一种适用于超低温环境的自然冷却空调机组的制作方法

本实用新型涉及空调技术领域，特别涉及一种适用于超低温环境的自然冷却空调机组。

背景技术：

自然冷却空调机组是一种利用自然冷源，为用户提供空调冷冻介质的空调机组，自然冷却空调机组可节省其它能源的消耗，实现节能环保的目的，特别适用于寒冷地区的全年需求制冷的数据中心机房空调。

现有的自然冷却空调机组一般包括压缩制冷系统和自然冷却系统，压缩制冷系统通过制冷剂进行制冷，自然冷却系统通过冷冻介质进行制冷，压缩制冷系统和自然冷却系统可以同时或单独进行制冷。现有的自然冷却空调机组的压缩制冷系统普遍采用R134a制冷剂，受到该制冷剂的温度特性的限制，当环境温度为-26.2℃时压缩制冷系统内制冷剂处于真空状态，当环境温度继续下降，压缩制冷系统内制冷剂将处于负压状态，存在环境空气渗漏进压缩制冷系统内的隐患，导致压缩制冷系统不能正常运行，现有的自然冷却空调机组的运行环境温度不得低于-25℃，无法满足环境温度低于-25℃的超低温应用要求。然而，环境温度越低，自然冷却系统运行提供的冷量越大，节能效果越显著。

综上所述，如何解决自然冷却空调机组无法在超低温环境中进行制冷的问题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种适用于超低温环境的自然冷却空调机组，以实现自然冷却空调机组在超低温环境下的制冷。

为达到上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种适用于超低温环境的自然冷却空调机组，包括压缩制冷系统和自然冷却系统，所述压缩制冷系统的制冷剂为R407C。

优选的，在上述的自然冷却空调机组中，所述压缩制冷系统包括依次串接的压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器，所述蒸发器的出口与所述压缩机的进气口连接。

优选的，在上述的自然冷却空调机组中，所述自然冷却系统包括：

用于通入冷冻介质的自然冷却换热器；

第一截止阀，所述自然冷却换热器的进口和所述第一截止阀的进口均用于和冷冻介质泵的出口连通，所述第一截止阀的出口与所述蒸发器的冷冻介质进口连通；

第二截止阀，所述第二截止阀的进口与所述自然冷却换热器的出口连通，所述第二截止阀的出口与所述蒸发器的冷冻介质进口连通。

优选的，在上述的自然冷却空调机组中，所述自然冷却系统包括：

用于通入防冻液的自然冷却换热器；

中间换热器，所述中间换热器的防冻液进口与所述自然冷却换热器的出口连通，所述中间换热器的防冻液出口与所述自然冷却换热器的进口连通，形成循环换热回路，所述中间换热器的冷冻介质进口用于和供给冷冻介质的冷冻介质泵的出口连通，所述中间换热器的冷冻介质出口与所述蒸发器的冷冻介质进口连通；

防冻液循环泵，设置于所述循环换热回路中。

优选的，在上述的自然冷却空调机组中，还包括用于检测蒸发器内的冷冻介质温度并控制所述蒸发器内的电加热器启停的蒸发器温控电路。

优选的，在上述的自然冷却空调机组中，还包括用于检测所述蒸发器内的冷冻介质温度和环境温度并控制所述冷冻介质泵启停的冷冻介质泵温控电路。

优选的，在上述的自然冷却空调机组中，还包括用于检测所述自然冷却换热器内的防冻液的温度和环境温度并控制所述防冻液循环泵启停的循环泵温控电路。

优选的，在上述的自然冷却空调机组中，还包括用于检测所述中间换热器内的防冻液的温度和所述蒸发器内的冷冻介质的温度并控制所述中间换热器内的电加热器启停的中间换热器温控电路。

优选的，在上述的自然冷却空调机组中，还包括设置于所述中间换热器表面的保温层。

优选的，在上述的自然冷却空调机组中，所述保温层为20mm～40mm厚的保温棉。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的适用于超低温环境的自然冷却空调机组的压缩制冷系统的制冷剂采用R407C，该制冷剂相比于现有的R134a，其温度特性为，-40℃时对应饱和压力约18.6kPa(表压)，压缩制冷系统内不会出现负压，压缩制冷系统无真空泄露风险，从而保证了在超低温环境中能够正常的运行进行制冷。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种自然冷却空调机组的原理图；

图2为本实用新型实施例提供的第二种自然冷却空调机组的原理图。

在图1-图2中，1为压缩机、2为冷凝器、3为节流装置、4为蒸发器、5为第一截止阀、6为第二截止阀、7为自然冷却换热器、8为中间换热器、9为防冻液循环泵。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供了一种适用于超低温环境的自然冷却空调机组，能够在超低温环境下正常进行制冷。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1和图2，本实用新型实施例提供了一种适用于超低温环境的自然冷却空调机组，以下简称自然冷却空调机组，包括压缩制冷系统和自然冷却系统；其中，压缩制冷系统采用的制冷剂为R407C。由于R407C制冷剂的温度特性为-40℃时对应饱和压力约18.6kPa(表压)，压缩制冷系统无真空泄露风险，从而实现了自然冷却空调机组在超低温下的正常运行进行制冷。

如图1所示，本实施例中的自然冷却空调机组中，压缩制冷系统包括依次串接的压缩机1、冷凝器2、节流装置3和蒸发器4，蒸发器4的出口与压缩机1的进气口连接。压缩制冷系统工作时，R407C制冷剂先经压缩机1压缩，之后在冷凝器2内冷凝放热，由节流装置3节流后，再通过蒸发器4蒸发吸热，最后回到压缩机1，完成压缩制冷循环。

如图1所示，本实施例中的自然冷却空调机组中，自然冷却系统包括自然冷却换热器7、第一截止阀5和第二截止阀6；其中，自然冷却换热器7的进口和第一截止阀5的进口均用于和冷冻介质泵的出口连通，第一截止阀5的出口与蒸发器4的冷冻介质进口连通；第二截止阀6的进口与自然冷却换热器7的出口连通；第二截止阀6的出口与蒸发器4的冷冻介质进口连通。冷冻介质泵用于向蒸发器4或自然冷却换热器7中通入冷冻介质，冷冻介质可以是冷冻水或防冻液。

采用该自然冷却系统的自然冷却空调机组的工作原理是：通过控制第一截止阀5和第二截止阀6的开关，实现自然冷却模式的运行和禁止。夏季，当冷冻介质的进水温度低于环境温度时，冷冻介质不能利用自然冷源进行自然冷却，则第一截止阀5打开，第二截止阀6关闭，冷冻介质直接进入蒸发器4内进行降温换热，自然冷却模式禁止，空调机组仅通过压缩制冷系统制冷。过渡季节，当冷冻介质的进水温度高于环境温度时，将第一截止阀5关闭，第二截止阀6打开，自然冷却模式运行，冷冻介质先进入自然冷却换热器7内通过自然冷源进行降温后，再进入蒸发器4内进行降温换热，空调机组通过自然冷却系统和压缩制冷系统制冷。冬季，当冷冻介质的进水温度高于环境温度时，且通过自然冷却系统换热即可满足制冷负荷需求时，则将第一截止阀5关闭，第二截止阀6打开，自然冷却模式运行，冷冻介质先经过自然冷却换热器7冷却，再通过蒸发器4，空调机组仅通过自然冷却系统制冷。当环境温度越低，自然冷却运行提供的冷量越大，节能效果越显著。

图1中的自然冷却空调机组的冷冻介质可以是冷冻水或防冻液，如果是冷冻水，则在超低温环境下，需要将冷冻水的温度保持在零度以上，防止冷冻水冻结，损坏蒸发器4、自然冷却换热器7等部件。优选采用防冻液作为冷冻介质，根据不同的环境温度选用合适浓度的防冻液，使防冻液在超低温环境下不冻结。

如图2所示，本实用新型实施例提供了第二种自然冷却空调机组，与第一种自然冷却空调机组不同的是自然冷却系统，第二种的自然冷却系统包括自然冷却换热器7、中间换热器8和防冻液循环泵9；其中，中间换热器8的防冻液进口与自然冷却换热器7的出口连通，中间换热器8的防冻液出口与自然冷却换热器7的进口连通，形成循环换热回路，中间换热器8的冷冻介质进口用于和供给冷冻介质的冷冻介质泵的出口连通，中间换热器8的冷冻介质出口与蒸发器4的冷冻介质进口连通；防冻液循环泵9设置于循环换热回路中。自然冷却换热器7和中间换热器8内循环流通有防冻液，用于对流经中间换热器8的冷冻水进行冷却，进入蒸发器4中的冷冻介质为冷冻水。

采用第二种自然冷却系统的自然冷却空调机组的工作原理是：通过控制防冻液循环泵9的启停，实现自然冷却模式的运行和禁止。夏季，当进入中间换热器8的冷冻水的进水温度低于环境温度时，冷冻水不能通过中间换热器8中的防冻液进行冷却，则将防冻液循环泵9停止，自然冷却模式禁止，空调机组仅通过压缩制冷系统制冷。过渡季节，当冷冻水的进水温度高于环境温度时，防冻液循环泵9启动，自然冷却模式运行，中间换热器8和自然冷却换热器7形成循环换热回路，冷冻水进水先经过中间换热器8内的防冻液冷却，再进入蒸发器4换热，空调机组通过自然冷却系统和压缩制冷系统制冷。冬季，当冷冻水的进水温度高于环境温度，且通过自然冷却系统换热即可满足制冷负荷需求时，防冻液循环泵9启动，自然冷却模式运行，中间换热器8和自然冷却换热器7形成循环换热回路，冷冻水进水先经过中间换热器8冷却，再通过蒸发器4，空调机组仅通过自然冷却系统制冷。当环境温度越低，自然冷却运行提供的冷量越大，节能效果越显著。

由于自然冷却空调机组在超低温环境下运行，为了更好地保护自然冷却空调机组，需要对自然冷却空调机组进行防冻保护。在本实施例中，自然冷却空调机组在第一种自然冷却空调机组和第二种自然冷却空调机组的基础上，还包括蒸发器温控电路，用于检测蒸发器4内的冷冻介质温度并控制蒸发器4内的电加热器启停，当蒸发器温控电路检测到蒸发器4内的冷冻介质的温度低于设定的保护温度值时，蒸发器温控电路启动电加热器对蒸发器4进行加热，防止蒸发器4冻坏，当蒸发器温控电路检测到蒸发器4内的冷冻介质的温度高于设定的保护温度值时，蒸发器温控电路关闭电加热器。通过设置蒸发器温控电路对蒸发器4进行防冻保护。

进一步地，在本实施例中，自然冷却空调机组还包括冷冻介质泵温控电路，用于检测蒸发器4内的冷冻介质温度和环境温度并控制冷冻介质泵启停。当冷冻介质泵温控电路检测到蒸发器4内的冷冻介质的温度或环境温度低于设定的保护温度值时，冷冻介质泵温控电路启动冷冻介质泵，使冷冻介质泵向蒸发器4和自然冷却换热器7中循环供给冷冻介质，防止蒸发器4和自然冷却换热器7冻坏。当检测到蒸发器4的冷冻介质温度和环境温度高于设定的保护温度值时，冷冻介质泵温控电路关闭冷冻介质泵。通过设置冷冻介质泵温控电路进一步对蒸发器4和自然冷却换热器7进行防冻保护。

如图2所示，对于第二种自然冷却空调机组，为了对自然冷却换热器7进行防冻保护，本实施例中的自然冷却空调机组还包括循环泵温控电路，用于检测自然冷却换热器7内的防冻液的温度和环境温度并控制防冻液循环泵9的启停。当循环泵温控电路检测到自然冷却换热器7中的防冻液的温度或环境温度低于设定的保护温度值时，循环泵温控电路启动防冻液循环泵9，使防冻液循环泵9向自然冷却换热器7中循环供给防冻液，防止自然冷却换热器7冻坏。当检测到自然冷却换热器7中的防冻液温度和环境温度高于设定的保护温度值时，循环泵温控电路关闭防冻液循环泵9。通过设置循环泵温控电路对自然冷却换热器7进行防冻保护。

进一步地，为了对中间换热器8进行防冻保护，还包括中间换热器温控电路，用于检测中间换热器8内的防冻液的温度和蒸发器4内的冷冻水的温度并控制中间换热器8内的电加热器的启停。当中间换热器温控电路检测到中间换热器8中的防冻液的温度或蒸发器4内的冷冻水的温度低于设定的保护温度值时，中间换热器温控电路启动中间换热器8中的电加热器，对中间换热器8进行加热，防止中间换热器8冻坏。当检测到中间换热器8中的防冻液温度和蒸发器4中的冷冻水温度高于设定的保护温度值时，中间换热器温控电路关闭中间换热器8中的电加热器。通过设置中间换热器温控电路对中间换热器8进行防冻保护。

更进一步地，在本实施例中，第二种自然冷却空调机组还包括设置于中间换热器8的表面的保温层，以进一步对中间换热器8进行防冻保护。作为优化，保温层为20mm～40mm厚的保温棉。

具体地，如图1所示，当第一种自然冷却空调机组采用冷冻水作为冷冻介质时，且最低运行环境温度为-40℃时，则自然冷却空调机组的防冻保护措施为：

蒸发器4的防冻通过两方面进行：一是当蒸发器温控电路检测到蒸发器4的冷冻水温度≤3℃时，蒸发器4内置的电加热器启动，当蒸发器4内的冷冻水温度≥8℃时，电加热器停止加热。

二是当冷冻介质泵温控电路检测到蒸发器4的冷冻水温度＜3℃或环境温度＜-41℃时，冷冻介质泵启动运行；当蒸发器4的冷冻水温度≥4℃且环境温度≥-40℃时，冷冻介质泵停止运行。

自然冷却换热器7的防冻：当冷冻介质泵温控电路检测到自然冷却换热器7中的冷冻水温度＜3℃或环境温度＜-41℃时，冷冻介质泵温控电路启动冷冻介质泵运行；当自然冷却换热器7的冷冻水温度≥4℃且环境温度≥-40℃时，冷冻介质泵停止运行。

当第一种自然冷却空调机组采用防冻液作为冷冻介质，且最低运行环境温度为-40度时，自然冷却空调机组的防冻保护措施与采用冷冻水时的防冻保护措施不同之处为：当冷冻介质泵温控电路检测到蒸发器4的防冻液温度＜-35℃或环境温度＜-41℃时，冷冻介质泵启动运行；当蒸发器4内的防冻液温度≥-34℃且环境温度≥-40℃时，冷冻介质泵停止运行。自然冷却换热器7的防冻：当冷冻介质泵温控电路检测到自然冷却换热器7中的防冻液温度＜-35℃或环境温度＜-41℃时，冷冻介质泵温控电路启动冷冻介质泵运行；当自然冷却换热器7的防冻液温度≥-34℃且环境温度≥-40℃时，冷冻介质泵停止运行。

其它部件防冻通过保温、电加热装置和温控电路实现。

当然，以上的温度设定只是一个参考，根据实际的环境温度进行设定，并不局限于本实施例所描述的温度范围。

如图2所示，具体地，当第二种自然冷却空调机组采用冷冻水作为冷冻介质时，且最低运行环境温度为-40℃时，则自然冷却空调机组的防冻保护措施为：

蒸发器4的防冻通过两方面进行：一是当蒸发器温控电路检测到蒸发器4的冷冻水温度≤3℃时，蒸发器4内置的电加热器启动，当蒸发器4内的冷冻水温度≥8℃时，电加热器停止加热。

二是当冷冻介质泵温控电路检测到蒸发器4的冷冻水温度＜3℃或环境温度＜-41℃时，冷冻介质泵启动运行；当蒸发器4的冷却水温度≥4℃且环境温度≥-40℃时，冷冻介质泵停止运行。

自然冷却换热器7的防冻：自然冷却换热器7内采用防冻液，当循环泵温控电路检测到自然冷却换热器7中的防冻液温度＜-35℃或环境温度＜-41℃时，循环泵温控电路启动防冻液循环泵9运行；当自然冷却换热器7的防冻液温度≥-34℃且环境温度≥-40℃时，防冻液循环泵9停止运行。

中间换热器8的防冻：中间换热器8内采用防冻液，根据各地的气温相应充注不同浓度的防冻液，以最低运行环境环温为-40℃为例，中间换热器8的防冻通过两方面进行：一是当中间换热器温控电路检测到防冻液温度＜-34℃或蒸发器4的冷冻水温度＜3.2℃时，中间换热器8内置的电加热器启动，当防冻液温度≥-33且蒸发器4的冷冻水温度≥4.2℃时，中间换热器8内置的电加热器停止。

二是当循环泵温控电路检测到防冻液温度＜-35℃时或环境温度＜-41℃时，防冻液循环泵9启动运行；当防冻液温度≥-34℃且环境温度≥-40℃时，防冻液循环泵9停止运行。

在超出机组运行范围的最低环境温度下，机组停机长期不使用，建议排空系统防冻液。

其它部件防冻通过保温、电加热装置和温控电路实现。

以上的温度保护值只是一个参考实施例，具体根据实际的环境温度而定，并不局限于本实施例中所描述的温度范围。

上述实施例中提到的各种温控电路为常见的温控电路，如包括温度传感器、开关、导线等，只要能够实现相应部件的启停即可。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。