CN207849623U - 一种变频热管复合型机房空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变频热管复合型机房空调系统，包括冷源系统、主控单元和温度采集单元。冷源系统包括压缩机、单向阀、油分离器、冷凝器、过滤器、视液镜、流量装置、蒸发器及气液分离器；主控单元分别与冷源系统和温度采集单元连接；温度采集单元采集室内、外温度，使主控单元根据室内、外温度控制压缩机、冷凝器的风机和流量装置的运行状态。本实用新型的变频热管复合型机房空调系统，能够根据室内负荷及室外温度或室内温度与室外温度之差调节压缩机、流量装置及冷凝器的运行状态，使冷源系统分别切换为制冷，过渡或热管循环模式，能有效利用昼夜、过渡季节和冬季的室外自然冷源，大幅度降低运行能耗，具有优异的节能减排效果。

Description

一种变频热管复合型机房空调系统

技术领域

本实用新型涉及一种变频热管复合型机房空调系统。

背景技术

信息产业和数字化建设的快速发展，推动了机房、基站的数量，建设规模快速增长，据统计机房、基站空调的能耗占其总能耗的40％～50％。机房、基站的显热负荷比大，一年四季需连续运行，在室内侧设定温度低于室外侧温度的季节，常规的空调系统仍需继续运行压缩式制冷系统，制冷系统工作效率低而且易发生故障，若能利用室内外温差低成本输送热量或为室内侧提供冷量，将大大减小空调系统的能耗和运行成本。在夏季等高温季节通过利用地冷可实现制冷系统高效运行。大幅度提升系统能效。利用室外低温空气为室内侧提供冷量的方法已得到业内学者和工程技术人员的关注，并以不同的形式展开工程技术研究，如目前采用的新风系统，此外还有不同形式的气-气、气-水热交换系统，以及应用热管技术的复合型空调。

中国实用新型专利申请CN201010528027.X中公开了一种风冷式气泵复合型机房空调系统，该系统具有压缩式制冷和热管循环制冷两种工作模式。当室外温度≥20℃时制冷模式工作，参与制冷循环的第一制冷工质在蒸发冷凝器中蒸发吸热，冷却和冷凝第二制冷工质；当室外温度＜20℃时，系统转换为热管循环制冷模式，利用室外低温空气对第二制冷工质进行冷却和冷凝，压缩式制冷循环停止工作，从而有效减少全年空调能耗。此系统在利用室外低温空气冷量和确保室内空气品质方面弥补了前两种系统的不足，但压缩式制冷和热管循环制冷两种工作模式在某一温度点切换，系统的制冷量能否平稳衔接并可靠工作等，值得考量；同时热管循环工作的上限温度偏低不利于最大化利用室外低温空气的冷量。

实用新型专利CN01278831.7公开了一种带循环泵的节能型制冷循环装置，在热管循环系统中使用循环泵有利于提高热管循环的工作效率，也简化了热管系统安装时对冷凝器、储液器和蒸发器相对位置的要求，但CN01278831.7在最大化利用室外低温空气的冷量方面的不足与CN201010528027.X类似，即热管循环工作的上限温度必须较低才能与制冷循环平稳衔接。

实用新型专利ZL201210037332.8与实用新型专利ZL201210037082.8提出一种带复合区的热管复合机房空调系统，利用动力型分离式热管系统与蒸气压缩式制冷系统在中间冷凝蒸发器(蒸发盘管)处进行复合，制冷系统在过渡季节为热管系统补偿冷量，拓宽热管系统工作温区。但是实用新型专利 ZL201210037082.8在制冷模式下利用二次换热方式为末端提供冷量，降低系统制冷效率；而ZL201210037332.8在制冷模式与热管模式两种模式切换时，会出现系统冷量输出不稳定，过度不平稳状态。

实用新型专利ZL201610174000.2提出一种气相增压热管复合空调，该系统具有气相热管循环以及蒸气压缩制冷循环两种工作模式，而在两种模式区间的大量自然冷源并未充分利用。

目前还未曾有人提出关于根据室内、外温差无限构造热管系统的变频热管复合型空调，也未曾有人提出在春、秋过渡季节拓宽热管工作温区，根据热管冷凝不足之处按需制冷，同时各种模式切换在室外侧，而末端冷量输出维持平稳。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷而提供能够最大化利用自然冷源，根据室内、外温差无限构造热管循环的变频热管复合型机房空调系统。

实现本实用新型目的的技术方案是：一种变频热管复合型机房空调系统，包括冷源系统、主控单元和温度采集单元，其中，

冷源系统包括压缩机、油分离器、冷凝器、过滤器、视液镜、流量装置、蒸发器以及气液分离器；

所述压缩机由一个或多个并联的具有排气口与吸气口的压缩机构成，每个压缩机在压缩比为1.0≤ε≤8.0运行，每个压缩机的排气口分别与一个单向阀的进口连接；

所述油分离器的入口与每个单向阀的出口相连通，油分离器的回油口通过回油毛细管与所述压缩机的吸气口相连通；

所述冷凝器的入口与所述油分离器的出口相连通；

所述过滤器的入口与所述冷凝器的出口相连通，用以去除制冷剂中的杂质与水分；

所述视液镜的入口与所述过滤器的出口相连通，用以观察制冷剂的充注量是否足够以及制冷剂中是否含有水分；

所述流量装置的入口与所述视液镜的出口相连通，该流量装置具有宽幅调节流量功能；

所述蒸发器的入口与流量装置的出口相连通；

所述气液分离器的入口与蒸发器出口相连通，该气液分离器的出口与所述压缩机的吸气口相连通；

所述主控单元与冷源系统信号连接；

所述温度采集单元用于采集室外温度以及室内温度并与所述主控单元信号连接，使主控单元根据室内、外温度控制所述压缩机、冷凝器的风机和流量装置的运行状态。

上述的变频热管复合型机房空调系统，其中，所述冷源系统还包括连接在所述冷凝器于过滤器之间的储液器。

上述的变频热管复合型机房空调系统，其中，所述冷凝器为风冷冷凝器、水冷冷凝器或蒸发式冷凝器。

上述的变频热管复合型机房空调系统，其中，所述流量装置为单个电子膨胀阀，或为两个电子膨胀阀并联，或为电子膨胀阀与电磁阀并联，或为电动流量调节阀与电子膨胀阀并联。

上述的变频热管复合型机房空调系统，其中，所述油分离器的回油口与所述压缩机的吸气口之间还包括一个快速回油通道，该快速回油通道包括一根长度小于所述回油毛细管的快速回油毛细管和安装在快速回油毛细管上的回油电磁阀。

本实用新型的变频热管复合型机房空调系统，根据室内负荷以及室外温度 T0或室内温度T与室外温度T0之差ΔT＝T-T0调节压缩机的运行状态、节流装置的开关状态以及冷凝器的运行状态，使冷源系统分别切换为制冷循环模式、过渡循环模式或热管循环模式，制冷循环模式、过渡循环模式与热管循环模式共用一个冷源系统回路。本实用新型采用的压缩机将常规压缩机功能(压缩比为1.4≤ε≤8.0)与气泵(压缩比为1.0≤ε≤1.4)的功能合二为一，即压缩机作为一个可以无极变压缩比(1.0≤ε≤8)的增压器使用，拓宽了现有压缩机节能制冷的范围，大幅降低了现有复合型空调系统的机组成本，简化了系统结构，降低了维护难度；同时能有效利用昼夜、过渡季节和冬季的室外自然冷源，大幅度降低运行能耗，具有优异的节能减排效果。

附图说明

图1是本实用新型的变频热管复合型机房空调系统的第一种结构原理图；

图2是本实用新型的变频热管复合型机房空调系统的第二种结构原理图；

图3是本实用新型的变频热管复合型机房空调系统的第三种结构原理图；

图4是本实用新型的变频热管复合型机房空调系统的第四种结构原理图；

图5是本实用新型的变频热管复合型机房空调系统的第五种结构原理图；

图6是本实用新型的变频热管复合型机房空调系统的控制方法的原理图；

图7是本实用新型的变频热管复合型机房空调系统运行于制冷循环模式的压焓图；

图8是本实用新型的变频热管复合型机房空调系统运行于过渡循环模式的压焓图；

图9是本实用新型的变频热管复合型机房空调系统运行于热管循环模式的压焓图；

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

请参阅图1至图9，本实用新型的变频热管复合型机房空调系统，包括冷源系统、主控单元和温度采集单元，其中：

冷源系统包括压缩机1、油分离器3、冷凝器4、过滤器5、视液镜6、流量装置、蒸发器8以及气液分离器9；

压缩机1由一个或多个并联的具有排气口与吸气口的压缩机构成，每个压缩机1具有常规的蒸气压缩制冷功能，同时具有泵功能，每个压缩机1在压缩比为1.0≤ε≤8.0运行；每个压缩机1的排气口分别与一个单向阀2的进口连接；

油分离器3的入口与每个单向阀2的出口相连通，油分离器3的回油口通过回油毛细管30与压缩机1的吸气口相连通；

冷凝器4的入口与油分离器3的出口相连通；冷凝器4为风冷冷凝器、水冷冷凝器或蒸发式冷凝器；

过滤器5的入口与冷凝器4的出口相连通，用以去除制冷剂中的杂质与水分；

视液镜6的入口与过滤器5的出口相连通，用以观察制冷剂的充注量是否足够以及制冷剂中是否含有水分；

流量装置的入口与视液镜6的出口相连通，该流量装置具有宽幅调节流量功能，该流量装置为单个电子膨胀阀，或为两个电子膨胀阀并联，或为电子膨胀阀与电磁阀并联，或为电动流量调节阀与电子膨胀阀并联；本实施例的流量装置为单个电子膨胀阀7；

蒸发器8的入口与流量装置的出口相连通；

气液分离器9的入口与蒸发器8出口相连通，该气液分离器8的出口与压缩机1的吸气口相连通；

主控单元与冷源系统信号连接；

温度采集单元用于采集室外温度以及室内温度并与主控单元信号连接，使主控单元根据室内、外温度控制压缩机1、冷凝器4的风机和流量装置的运行状态。

在第二个实施例中，流量装置为两个并联的电子膨胀阀7(见图2)；

在第三个实施例中，流量装置为并联的电子膨胀阀7与电磁阀71(见图3)；

在第四个实施例中，流量装置为单个电子膨胀阀7，油分离器3的回油口与压缩机1的吸气口之间还包括一个快速回油通道，该快速回油通道包括一根长度小于回油毛细管30的快速回油毛细管31和安装在快速回油毛细管31上的回油电磁阀32(见图4)。

在第五个实施例中，流量装置为并联的电子膨胀阀7与电磁阀71，油分离器3的回油口与压缩机1的吸气口之间还包括一个快速回油通道，该快速回油通道包括一根长度小于回油毛细管30的快速回油毛细管31和安装在快速回油毛细管31上的回油电磁阀32(见图5)；

本实用新型的变频热管复合型空调系统的控制方法，用于切换冷源系统的运行模式、制冷量的精确调控及系统回油，控制方法具体是：

根据室外温度T0或室内温度T与室外温度T0之差ΔT＝T-T0划分为三个功能区，分别是：制冷区、过渡区以及热管区；

制冷区为：室外温度T0≥T2；过渡区为：室外温度T2＞T0＞T1；热管区为：室外温度T0≤T1；

其中T1、T2根据具体工况设定，并且T2＞T1；

或者，制冷区为：ΔT≤Ta；过渡区为：Tb＞ΔT＞Ta；热管区为：ΔT≥ Tb；

其中Ta、Tb根据具体工况设定，并且Tb＞Ta；

针对不同的室外温度T0或ΔT所处不同的功能区，相应切换冷源系统运行于制冷循环模式、过渡循环模式和热管循环模式(见图6)；

对应制冷区的制冷循环模式：由压缩机1、单向阀2、油分离器3、冷凝器 4、过滤器5、视液镜6、流量装置、蒸发器8以及气液分离器9构成制冷工质回路，此时流量装置为节流装置(电子膨胀阀7)，节流降压，将从冷凝器4 出来的高压液态制冷剂节流降压成低温低压状态的制冷剂，主控单元根据室内负荷大小以及室外温度T0或室内温度T与室外温度T0之差ΔT确定压缩机1 的转速、流量装置7的开度以及冷凝器4的风机的转速实现冷量的精确调节；

对应过渡区的过渡循环模式：由压缩机1、单向阀2、油分离器3、冷凝器 4、过滤器5、视液镜6、流量装置、蒸发器8以及气液分离器9构成制冷工质回路，此时流量装置(电子膨胀阀7)处于适当开度，进行适当节流降压，构造热管循环，将从冷凝器4出来的中压液态制冷剂节流降压成低温低压状态的制冷剂；主控单元根据室外温度T0或室内温度T与室外温度T0之差ΔT调节压缩机1的转速、冷凝器4的风机的转速和流量装置7的合适开度实现冷量的精确调节；

对应热管区的热管循环模式：由压缩机1、单向阀2、油分离器3、冷凝器4、过滤器5、视液镜6、流量装置7、蒸发器8以及气液分离器9构成制冷工质回路，此时流量装置(电磁阀71)处于全开状态，不进行节流降压，完全实现热管循环，主控单元根据室内负荷大小以及室外温度T0或室内温度T与室外温度T0之差ΔT确定压缩机1的转速和冷凝器4的风机的转速实现冷量的精确调节。

如图1所示，当室外温差满足T0＞T2时，无法满足构造热管循环模式条件，空调系统运行制冷循环模式，由压缩机、单向阀、油分离器、冷凝器、过滤器、视液镜、流量装置、蒸发器以及气液分离器构成制冷循环模式，低温低压制冷工质蒸气经压缩机1压缩为高温高压蒸气，通过冷凝器4放热冷凝后冷却为液态的工质，进入节流装置(电子膨胀阀7)，通过电子膨胀阀7的节流降压，随后在蒸发器8中吸热蒸发，低温低压的制冷工质蒸气经过气液分离器 8返回压缩机1的吸气口，完成制冷循环；此时通过控制压缩机1运行状态、冷凝器4的风机的转速以及电子膨胀阀的开度实现系统常规制冷。如图7所示，为制冷循环模式的压焓图，其中1—2为压缩过程，2—3为冷凝过程，3—4为节流过程，4—1为蒸发吸热过程。工质离开蒸发器8后，进入压缩机1，进行 1-2压缩过程。在室外温度T0较高时，压缩机1机械制冷，起到高效制冷效果。制冷工质和润滑油组成的混合物进入油分离器3，其中大部分润滑油通过回油毛细管30返回压缩机1，当压缩机1的运行速度较低时，也即压缩机1的排气口与吸气口之间的压差较小时，通过回油毛细管30已经来不及给压缩机1补充润滑油，此时需要开启快速回油通道，即打开回油电磁阀32，让大部分润滑油通过快速回油毛细管31返回压缩机1。

当室外温度满足T2＞T0＞T1时，为实现节能效果，冷源系统运行于过渡循环模式，由压缩机1、单向阀2、油分离器3、冷凝器4、过滤器5、视液镜 6、流量装置7、蒸发器8以及气液分离器9构成过渡循环模式，根据室外温度 T0调节压缩机1、冷凝器4的风机、电子膨胀阀7的运行状态，构造热管循环，将冷凝温度适当抬高(合适的冷凝温度)即可，在满足足够制冷量的前提下尽量控制较低的冷凝压力，使得系统冷凝/蒸发压差较小，此时电子膨胀阀7进行适当节流降压，将从冷凝器4出来的中压液态制冷剂节流降压成低温低压状态的制冷剂；利用制冷工质在蒸发器8直接蒸发实现制冷；此时系统压缩机1、冷凝器4的风机、电子膨胀阀7进行协调配合作用，最大限度构造近似热管循环。如图8所示，为过渡循环模式的压焓图，包含多个近似热管循环的压焓图，构造出多个无极变压缩比制冷系统。

当室外温度满足T0≤T1时，为实现节能效果，如图所示，冷源系统运行于热管循环模式，由压缩机、单向阀、油分离器、冷凝器、过滤器、视液镜、流量装置、蒸发器以及气液分离器构成热管循环模式，此时流量装置(电磁阀 71)全开，不进行节流降压作用，完全实现热管循环；利用制冷工质在蒸发器 8直接蒸发实现制冷；通过控制压缩机1的运行状态、冷凝器4的风机转速实现系统热管制冷。如图9所示，为热管循环模式的压焓图。

针对38℃恒温机房，若设定T1为15℃，T2为25℃，当室外温度T0≤15℃时，冷源系统运行于热管循环模式，当25℃＞T0＞15℃时，冷源系统运行于过渡循环模式，当室外环境温度T0≥25℃时，冷源系统运行于制冷循环模式。

或者：针对38℃恒温机房，设定Ta为13℃，Tb为23℃，当室外温度T0 或室内温度T与室外温度T0之差ΔT≥23℃时，冷源系统运行于热管循环模式；当23℃＞ΔT＞13℃时，冷源系统运行于过渡循环模式；当ΔT≤13℃时，冷源系统运行于制冷循环模式。

冷源系统切换运行模式时，还可以采用温度差值法以及延时控制方法进行切换；即设定室外温度偏差ΔT0以及维持时间Δt，

当室外温度T0≥T2+ΔT0，并且维持时间Δt，则冷源系统切换为制冷循环模式；

当室外温度T2+ΔT0＞T0＞T1-ΔT0，并且维持时间Δt，则冷源系统切换为过渡循环模式；

当室外温度T0≤T1-ΔT0，并且维持时间为Δt，则冷源系统切换为热管循环模式；

室外温度偏差ΔT0以及维持时间Δt根据具体情况设置。

以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (5)

1.一种变频热管复合型机房空调系统，包括冷源系统、主控单元和温度采集单元，其特征在于，

冷源系统包括压缩机、油分离器、冷凝器、过滤器、视液镜、流量装置、蒸发器以及气液分离器；其中，

所述压缩机由一个或多个并联的具有排气口与吸气口的压缩机构成，每个压缩机在压缩比为1.0≤ε≤8.0运行，每个压缩机的排气口分别与一个单向阀的进口连接；

所述油分离器的入口与每个单向阀的出口相连通，油分离器的回油口通过回油毛细管与所述压缩机的吸气口相连通；

所述冷凝器的入口与所述油分离器的出口相连通；

所述过滤器的入口与所述冷凝器的出口相连通，用以去除制冷剂中的杂质与水分；

所述视液镜的入口与所述过滤器的出口相连通，用以观察制冷剂的充注量是否足够以及制冷剂中是否含有水分；

所述流量装置的入口与所述视液镜的出口相连通，该流量装置具有宽幅调节流量功能；

所述蒸发器的入口与流量装置的出口相连通；

所述气液分离器的入口与蒸发器出口相连通，该气液分离器的出口与所述压缩机的吸气口相连通；

所述主控单元与冷源系统信号连接；

所述温度采集单元用于采集室外温度以及室内温度并与所述主控单元信号连接，使主控单元根据室内、外温度控制所述压缩机、冷凝器的风机和流量装置的运行状态。

2.根据权利要求1所述的变频热管复合型机房空调系统，其特征在于，所述冷源系统还包括连接在所述冷凝器于过滤器之间的储液器。

3.根据权利要求1或2所述的变频热管复合型机房空调系统，其特征在于，所述冷凝器为风冷冷凝器、水冷冷凝器或蒸发式冷凝器。

4.根据权利要求1所述的变频热管复合型机房空调系统，其特征在于，所述流量装置为单个电子膨胀阀，或为两个电子膨胀阀并联，或为电子膨胀阀与电磁阀并联，或为电动流量调节阀与电子膨胀阀并联。

5.根据权利要求1所述的变频热管复合型机房空调系统，其特征在于，所述油分离器的回油口与所述压缩机的吸气口之间还包括一个快速回油通道，该快速回油通道包括一根长度小于所述回油毛细管的快速回油毛细管和安装在快速回油毛细管上的回油电磁阀。