CN210345737U - 一种蓄冷型带自然冷源的制冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种蓄冷型带自然冷源的制冷系统，包括至少一个机械制冷单元、至少一个自然冷源制冷单元以及蓄冷单元，所述机械制冷单元包括机械制冷空气换热器以及机械制冷膨胀阀、机械制冷氟水换热器、压缩机，所述机械制冷氟水换热器设置在所述蓄冷单元内；所述自然冷源制冷单元包括自然冷源空气换热器以及自然冷源循环泵、自然冷源水水换热器，所述自然冷源水水换热器设置在所述蓄冷单元内；所述蓄冷单元包括密封的箱体外壳、填充在箱体外壳内的蓄冷相变材料填充模块，所述箱体外壳上设有冷冻水进水口和冷冻水出水口。本实用新型能够最大限度地应用自然冷源的能量，提升了系统综合能效，达到了节能运行的效果。

Description

一种蓄冷型带自然冷源的制冷系统

技术领域

本实用新型涉及一种制冷系统，特别是涉及一种蓄冷型带自然冷源的制冷系统，尤其适用于数据中心等需要常年制冷的场所。

背景技术

随着国内外通信行业对数据处理的快速增长，数据中心近几年在国内大量建设。数据中心的机房是一个需要常年制冷的区域，由于制冷致使消耗大量能源。

而采用自然冷却技术可以实现冬季及过渡季的制冷系统节能，具体措施为，当室外空气温度低于室内温度一定程度时，通过相应的技术手段将室外冷源引入数据机房内，把数据机房的热量带走，达到降低数据机房温度的目的，进而减少数据中心的机房空调、制冷机组等设备的使用时间，达到节约电能的目的。

但是，自然冷却技术往往因启动温度过低，造成对室外低温应用不充分，是自然冷却技术应用项目的实际运行中出现的主要问题。而对自然冷却技术进行进一步提升启动温度，又会使机组体积过大，性价比直线下降，降低了节能效果。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对采用自然冷却技术存在的上述问题，提出一种蓄冷型带自然冷源的制冷系统，其采用机械制冷与自然冷源模式相结合并配置蓄冷单元的综合性技术路线，以达到节能运行的效果。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种蓄冷型带自然冷源的制冷系统，包括至少一个机械制冷单元、至少一个自然冷源制冷单元以及蓄冷单元；

所述机械制冷单元包括机械制冷空气换热器以及与机械制冷空气换热器通过管路连接的机械制冷膨胀阀、机械制冷氟水换热器、压缩机，所述机械制冷氟水换热器设置在所述蓄冷单元内；

所述自然冷源制冷单元包括自然冷源空气换热器以及通过管道与自然冷源空气换热器相连的自然冷源循环泵、自然冷源水水换热器，所述自然冷源水水换热器设置在所述蓄冷单元内；

所述蓄冷单元包括密封的箱体外壳、填充在箱体外壳内的蓄冷相变材料填充模块，所述箱体外壳上设有冷冻水进水口和冷冻水出水口。

优选地，所述机械制冷单元还包括设置在所述机械制冷空气换热器上的机械制冷风机。

优选地，所述自然冷源制冷单元还包括设置在所述自然冷源空气换热器上的自然冷源风机。

优选地，所述蓄冷相变材料填充模块的相变点温度在5～15℃。

优选地，所述蓄冷相变材料填充模块包括外部的包裹层腔体以及填充在包裹层腔体内的相变蓄能材料。

优选地，所述相变蓄能材料为石腊基相变材料或无机盐相变材料。

基于上述技术方案，本实用新型的优点是：

本实用新型采用机械制冷与自然冷源模式相结合并配置蓄冷单元，其优点如下：

1、采用自然冷源模式，并且自然冷源与机械制冷相互独立，自然冷源的运行旨在加强系统的制冷效果，随室外温度的降低减少机械制冷的强度，直至达到由自然冷源完全代替机械制冷；

2、采用串联式蓄冷单元，最大限度地应用自然冷源的能量，系统综合能效提升；

3、系统具有自然冷源运行模式、自然冷源+机械制冷运行模式、机械制冷模式，配合蓄冷功能，可实现更为稳定可靠及更高能效的运行；

4、采用自然冷源与机械制冷系统相结合的方式，使系统的制冷能力大幅提升，为系统提供更大的冗余；

5、自然冷源与机械制冷系统各自可独立运行，增加了系统的容错能力，进一步保障制冷系统的运行稳定性；

6、本系统配置自然冷源与机械制冷间直接配置蓄冷单元，可直接起到蓄冷应急运行作用，实现数据中心不间断供冷需求；

7、机组采用模块化设计思路，可实现工厂批量化快速生产，便于保证产品的一致性，有利于提升产品质量，降低生产成本；

8、根据用户负荷需求，可通过现场多台的并联与联控方式实现供需平衡。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为蓄冷型带自然冷源的制冷系统示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

本实用新型提供了一种蓄冷型带自然冷源的制冷系统，如图1所示，其中示出了本实用新型的一种优选实施方式。具体地，所述蓄冷型带自然冷源的制冷系统包括至少一个机械制冷单元、至少一个自然冷源制冷单元以及蓄冷单元4。

所述机械制冷单元包括机械制冷空气换热器2以及与机械制冷空气换热器2通过管路连接的机械制冷膨胀阀3、机械制冷氟水换热器7、压缩机5，所述机械制冷氟水换热器7设置在所述蓄冷单元4内。

所述自然冷源制冷单元包括自然冷源空气换热器9以及通过管道与自然冷源空气换热器9相连的自然冷源循环泵11、自然冷源水水换热器12，所述自然冷源水水换热器12设置在所述蓄冷单元4内。

所述蓄冷单元4包括密封的箱体外壳14、填充在箱体外壳14内的蓄冷相变材料填充模块6，所述箱体外壳14上设有冷冻水进水口13和冷冻水出水口10。

本实用新型的蓄冷型带自然冷源的制冷系统一方面采用大面积低风阻抗冻换热器技术实现在更宽温度的范围内利用自然冷源；另一方面，采用高效蓄冷装置在自然冷源工况下环境温度较低时蓄积过剩的冷量，弥补室外温度升高后带来的换热能力下降，同时也因加入蓄冷功能减少机械制冷时压缩机的启停次数，达到对压缩机机械制冷的节能和保护。

如图1所示，所述机械制冷单元还包括设置在所述机械制冷空气换热器2上的机械制冷风机1。优选地，所述自然冷源制冷单元还包括设置在所述自然冷源空气换热器9上的自然冷源风机8。

进一步，所述蓄冷相变材料填充模块6的相变点温度在5～15℃。优选地，所述蓄冷相变材料填充模块6包括外部的包裹层腔体以及填充在包裹层腔体内的相变蓄能材料，所述相变蓄能材料为石腊基相变材料或无机盐相变材料。

本实用新型系统主要分为三个部分，分别为机械制冷单元、自然冷源制冷单元以及蓄冷单元4，其具体工作过程如下：

机械制冷单元风路散热过程

室外空气在机械制冷风机1作用下可同时进入多个机械制冷空气换热器2，与机械制冷空气换热器2中的制冷工质进行热交换，完成换热过程。

机械制冷单元氟路循环过程

在制冷工况下，机械制冷的各个分路的机械制冷膨胀阀3及辅助部件等分别动作。在机械制冷单元中，从压缩机5出来的高温高压制冷工质气体进入机械制冷空气换热器2中进行放热，冷凝成液体：制冷工质液体回流至机械制冷膨胀阀3节流降压，进入置于蓄冷单元4内的机械制冷氟水换热器7进行吸热，完成一次氟路循环。

机械制冷单元水路吸热过程

冷用户的回水经由冷冻水进水口13进入蓄冷单元4内的机械制冷氟水换热器7，与制冷工质进行热交换后，从冷冻水出水口10流向冷用户。

自然冷源制冷单元风路散热过程

室外空气在自然冷源风机8作用下同时进入多个自然冷源空气换热器9，与自然冷源空气换热器9中的水溶液进行热交换，完成换热过程。

自然冷源制冷单元水路吸热过程

冷用户的回水由自然冷源循环泵11的作用经由冷冻水进水口13进入蓄冷装置4内的自然冷源水水换热器12，进行热交换后，从冷冻水出水口10流向冷用户。

蓄冷单元充冷过程

在机械制冷压缩机5运行时会通过蓄冷单元4内的机械制冷氟水换热器7吸热，蓄冷单元4内的蓄冷相变材料填充模块6温度降低，蓄冷单元4储存冷量。

在自热冷源系统达到运行条件时也会通过蓄冷单元4内的自然冷源水水换热器12吸热，蓄冷单元4内的蓄冷相变材料填充模块6温度降低，蓄冷单元4同样储存冷量。

蓄冷单元放冷过程

在蓄冷单元4内的蓄冷相变材料填充模块6温度降低于冷用户的冷冻水回水时，蓄冷单元4与回水发生热交换，使回水温度降低，降低了温度的水溶液从冷冻水出水口10流向冷用户。

本实用新型采用机械制冷与自然冷源模式相结合并配置蓄冷装置的综合性技术路线，提出室外温度低于10℃工况下自然冷源制冷可完全代替机械制冷，室外温度低于室内环境温度5℃自然冷源即可投入运行的技术方案。

具体地，本实用新型蓄冷型带自然冷源的制冷系统的运行方法，包括如下：

当制冷系统供冷温度与室外环境温度差值≥8℃时，所述制冷系统仅采用自然冷源制冷单元进行制冷；当制冷系统供冷温度与室外环境温度差值在3～8℃之间时，所述制冷系统采用自然冷源制冷单元和机械制冷单元进行耦合制冷；当制冷系统供冷温度与室外环境温度差值≤3℃时，所述制冷系统仅采用机械制冷单元进行制冷。

本实用新型采用机械制冷与自然冷源模式相结合并配置蓄冷单元，其优点如下：

1、采用自然冷源模式，并且自然冷源与机械制冷相互独立，自然冷源的运行旨在加强系统的制冷效果，随室外温度的降低减少机械制冷的强度，直至达到由自然冷源完全代替机械制冷；

2、采用串联式蓄冷单元，最大限度地应用自然冷源的能量，系统综合能效提升；

3、系统具有自然冷源运行模式、自然冷源+机械制冷运行模式、机械制冷模式，配合蓄冷功能，可实现更为稳定可靠及更高能效的运行；

4、采用自然冷源与机械制冷系统相结合的方式，使系统的制冷能力大幅提升，为系统提供更大的冗余；

5、自然冷源与机械制冷系统各自可独立运行，增加了系统的容错能力，进一步保障制冷系统的运行稳定性；

6、本系统配置自然冷源与机械制冷间直接配置蓄冷单元，可直接起到蓄冷应急运行作用，实现数据中心不间断供冷需求；

7、机组采用模块化设计思路，可实现工厂批量化快速生产，便于保证产品的一致性，有利于提升产品质量，降低生产成本；

8、根据用户负荷需求，可通过现场多台的并联与联控方式实现供需平衡。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.一种蓄冷型带自然冷源的制冷系统，其特征在于：包括至少一个机械制冷单元、至少一个自然冷源制冷单元以及蓄冷单元(4)；

所述机械制冷单元包括机械制冷空气换热器(2)以及与机械制冷空气换热器(2)通过管路连接的机械制冷膨胀阀(3)、机械制冷氟水换热器(7)、压缩机(5)，所述机械制冷氟水换热器(7)设置在所述蓄冷单元(4)内；

所述自然冷源制冷单元包括自然冷源空气换热器(9)以及通过管道与自然冷源空气换热器(9)相连的自然冷源循环泵(11)、自然冷源水水换热器(12)，所述自然冷源水水换热器(12)设置在所述蓄冷单元(4)内；

所述蓄冷单元(4)包括密封的箱体外壳(14)、填充在箱体外壳(14)内的蓄冷相变材料填充模块(6)，所述箱体外壳(14)上设有冷冻水进水口(13)和冷冻水出水口(10)。

2.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于：所述机械制冷单元还包括设置在所述机械制冷空气换热器(2)上的机械制冷风机(1)。

3.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于：所述自然冷源制冷单元还包括设置在所述自然冷源空气换热器(9)上的自然冷源风机(8)。

4.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于：所述蓄冷相变材料填充模块(6)的相变点温度在5～15℃。

5.根据权利要求1或4所述的制冷系统，其特征在于：所述蓄冷相变材料填充模块(6)包括外部的包裹层腔体以及填充在包裹层腔体内的相变蓄能材料。

6.根据权利要求5所述的制冷系统，其特征在于：所述相变蓄能材料为石腊基相变材料或无机盐相变材料。

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