运行模式切换过程中水温不波动，保证冷量连续输出，实现机组全年运行的节能。

制冷控制装置还包括：第二执行模块，用于在实际出水温度小于待机温度时，关闭压缩机制冷循环和制冷剂泵制冷循环。

第一控制模块还包括：第一判断单元，用于判断室外环境温度是否大于第一预设温度且室外环境温度与实际出水温度之差是否小于等于第二预设温度，第一预设温度小于第二预设温度；第一执行单元，用于当室外环境温度大于第一预设温度且室外环境温度与实际出水温度之差小于等于第二预设温度时，压缩机制冷循环和制冷剂泵制冷循环均进行制冷。

第一控制模块还包括：第二判断单元，用于当室外环境温度大于第一预设温度且室外环境温度与实际出水温度之差大于第二预设温度时，判断室外环境温度与实际出水温度之差是否大于第三预设温度，第三预设温度大于第二预设温度；第二执行单元，用于当室外环境温度与实际出水温度之差大于第三预设温度时，压缩机制冷循环进行制冷，制冷剂泵制冷循环停止制冷。

第一控制模块还包括：第三执行单元，用于当室外环境温度与实际出水温度之差大于第二预设温度且小于等于第三预设温度时，压缩机制冷循环进行制冷，制冷剂泵制冷循环的工作状态为制冷泵循环的当前状态。

第一控制模块还包括：第三判断单元，用于当室外环境温度小于等于第一预设温度且室外环境温度与实际出水温度之差小于等于第二预设温度时，判断室外环境温度是否小于等于第四预设温度，第四预设温度小于第一预设温度；第四执行单元，用于当室外环境温度小于等于第四预设温度时，压缩机制冷循环停止制冷，制冷剂泵制冷循环进行制冷。

第一控制模块还包括：第五执行单元，用于当室外温度小于等于第一预设温度且大于第四预设温度时，压缩机制冷循环的工作状态为压缩机制冷循环的当前状态，制冷剂泵制冷循环进行制冷。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

1、解决了风冷冷水机组在运行自然冷却循环时能力无法调节问题，同步实现了机组无极能量调节。

2、在运行自然冷却循环时，能够实现对壳管蒸发器蒸发温度的调节，从而避免蒸发温度过低导致冻坏壳管的现象。

3、在室外环境温度小于实际出水温度的过渡季节，同时运行压缩机制冷循环和自然冷却循环制冷，保证运行能力的同时，提升过渡季节的运行可靠性和运行能效。

4、机组在过渡季节实现了两套系统的互为备用。

5、实现风冷冷水机组能够全年运行制冷，特别是在冬季超低温环境下为用户提供冷水，并且在冬季运行可靠性高，用户无需另外安装其他设备，维护简单。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种制冷系统，其特征在于，包括：压缩机(10)、第一冷凝器(20)、第二冷凝器(30)、制冷剂泵(40)及蒸发器(50)，所述蒸发器(50)包括相互独立的第一换热腔(51)和第二换热腔(52)，所述蒸发器(50)的水循环管路贯穿所述第一换热腔(51)和第二换热腔(52)，所述压缩机(10)、所述第一冷凝器(20)及所述第一换热腔(51)形成压缩机制冷循环，所述制冷剂泵(40)、所述第二换热腔(52)及所述第二冷凝器(30)形成制冷剂泵制冷循环。

2.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述水循环管路中至少部分管路位于所述第二换热腔(52)中的冷媒中。

3.根据权利要求1或2所述的制冷系统，其特征在于，所述蒸发器(50)包括壳体(53)和隔板(54)，所述壳体(53)具有换热腔，所述隔板(54)设置在所述换热腔中以将所述换热腔分隔成所述第一换热腔(51)和所述第二换热腔(52)，所述水循环管路贯穿所述隔板(54)。

4.根据权利要求1或2所述的制冷系统，其特征在于，所述制冷系统还包括第一风机(60)和第二风机(70)，所述第一风机(60)设置在所述第一冷凝器(20)的一侧，所述第二风机(70)设置在所述第二冷凝器(30)的一侧。

5.根据权利要求4所述的制冷系统，其特征在于，所述第一风机(60)和所述第二风机(70)均为变频风机。