CN211290648U - 泵送相变制冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种泵送相变制冷系统，包括室内机、至少一个制冷剂增压系统以及至少一个室外换热系统；所述至少一个制冷剂增压系统连接在所述室内机和所述至少一个室外换热系统之间，用于将所述室内机中的气态制冷剂运送至所述至少一个室外换热系统，以及将经所述至少一个室外换热系统冷却后的液态制冷剂运送至所述室内机；每一所述室外换热系统均包括用于将气态制冷剂冷凝为液态制冷剂的蒸发式冷凝器以及用于对所述蒸发式冷凝器中的气态制冷剂进行喷淋冷却的水循环系统。利用制冷剂增压系统和蒸发式冷凝器，能够充分的利用室外自然冷源，同时更加节能、节约水资源；通过室外蒸发式冷凝器喷淋降温的方式，可延长制冷剂泵的开启时间。

Description

泵送相变制冷系统

技术领域

本实用新型涉及制冷领域，更具体地说，涉及一种泵送相变制冷系统。

背景技术

近些年数据中心的发展十分迅速，发展方向逐步趋向于大型化和模块化，如何更加有效地节能是技术发展的核心。在此大的应用环境下，逐渐催生出了各种利用自然冷源实现节能的模块化数据中心解决方案。

目前较为成熟的应用主要是冷凝侧利用风冷式的氟泵自然冷却方案，此方案在利用自然冷上有了很大的节能效果，但也有着如下的缺点：在年平均气温较高的区域，氟泵开启的时间较短，节能效果不理想；室外冷凝风机集中放置，风机叠加后的噪音大，且夏天易触发热岛效应，冷凝器的进风温度较高，实际使用氟泵的时间较短。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种改进的泵送相变制冷系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种泵送相变制冷系统，包括室内机、至少一个制冷剂增压系统以及至少一个室外换热系统；

所述至少一个制冷剂增压系统连接在所述室内机和所述至少一个室外换热系统之间，用于将所述室内机中的气态制冷剂运送至所述至少一个室外换热系统，以及将经所述至少一个室外换热系统冷却后的液态制冷剂运送至所述室内机；

每一所述室外换热系统均包括用于将气态制冷剂冷凝为液态制冷剂的蒸发式冷凝器以及用于对所述蒸发式冷凝器中的气态制冷剂进行喷淋冷却的水循环系统。

在一些实施例中，所述室内机包括至少一个室内热管背板系统；

所述泵送相变制冷系统包括至少两个并联的室内热管背板系统和/或至少两个并联的制冷剂增压系统和/或至少两个并联的室外换热系统。

在一些实施例中，所述蒸发式冷凝器与所述水循环系统一体设置；

所述蒸发式冷凝器包括塔体、设置于所述塔体顶部的至少一个冷凝风机、以及设置于所述塔体一侧的制冷剂进口和制冷剂出口；

所述水循环系统包括安装于所述塔体外侧的喷淋水泵以及安装于所述塔体外侧与所述喷淋水泵连接的喷淋管。

在一些实施例中，所述塔体的一侧还设有检修门、溢流口、补水口以及排污口；

所述制冷剂进口、制冷剂出口、喷淋水泵、喷淋管、检修门、溢流口、补水口以及排污口均位于所述塔体的同一侧。

在一些实施例中，所述泵送相变制冷系统还包括一体式控制系统，用于输出控制信号以控制所述蒸发式冷凝器和/或所述水循环系统和/或所述制冷剂增压系统和/或所述室内机；

所述一体式控制系统设置于所述蒸发式冷凝器或所述制冷剂增压系统或所述室内机中。

在一些实施例中，每一所述制冷剂增压系统均包括用于与所述室内机连接的进气接口和出液接口、用于与所述蒸发式冷凝器连接的出气接口和进液接口、设置于所述进气接口和所述出气接口之间用于为气态制冷剂增压的压缩机、设置于所述进气接口和所述出气接口之间用于选择性旁通所述压缩机的压缩机旁通管路、设置于所述进液接口和所述出液接口之间用于存储液态制冷剂的储液罐、以及设置于所述储液罐和所述出液接口之间用于为所述液态制冷剂增压的制冷剂泵。

在一些实施例中，所述压缩机为气悬浮压缩机，所述制冷剂增压系统还包括与所述压缩机连接用于悬浮所述压缩机转子的供气罐、设置于所述储液罐和所述供气罐之间以将所述储液罐中的液态制冷剂泵入所述供气罐中的供液泵、以及设置于所述供气罐的底部以将所述液态制冷剂加热成具有一定压力值的气态制冷剂的电加热器。

在一些实施例中，所述制冷剂增压系统还包括串联设置于所述压缩机旁通管路上的第一单向阀、与所述压缩机串联的第二单向阀、以及设置于所述进液接口和所述出液接口之间并与所述储液罐和所述制冷剂泵串联的第三单向阀。

在一些实施例中，所述制冷剂增压系统还包括连接于所述制冷剂泵和所述压缩机之间用于冷却所述压缩机电机的压缩机冷却管路以及串联设置于所述压缩机冷却管路上的膨胀阀。

在一些实施例中，所述制冷剂增压系统还包括机柜，所述机柜包括从下往上依次间隔设置的第一层、第二层以及第三层；

所述制冷剂泵、供液泵设置于所述第一层中，所述储液罐、供气罐设置于所述第二层中，所述压缩机设置于所述第三层中；

所述进气接口、出气接口、进液接口、出液接口均设置于所述第一层。

实施本实用新型至少具有以下有益效果：利用制冷剂增压系统和蒸发式冷凝器，能够充分的利用室外自然冷源，同时更加节能、节约水资源；通过室外蒸发式冷凝器喷淋降温的方式，可延长制冷剂泵的开启时间。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型一些实施例中泵送相变制冷系统的立体结构示意图；

图2是本实用新型一些实施例中泵送相变制冷系统的原理框图；

图3是图1中室外换热系统的结构示意图；

图4是图1中制冷剂增压系统的立体组合结构示意图；

图5是图1中制冷剂增压系统另一角度的立体组合结构示意图；

图6是图4中制冷剂增压系统隐藏前门后的立体结构示意图；

图7是图1中制冷剂增压系统隐藏后门后的立体结构示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1-2所示，本实用新型一些实施例中的泵送相变制冷系统包括室内机3以及与该室内机3连接的室外机。室内机3可以为不同形式的室内空调，例如列间空调、房间空调、底置空调、顶置空调等。室内机3可包括至少一个室内热管背板系统31，该室内热管背板系统31通常为室内空调蒸发器的换热末端。

该室外机包括至少一个制冷剂增压系统2以及至少一个室外换热系统1。该至少一个制冷剂增压系统2连接在至少一个室内热管背板系统31和至少一个室外换热系统1之间，用于将室内热管背板系统31中的气态制冷剂运送至室外换热系统1，以及将经室外换热系统1冷却后的液态制冷剂运送至室内热管背板系统31。

在一些实施例中，室内机3可包括至少两个并联的室内热管背板系统31，室外机可包括至少两个并联的制冷剂增压系统2以及至少两个并联的室外换热系统1，通过并联设置的方式，可以减少整个系统的故障率，提高系统的可靠性。该至少两个室内热管背板系统31、至少两个制冷剂增压系统2、至少两个室外换热系统1可一一对应设置；或者也可通过管路的优化，实现一对多或多对一设置，避免单点故障。

室内热管背板系统31与制冷剂增压系统2之间可通过气管311以及液管312连接。为了使气管311、液管312对流均匀、热流量相近，气管311的有效截面积大于液管312的有效截面积。气管311的位置可高于液管312。

结合图1、图3所示，室外换热系统1可包括用于将气态制冷剂冷凝为液态制冷剂的蒸发式冷凝器11(即闭式冷却塔11)以及与该蒸发式冷凝器11一体设置的水循环系统12，一体设置的方式可使结构更紧凑，降低系统占地面积。蒸发式冷凝器11包括至少一个冷凝风机111，可根据不同的应用场合(例如室外温度或室外温差)，通过开启冷凝风机111和/或水循环系统12对制冷剂进行制冷。

冷凝风机111可采用高效变频轴流风机，且风机经过严格的动平衡和静平衡测试，能有效地降低噪音。与风冷冷凝器相比，蒸发式冷凝器11采用水循环系统12喷淋冷却，且蒸发式冷凝器11内部采用增大换热面积的布局，冷凝温度与湿球温度逼近度更高，拥有更好的换热效果；机组冷量更大，所需的冷凝风机数量较少；相同冷量的前提下，蒸发式冷凝器11的换热面积更小，能够有效减小占地面积。

蒸发式冷凝器11包括塔体112，冷凝风机111可设置于塔体112的顶部。塔体112的侧壁上可设有制冷剂进口1121、制冷剂出口1122、溢流口1123、补水口1124以及排污口1125。塔体112的一侧还可设有检修门1126，可通过打开检修门1126进行检修。水循环系统12可包括安装于塔体112外侧的喷淋水泵121以及安装于塔体112外侧与喷淋水泵121连接的喷淋管122，喷淋水泵121通过喷淋管122将水泵入塔体112内。

在本实施例中，制冷剂进口1121、制冷剂出口1122、溢流口1123、补水口1124、排污口1125、检修门1126、喷淋水泵121以及喷淋管122设置于塔体112的同一侧。排污口1125设置于塔体112的底部，排污口1125、补水口1124、溢流口1123的高度依次递增。制冷剂进口1121、制冷剂出口1122可设置于塔体112的上部，且制冷剂进口1121的位置高于制冷剂出口1122。检修门1126可设置于塔体112的下部，方便人员进入操作。喷淋水泵121安装于塔体112的底部，喷淋管122的一端与喷淋水泵121连接，另一端竖直向上延伸至塔体112的顶部。

本实用新型中的泵送相变制冷系统，通过相变循环实现高效率的热量搬运，同时，室内外换热器通过蒸发或冷凝相变实现高效换热，能够极大程度地拉低系统热量搬运的温度梯度，加大“正向温差”自然冷却的时间占比。

该泵送相变制冷系统在一些实施例中还可包括一体式控制系统，用于输出控制信号以控制蒸发式冷凝器11和/或水循环系统12和/或制冷剂增压系统2和/或室内热管背板系统31的工作运行模式。该一体式控制系统可设置于蒸发式冷凝器11或制冷剂增压系统2或室内热管背板系统31中，一体式的设置方式可使结构更紧凑，进一步降低占地面积。在其他实施例中，蒸发式冷凝器11、水循环系统12、制冷剂增压系统2、室内热管背板系统31也可以分别单独配置控制系统。

结合图2、图4-7所示，制冷剂增压系统2可包括机柜27、设置于机柜27上用于与室内热管背板系统31连接的进气接口2741和出液接口2742、设置于机柜27上用于与室外换热系统1连接的出气接口2731和进液接口2732、设置于进气接口2741和出气接口2731之间用于为气态制冷剂增压的压缩机21、设置于进气接口2741和出气接口2731之间用于选择性旁通压缩机21的压缩机旁通管路211、设置于进液接口2732和出液接口2742之间用于存储液态制冷剂的储液罐23、设置于储液罐23和出液接口2742之间用于为液态制冷剂增压的至少一个制冷剂泵24、以及设置于该至少一个制冷剂泵24和压缩机21之间用于冷却压缩机21电机的压缩机冷却管路212。机柜27上还可设置有平衡管接口2743、2733，各制冷剂增压系统2之间可通过平衡管接口2743、2733相连，以平衡各制冷剂增压系统2之间的压力。

制冷剂增压系统2整机均采用室外防水要求，整机机体密闭。机柜27可包括分别安装在前后两侧的前门271和后门、以及分别安装在左右两侧的左侧板273和右侧板274，在本实施例中，左侧板273朝向室外换热系统1。前门271可拆卸，制冷剂泵24、供液泵26等从正面可以操作，利于维护。优选地，后门也为可拆卸门板，以使正面和背面都可以维护。用于驱动压缩机21的驱动器(通常为变频器)可设置有可拆卸结构，方便安装和维护。可以理解地，左侧板273和右侧板274也可以为可拆卸门板。

机柜27的内部可通过隔板275、276分隔出从下往上依次排列的第一层、第二层以及第三层。制冷剂泵24、供液泵26设置于第一层，以减小其运行过程中震动对系统的影响。第一层还可用于放置各类球阀和单向阀。储液罐23、供气罐28设置于第二层，利于对其液位和安全阀进行观察。压缩机21设置于第三层，利于避免吸气带液。用于冷却压缩机电机的膨胀阀226也放置在第三层。通过分层布置，各个器件具有较大的维护空间，便于安装和维护。可以理解地，球阀、单向阀、膨胀阀等各类阀门也可根据实际需求放置于第一层、第二层或第三层。

进气接口2741、出气接口2731、进液接口2732、出液接口2742、以及平衡管接口2743、2733均设置于第一层，并可通过可拆卸的方式与管路进行连接。在本实施例中，进气接口2741、出液接口2742、平衡管接口2743设置于右侧板274上，出气接口2731、进液接口2732、平衡管接口2733设置于左侧板273上。进气接口2741、出气接口2731、进液接口2732、出液接口2742、以及平衡管接口2743、2733可分别设置有一球阀，便于维护和隔离。

在一些实施例中，制冷剂增压系统2可包括至少两个并联的制冷剂泵24，该至少两个制冷剂泵24互为备份，可减少整个系统的故障率，提高系统的可靠性。制冷剂泵24可以为制冷剂采用氟利昂的氟泵，如R22、R410A、R134A或者R407C等，绝缘性好，且在常压下为气态，即使泄漏也不会有短路的安全隐患。储液罐23设置于制冷剂泵24的入口端，确保进入制冷剂泵24的是制冷剂液体。

该制冷剂增压系统还可包括用于安装电源线的强电电控盒291以及用于安装信号线的弱电电控盒292，强电电控盒291、弱电电控盒292分别安装于左侧板273、右侧板274上。强电电控盒291、弱电电控盒292分开设置，布局整洁，避免干扰。

左侧板273的下部设有用于供电源线走线的电源线走线接口2734，右侧板274的下部设有用于供信号线走线的信号线走线接口2744，方便与相应侧的电控盒进行接线，避免绕线。

再如图2所示，该制冷剂增压系统还可包括串联设置于压缩机旁通管路211上的第一单向阀221、与压缩机21串联的第二单向阀222、以及设置于进液接口2732和出液接口2742之间并与储液罐23和制冷剂泵24串联的第三单向阀223。第一单向阀221、第二单向阀222、第三单向阀223用于控制制冷剂的流动方向，防止回流。

在本实施例中，第二单向阀222可设置于压缩机21的入口端或出口端，第二单向阀222、压缩机21串联后与第一单向阀221并联。第一单向阀221、第二单向阀222的流动方向一致，能有效防止串流现象的产生。

在本实施例中，每一制冷剂泵24的出口端(也可以是入口端)均设置有一个第三单向阀223。在其他实施例中，进液接口2732和出液接口2742之间也可仅设置有一个第三单向阀223，该一个第三单向阀223可设置于储液罐23的入口端或该至少两个制冷剂泵24的出口端，或者也可设置于储液罐23和制冷剂泵24之间。

压缩机冷却管路212上可串联设置有电子膨胀阀226，从制冷剂泵24出来的液态制冷剂经膨胀阀226节流后，流向压缩机21，用于冷却压缩机21的电机。

压缩机21可以为气悬浮压缩机或磁悬浮压缩机。在本实施例中，压缩机21为气悬浮压缩机，更加高效节能。该制冷剂增压系统还可包括与压缩机21连接用于悬浮压缩机21转子的供气罐28、以及设置于储液罐23和供气罐28之间以将储液罐23中的液态制冷剂泵入供气罐28中的供液泵26。供气罐28的底部可设置有电加热器281，以将供气罐28中的液态制冷剂加热成具有一定压力值的气态制冷剂，以悬浮压缩机转子。通常，可根据供气罐28中制冷剂的压力来控制电加热器281的启停。

供液泵26可连接于制冷剂泵24的出口端，或者其可以连接于储液罐23和制冷剂泵24之间。供液泵26自储液罐23抽取液态制冷剂，泵入供气罐28，供气罐28中的液态制冷剂经电加热器281加热后，成为具有一定压力值的气态制冷剂流入压缩机腔体，以悬浮压缩机转子。通常，可通过检测供气罐28中的液位来控制供液泵26的启停。

该制冷剂增压系统还可包括与供液泵26、供气罐28串联的第四单向阀224，用于控制制冷剂的流动方向，防止回流。第四单向阀224可设置于供液泵26和供气罐28之间，或者其也可以设置于供气罐28的出口端或供液泵26的入口端。

本实用新型中的泵送相变制冷系统可按如下模式进行工作：

当室外温度较低时，蒸发式冷凝器11开启冷凝风机111，增强换热效果。此时，仅通过冷凝风机111的开启，即可将气态制冷剂冷凝为具有一定过冷度的液态制冷剂。

当室外温度高于第一设定值时，水循环系统12开启，通过开启喷淋水泵121，进一步将蒸发式冷凝器11内的气态制冷剂冷却为具有一定过冷度的液态制冷剂，增强蒸发式冷凝器11的换热效果。具体地，室内热管背板系统31内的液态制冷剂受热蒸发后，通过气管311流向制冷剂增压系统2，途径压缩机旁通管路211流向室外换热系统1，通过蒸发式冷凝器11和水循环系统12冷凝为具有一定过冷度的液态制冷剂，液体制冷剂流入制冷剂增压系统2中的储液罐23，经由制冷剂泵24加压后泵入室内热管背板系统31。

进一步的，当室外温度继续升高并高于第二设定值时，制冷剂增压系统2开启压缩机21，通过压缩机21压缩制冷剂制冷。具体地，室内热管背板系统31内的液态制冷剂受热蒸发后，通过气管311流向制冷剂增压系统2内的压缩机系统；压缩机21开启前，供液泵26先将储液罐23中的液态制冷剂泵入供气罐28中，供气罐28中的液态制冷剂通过电加热，加热成超过一定压力值的气态制冷剂后流入压缩机腔体，用以将压缩机21中的转子浮起，以满足压缩机21开启的条件；压缩机21开启后，气态制冷剂经过压缩机21增压后，再流入室外换热系统1，通过蒸发式冷凝器11和水循环系统12冷凝成具有一定过冷度的液态制冷剂，液体制冷剂流入制冷剂增压系统2中的储液罐23，经由制冷剂泵24加压后，通过液管312输送入室内热管背板系统31，达到给室内制冷降温的效果。

可以理解地，上述各技术特征可以任意组合使用而不受限制。

以上实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围；因此，凡跟本实用新型权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种泵送相变制冷系统，其特征在于，包括室内机(3)、至少一个制冷剂增压系统(2)以及至少一个室外换热系统(1)；

所述至少一个制冷剂增压系统(2)连接在所述室内机(3)和所述至少一个室外换热系统(1)之间，用于将所述室内机(3)中的气态制冷剂运送至所述至少一个室外换热系统(1)，以及将经所述至少一个室外换热系统(1)冷却后的液态制冷剂运送至所述室内机(3)；

每一所述室外换热系统(1)均包括用于将气态制冷剂冷凝为液态制冷剂的蒸发式冷凝器(11)以及用于对所述蒸发式冷凝器(11)中的气态制冷剂进行喷淋冷却的水循环系统(12)。

2.根据权利要求1所述的泵送相变制冷系统，其特征在于，所述室内机(3)包括至少一个室内热管背板系统(31)；

所述泵送相变制冷系统包括至少两个并联的室内热管背板系统(31)和/或至少两个并联的制冷剂增压系统(2)和/或至少两个并联的室外换热系统(1)。

3.根据权利要求1所述的泵送相变制冷系统，其特征在于，所述蒸发式冷凝器(11)与所述水循环系统(12)一体设置；

所述蒸发式冷凝器(11)包括塔体(112)、设置于所述塔体(112)顶部的至少一个冷凝风机(111)、以及设置于所述塔体(112)一侧的制冷剂进口(1121)和制冷剂出口(1122)；

所述水循环系统(12)包括安装于所述塔体(112)外侧的喷淋水泵(121)以及安装于所述塔体(112)外侧与所述喷淋水泵(121)连接的喷淋管(122)。

4.根据权利要求3所述的泵送相变制冷系统，其特征在于，所述塔体(112)的一侧还设有检修门(1126)、溢流口(1123)、补水口(1124)以及排污口(1125)；

所述制冷剂进口(1121)、制冷剂出口(1122)、喷淋水泵(121)、喷淋管(122)、检修门(1126)、溢流口(1123)、补水口(1124)以及排污口(1125)均位于所述塔体(112)的同一侧。

5.根据权利要求1所述的泵送相变制冷系统，其特征在于，所述泵送相变制冷系统还包括一体式控制系统，用于输出控制信号以控制所述蒸发式冷凝器(11)和/或所述水循环系统(12)和/或所述制冷剂增压系统(2)和/或所述室内机(3)；

所述一体式控制系统设置于所述蒸发式冷凝器(11)或所述制冷剂增压系统(2)或所述室内机(3)中。

6.根据权利要求1-5任一项所述的泵送相变制冷系统，其特征在于，每一所述制冷剂增压系统(2)均包括用于与所述室内机(3)连接的进气接口(2741)和出液接口(2742)、用于与所述蒸发式冷凝器(11)连接的出气接口(2731)和进液接口(2732)、设置于所述进气接口(2741)和所述出气接口(2731)之间用于为气态制冷剂增压的压缩机(21)、设置于所述进气接口(2741)和所述出气接口(2731)之间用于选择性旁通所述压缩机(21)的压缩机旁通管路(211)、设置于所述进液接口(2732)和所述出液接口(2742)之间用于存储液态制冷剂的储液罐(23)、以及设置于所述储液罐(23)和所述出液接口(2742)之间用于为所述液态制冷剂增压的制冷剂泵(24)。

7.根据权利要求6所述的泵送相变制冷系统，其特征在于，所述压缩机(21)为气悬浮压缩机，所述制冷剂增压系统还包括与所述压缩机(21)连接用于悬浮所述压缩机(21)转子的供气罐(28)、设置于所述储液罐(23)和所述供气罐(28)之间以将所述储液罐(23)中的液态制冷剂泵入所述供气罐(28)中的供液泵(26)、以及设置于所述供气罐(28)的底部以将所述液态制冷剂加热成具有一定压力值的气态制冷剂的电加热器(281)。

8.根据权利要求6所述的泵送相变制冷系统，其特征在于，所述制冷剂增压系统还包括串联设置于所述压缩机旁通管路(211)上的第一单向阀(221)、与所述压缩机(21)串联的第二单向阀(222)、以及设置于所述进液接口(2732)和所述出液接口(2742)之间并与所述储液罐(23)和所述制冷剂泵(24)串联的第三单向阀(223)。

9.根据权利要求6所述的泵送相变制冷系统，其特征在于，所述制冷剂增压系统还包括连接于所述制冷剂泵(24)和所述压缩机(21)之间用于冷却所述压缩机(21)电机的压缩机冷却管路(212)以及串联设置于所述压缩机冷却管路(212)上的膨胀阀(226)。

10.根据权利要求6所述的泵送相变制冷系统，其特征在于，所述制冷剂增压系统还包括机柜(27)，所述机柜(27)包括从下往上依次间隔设置的第一层、第二层以及第三层；

所述制冷剂泵(24)、供液泵(26)设置于所述第一层中，所述储液罐(23)、供气罐(28)设置于所述第二层中，所述压缩机(21)设置于所述第三层中；

所述进气接口(2741)、出气接口(2731)、进液接口(2732)、出液接口(2742)均设置于所述第一层。

Images