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CN112880244A - 一种带自由冷却两相流空调系统 - Google Patents

一种带自由冷却两相流空调系统 Download PDF

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CN112880244A
CN112880244A CN202110114577.5A CN202110114577A CN112880244A CN 112880244 A CN112880244 A CN 112880244A CN 202110114577 A CN202110114577 A CN 202110114577A CN 112880244 A CN112880244 A CN 112880244A
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air conditioning
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phase flow
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查晓冬
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Suzhou Bse Air Conditioner Co ltd
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Suzhou Bse Air Conditioner Co ltd
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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Abstract

本发明公开了一种带自由冷却两相流空调系统，包含至少一个压缩机，一个冷凝器，一个节流装置，一个低压循环桶，一个制冷剂循环泵，至少一个直膨流量调节装置，至少一个直膨式蒸发器，及用于切换运行工况的若干控制阀门，本装置通过液泵增压实现蒸发器的满液运行，提高蒸发器的使用效率，同时在室外低环境温度时，停止压缩机的运行，通过阀切换实现自由冷却，进一步降低冷却能耗，提高社会资源的利用率。

Description

一种带自由冷却两相流空调系统
技术领域
本发明涉及一种带自由冷却两相流空调系统，属于制冷与空调技术领域。
背景技术
随着数据中心的紧凑性越来越提高，传统空调冷却系统的能耗也越来越大，数据中心的冷却能耗逐步成为数据中心运营商的重要支出，降低数据中心的冷却能耗是衡量一个数据中心管理水平的重要标志。
传统含油轴承的润滑油随着制冷剂循环，为了保证压缩机的运行安全可靠，因此传统的数据中心主要采用纯水或乙二醇水溶液作为载冷剂的二次冷却换热方法，通过冷冻水泵将冷水输送到数据中心的机间空调，通过空气冷却或热管的形式将数据中心内部产生的热量传递给冷水，冷水升温后回到冷水机降温后形成热传递循环。
由于采用纯水或乙二醇水溶液作为载冷剂，虽然水的比热容较高，但其载热形式仍然是显热载热，载热能力差，载冷剂吸热后温度上升，降低了换热温差，载冷剂的循环量大，载冷剂的循环泵功耗也很大。
另外，数据中心应用还有通过直接膨胀的方式进行换热的制冷系统，为了防止压缩机回液，往往需要通过蒸发器出口过热度的方式进行流量控制，蒸发器末段往往是显热换热为主，换热器在此时换热系数极低，换热器面积利用效率很低。
而且，当环境温度较低时，制冷循环冷凝温度有可能低于蒸发温度，主动制冷循环不能安全运行，传统的自由冷却系统切换困难，启动温差要求高，因此自由冷却利用率较低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，结合数据中心全年工作时间长的特点，提供一种带有自由冷却的制冷系统。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种带自由冷却两相流空调系统，包括，至少一个压缩机，一个冷凝器，一个节流装置，一个低压循环桶，一个制冷剂循环泵，一个流量调节装置，至少一个蒸发器，及用于切换运行工况的若干制冷剂控制阀门；通过改变制冷剂控制阀门的开闭状态改变制冷剂流通通路以使空调系统在主动制冷及自由冷却两种运行模式之间切换：
所述主动制冷模式下：
形成制冷剂依次从压缩机流经冷凝器、节流装置、低压循环桶、制冷剂循环泵、流量调节装置、蒸发器、低压循环桶再回到压缩机的制冷循环；
所述自由冷却模式下：
形成制冷剂依次从蒸发器流经冷凝器、制冷剂循环泵、制冷剂控制阀门再回到蒸发器的制冷循环。
优选地，本发明的带自由冷却两相流空调系统，所述压缩机为无油压缩机。
优选地，本发明的带自由冷却两相流空调系统，所述冷凝器为蒸发式冷凝器。
优选地，本发明的带自由冷却两相流空调系统，所述制冷剂循环泵为容积式液泵。
优选地，本发明的带自由冷却两相流空调系统，所述制冷剂循环泵为离心式液泵。
优选地，本发明的带自由冷却两相流空调系统，所述制冷剂为R134a。
优选地，本发明的带自由冷却两相流空调系统，所述冷凝器的出液端还设置有储液桶，所述冷凝器流出的制冷剂先流入所述储液桶中，再流入所述低压循环桶或者制冷剂循环泵。
优选地，本发明的带自由冷却两相流空调系统，所述制冷剂控制阀门均为电磁阀或者电动阀，受电控系统控制而开启或者关闭。
本申请的技术方案的特点和进步主要体现在：
本申请的带有自由冷却的制冷系统，通过低压循环桶对蒸发器回气进行气液分离，未相变的制冷剂液体通过液泵加压，克服管路阻力进入蒸发器进一步换热蒸发，通过这一设计，可以通过调节制冷剂在蒸发器内的流量，制冷剂在蒸发器出口处仍保留一部分液体，根据实际运行的状况调整液体的比例，最大程度上增大蒸发器内制冷剂沸腾换热面积，降低换热温差，提高系统的运行效率。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1为实施例1的制冷系统的直接制冷模式的流程图；
图2为实施例1的制冷系统的自由冷却模式的流程图；
图3为实施例2的带储液器的制冷系统的直接制冷模式的流程图；
图4为实施例2的带储液器的制冷系统的自由冷却模式的流程图。
其中：
1 压缩机；
2 冷凝器；
3 节流装置；
4 低压循环桶；
5 第一阀门；
6 第二阀门；
7 制冷剂循环泵；
8 流量调节装置；
9 蒸发器；
10 第三阀门；
11 第二入口；
12 第二出口；
13 第一入口；
14 第一出口；
15 第四阀门；
16 储液桶。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种带自由冷却两相流空调系统，包括：
一个压缩机1，一个冷凝器2，一个节流装置3，一个低压循环桶4，一个制冷剂循环泵7，至少一个流量调节装置8，至少一个蒸发器9，及用于切换运行工况的四个制冷剂控制阀门(分别为第一阀门5，第二阀门6，第三阀门10，第四阀门15，制冷剂控制阀门可以选择电磁阀或者电动阀)，通过改变制冷剂控制阀门的开闭状态改变制冷剂流通通路以使空调系统在主动制冷及自由冷却两种运行模式之间切换：
第一阀门5，第二阀门6，第三阀门10，第四阀门15优选为电磁阀，可以通过电控系统的控制而开启或者关闭；通过改变制冷剂控制阀门的开闭状态改变制冷剂流通通路以使空调系统在主动制冷及自由冷却两种运行模式之间切换；
所述主动制冷模式下，如图1所示：
关闭第二阀门6、第三阀门10；打开第一阀门5、第四阀门15；
形成压缩机1-冷凝器2-节流装置3-低压循环桶4-制冷剂循环泵7-流量调节装置8-蒸发器9-低压循环桶4-压缩机1的制冷循环；
具体地，冷凝剂从压缩机进口进入压缩机1，冷凝剂被压缩后成为高温高压的气体经过压缩机出口及连接管路进入冷凝器2，在冷凝器2内被冷却成为高压中温的液体，自冷凝器2出口排出，通过连接管在节流装置3处降压降温，成为低温低压的气液混合状态，进入从第一入口13进入低压循环桶4，气液两相制冷剂在低压循环桶4中分离，其中液态制冷剂通过低压循环桶4的第一出口14流出，经过制冷剂控制阀门5后，进入制冷剂循环泵7，通过制冷剂循环泵7升压后，进入流量调节装置8调整流量，然后进入蒸发器9进行换热，换热后的第四阀门15后从第二入口11进入低压循环桶4进行气液分离，气体经过低压循环桶4的第二出口12经连接管路进入压缩机，形成制冷循环。
所述自由冷却模式下，如图2所示：
压缩机1停止运行，第二阀门6、第三阀门10打开，第一阀门5、第四阀门15关闭，节流装置3关闭；
形成蒸发器9-冷凝器2-制冷剂循环泵7-流量调节装置8-蒸发器9的制冷循环；
具体地，冷凝剂在蒸发器9内吸热后，通过连接管路进入冷凝器2，在冷凝器2内被冷却成为中温的液体，自冷凝器出口排出，通过连接管经第二阀门6后，进入制冷剂循环泵7，通过制冷剂循环泵7升压后，进入流量调节装置8调整流量，然后进入蒸发器9进行换热，形成制冷循环。
作为一种具体的可选的实施方式，所述压缩机为无油压缩机。
作为一种具体的可选的实施方式，所述冷凝器2为蒸发式冷凝器。
优选地，所述制冷剂循环泵7为容积式液泵或者离心式液泵。
优选地，所述制冷剂为R134a等各类常见的制冷剂。
实施例2
本实施例提供一种带自由冷却两相流空调系统，包括：
一个压缩机1，一个冷凝器2，一个节流装置3，一个低压循环桶4，一个制冷剂循环泵7，至少一个流量调节装置8，至少一个蒸发器9，至少一个储液桶16，及用于切换运行工况的四个制冷剂控制阀门(分别为第一阀门5，第二阀门6，第三阀门10，第四阀门15)，通过改变制冷剂控制阀门的开闭状态改变制冷剂流通通路以使空调系统在主动制冷及自由冷却两种运行模式之间切换：
第一阀门5，第二阀门6，第三阀门10，第四阀门15优选为电磁阀，可以通过电控系统的控制而开启或者关闭；通过改变制冷剂控制阀门的开闭状态改变制冷剂流通通路以使空调系统在主动制冷及自由冷却两种运行模式之间切换；
所述主动制冷模式下，如图3所示：
关闭第二阀门6、第三阀门10；打开第一阀门5、第四阀门15；
形成压缩机1-冷凝器2-储液桶16-节流装置3-低压循环桶4-制冷剂循环泵7-流量调节装置8-蒸发器9-低压循环桶4-压缩机1的制冷循环；
具体地，冷凝剂从压缩机进口进入压缩机1，冷凝剂被压缩后成为高温高压的气体经过压缩机出口及连接管路进入冷凝器2，在冷凝器2内被冷却成为高压中温的液体，自冷凝器2出口排出，并从第一入口13进入储液桶16内，而后再由储液桶16的第一出口14排出，通过连接管在节流装置3处降压降温，成为低温低压的气液混合状态，从第二入口11进入低压循环桶4，气液两相制冷剂在低压循环桶4中分离，其中液态制冷剂通过低压循环桶4的第二出口12流出，经过制冷剂控制阀门5后，进入制冷剂循环泵7，通过制冷剂循环泵7升压后，进入流量调节装置8调整流量，然后进入蒸发器9进行换热，换热后的制冷剂经第四阀门15后进入低压循环桶4进行气液分离，气体经过低压循环桶4的第二出口12流出，经连接管路进入压缩机1，形成制冷循环。
所述自由冷却模式下，如图4所示：
压缩机1停止运行，第二阀门6、第三阀门10打开，第一阀门5、第四阀门15关闭，节流装置3关闭；
形成蒸发器9-冷凝器2-储液桶16-制冷剂循环泵7-流量调节装置8-蒸发器9的制冷循环；
具体地，冷凝剂在蒸发器9内吸热后，通过连接管路进入冷凝器2，在冷凝器2内被冷却成为中温的液体，自冷凝器出口排出进入储液桶16内，储液桶16通过连接管经第二阀门6后，进入制冷剂循环泵7，通过制冷剂循环泵7升压后，进入流量调节装置8调整流量，然后进入蒸发器9进行换热，形成制冷循环。
需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，文中所提方案只是便于技术人员理解的实例，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种带自由冷却两相流空调系统，其特征在于，包括，至少一个压缩机(1)，一个冷凝器(2)，一个节流装置(3)，一个低压循环桶(4)，一个制冷剂循环泵(7)，一个流量调节装置(8)，至少一个蒸发器(9)，及用于切换运行工况的若干制冷剂控制阀门；通过改变制冷剂控制阀门的开闭状态改变制冷剂流通通路以使空调系统在主动制冷及自由冷却两种运行模式之间切换：
所述主动制冷模式下：
形成制冷剂依次从压缩机(1)流经冷凝器(2)、节流装置(3)、低压循环桶(4)、制冷剂循环泵(7)、流量调节装置(8)、蒸发器(9)、低压循环桶(4)再回到压缩机(1)的制冷循环；
所述自由冷却模式下：
形成制冷剂依次从蒸发器(9)流经冷凝器(2)、制冷剂循环泵(7)、流量调节装置(8)再回到蒸发器(9)的制冷循环。
2.根据权利要求1所述的带自由冷却两相流空调系统，其特征在于，所述压缩机为无油压缩机。
3.根据权利要求1所述的带自由冷却两相流空调系统，其特征在于，所述冷凝器(2)为蒸发式冷凝器。
4.根据权利要求1所述的带自由冷却两相流空调系统，其特征在于，所述制冷剂循环泵(7)为容积式液泵。
5.根据权利要求1所述的带自由冷却两相流空调系统，其特征在于，所述制冷剂循环泵(7)为离心式液泵。
6.根据权利要求1所述的带自由冷却两相流空调系统，其特征在于，所述制冷剂为R134a。
7.根据权利要求1-6任一项所述的带自由冷却两相流空调系统，其特征在于，所述冷凝器(2)的出液端还设置有储液桶(16)，所述冷凝器(2)流出的制冷剂先流入所述储液桶(16)中，再流入所述低压循环桶(4)或者制冷剂循环泵(7)。
8.根据权利要求1-7任一项所述的带自由冷却两相流空调系统，其特征在于，所述制冷剂控制阀门均为电磁阀或者电动阀，受电控系统控制而开启或者关闭。
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