一种制冷系统的制作方法

1.本实用新型涉及制冷设备技术领域，更具体地说，涉及一种制冷系统。


背景技术：

2.在数据中心等需要常年制冷且制冷量需求稳定的环境中，目前通常采用风冷换热器机械制冷技术进行制冷，或者采用蒸发冷却换热器机械制冷技术进行制冷。
3.然而，不管是采用风冷换热器机械制冷技术进行制冷，还是采用蒸发冷却换热器机械制冷技术进行制冷，目前在冬季都仍然需要开启压缩机进行机械制冷，无法有效利用冬季的自然冷源，造成能源浪费。
4.因此，如何在冬季制冷时有效利用冬季的自然冷源，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种制冷系统，其可以有效利用冬季的自然冷源。
6.为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
7.一种制冷系统，包括：
8.压缩机、风冷式热交器、蒸发式冷凝器、取液器、冷媒液泵、节流装置以及负载侧换热器，所述压缩机的出口连接所述风冷式热交器的入口，所述风冷式热交器的出口连接所述蒸发式冷凝器的入口，所述蒸发式冷凝器的出口连接所述取液器，所述取液器的出口连接所述冷媒液泵的入口，所述冷媒液泵的出口、所述节流装置和所述负载侧换热器依次相连，所述负载侧换热器连接所述压缩机的入口；
9.用于连接所述负载侧换热器和所述风冷式热交器的入口的第一旁通管路，所述第一旁通管路设有第一开关阀，所述压缩机的出口与所述风冷式热交器的入口之间设有第二开关阀；
10.用于连接所述取液器的出口与所述节流装置的第二旁通管路，所述第二旁通管路设有用于控制其通断的第三开关阀。
11.优选地，所述风冷式热交器的数量为两个，两个所述风冷式热交器并联设置。
12.优选地，所述蒸发式冷凝器和两个所述风冷式热交器三者并排设置，且两个所述风冷式热交器分别设于所述蒸发式冷凝器的两侧。
13.优选地，所述风冷式热交器和所述蒸发式冷凝器的顶部设有一个共用的出风口，所述出风口设有至少一个风机。
14.优选地，所述蒸发式冷凝器和两个所述风冷式热交器的进风口均位于侧面。
15.优选地，所述风冷式热交器和所述蒸发式冷凝器之间设有隔板。
16.优选地，所述蒸发式冷凝器的冷媒流路自上而下成排布置，所述风冷式热交器的出口集管与所述冷媒流路的顶部相连。
17.优选地，所述喷淋系统配置有独立的配水装置，所述配水装置包括循环水箱、循环水泵、水过滤器和配水管路。
18.优选地，所述制冷系统包括第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式；
19.在所述第一工作模式下，所述压缩机、所述第二开关阀、所述蒸发式冷凝器的喷淋系统、所述风冷式热交器的风机、所述蒸发式冷凝器的风机以及所述第三开关阀均开启，所述冷媒液泵和所述第一开关阀均关闭；
20.在所述第二工作模式下，所述压缩机、所述第二开关阀、所述喷淋系统和所述第三开关阀均关闭，所述风冷式热交器的风机、所述蒸发式冷凝器的风机、所述冷媒液泵和所述第一开关阀均开启；
21.在所述第三工作模式下，所述压缩机、所述第二开关阀和所述第三开关阀均关闭，所述喷淋系统、所述风冷式热交器的风机、所述蒸发式冷凝器的风机、所述冷媒液泵和所述第一开关阀均开启。
22.优选地，所述第一工作模式运行时的环境温度大于或等于15℃且小于或等于55℃；
23.所述第二工作模式运行时的环境温度小于或等于1℃；
24.所述第三工作模式运行时的环境温度大于或等于1℃且小于或等于15℃。
25.本实用新型提供的制冷系统，包括压缩机和冷媒液泵两个动力源，因此，在夏季等制冷量需求较大时，可开启压缩机，利用压缩机为制冷剂提供循环动力，实现常规机械制冷；而在冬季时，由于外界环境本身温度较低，所需的制冷量小，此时，可关闭压缩机，打开冷媒液泵，以利用冷媒液泵为制冷剂提供循环动力，此时，制冷系统主要通过风冷式热交器和/或蒸发式冷凝器向室外放热，利用自然冷源实现自然冷却，由于冷媒液泵的功率远小于压缩机的功率，因此可降低能耗。
26.可以理解的是，通过设置第一旁通管路和第一开关阀并设置第二旁通管路和第三开关阀，可有效的实现压缩机和冷媒液泵的切换工作，而不影响制冷剂的循环。
27.另外，该制冷系统采用风冷式热交器和蒸发式冷凝器串联设置，形成混合换热器；由于蒸发式冷凝器能有效利用喷淋水分蒸发的潜热来冷却制冷剂，相比于现有技术，风冷式热交器与蒸发式冷凝器串联形成的混合换热器的换热效率要高于同体积的风冷式热交器的换热效率，因此采用风冷式热交器与蒸发式冷凝器有机耦合，提高了制冷循环中的冷凝换热效率，提高了整机的能效，降低了能耗。而且，高温的制冷剂先进入风冷式热交器进行冷却降温，再进入蒸发式冷凝器，这降低了进入蒸发式冷凝器入口的制冷剂的温度，使得进入蒸发式冷凝器的制冷剂温度与室外湿球温度的温差减小，在该温差下水中矿物离子不容易析出，因此避开了水中矿物质易结晶的温度区间，减小了蒸发式冷凝器运行时结垢的风险，提高了机组的稳定性，进一步提高了夏季制冷效率。
附图说明
28.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它的附图。
29.图1为本实用新型具体实施例一所提供的制冷系统的结构示意图；
30.图2为本实用新型具体实施例二所提供的制冷系统的结构示意图；
31.图3为图2所示制冷系统处于第一工作模式时的结构示意图；
32.图4为图2所示制冷系统处于第二工作模式时的结构示意图；
33.图5为本实用新型具体实施例所提供的制冷系统的风冷式热交器和蒸发式冷凝器的布局及蒸发式冷凝器的配水装置的示意图；
34.图6为风冷式热交器和蒸发式冷凝器的布局结构示意图；
35.图7为风冷式热交器和蒸发式冷凝器的气流示意图；
36.图8为一个实施例所示的风冷式热交器和蒸发式冷凝器的风机的布局示意图；
37.图9为另一个实施例所示的风冷式热交器和蒸发式冷凝器的风机的布局示意图。
38.图1至图9中的附图标记如下：
39.1为压缩机、2为风冷式热交器、3为蒸发式冷凝器、4为取液器、5为冷媒液泵、6为节流装置、7为负载侧换热器、8为气液分离器、9为第一旁通管路、10为第一开关阀、11为第二开关阀、12为第二旁通管路、13为第三开关阀、14为风机、15为出风口、16为隔板、17为冷媒流路、18为循环水箱、19为循环水泵。
具体实施方式
40.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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
41.本实用新型的核心是提供一种制冷系统，其可以有效利用冬季的自然冷源。
42.请参考图1-图9，图1为一个具体实施例中制冷系统的结构示意图；图2为另一个具体实施例中制冷系统的结构示意图；图3为图2中制冷系统处于第一工作模式时的结构示意图；图4为图2中制冷系统处于第二工作模式时的结构示意图；图5为风冷式热交器和蒸发式冷凝器的布局及蒸发式冷凝器的配水装置的示意图；图6为风冷式热交器和蒸发式冷凝器的布局结构示意图；图7为风冷式热交器和蒸发式冷凝器的气流示意图；图8为一个实施例所示的风冷式热交器和蒸发式冷凝器的风机的布局示意图；图9为另一个实施例所示的风冷式热交器和蒸发式冷凝器的风机的布局示意图。
43.其中，图1-图9中的箭头方向是指制冷剂的流动方向或空气流动方向。
44.本实用新型提供一种制冷系统，包括压缩机1、风冷式热交器2、蒸发式冷凝器3、取液器4、冷媒液泵5、节流装置6、负载侧换热器7、第一旁通管路9、第一开关阀10、第二开关阀11、第二旁通管路12以及第三开关阀13。
45.具体地，压缩机1的出口连接风冷式热交器2的入口，风冷式热交器2的出口连接蒸发式冷凝器3的入口，蒸发式冷凝器3的出口连接取液器4，取液器4的出口连接冷媒液泵5的入口，冷媒液泵5的出口、节流装置6和负载侧换热器7依次相连，且负载侧换热器7连接压缩机1的入口。
46.也就是说，压缩机1、风冷式热交器2、蒸发式冷凝器3、取液器4、冷媒液泵5、节流装置6和负载侧换热器7依次相连，且负载侧换热器7与压缩机1的入口相连，形成循环回路。
47.另外，第一旁通管路9用于连接负载侧换热器7和风冷式热交器2的入口，也即，第一旁通管路9使得负载侧换热器7不经压缩机1而直接与风冷式热交器2连通。
48.第一旁通管路9设有第一开关阀10，压缩机1的出口与风冷式热交器2的入口之间设有第二开关阀11。
49.需要说明的是，本实用新型中的第一开关阀10用于控制第一旁通管路9的通断，第二开关阀11用于控制压缩机1与风冷式热交器2之间的管路的通断。
50.可以理解的是，实际使用过程中，制冷剂仅从压缩机1流向风冷式热交器2，或者，制冷剂仅从负载侧换热器7流向风冷式热交器2，并不存在反向流动。也就是说，第一旁通管路9以及从压缩机1到风冷式热交器2的管路均为单向导通管路。因此，第一开关阀10和第二开关阀11均优选为单向阀，单向阀具有单向导通的作用，且第一开关阀10和第二开关阀11的单向导通方向相同，作为第一开关阀10的单向阀的单向导通方向为自负载侧换热器7到风冷式热交器2的方向导通，作为第二开关阀11的单向阀的单向导通方向为自压缩机1到风冷式热交器2的方向导通。
51.当然，第一开关阀10和第二开关阀11也可以为电磁阀，通过控制逻辑来分别控制第一开关阀10和第二开关阀11的开闭。当需要使压缩机1到风冷式热交器2的管路导通时，则第一开关阀10打开，第二开关阀11关闭；当需要使第一旁通管路9导通时，则第一开关阀10关闭，第二开关阀11打开。
52.第二旁通管路12用于连接取液器4的出口与节流装置6，也即，第二旁通管路12使得取液器4不经冷媒液泵5而直接与节流装置6连通。
53.第三开关阀13设于第二旁通管路12上，用于控制第二旁通管路12的通断。优选地，第三开关阀13为电磁阀。
54.由于本实用新型提供的制冷系统包括压缩机1和冷媒液泵5两个动力源，因此，在夏季等制冷量需求较大时，可开启压缩机1，关闭冷媒液泵5，利用压缩机1为制冷剂提供循环动力，实现常规机械制冷；此时，第一开关阀10打开，第二开关阀11关闭，也即，使第一旁通管路9处于断路状态；且第三开关阀13打开，使第二旁通管路12导通。
55.而在冬季时，由于外界环境本身温度较低，所需的制冷量小，此时，可关闭压缩机1，打开冷媒液泵5，以利用冷媒液泵5为制冷剂提供循环动力，此时，制冷系统主要通过风冷式热交器2和/或蒸发式冷凝器3向室外放热，利用自然冷源实现自然冷却，由于冷媒液泵5的功率远小于压缩机的功率，因此可降低能耗。
56.可以理解的是，通过设置第一旁通管路9和第一开关阀10并设置第二旁通管路12和第三开关阀13，可有效的实现压缩机1和冷媒液泵5的切换工作，而不影响制冷剂的循环。
57.另外，该制冷系统采用风冷式热交器2和蒸发式冷凝器3串联设置，形成混合换热器；由于蒸发式冷凝器3能有效利用喷淋水分蒸发的潜热来冷却制冷剂，相比于现有技术，风冷式热交器2与蒸发式冷凝器3串联形成的混合换热器的换热效率要高于同体积的风冷式热交器2的换热效率，因此采用风冷式热交器2与蒸发式冷凝器3有机耦合，提高了制冷循环中的冷凝换热效率，提高了整机的能效，降低了能耗。而且，高温的制冷剂先进入风冷式热交器2进行冷却降温，再进入蒸发式冷凝器3，这降低了进入蒸发式冷凝器3入口的制冷剂的温度，使得进入蒸发式冷凝器3的制冷剂温度与室外湿球温度的温差减小，在该温差下水中矿物离子不容易析出，因此避开了水中矿物质易结晶的温度区间，减小了蒸发式冷凝器3
运行时结垢的风险，提高了机组的稳定性，进一步提高了夏季制冷效率。另外，通过设置第二旁通管路12和第三开关阀13，有效避免了压缩机1制冷运行时冷媒液泵5的阻力，进一步提高了系统效率，降低了能耗。
58.为了更加合理的制冷，在上述实施例的基础之上，制冷系统包括第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式。
59.具体地，在第一工作模式下，压缩机1、第二开关阀11、蒸发式冷凝器3的喷淋系统、风冷式热交器2的风机14、蒸发式冷凝器3的风机14以及第三开关阀13均开启，冷媒液泵5和第一开关阀10均关闭。
60.在第二工作模式下，压缩机1、第二开关阀11、喷淋系统和第三开关阀13均关闭，风冷式热交器2的风机14、蒸发式冷凝器3的风机14、冷媒液泵5和第一开关阀10均开启。
61.在第三工作模式下，压缩机1、第二开关阀11和第三开关阀13均关闭，喷淋系统、风冷式热交器2的风机14、蒸发式冷凝器3的风机14、冷媒液泵5和第一开关阀10均开启。
62.可以看出，制冷系统在夏季运行时，需要压缩机1工作，以提供足量且稳定的制冷量，因此此时制冷系统处于第一工作模式，也即，压缩机1、风冷式热交器2以及蒸发式冷凝器3正常工作，蒸发式冷凝器3的喷淋系统正常喷淋，冷媒液泵5不工作。制冷剂经压缩机1压缩后形成高温高压制冷剂蒸汽，高温高压制冷剂蒸汽从压缩机1的出口排出后，先进入风冷式热交器2，在风冷式热交器2中与外界空气进行非传质传热，使得风冷式热交器2中的制冷剂被冷却降温；降温后的制冷剂进入蒸发式冷凝器3，在蒸发式冷凝器3的喷淋系统和风机14作用下，喷淋水与强对流空气共同作用，通过潜热的方式对蒸发式冷凝器3内的制冷剂进行高效的降温冷却；经蒸发式冷凝器3降温后的制冷剂液体进入取液器4，并经过第二旁通管路12流经节流装置6节流，节流后的制冷剂在负载侧换热器7中与负载换热，为负载提供稳定的冷量，换热后的制冷剂经过负载侧换热器7回到压缩机1的入口，进入下一次循环。
63.在该过程中，利用风冷式热交器2与蒸发式冷凝器3串联形成的混合换热器进行换热，其换热效率高，提高了夏季制冷效率。
64.在冬季时，由于外界环境温度比较低，作为自然冷源，足以为负载提供稳定的冷量，因此，此时无需压缩机1进行机械制冷；另外，由于环境温度较低，自然环境中的水有结冰的风险，因此，此时需关闭蒸发式冷凝器3的喷淋系统，也即，制冷系统处于第二工作模式，压缩机1和蒸发式冷凝器3的喷淋系统均不工作，且第二开关阀11和第三开关阀13均关闭，风冷式热交器2的风机14、蒸发式冷凝器3的风机14和冷媒液泵5正常工作，第一开关阀10打开，以利用冷媒液泵5提供制冷剂循环的动力，通过动力热管的原理进行制冷，实现自然冷却。
65.可以看出，该制冷系统在冬季运行时，主要通过风冷式热交器2向室外放热实现自然冷却，蒸发式冷凝器3的喷淋系统停止喷淋水，避免了结冰风险，因此解决了因室外温度较低导致蒸发式冷凝器3运行不稳定的问题；而且，制冷系统利用冷媒液泵5为制冷剂提供循环动力，冷媒液泵5的功率远小于压缩机1的功率，进一步降低了能耗。
66.另外，可以理解的是，第一开关阀10的存在，避免了通过压缩机1进行制冷时，从压缩机1出口排出的制冷剂气体通过第一旁通管路9到压缩机1入口。第二开关阀11的存在，则避免了在压缩机1不工作时制冷剂回流进入压缩机1出口；也即，通过设置第一开关阀10和第二开关阀11，确保了第一工作模式和第二工作模式的顺利切换。
67.需要说明的是，在冬季，制冷系统处于第二工作模式时，不仅需要循环水泵19关闭，而且需使循环水箱18内的循环水排空，避免蒸发式冷凝器3配水装置结冰。
68.另外，考虑到在夏季和冬季之间的过渡季节时，为了节省制冷能耗，制冷系统进入第三工作模式，也即，压缩机1不工作，第二旁通管路12断开，风冷式热交器2的风机14、蒸发式冷凝器3的风机14和冷媒液泵5均工作，以利用冷媒液泵5提供制冷剂循环的动力；而且，由于此时环境温度并不是过低，因此并不存在喷淋系统结冰的风险，此时蒸发式冷凝器3的喷淋系统正常工作。冷媒液泵5从取液器4的出口获取制冷剂液体，制冷剂液体经过冷媒液泵5加压后流经节流装置6进行节流，然后进入负载侧换热器7与负载换热，而后制冷剂依次经过第一旁通管路9、风冷式热交器2、蒸发式冷凝器3，最终回到取液器4。
69.由此可以看出，该过程中，利用冷媒液泵5为制冷剂提供循环动力，冷媒液泵5的功率远小于压缩机1的功率，进一步降低了能耗；而且，通过风冷式热交器2和蒸发式冷凝器3共同工作，通过蒸发式冷凝器3有效利用水蒸发潜热进行换热，提高了换热效率，在过渡季节对比单纯采用风冷的自然冷却，该制冷系统能够更早的实现自然冷却模式的切换，使得全年可利用的自然冷却时长增加，大大降低了制冷系统的全年能耗。
70.需要说明的是，在上述各个实施例中，对第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式各自所对应的环境温度阈值不做具体限定，本领域技术人员可以根据实际需要来设定。
71.作为一种优选方案，在上述实施例的基础之上，第一工作模式运行时的环境温度大于或等于15℃且小于或等于55℃；第二工作模式运行时的环境温度小于或等于1℃；第三工作模式运行时的环境温度大于或等于1℃且小于或等于15℃。
72.也就是说，本技术发明人发现，在上述环境温度阈值下，对应运行第一工作模式、第二工作模式或第三工作模式，可以使得制冷效果较佳，且可最大限定的降低能耗。
73.在上述实施例的基础之上，优选地，还包括气液分离器8，气液分离器8设于压缩机1的入口和负载侧换热器7之间，也即，制冷剂经过负载侧换热器7后，进入气液分离器8，经由气液分离器8进入压缩机1的入口。
74.为了提升风冷式热交器2的降温效果，在上述实施例的基础之上，风冷式热交器2的数量为两个，两个风冷式热交器2并联设置。
75.也就是说，本实施例中，从压缩机1出口排出的高温高压制冷剂蒸汽，一分为二进入两个风冷式热交器2，分别经两个风冷式热交器2冷却降温后，制冷剂最终汇聚到每个风冷式热交器2的出口集管，经两个风冷式热交器2的出口集管进入蒸发式冷凝器3的冷媒流路17中。
76.为了节省空间和考虑到冷媒流路17连接的方便性，在上述实施例的基础之上，蒸发式冷凝器3和两个风冷式热交器2三者并排设置，且两个风冷式热交器2分别设于蒸发式冷凝器3的两侧。
77.也即，两个风冷式热交器2对称分布于蒸发式冷凝器3的两侧，以便于每个风冷式热交器2的出口集管与蒸发式冷凝器3的冷媒流路17的连接；蒸发式冷凝器3和两个风冷式热交器2三者并排设置，有利于合理利用空间，减小制冷系统的整体体积。
78.为了进一步节省空间，在上述实施例的基础之上，如图6所示，风冷式热交器2和蒸发式冷凝器3的顶部设有一个共用的出风口15，出风口15设有至少一个风机14。
79.也就是说，本实施例中，风冷式热交器2的出风口15和蒸发式冷凝器3的出风口15是相互贯通的，也即，两者共用同一个大的出风口15，并通过设置在该共用出风口15的风机14，实现风冷式热交器2和蒸发式冷凝器3的强对流空气。
80.需要说明的是，本实施例对风机14的具体数量不做限定。例如，如图7所示，风机14的数量优选为两个；如图8所示，风机14的数量为三个。
81.另外，本实施例对风机14的具体结构不做限定，例如，风机14可以为轴流风机14或离心风机14。
82.考虑到进风的方便性，在上述实施例的基础之上，如图6所示，蒸发式冷凝器3和两个风冷式热交器2的进风口均位于侧面。
83.进一步地，为了确保风冷式热交器2和蒸发式冷凝器3各自具有独立的风道，避免经由风冷式热交器2和蒸发式冷凝器3的空气气流相互干扰，在上述实施例的基础之上，如图5所示，风冷式热交器2和蒸发式冷凝器3之间设有隔板16。
84.也即，本实施例通过隔板16将风冷式热交器2和蒸发式冷凝器3隔开，使得风冷式热交器2和蒸发式冷凝器3的风道相互独立，以避免两者的换热相互影响。
85.更为重要的是，为了减小冷媒流体的阻力，避免底部积液，在上述实施例的基础之上，蒸发式冷凝器3的冷媒流路17自上而下成排布置，风冷式热交器2的出口集管与冷媒流路17的顶部相连。
86.如图4所示，蒸发式冷凝器3的冷媒流路17从上到下来回弯折设置，以形成连续的冷媒流路17，使得制冷剂在冷媒流路17中从上而下的逐渐流动，无需克服重力作用，因此，减小了冷媒流体的阻力；而且，这样设置，使得蒸发式冷凝器3的冷媒流路17的出口位于蒸发式冷凝器3的底部，从而可避免在蒸发式冷凝器3的底部积液。
87.另外，考虑到蒸发式冷凝器3的喷淋系统供水的方便性，在上述实施例的基础之上，喷淋系统配置有独立的配水装置，配水装置包括循环水箱18、循环水泵19、水过滤器和配水管路。
88.可以理解的是，喷淋系统需要工作时，循环水泵19开启；喷淋系统无需要工作时，循环水泵19关闭。
89.还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
90.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它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
91.以上对本实用新型所提供的制冷系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。