CN221036246U - 一种气液混合动力型热管复合式制冷*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种气液混合动力型热管复合式制冷***，包括：依次连接成循环回路的气动压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器，所述循环回路上与所述气动压缩机还并联设置有氟泵。本实用新型的有益效果是复合式制冷机组具有4种运行模式：氟泵制冷循环模式、氟泵制冷循环+气相动力型热管循环模式、气相动力型热管循环模式以及蒸气压缩制冷循环模式，根据室内外温度，制冷机组自动切换循环运行模式；此复合式制冷***将氟泵技术、气相动力型热管技术以及蒸汽压缩制冷技术相融合，形成了三者优势互补的新型节能冷却技术，充分利用自然冷源，提高运行效率，实现节能运行，并突破室内、外机组安装位置的限制瓶颈。

Description

一种气液混合动力型热管复合式制冷***

技术领域

本实用新型涉及制冷技术领域，尤其涉及一种气液混合动力型热管复合式制冷***。

背景技术

传统蒸气压缩制冷循环中低温低压的过热气体进入气动压缩机吸气侧，经压缩后变成高温高压气体排出并进入冷凝器，在冷凝器中被外界冷源冷却为中温高压过冷液体，后经节流装置节流变为低温低压两相流体进入蒸发器中，吸收热量后变为低温低压过热气体吸入气动压缩机并再次进行循环。其压焓图如图2所示，压焓图以绝对压力为纵坐标，以焓值为横坐标，制冷循环为一个先增压再降压的过程，该过程需要消耗较大的能耗，故能效比COP(co-eff icient of performance)较低。图2-3中：字母代表完结状态，A-B过程在压缩机中发生，B-C过程在冷凝器中发生，C-D过程在膨胀阀中发生，D-A过程在蒸发器中发生。

当制冷循环外界环境逐渐改善时，如室外环境温度降低可使用自然冷却替代或部分替代机械压缩制冷，使得冷凝压力降低，即整个循环图冷凝压力线逐渐下降，蒸发压力线基本维持不变，则循环图逐渐趋近热管循环(图3所示)，甚至达到热管循环状态，故可以理解为，热管循环是制冷循环最理想、最原始的状态，也是能耗最小的状态，只是由于室外环境条件不足，导致原有的热管循环要产生制冷目的，必须采用先增压再降压的方式偏离其本来循环，但只要外界环境足够，制冷循环就会逐渐趋向热管循环。

如何充分利用自然冷源，提高运行效率，实现节能运行，并突破室内、外机组安装位置的限制瓶颈是目前亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种气液混合动力型热管复合式制冷***，将氟泵技术、气相动力型热管技术以及蒸汽压缩制冷技术相融合，形成了三者优势互补的新型节能冷却技术，解决如何充分利用自然冷源，提高运行效率，实现节能运行，并突破室内、外机组安装位置的限制瓶颈的问题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种气液混合动力型热管复合式制冷***，包括：依次连接成循环回路的气动压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器，所述循环回路上与所述气动压缩机还并联设置有氟泵。

本实用新型的有益效果是：复合式制冷机组具有4种运行模式：氟泵制冷循环模式(简称：氟泵模式)、氟泵制冷循环+气相动力型热管循环模式(简称：氟泵+气动热管模式)、气相动力型热管循环模式(简称：气动热管模式)以及蒸气压缩制冷循环模式(简称：机械制冷模式)，根据室内外温度，制冷机组自动切换循环运行模式。此复合式制冷***将氟泵技术、气相动力型热管技术以及蒸汽压缩制冷技术相融合，形成了三者优势互补的新型节能冷却技术，充分利用自然冷源，提高运行效率，实现节能运行，并突破室内、外机组安装位置的限制瓶颈。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述节流装置包括：电磁阀和膨胀阀，所述电磁阀与所述膨胀阀并联设置。

采用上述进一步方案的有益效果是：将电磁阀与膨胀阀并联设置，使得通过切换电磁阀以及膨胀阀的开启或关闭实现不同模式的切换。

进一步，所述节流装置与并联设置的所述气动压缩机和所述氟泵集成于一体构成制冷机组。

采用上述进一步方案的有益效果是：将节流装置与气动压缩机和氟泵集成一体设置，结构更加紧凑，可直接安装于不同的应用场景。

进一步，所述冷凝器为水冷冷却塔、风冷冷却塔或蒸发冷却塔；

所述蒸发器包括：房间级精密空调、列间空调、背板式精密空调和/或顶置式冷媒相变末端；

所述蒸发器分别通过一对冷媒管连接所述制冷机组的一端，所述制冷机组的另一端分别通过另一对所述冷媒管连接所述冷凝器。

采用上述进一步方案的有益效果是：制冷***可耦合风冷、水冷及蒸发冷却三种冷源，搭配不同的末端形式，适用范围广，应用地域多，在不同的气候区都有较好的节能效果。

附图说明

图1为现有技术的蒸汽压缩制冷循环原理图；

图2为现有技术的蒸汽压缩制冷循环压焓图；

图3为现有技术的热管制冷循环压焓图；

图4为本实用新型复合式制冷循环原理图；

图5为本实用新型水冷型***示意图；

图6为本实用新型风冷型***示意图；

图7为本实用新型蒸发冷型***示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、电磁阀，2、膨胀阀，3、蒸发器，4、气动压缩机，5、氟泵，6、冷凝器，7、节流装置，8、冷媒管，9、冷却水管，10、压缩机。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

在本实用新型的一种实施例中，如图4所示，一种气液混合动力型热管复合式制冷***，包括：依次连接成循环回路的气动压缩机4、冷凝器6、节流装置7和蒸发器3，循环回路上与气动压缩机4还并联设置有氟泵5；在工作过程中，气动压缩机4与氟泵5可按照使用需求同时或不同时启动。

将氟泵技术、气相动力型热管技术以及蒸汽压缩制冷技术相融合，氟泵技术即采用氟泵5制冷循环，气相动力型热管技术以及蒸汽压缩制冷技术即采用气动压缩机4制冷循环，其原理图如图4所示。与如图1所示的传统蒸气压缩制冷空调***相比，本方案对制冷***的管路、冷凝器和阀门等部件进行更新设计与优化布局，增设了氟泵5以实现氟泵制冷循环，使其结构变为氟泵循环支路与气动压缩机循环支路。在本实施例中，气动压缩机4亦可作为气体增压泵使用，利用压缩机的变压比特性，在室外温度较低时以低压比运行为气相动力型热管***提供循环动力。在室外温度较高时，以较高的压比运行蒸汽压缩制冷循环。在本实施例中，低压比和高压比均为相对值，氟泵制冷循环、气相动力型热管循环与蒸汽压缩制冷循环共用蒸发器3、冷凝器6与节流装置7。

上述方案中复合式制冷机组具有4种运行模式：氟泵制冷循环模式(简称：氟泵模式)、氟泵制冷循环+气相动力型热管循环模式(简称：氟泵+气动热管模式)、气相动力型热管循环模式(简称：气动热管模式)以及蒸气压缩制冷循环模式(简称：机械制冷模式)，根据室内外温度，制冷机组自动切换循环运行模式。此复合式制冷***将氟泵技术、气相动力型热管技术以及蒸汽压缩制冷技术相融合，形成了三者优势互补的新型节能冷却技术，充分利用自然冷源，提高运行效率，实现节能运行，并突破室内、外机组安装位置的限制瓶颈。

具体的，为了利用室外自然冷源，在传统的制冷***中，会在压缩机的并联的支路上不安装设备，仅设置一旁通管，内装有制冷剂，在循环过程中，需要依靠重力循环，因此，需要设置室外的冷凝器比室内的蒸发器要高，才能使得制冷剂通过重力往下游流动，然后通过蒸发相变等，回到室外冷凝器。在传统的制冷***中，必须保证室外冷凝器比室内的蒸发器要高，同时它们两个之间的长度不能太长。

在本实施例中，通过氟泵5的设置，增加了循环的动力，因此不需要限定室外冷凝器与室内蒸发器的安装高度，以及距离的长短，即突破了室内、外机组安装位置的限制瓶颈。

如图4所示，节流装置7包括：电磁阀1和膨胀阀2，电磁阀1和膨胀阀2并联设置。

上述方案中，将电磁阀1与膨胀阀2并联设置，使得通过切换电磁阀1以及膨胀阀2的开启或关闭实现不同模式的切换。

如图4所示，在具体制造过程中，可将节流装置7与并联设置的气动压缩机4和氟泵5集成一体设置，集成一体设置的上述构件构成复合型制冷机组，可直接应用。

上述方案中，将节流装置7与气动压缩机4和氟泵5集成一体设置，结构更加紧凑，可直接安装于不同的应用场景。

如图5-7所示，在本***中可耦合风冷、水冷及蒸发冷却三种冷源，其中冷源即为冷凝器6，在本实施例中，冷凝器6为水冷冷却塔、风冷冷却塔或蒸发冷却塔。

其具体的连接方式为：蒸发器3分别通过一对冷媒管8连接制冷机组的一端，制冷机组的另一端同样分别通过另一对冷媒管8连接冷凝器6，每对冷媒管8内的制冷剂的流动方向和温度均不同。

如图5所示，当冷源采用水冷冷却塔时，水冷冷却塔与所述制冷机组之间还设置有换热器，水冷冷却塔通过冷却水管9连接换热器的一端，换热器的另一端通过冷媒管8连接制冷机组；在本实施例中，换热器可采用外置板式换热器或外置壳管式换热器。

采用冷却塔自然冷却的极限温度为室外湿球温度，水冷式***使用水作为传热媒介，与外置的换热器相连接，通过温差传热的方式将机组出来的冷媒进行冷却，从而实现热量向外界的搬运。

具体的，当冷源采用风冷冷却塔时，冷却塔自然冷却的极限温度为室外干球温度，风冷式制冷***使用冷媒作为传热媒介，将外界冷空气作为冷源。风冷冷凝器与复合式制冷机组相连接，通过温差传热的方式带走冷媒的热量，将冷媒进行冷却降温。

具体的，当冷源采用蒸发冷却时，冷却塔自然冷却的极限温度为室外湿球温度，蒸发冷凝式制冷***采用冷媒作为传热媒介，利用水汽化产生的潜热来实现散热并冷凝制冷剂，即喷淋在冷凝器表面的水与室外干冷空气接触，液态水蒸发为汽态，带走冷凝器表面的热量，从而将冷凝器中的制冷剂进行冷却。

其中，末端形式也有多个选择，末端的室内机即为蒸发器3，蒸发器3包括：房间级精密空调、列间空调、背板式精密空调和/或顶置式冷媒相变末端，上述形式的末端室内机可以按需选用一个或进行多种形式的混用。例如：

形式一：房间级精密空调

常用余压(Pa):150-200Pa；

能效比(kW/kW)：16；

气流组织形式：房间级气流组织是先冷却房间环境再冷却机柜的热处理方法，对整个房间进行制冷送风。数据中心最常见的开放通道架空地板下送风采用大功率的精密空调进行制冷，机柜采用面对面、背对背布置，通过将空调送风口设置在高架地板内部，经由地板格栅将冷风送入房间及机柜进风口处，机柜排出的热风经由房间回到精密空调，整个制冷过程通过房间完成。

形式二：列间空调

常用余压(Pa):20-50Pa；

能效比(kW/kW)：25；

气流组织形式：与房间级相比，行列级空调送风更靠近机柜，通过封闭通道可以将制冷空调和机柜连接起来，是对同一行、列的机柜进行制冷送风的方式。列间空调加封闭冷通道送风免去了架空地板和精密空调，直接将列间空调设置在机柜之间，采用封闭通道的方式将空调送风口和机柜进风口封闭，使冷热气流分隔开，进而有效地提高冷却效率，此外还有将机柜出风口与空调回风口连接的封闭热通道送风方式。

形式三：背板式精密空调

常用余压(Pa):0-20Pa；

能效比(kW/kW)：60；

气流组织形式：背板式精密空调先冷却机柜内部再冷却房间，直接安装在机柜内部对IT设备制冷，整个送回风过程均是在机柜内部完成。

形式四：顶置式冷媒相变末端

常用余压(Pa):30-50Pa；

能效比(kW/kW)：20；

气流组织形式：顶置式作为房间级气流组织的一种形式，其利用原空调顶部空间，安装在其顶部，增加冷源换热器。不改变原有末端的送风方式，与原***形成双冷源，安全性高，可实施性强。

上述方案中的制冷***可耦合风冷、水冷及蒸发冷却三种冷源，搭配不同的末端形式，适用范围广，应用地域多，在不同的气候区都有较好的节能效果。

制冷***的工作过程为：

将气动压缩机4、冷凝器6、节流装置7和蒸发器3串联连接成循环回路，并将氟泵5与气动压缩机4并联设置；

根据室外空气干球温度，制冷***切换不同的循环模式。

具体的，根据室外空气干球温度，制冷***切换不同的循环模式的步骤包括：

当室外空气干球温度tw≤0℃时，制冷***切换为氟泵制冷循环模式；

当室外空气干球温度0℃<tw≤4℃时，制冷***切换为氟泵制冷循环+气相动力型热管循环模式；

当室外空气干球温度4℃<tw<30℃时，制冷***切换为气相动力型热管循环模式；

当室外空气干球温度tw≥30℃，制冷***切换为蒸气压缩制冷循环模式。

如图5所示，当室外空气干球温度tw≤0℃时，制冷***切换为氟泵制冷循环模式的步骤为：

节流装置7中的电磁阀1开启，膨胀阀2关闭；气动压缩机4关闭，氟泵5开启，通过氟泵5为制冷剂循环提供动力；

低温低压液态工质在蒸发器3中吸热蒸发成为低温低压气态工质，在氟泵5驱动下，克服管路阻力，流入冷凝器6放热冷凝成为低温低压液态工质，经电磁阀1再次回到蒸发器3吸热蒸发，往复循环。在本步骤中，工质即为公认常用的制冷剂，例如：R134a、R22、R32、R410A等，可按需进行选用。

如图5所示，当室外空气干球温度0℃<tw≤4℃时，制冷***切换为氟泵制冷循环+气相动力型热管循环模式的步骤为：

节流装置7中的电磁阀1开启，膨胀阀2开启；气动压缩机4以及氟泵5均开启；

在氟泵制冷循环模式的基础上开启气动压缩机***，气动压缩机4低压比运转，低温低压液态工质在蒸发器3中吸热蒸发成为低温低压气态工质，在并联设置的气动压缩机4及氟泵5双重驱动下，克服管路阻力，流入冷凝器6放热冷凝成为低温低压液态工质，经并联设置的电磁阀1及膨胀阀2再次回到蒸发器3吸热蒸发，往复循环。

如图5所示，当室外空气干球温度4℃<tw<30℃时，制冷***切换为气相动力型热管循环模式的步骤为：

节流装置7中的电磁阀1保持关闭，膨胀阀2保持开启；氟泵5关闭，气动压缩机4开启；

在氟泵制冷循环+气相动力型热管循环模式上关闭氟泵5，低温低压液态工质在蒸发器3中吸热蒸发成为低温低压气态工质，经低压比运转的气动压缩机4压缩后成为中温中压的气态工质，流入冷凝器6放热冷凝成为中温中压液态工质，经膨胀阀2节流后变为低温低压液态工质再次回到蒸发器3吸热蒸发，往复循环。

如图5所示，当室外空气干球温度tw≥30℃，制冷***切换为蒸气压缩制冷循环模式的步骤为：

节流装置7中的膨胀阀2开启，电磁阀1关闭；气动压缩机4开启，氟泵5保持关闭；

低温低压液态工质在蒸发器3中吸热蒸发成为低温低压气态工质，经高压比运转的气动压缩机4压缩后成为高温高压的气态工质，流入冷凝器6放热冷凝成为高温高压液态工质，经膨胀阀2节流后变为低温低压液态工质再次回到蒸发器3吸热蒸发，往复循环。

在本实施例中，高温高压或低温低压在未明确条件下均为相对值。低温低压可对应制冷剂蒸发温度及压力，高温高压可对应制冷剂冷凝温度及压力。蒸发温度与设定的空调室内温度有关，冷凝温度与应用地点的室外环境温度及冷源形式(即风冷、水冷或者蒸发冷)有关，确定蒸发温度及冷凝温度后，不同制冷剂的温度与压力之间存在着一一对应关系，压缩机压比即为冷凝压力除蒸发压力。

例如：本方案中的制冷***一般应用于数据中心，各冷媒直冷末端形式下制冷剂蒸发温度约为14℃；以北京地区为例，采用水冷冷却的冷源形式，室外温度与对应冷凝温度温差约为14℃，即室外温度0℃，冷凝温度约为14℃。表1给出了不同蒸发温度下制冷剂对应的压力。

表1常用制冷剂饱和压力表

本方案气液混合动力型热管复合式制冷***的运行模式如下：

1)室外干球温度tw≤0℃，氟泵制冷循环模式；

2)室外干球温度0℃＜tw≤4℃，氟泵制冷循环+气相动力型热管循环模式；

3)4℃＜tw＜30℃，气相动力型热管循环模式；

4)tw≥30℃，蒸气压缩制冷循环模式。

各运行模式下的压缩机的压比范围，如下表2所示。

表2常用制冷剂压缩机压比范围

在本实施例中，高压比和低压比均为相对值，例如：对R22来说，＜2.203为低压，≥2.203为高压；此值仅对应R22制冷剂在蒸发温度14度，冷凝温度44度下是高低压的分界，当蒸发冷凝温度改变时，分界值相应发生改变。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种气液混合动力型热管复合式制冷***，其特征在于，包括：依次连接成循环回路的气动压缩机(4)、冷凝器(6)、节流装置(7)和蒸发器(3)，所述循环回路上与所述气动压缩机(4)还并联设置有氟泵(5)；

所述节流装置(7)包括：电磁阀(1)和膨胀阀(2)，所述电磁阀(1)与所述膨胀阀(2)并联设置。

2.根据权利要求1所述一种气液混合动力型热管复合式制冷***，其特征在于，所述节流装置(7)与并联设置的所述气动压缩机(4)和所述氟泵(5)集成于一体构成制冷机组。

3.根据权利要求2所述一种气液混合动力型热管复合式制冷***，其特征在于，所述冷凝器(6)为水冷冷却塔、风冷冷却塔或蒸发冷却塔；

所述蒸发器(3)包括：房间级精密空调、列间空调、背板式精密空调和/或顶置式冷媒相变末端；

所述蒸发器(3)分别通过一对冷媒管(8)连接所述制冷机组的一端，所述制冷机组的另一端分别通过另一对所述冷媒管(8)连接所述冷凝器(6)。