CN115096012A - 一种带气液中继器的制冷*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带气液中继器的制冷***，涉及制冷技术领域，包括依次连接的压缩机、第一蒸发式冷凝器、电子膨胀阀和气液中继器，气液中继器的第一冷媒出口与末端蒸发器的冷媒进口相连通并通过输送泵将冷媒通入末端蒸发器中；末端蒸发器的冷媒出口与气液中继器的第一冷媒进口相连通，气液中继器的第二冷媒出口与压缩机连通。本发明采用的是气液中继器作为中间容器，气液中继器取消了利用制冷剂与水进行热交换的换热器，为气液混合体提供过渡缓冲，确保流入蒸发器中为稳定的液态制冷剂，从而有效的防止液击现象。另外冷凝端采用了蒸发式冷凝器，通过水循环蒸发带走热量使冷媒冷凝，换热效率高，有效降低冷凝温度，提高制冷效率。

Description

一种带气液中继器的制冷***
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，特别涉及一种带气液中继器的制冷***。
背景技术
在数据中心等行业机房中，由于同时运行的电子设备多，散热量大，因而，为保证设备正常运行，不仅夏季需要制冷，同样，在冬季也需要制冷，尤其是在我国北方地区，冬季和春秋两季的室外空气干球温度较低，环境湿球温度也较低，在这种情况下仍然仅仅开启压缩机制冷将会导致电能的浪费，无法实现节能的目的。
另外，传统的制冷方式是采用冷冻水与冷媒进行热交换，并作为制冷介质进行冷却，由于水的热容比较小，故所需水流量大，输送设备的功率高，同时，换热过程中具有温升，使得相应制冷***的蒸发温度较低，压缩机功率高，节能效果差。
发明内容
针对背景技术中提到的技术问题，本发明提供了一种带气液中继器的制冷***。
本发明采用如下的技术方案：一种带气液中继器的制冷***，包括依次连接的压缩机、第一蒸发式冷凝器、电子膨胀阀和气液中继器，所述气液中继器的第一冷媒出口与末端蒸发器的冷媒进口相连通并通过输送泵将冷媒通入所述末端蒸发器中，以进行热交换；所述末端蒸发器的冷媒出口与所述气液中继器的第一冷媒进口相连通，所述气液中继器的第二冷媒出口与所述压缩机连通，从而形成冷媒流通的第一制冷回路。
进一步的，所述末端蒸发器的冷媒出口连接有第一制冷支路，所述第一制冷支路上连接有第一电子阀，所述第一制冷支路与所述压缩机并联，且与所述压缩机所在支路只能同时导通其中之一，当所述第一制冷支路导通时所述压缩机关闭，以形成冷媒流通的第二制冷回路。
进一步的，所述电子膨胀阀并联有第二电子阀，且当所述第一制冷回路为导通状态时，所述电子膨胀阀开启；当所述第二制冷回路为导通状态时，所述第二电子阀开启。
进一步的，所述末端蒸发器的冷媒出口与所述气液中继器的第一冷媒进口之间的连接管路上连接有第三电动阀，所述第三电动阀并联有第二制冷支路，所述第二制冷支路上连接有第二蒸发式冷凝器和第四电动阀，当所述第二制冷支路为导通状态时，所述依次连接的第二蒸发式冷凝器、气液中继器和末端蒸发器之间连通形成第三制冷回路。
进一步的，所述制冷***使用的冷媒为采用相变材料的制冷剂。
进一步的，所述末端蒸发器的数量为多台且彼此之间相互并联。
进一步的，所述蒸发式冷凝器为板片蒸发式冷凝器。
进一步的，所述压缩机采用无油离心式压缩机。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明设计的带气液中继器的制冷***，其在工作过程中，低温低压的冷媒气体经过压缩机压缩后变成高温高压气体，通过蒸发式冷凝器冷凝形成中温高压的液体，通入电子膨胀阀中，温度和压力急剧下降，体积迅速膨胀，形成低温低压的气液混合体后输入气液中继器中，并通过输送泵将冷媒直接通入末端蒸发器中进行换热，提高热交换效率。低温低压的液态冷媒在蒸发器内吸收周围热量成为低温低压气体，回到气液中继器中，并开始下一个制冷循环。本发明中间容器采用的是气液中继器，气液中继器取消了利用制冷剂与水进行热交换的换热器，为气液混合体提供过渡缓冲，确保流入蒸发器中为稳定的液态制冷剂，从而有效的防止液击现象。另外冷凝端采用了蒸发式冷凝器，通过水循环蒸发带走热量使冷媒冷凝，换热效率高，有效降低冷凝温度，提高制冷效率。
附图说明
图1为本发明带气液中继器的制冷***实施例一的整体结构示意图；
图2为本发明带气液中继器的制冷***实施例二的整体结构示意图；
其中：1-压缩机、2-第一蒸发式冷凝器、3-电子膨胀阀、4-气液中继器、5-末端蒸发器、6-输送泵、7-第一制冷支路、8-第一电子阀、9-第二电子阀、10-第三电动阀、11-第二制冷支路、12-第二蒸发式冷凝器、13-第四电动阀、
41-第一冷媒出口、42-第一冷媒进口、43-第二冷媒出口。
具体实施方式
以下，为了便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现参照附图来做进一步说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。
在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
请参见图1，本实施例提供的带气液中继器的制冷***，用于数据中心等行业的机房冷却作业，包括依次连接的压缩机1、第一蒸发式冷凝器2、电子膨胀阀3和气液中继器4，其中气液中继器4作为中间容器，其第一冷媒出口41与末端蒸发器5的冷媒进口相连通并通过输送泵6将液态冷媒通入末端蒸发器5中，以进行热交换，完成制冷作业。末端蒸发器5的冷媒出口与气液中继器4的第一冷媒进口42相连通，气液中继器4的第二冷媒出口43与压缩机1相连通。因而，在本实施例中，依次连接的压缩机1、第一蒸发式冷凝器2、电子膨胀阀3、气液中继器4和末端蒸发器5形成冷媒流通的第一制冷回路。
本实施例采用气液中继器4作为中间容器，取消了利用制冷剂与水进行热交换的换热器，为气液混合体提供过渡缓冲，确保流入末端蒸发器5中为稳定的液态制冷剂，从而有效的防止液击现象。
本实施例的末端区别于传统的水***利用显热换热的模式，而是通过冷媒直接蒸发，利用冷媒相变换热，这样热交换效果极大提高，也较大幅度的降低了蒸发冷凝温度差，缩小了压缩比，大幅提高了压缩机1的能效系数，同时也降低了输送泵6的能耗，实现大幅度节能的效果。另外，本实施例在具体实施时，冷媒为采用的是相变材料的制冷剂，例如氟利昂，利用制冷剂相变直接换热，提高制冷效率，避免制冷传递过程的换热温差损失。
在具体实施时，第一蒸发式冷凝器2为采用板式换热芯体的板片蒸发式冷凝器，通过水循环蒸发带走热量使冷媒冷凝，较常规水冷制冷方式和风冷制冷方式都不同幅度降低了冷凝温度，一方面能降低***压降，另一方面，能提高***的换热效率，有效降低冷凝温度，提高制冷效果。
在具体实施时，末端蒸发器5可以为并联的蒸发器，多台蒸发器对应一台输送泵6。当然，也可以设置成各台或部分对应一台输送泵6，在较大范围的机房内运转时，可以提高整体的换热效率。
值得一提的是，本实施例区别于传统的制冷***采用的涡旋压缩机或螺杆压缩机，传统的涡旋压缩机或螺杆压缩机使用润滑油进行驱动，一方面，当润滑油与制冷剂混合时，会影响制冷剂的换热效率，另一方面，这类压缩机的转速也不会太高，因而压缩效率较低。本实施例在具体实施时，其压缩机1采用的是无油离心式压缩机，如可采用磁悬浮离心式压缩机，这类压缩机可以达到高转速运行，压缩效率高，同时，采用无油化设计，无油膜热阻，进一步提高了换热效率。
本实施例的带气液中继器的制冷***工作过程中，低温低压的冷媒气体经过压缩机1压缩后变成高温高压气体，通过第一蒸发式冷凝器2冷凝形成中温高压的液体，通入电子膨胀阀3中，温度和压力急剧下降，体积迅速膨胀，形成低温低压的气液混合体后输入气液中继器4中，并通过输送泵6通入末端蒸发器5中。低温低压的液态冷媒在末端蒸发器5内吸收周围热量成为低温低压气体，回到气液中继器4中，并开始下一个制冷循环。
作为本实施例一的一种优化设计方案，请继续参阅图1，在末端蒸发器5的冷媒出口连接有第一制冷支路7，第一制冷支路7上连接有第一电动阀8，第一制冷支路7与压缩机1并联，且与压缩机1所在支路在只能同时导通其中之一，当第一制冷支路7导通时压缩机1关闭，以形成冷媒流通的第二制冷回路。本实施例通过压缩机1设置第一制冷支路7，进而在气候较为凉爽的季节，可以选择导通第一制冷支路7并断开压缩机1以进行自然冷却模式。如图1所示，在自然冷却模式时，第一电动阀8打开，压缩机1关闭，冷媒的流动方向为自末端蒸发器5流出，经过第一电动阀8，再依次经过第一蒸发式冷凝器2冷凝、通入电子膨胀阀3中，温度和压力急剧下降，体积迅速膨胀，形成低温低压的气液混合体后输入气液中继器4中，并通过输送泵6再回到末端蒸发器5中，实现自然冷却模式下的循环，从而达到大幅度节能的效果。
需要说明的是，在本实施例的优化方案中，第一电动阀8的控制可通过环境湿球温度和气液中继器压力共同实现，具体实施时，可设置在环境湿球温度低于设定阈值T1时，第一电动阀8自动开启，而压缩机1自动停止运行，当气液中继器4中的压力高于设定阈值P1时，第一电动阀8自动关闭，压缩机1自动启动，***能根据环境湿球温度和气液中继器压力的变化，自动实现压缩机制冷模式和自然冷却模式的切换，从而在***的运行方面能进一步实现节能效果。
本实施例中，电子膨胀阀3还可以同时并联一个第二电动阀8，且当第一制冷回路为导通状态时，电子膨胀阀3开启，此时第二电动阀8处于关闭状态，制冷***启动压缩机制冷模式；当第二制冷回路为导通状态时，第二电动阀8开启，此时电子膨胀阀3处于关闭状态，此时只能***处于自然冷却状态，压缩机1和电子膨胀阀3同时停止运行，最大限度使用自然冷源，降低能耗。
通过上述优化方案的设计，本实施例一在夏季运行压缩机制冷模式，在春秋凉爽季节运行自然冷却模式，运行模式可以结合气象参数和机组自身的特性参数，在控制***控制下运行，在满足温度控制的基础上，同时实现节能的目的。本优化方案的实施例提高了数据中心等行业的机房制冷循环的效率，能充分利用室外低温来对***内循环的制冷剂进行直接冷却，从而减少了压缩机1的功率。
实施例二：
本实施例与实施例一相同之处这里就不做赘述。请参见图2为本发明带气液中继器的制冷***实施例二的整体结构示意图，与上述实施例一的不同之处在于，本实施例二中，末端蒸发器5的冷媒出口与气液中继器4的第一冷媒进口42之间的连接管路上连接有第三电动阀10，且第三电动阀10并联有第二制冷支路11，第二制冷支路11上连接有第二蒸发式冷凝器12和第四电动阀13，本实施例中，第二蒸发式冷凝器12同样采用板式换热芯体的板片蒸发式冷凝器。
当第二制冷支路11为导通状态时，依次连接的第二蒸发式冷凝器12、气液中继器4和末端蒸发器5之间连通形成第三制冷回路，即本实施例通过新增一台第二蒸发式冷凝器12，实现了混合制冷的模式，压缩机制冷循环和自然冷却循环能同时工作，更进一步提高制冷效果。
本实施例二在压缩机制冷模式时，第三电动阀10开启，第四电动阀13关闭，此时，第二制冷支路11处于断开状态，冷媒的流动方向如上述实施例一中所说明的，低温低压的冷媒气体经过压缩机1压缩后变成高温高压气体，通过第一蒸发式冷凝器2冷凝形成中温高压的液体，通入电子膨胀阀3中，形成低温低压的气液混合体后输入气液中继器4中，并通过输送泵6通入末端蒸发器5中。低温低压的液态冷媒在末端蒸发器5内吸收周围热量成为低温低压气体，回到气液中继器4中，并开始下一个制冷循环，此时***可以理解成处于纯压缩机制冷模式下的运行状态。
本实施例二在自然冷却模式时，第三电动阀10关闭，第四电动阀13开启，此时，第二制冷支路11处于开启状态，压缩机1自动关闭。冷媒的流动方向如上述实施例一所述，自末端蒸发器1流出，由第二蒸发式冷凝器12进行冷凝后直接输入气液中继器4中，并通过输送泵6再回到末端蒸发器5中，从而实现自然冷却模式下的循环，此时***可以理解成处于纯自然冷却模式下的运行状态。
当然本实施例二的创新点在于，在上述纯自然冷却模式下，***可以结合气象参数和机组自身的特性参数判断来实现压缩机制冷模式的同步开启，此时***则处于混合制冷模式运行，也即，***可以在利用自然冷源运行自然冷却模式下的同时，也可以同步实现压缩机制冷模式同步制冷，以进一步提高制冷***的制冷效果。
具体实施时，电动阀1和电动阀2的控制由环境湿球温度和气液中继器4压力实现。
例如，当环境湿球温度高于设定阈值T1时，第三电动阀10开启，第四电动阀13关闭，第二蒸发式冷凝器12停止工作，压缩机1启动，***运行压缩机制冷模式。
在环境湿球温度低于设定阈值T1时，第三电动阀10关闭，第四电动阀13开启，第二蒸发式冷凝器2开启，此时压缩机1不停机，***运行混合制冷模式；
当环境湿球温度低于设定值T2(T2<T1)时，说明温度进一步降低，在上述混合制冷模式下，压缩机1停止运行，第一蒸发式冷凝器2也同步停机，***此时只运行自然冷却模式；另外，当气液中继器的压力高于设定值P1时，压缩机1再次启动，第一蒸发式冷凝器启动，***可以再次回到混合制冷模式。
由上述描述可知，本实施例的制冷***，可以根据季节变化实现多种制冷运行模式，如在夏季运行压缩机制冷模式，在春秋季节运行混合制冷模式，冬季运行自然冷却模式，运行模式可以结合气象参数和机组自身的特性参数，进行自动控制运行，在满足温度控制的基础上，同时实现节能的目的。
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种带气液中继器的制冷***，其特征在于，包括依次连接的压缩机、第一蒸发式冷凝器、电子膨胀阀和气液中继器，所述气液中继器的第一冷媒出口与末端蒸发器的冷媒进口相连通并通过输送泵将冷媒通入所述末端蒸发器中，以进行热交换；所述末端蒸发器的冷媒出口与所述气液中继器的第一冷媒进口相连通，所述气液中继器的第二冷媒出口与所述压缩机连通，从而形成冷媒流通的第一制冷回路。
2.根据权利要求1所述的带气液中继器的制冷***，其特征在于，所述末端蒸发器的冷媒出口连接有第一制冷支路，所述第一制冷支路上连接有第一电动阀，所述第一制冷支路与所述压缩机并联，且与所述压缩机所在支路只能同时导通其中之一，当所述第一制冷支路导通时所述压缩机关闭，以形成冷媒流通的第二制冷回路。
3.根据权利要求2所述的带气液中继器的制冷***，其特征在于，所述电子膨胀阀并联有第二电动阀，且当所述第一制冷回路为导通状态时，所述电子膨胀阀开启；当所述第二制冷回路为导通状态时，所述第二电动阀开启。
4.根据权利要求1所述的带气液中继器的制冷***，其特征在于，所述末端蒸发器的冷媒出口与所述气液中继器的第一冷媒进口之间的连接管路上连接有第三电动阀，所述第三电动阀并联有第二制冷支路，所述第二制冷支路上连接有第二蒸发式冷凝器和第四电动阀，当所述第二制冷支路为导通状态时，所述依次连接的第二蒸发式冷凝器、气液中继器和末端蒸发器之间连通形成第三制冷回路。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的带气液中继器的制冷***，其特征在于，所述制冷***使用的冷媒为采用相变材料的制冷剂。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的带气液中继器的制冷***，其特征在于，所述末端蒸发器的数量为多台且彼此之间相互并联。
7.根据权利要求1至4中任意一项所述的带气液中继器的制冷***，其特征在于，所述蒸发式冷凝器为板片蒸发式冷凝器。
8.根据权利要求1至4中任意一项所述的带气液中继器的相变制冷***，其特征在于，所述压缩机采用无油离心式压缩机。
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