專利名稱：機房用熱管復(fù)合型空調(diào)機組及其工作方式的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能夠最大化利用室內(nèi)外溫差低成本輸送熱量的熱管復(fù)合型空調(diào)機組及其工作方式。
背景技術(shù)：
信息產(chǎn)業(yè)和數(shù)字化建設(shè)的快速發(fā)展，推動了機房、基站的數(shù)量，建設(shè)規(guī)?？焖僭鲩L，據(jù)統(tǒng)計機房、基站空調(diào)的能耗占其總能耗的40% 50%。機房、基站的顯熱負荷比大， 一年四季需連續(xù)運行，在室內(nèi)側(cè)設(shè)定溫度低于室外側(cè)溫度的季節(jié)，常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)仍需繼續(xù)運行壓縮式制冷系統(tǒng)，制冷系統(tǒng)工作效率低而且易發(fā)生故障，若能利用室內(nèi)外溫差低成本輸送熱量或為室內(nèi)側(cè)提供冷量，將大大減小空調(diào)系統(tǒng)的能耗和運行成本。利用室外低溫空氣為室內(nèi)側(cè)提供冷量的方法已得到業(yè)內(nèi)學者和工程技術(shù)人員的關(guān)注，并以不同的形式展開工程技術(shù)研究，如目前采用的新風系統(tǒng)，此外還有不同形式的氣-氣、氣-水熱交換系統(tǒng)，以及應(yīng)用熱管技術(shù)的復(fù)合型空調(diào)。中國實用新型專利ZL200720019537. 8中公開了一種機房輔助節(jié)能制冷裝置，當室外空氣溫度較低時，空調(diào)停止工作，直接將室外低溫空氣送至室內(nèi)用于電子柜等設(shè)備降溫，利用自然冷源，減少空調(diào)能耗。這種裝置由于不能確保室內(nèi)空氣品質(zhì)，無法杜絕室外的灰塵、水分等進入室內(nèi)，易對服務(wù)器等電子設(shè)備造成損害。中國實用新型專利ZL201020114596.X中公開了一種用于通信基站的自然冷能熱交換裝置，包括空氣換熱器、室內(nèi)風機、室外風機及其箱體。當室外溫度較低時，將室外低溫空氣引入，與室內(nèi)空氣進行熱交換，間接利用自然冷源降低基站內(nèi)空氣溫度，減少基站能耗。此裝置雖然能夠保證室內(nèi)空氣的品質(zhì)，但對于熱負荷大和溫度均勻度要求高的機房對象，需要龐大的換熱面積以克服氣-氣熱交換器傳熱效率低的弊端。中國發(fā)明專利申請CN201010528027.X中公開了一種風冷式熱管型機房空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有壓縮式制冷和熱管循環(huán)制冷兩種工作模式。當室外溫度> 20°C時制冷模式工作，參與制冷循環(huán)的第一制冷工質(zhì)在蒸發(fā)冷凝器中蒸發(fā)吸熱，冷卻和冷凝第二制冷工質(zhì)； 當室外溫度< 20°C時，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為熱管循環(huán)制冷模式，利用室外低溫空氣對第二制冷工質(zhì)進行冷卻和冷凝，壓縮式制冷循環(huán)停止工作，從而有效減少全年空調(diào)能耗。此系統(tǒng)在利用室外低溫空氣冷量和確保室內(nèi)空氣品質(zhì)方面彌補了前兩種系統(tǒng)的不足，但壓縮式制冷和熱管循環(huán)制冷兩種工作模式在某一溫度點切換，系統(tǒng)的制冷量能否平穩(wěn)銜接并可靠工作等，值得考量；同時熱管循環(huán)工作的上限溫度偏低不利于最大化利用室外低溫空氣的冷量。實用新型專利ZL01278831. 7公開了一種帶循環(huán)泵的節(jié)能型制冷循環(huán)裝置，在熱管循環(huán)系統(tǒng)中使用循環(huán)泵有利于提高熱管循環(huán)的工作效率，也簡化了熱管系統(tǒng)安裝時對冷凝器、儲液器和蒸發(fā)器相對位置的要求，但ZL01278831. 7在最大化利用室外低溫空氣的冷量方面的不足與CN201010528027. X類似，即熱管循環(huán)工作的上限溫度必須較低才能與制冷循環(huán)平穩(wěn)銜接。

發(fā)明內(nèi)容
為避免機房空調(diào)系統(tǒng)在低溫季節(jié)仍需要機械制冷所產(chǎn)生的高能耗及可靠性問題等不足，在全年大部分季節(jié)最大化地利用室外低溫空氣的冷源，本發(fā)明提供機房用熱管復(fù)合型空調(diào)機組及其工作方式。本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明機房用熱管復(fù)合型空調(diào)機組的特點是所述空調(diào)機組中冷源系統(tǒng)為設(shè)置多通道室外換熱器，具有并聯(lián)設(shè)置的主通道和輔通道；所述主通道的出口端直接與儲液器的入口端相連接，所述輔通道的出口端一路通過支路電磁閥與儲液器的入口端相連接，另一路依次連接的是輔循環(huán)電磁閥、輔循環(huán)膨脹閥和置于儲液器中的冷卻盤管， 所述冷卻盤管的出口端接入氣液分離器；設(shè)置由多臺壓縮機構(gòu)成的壓縮機組，所述氣液分離器的出口與壓縮機組的低壓吸氣口相連接，所述壓縮機組中部分壓縮機的高壓排氣口與室外換熱器中主通道的入口端相連接，另一部分壓縮機的高壓排氣口與室外換熱器中的支通道的入口端相連接；設(shè)置室內(nèi)換熱器，儲液器的出口端一路依次通過第一電磁閥和第一膨脹閥接至室內(nèi)換熱器的入口，另一路依次通過第二電磁閥和液泵接至室內(nèi)換熱器的入口 ；所述室內(nèi)換熱器的出口端一路通過第三電磁閥接入氣液分離器，另一路通過第四電磁閥接至室外換熱器中主通道的入口端。本發(fā)明房用熱管復(fù)合型空調(diào)機組的工作方式的特點是根據(jù)不同工況切換為如下不同的工作模式模式一壓縮機組運行、液泵停機，第三電磁閥、支路電磁閥和第一電磁閥開啟，第二電磁閥、輔循環(huán)電磁閥和第四電磁閥關(guān)斷，構(gòu)成制冷循環(huán)工作模式；模式二、壓縮機組中部分壓縮機停機，另一部分壓縮機運行，液泵運行，第二電磁閥、輔循環(huán)電磁閥和第四電磁閥開啟，第三電磁閥、支路電磁閥和第一電磁閥均關(guān)斷，構(gòu)成熱管與輔助制冷復(fù)合循環(huán)工作模式；模式三壓縮機組停機、液泵運行，第二電磁閥和第四電磁閥開啟，第三電磁閥、支路電磁閥、輔循環(huán)電磁閥和第一電磁閥均關(guān)斷，構(gòu)成熱管循環(huán)工作模式。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在本發(fā)明中空調(diào)機組的冷源系統(tǒng)由熱管與壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)復(fù)合構(gòu)成，可適應(yīng)室內(nèi)外溫差及空調(diào)熱負荷變化，通過控制電磁閥執(zhí)行循環(huán)路徑的切換，運行制冷循環(huán)、熱管與輔助制冷復(fù)合循環(huán)和熱管循環(huán)三種不同的工作模式，在全年大部分季節(jié)最大化地利用室外低溫空氣的冷源，本發(fā)明適用于機房、基站等全天候空調(diào)的制冷需求，且熱管運行溫區(qū)寬、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、節(jié)能環(huán)保。


圖I為本發(fā)明原理與系統(tǒng)構(gòu)成方框圖；圖2為本發(fā)明空調(diào)機組功能區(qū)規(guī)劃示意圖；圖3為本發(fā)明制冷循環(huán)工作模式流程圖；圖4為本發(fā)明熱管與輔助制冷復(fù)合循環(huán)工作模式流程圖；圖5為本發(fā)明熱管循環(huán)工作模式流程圖中標號1室內(nèi)換熱器、2第三電磁閥、3氣液分離器、4部分壓縮機、5另一部分壓縮機、6壓縮機組、7室外換熱器、8支路電磁閥、9儲液器、10冷卻盤管、11第一電磁閥、12 第一膨脹閥、13第二電磁閥、14液泵、15輔循環(huán)電磁閥、16輔循環(huán)膨脹閥、17第四電磁閥、71 支通道、72主通道。
具體實施例方式本實施例機房用熱管復(fù)合型空調(diào)機組的冷源系統(tǒng)由熱管制冷和壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)復(fù)合構(gòu)成，如圖I所示設(shè)置多通道室外換熱器7，具有并聯(lián)設(shè)置的主通道72和輔通道71 ;主通道72的出口端直接與儲液器9的入口端相連接，所述輔通道71的出口端一路通過支路電磁閥8與儲液器9的入口端相連接，另一路依次連接的是輔循環(huán)電磁閥15、輔循環(huán)膨脹閥16和置于儲液器9中的冷卻盤管10，所述冷卻盤管10的出口端接入氣液分離器3 ；設(shè)置由多臺壓縮機構(gòu)成的壓縮機組6，氣液分離器3的出口與壓縮機組6的低壓吸氣口相連接，所述壓縮機組6中部分壓縮機4的高壓排氣口與室外換熱器7中主通道72的入口端相連接，另一部分壓縮機5的高壓排氣口與室外換熱器7中的支通道71的入口端相連接；設(shè)置室內(nèi)換熱器1，儲液器9的出口端一路依次通過第一電磁閥11和第一膨脹閥 12接至室內(nèi)換熱器I的入口，另一路依次通過第二電磁閥13和液泵14接至室內(nèi)換熱器I 的入口 ；所述室內(nèi)換熱器I的出口端一路通過第三電磁閥2接入氣液分離器3，另一路通過第四電磁閥17接至室外換熱器7中主通道72的入口端。參見圖2，針對本實施例中的熱管復(fù)合型空調(diào)機組，將寬環(huán)溫帶分解為制冷區(qū)、復(fù)合區(qū)和熱管區(qū)三種不同的功能區(qū)，分別對應(yīng)著制冷循環(huán)、熱管和輔助制冷復(fù)合循環(huán)以及熱管循環(huán)的不同工作模式，根據(jù)室內(nèi)外溫差及空調(diào)熱負荷變化，通過控制各電磁閥執(zhí)行不同工作模式間的切換，圖2所示的三種不同的功能區(qū)分別是制冷區(qū)為室外空氣溫度> T2 ；復(fù)合區(qū)為T1彡室外空氣溫度彡T2 ；熱管區(qū)為Tl >室外空氣溫度；其中T2>T1。圖3所示為對應(yīng)于制冷區(qū)的工作模式一壓縮機組6運行、液泵14停機，第三電磁閥2、支路電磁閥8和第一電磁閥11開啟，第二電磁閥13、輔循環(huán)電磁閥15和第四電磁閥 17關(guān)斷，構(gòu)成制冷循環(huán)工作模式。圖4所示為對應(yīng)于復(fù)合區(qū)的工作模式二、壓縮機組6中部分壓縮機4停機，另一部分壓縮機5運行，液泵14運行，第二電磁閥13、輔循環(huán)電磁閥15和第四電磁閥17開啟，第三電磁閥2、支路電磁閥8和第一電磁閥11均關(guān)斷，構(gòu)成熱管與輔助制冷復(fù)合循環(huán)工作模式。圖5所示為對應(yīng)于熱管區(qū)的工作模式三壓縮機組6停機、液泵14運行，第二電磁閥13和第四電磁閥17開啟，第三電磁閥2、支路電磁閥8、輔循環(huán)電磁閥15和第一電磁閥 11均關(guān)斷，構(gòu)成熱管循環(huán)工作模式，其制冷量調(diào)節(jié)可通過控制室外換熱器7的換熱能力和控制液泵14的流量來實現(xiàn)。
具體實施中，液泵14為屏蔽電泵，采用HFC制冷工質(zhì)或天然環(huán)保制冷工質(zhì)，控制壓縮機的運行臺數(shù)及控制壓縮機的工作頻率，可以調(diào)節(jié)制冷劑的流量及產(chǎn)冷量，并通過壓縮機的輪換運行，平均分配各臺壓縮機的工時。本實施例應(yīng)用于超級計算機的模塊空調(diào)，超級計算機CPU機柜的進風溫度為 30°C，出風溫度為40°C，設(shè)置T2 = 26°C, Tl = 18°C，控制方式當室外空氣溫度> 26°C時，運行制冷循環(huán)工作模式，第三電磁閥2、支路電磁閥8 和第一電磁閥11開啟，第二電磁閥13、第四電磁閥17和輔循環(huán)電磁閥15關(guān)斷，循環(huán)回路如圖3所示，壓縮機組6運行，低溫低壓制冷工質(zhì)蒸氣經(jīng)壓縮機組6壓縮為高溫高壓蒸氣，通過室外換熱器7放熱冷凝后進入儲液器9，再通過第一電磁閥11在第一膨脹閥12中節(jié)流降壓，隨后在室內(nèi)換熱器I中吸熱蒸發(fā)，低溫低壓的制冷工質(zhì)蒸氣經(jīng)過氣液分離器3返回壓縮機組6的低壓吸氣口，完成制冷循環(huán)?？刂茐嚎s機組中壓縮機運行的臺數(shù)以及控制壓縮機的工作頻率，可以調(diào)節(jié)產(chǎn)冷量，并通過壓縮機的輪換運行平均分配各臺壓縮機的工時。當室外空氣溫度為18°C 26°C時，以熱管和輔助制冷復(fù)合循環(huán)的模式進行工作， 如圖4所示，第二電磁閥13、輔循環(huán)電磁閥15和第四電磁閥17均開啟，第三電磁閥2、支路電磁閥8、以及第一電磁閥11均為關(guān)斷；熱管循環(huán)滿負荷運行，輔助制冷循環(huán)適量運行，以提供因室內(nèi)外溫差較小熱管循環(huán)產(chǎn)冷量的不足部分；輔助制冷循環(huán)的工作過程是另一部壓縮機5運行，低溫低壓制冷工質(zhì)蒸氣經(jīng)另一部分壓縮機5壓縮為高溫高壓蒸氣，通過室外換熱器7的支通道71放熱冷凝，再流過輔循環(huán)電磁閥15，經(jīng)輔循環(huán)膨脹閥16節(jié)流降壓，在冷卻盤管10中吸收儲液器9內(nèi)制冷工質(zhì)的熱量后蒸發(fā)，低溫低壓的制冷工質(zhì)蒸氣經(jīng)過氣液分離器3返回在另一部分壓縮機5的吸氣口，完成輔助制冷循環(huán)。當室外空氣溫度彡18°C時，第二電磁閥13和第四電磁閥17導通，第三電磁閥2、 支路電磁閥8、第一電磁閥11和輔循環(huán)電磁閥15均為關(guān)斷，壓縮機組6停止工作，液泵14 運行，循環(huán)回路如圖5所示制冷工質(zhì)經(jīng)室內(nèi)換熱器I、第四電磁閥17、室外換熱器7的主通道72、儲液器9、第二電磁閥13、液泵14，返回室內(nèi)換熱器I ;熱管循環(huán)工作模式的制冷量調(diào)節(jié)通過控制室外換熱器7的換熱能力和控制液泵14的流量來實現(xiàn)。由于室外環(huán)境溫度可能達到55°C，同時室內(nèi)側(cè)的蒸發(fā)溫度較高，考慮到系統(tǒng)節(jié)能、 環(huán)保及可靠性、穩(wěn)定性的需要，選擇循環(huán)壓力較低的R134a、R152a或其它混合工質(zhì)、天然工質(zhì)作為制冷工質(zhì)。對于不同要求的空調(diào)對象，各功能區(qū)的劃分可做相應(yīng)調(diào)整。本發(fā)明用于室內(nèi)側(cè)設(shè)定溫度為27°C的機房、基站等空調(diào)對象，在室外空氣溫度 (15°C時運行熱管循環(huán)工作模式，可以完全利用室外低溫空氣的冷量滿足空調(diào)對象的制冷需求，實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的低碳運行和室內(nèi)空氣的高品質(zhì)。
權(quán)利要求
1.機房用熱管復(fù)合型空調(diào)機組，其特征是所述空調(diào)機組中冷源系統(tǒng)設(shè)置為設(shè)置多通道室外換熱器(7)，具有并聯(lián)設(shè)置的主通道(72)和輔通道(71);所述主通道(72)的出口端直接與儲液器(9)的入口端相連接，所述輔通道(71)的出口端一路通過支路電磁閥⑶與儲液器(9)的入口端相連接，另一路依次連接的是輔循環(huán)電磁閥(15)、輔循環(huán)膨脹閥(16)和置于儲液器(9)中的冷卻盤管(10)，所述冷卻盤管(10)的出口端接入氣液分離器⑶；設(shè)置由多臺壓縮機構(gòu)成的壓縮機組出)，所述氣液分離器(3)的出口與壓縮機組(6)的低壓吸氣口相連接，所述壓縮機組(6)中部分壓縮機⑷的高壓排氣口與室外換熱器(7) 中主通道(72)的入口端相連接，另一部分壓縮機(5)的高壓排氣口與室外換熱器(7)中的支通道(71)的入口端相連接；設(shè)置室內(nèi)換熱器(1)，儲液器(9)的出口端一路依次通過第一電磁閥(11)和第一膨脹閥(12)接至室內(nèi)換熱器(I)的入口，另一路依次通過第二電磁閥(13)和液泵(14)接至室內(nèi)換熱器(I)的入口 ；所述室內(nèi)換熱器(I)的出口端一路通過第三電磁閥(2)接入氣液分離器(3)，另一路通過第四電磁閥(17)接至室外換熱器(7)中主通道(72)的入口端。
2.—種權(quán)利要求I所述的機房用熱管復(fù)合型空調(diào)機組的工作方式，其特征是根據(jù)不同工況切換為如下不同的工作模式模式一壓縮機組(6)運行、液泵(14)停機，第三電磁閥(2)、支路電磁閥⑶和第一電磁閥(11)開啟，第二電磁閥(13)、輔循環(huán)電磁閥(15)和第四電磁閥(17)關(guān)斷，構(gòu)成制冷循環(huán)工作模式；模式二、壓縮機組(6)中部分壓縮機(4)停機，另一部分壓縮機(5)運行，液泵運行，第二電磁閥(13)、輔循環(huán)電磁閥(15)和第四電磁閥(17)開啟，第三電磁閥(2)、支路電磁閥(8)和第一電磁閥(11)均關(guān)斷，構(gòu)成熱管與輔助制冷復(fù)合循環(huán)工作模式；模式三壓縮機組(6)停機、液泵(14)運行，第二電磁閥(13)和第四電磁閥(17)開啟，第三電磁閥(2)、支路電磁閥(8)、輔循環(huán)電磁閥(15)和第一電磁閥(11)均關(guān)斷，構(gòu)成熱管循環(huán)工作模式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機房用熱管復(fù)合型空調(diào)機組及其工作方式，其特征是空調(diào)機組中冷源系統(tǒng)是由多通道室外換熱器、多臺壓縮機構(gòu)成的壓縮機組以及室內(nèi)換熱器等構(gòu)成的熱管與壓縮制冷循環(huán)復(fù)合系統(tǒng)。本發(fā)明通過控制電磁閥執(zhí)行循環(huán)路徑的切換，分別運行制冷循環(huán)、熱管與輔助制冷復(fù)合循環(huán)，以及熱管循環(huán)三種不同的工作模式，在全年大部分季節(jié)最大化地利用室外低溫空氣的冷源。本發(fā)明適用于機房、基站等全天候空調(diào)的制冷需求，且熱管運行溫區(qū)寬、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、節(jié)能環(huán)保。
文檔編號F24F11/00GK102538101SQ20121003733
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月17日
發(fā)明者王景暉, 王蒙, 王鐵軍, 高才 申請人:合肥工業(yè)大學