氨冷冻装置的制作方法

本发明涉及一种氨冷冻装置，该装置包括以氨做冷媒的一次侧氨冷冻循环，和以被所述一次侧氨冷冻循环中的氨所冷却的二氧化碳为冷媒的二次侧二氧化碳冷却循环。该装置利用二次侧二氧化碳冷却循环中的蒸发器，冷却室内或者冷库的内部，尤其适用于冷却冷库和服务器室。

背景技术：

传统上作为冷冻装置，将氨作为冷媒的氨循环和用二氧化碳作为冷媒的二氧化碳循环组合，利用二氧化碳循环的蒸发器来实行冷却的热泵系统已被广泛熟知（例如：专利文献1）。

专利文献1：再表00-050822号公报（特别是参照图1）。

但是，上述传统的热泵系统中的氨循环中的冷凝器中，是将气体氨利用冷却水冷却的结构。用冷却水冷却的冷却塔需要设置在机房的外部，冷却水泵能耗变大，冷凝温度变高，效率不够充分。

为了克服上述问题，本发明与传统的拥有冷却塔和冷却水泵的氨冷凝用的冷却循环相比，小型化的同时，提供更高的氨冷冻效率。

技术实现要素：

本发明提供了一种氨冷冻装置，包括氨蒸发用串级冷凝器，氨蒸发用串级冷凝器在作为以氨为冷媒的一次侧氨冷冻循环中作为氨蒸发器；在所述氨蒸发用串级冷凝器中，冷却、液化二次侧二氧化碳冷却循环中的二氧化碳，所述二氧化碳是二次侧二氧化碳冷却循环的冷媒；将该二氧化碳输送到二次侧二氧化碳冷却循环的二氧化碳蒸发器中，在蒸发器中将被冷却物冷却蒸发成气体后，回到所述将氨蒸发用的串级冷凝器中再被冷却、液化；还包括氨冷凝用串级冷凝器；氨冷凝用串级冷凝器用于在所述一次侧氨冷冻循环中，冷凝所述氨；用于冷却所述氨的氨冷凝用冷却循环使用自然冷媒或非破坏臭氧层冷媒作为运转冷媒；还包括蒸发式冷凝器；所述氨冷凝用串级冷凝器中的蒸发的所述运转冷媒在所述蒸发式冷凝器中冷却液化。

进一步，所述的蒸发式冷凝器设置于氨冷凝用串级冷凝器的上方。

进一步，所述氨冷凝用冷却循环中，拥有将所述蒸发式冷凝器冷却、液化的冷媒强制送往氨冷凝用的串级冷凝器的冷媒液泵。

进一步，氨冷凝用的冷却循环中，拥有氨冷凝串级冷凝器的冷媒出口和蒸发式冷凝器的冷媒出口间设置的压缩机，和氨冷凝用串级冷凝器的冷媒入口和蒸发式冷凝器的冷媒出口间设置的流量调整阀。

进一步，冷却氨的冷媒为二氧化碳，快速冷却的同时，缩小了设备的体积。

进一步，二氧化碳蒸发器设置在制冷房间的内部，前述的一次侧氨冷冻循环设置于与所述制冷房间不同的密闭房间内。

有益效果：

本发明的氨冷冻装置，由以氨为冷媒的一次侧氨冷冻循环，和以被所述一次侧氨冷冻循环中的氨所冷却的二氧化碳为冷媒的二次侧二氧化碳冷却循环。该装置不仅利用二次侧二氧化碳冷却循环中的蒸发器冷却被冷却物，还发具有以下有益效果：

1.在氨冷凝用串级冷凝器中冷却氨的氨冷凝用冷却循环，使用自然冷媒或非破坏臭氧层冷媒为运转冷媒，拥有冷却、液化所述氨冷凝用串级冷凝器中蒸发的运转冷媒的蒸发式冷凝器，在此蒸发式冷凝器中充分冷却、液化的运转冷媒从氨中取热蒸发的同时，氨冷凝温度比传统的冷却水冷却技术低，比传统的由冷却塔和冷却水泵组成的氨冷凝用的冷却循环小型化的同时，提高效率。

2.蒸发式冷凝器设置在所述氨冷凝用串级冷凝器的上方，氨冷凝用串级冷凝器中气化的运转冷媒，和蒸发式冷凝器中液化的液体冷媒因密度差和液压差，冷却循环经路中液体冷媒向下，气体冷媒向上自然移动，不需要液泵即可实现循环。

3.氨冷凝用冷却循环中，拥有将所述蒸发式冷凝器冷却、液化的冷媒强制送往氨冷凝用串级冷凝器的冷媒液泵，循环经路中对于运转冷媒施加循环作用力，对于氨冷凝用串级冷凝器，蒸发式冷凝器设置位置可以自由决定。

4.氨冷凝用冷却循环中，拥有在氨冷凝串级冷凝器中的冷媒出口和蒸发式冷凝器的冷媒出口间设置的压缩机，和氨冷凝用串级冷凝器的冷媒入口和蒸发式冷凝器的冷媒出口间设置的流量调整阀；以压缩机为基准，氨冷凝用串级冷凝器侧的压力下降的同时，氨冷凝用串级冷凝器侧的温度下降，送到氨冷凝用串级冷凝器的运转冷媒液体的温度下降，因此将运转冷媒液体输送到氨冷凝用串级冷凝器可以将氨进一步冷却到低温。

5.前述的运转冷媒为二氧化碳，万一氨冷凝用冷却循环中发生泄露，也对人无害，可以确保安全。进一步的

进一步的，比如湿球温度即使在27°，二氧化碳气体和液体共存的临界温度为不到31.1°，氨冷凝用冷却循环的二氧化碳温度降低，在蒸发式冷凝器内部，二氧化碳液化，因此可以更高效的冷却一次侧氨冷冻循环的氨。

6.二氧化碳蒸发器设置在制冷房间的内部，前述的一次侧氨冷冻循环设置于与所述制冷房间不同的密闭房间内，一次侧氨冷冻循环的管路没有必要放在密闭房间外，万一氨发生泄漏，也可以最大程度防止对人发生危害，并不对制冷房间造成氨的不良影响。进一步的

进一步的，一次侧氨冷冻循环设置于密闭房间内，没有必要配备主任管理员，用户侧可以安心安全运转氨冷却装置。

附图说明

图1展示作为本发明第一实施例的氨冷却装置概念图。

图2表现二氧化碳温度、压力特性的相图。

图3展示作为本发明第一实施例的氨冷却装置设置例子的概念图。

图4从图3中符号4-4观察的概念图。

图5从图3中符号5观察的概念图。

图6展示作为本发明第二实施例的氨冷却装置概念图。

图7展示作为本发明第三实施例的氨冷却装置重要部分概念图。

附图标记

100、200、300：氨冷冻装置；

110、210、310：一次侧氨冷冻循环；

111、211：压缩机；

112、212、312：氨冷凝用串级冷凝器；

113、213：氨高压储液器；

114、214：膨胀阀；

115、215：氨低压储液器；

116、216：氨蒸发用串级冷凝器；

120、220：二次侧二氧化碳冷却循环；

121、221：二氧化碳储液器；

122、222：二氧化碳液泵；

123、223：二氧化碳蒸发器（制冷器）；

130、230、330：氨冷凝用冷却循环；

131、231、331：蒸发式冷凝器；

131a、231a、331a：冷凝盘管（传热管）；

131b、231b、331b：风机；

131c、231c、331c：水泵；

131d、231d、331d：喷射器；

131e、231e、331e：空气进气口；

131f、231f、331f：空气排气口；

232：二氧化碳储液器；

233：液体二氧化碳液泵；

334：气体送风机（压缩机）；

335：流量调整阀；

140、240：机房；

sr：服务器室（制冷房间）；

rk：服务器机架；

wl：壁板；

hi：热岛；

ci：冷岛；

cd：吊顶风管；

fn：循环风机；

fd：地板夹层风管。

具体实施方式

本发明的氨冷冻装置，由以氨为冷媒的一次侧氨冷冻循环，以被一次侧氨冷冻循环的氨冷却的二氧化碳为冷媒的同时拥有蒸发器的二次侧二氧化碳冷却循环，冷却一次侧氨冷冻循环中的氨的氨冷凝用冷却循环所组成；氨冷凝用冷却循环中，拥有用来冷却、液化，用来冷却氨并使用自然冷媒或非破坏臭氧层冷媒的运转冷媒的蒸发式冷凝器，只要因此比传统的用冷却塔及冷却水泵来冷却氨的冷却循环，实现更加小型化的同时，更加效率化，具体实施形态如何都不限制。

比如，蒸发式冷凝器通过水的气化显现吸取蒸发潜热冷却冷凝盘管（传热管），只要是冷却通过冷凝盘管（传热管）内部的冷媒气体，形式如何并不限制。

另外，运行冷媒是二氧化碳，氨，乙烷，丁烷等碳水化合物，只要是自然冷媒或者非破坏臭氧层冷媒，具体是哪种并不限制。

实施例1：

本发明的第一实施例氨冷冻装置100用图1和2进行说明，本发明的第一实施例氨冷冻装置100的安装例用图3到5进行说明。

图1是展示作为本发明第一实施例的氨冷却装置概念图。

图2是二氧化碳温度、压力特性的物性图。

图3是展示作为本发明第一实施例的氨冷却装置设置例子的概念图。

图4是从图3中符号4-4观察的概念图。

图5是从图3中符号5观察的概念图。

本发明的第一实施例氨冷冻装置100如图1所示，由一次侧氨冷冻循环110，以被所述一次侧氨冷冻循环110中的氨冷却的二氧化碳为冷媒的二次侧二氧化碳冷却循环120，冷却一次侧氨冷冻循环110中的氨的氨冷凝用冷却循环130所组成。

这里面，一次侧氨冷冻循环110由压缩机111，作为冷凝器一例的氨冷凝用串级冷凝器112，氨高压储液器113，膨胀阀114，作为气液分离器的氨低压储液器115，作为冷凝器一例的氨蒸发用串级冷凝器116组成。压缩机111用于压缩气体氨，被压缩后的气体氨，通过氨冷凝用串级冷凝器112时，经后述的氨冷凝用冷却循环130的液体二氧化碳吸取热量，冷却成液体。

液化氨被送到氨高压储液器，后被送到膨胀阀114。膨胀阀114给液体氨减压的同时控制流量。液体氨经膨胀阀114被送往氨低压储液器115，后被送到氨蒸发用串级冷凝器116。

液体氨通过氨蒸发用串级冷凝器116时，被后述的二氧化碳冷却循环120中的气体二氧化碳吸热，蒸发变成气体的同时，二氧化碳液化。

气体氨被送到氨低压储液器115，后被送到压缩机111压缩。

另外，氨低压储液器115设置位置比氨蒸发用串级冷凝器116高，这之间形成氨液压差，利用此液压差发生自然循环，可以不用液泵。

另外，一次侧氨冷冻循环110，设置在密闭的机房140内部。

二次侧二氧化碳冷却循环120由作为气液分离器的二氧化碳储液器121，二氧化碳液泵122，二氧化碳蒸发器123组成，在一次侧氨冷冻循环110中的氨蒸发用串级冷凝器116处与一次侧氨冷冻循环110组合。

二氧化碳储液器121为储存在氨蒸发用串级冷凝器116处液化的液体二氧化碳。

二氧化碳储液器121里的液体二氧化碳，被送往二氧化碳液泵122，二氧化碳液泵122把液体二氧化碳送往液体二氧化碳蒸发器123。

液体二氧化碳通过二氧化碳蒸发器123时，从二氧化碳蒸发器123周围的空气或物品吸热蒸发变成气体的同时，冷却周围的空气或物体。

气体二氧化碳被送往二氧化碳储液器121，进一步的被送往氨蒸发用串级冷凝器116。气体二氧化碳通过氨蒸发用串级冷凝器116时，被液体氨吸热，冷却成液体。

此外，本实施例中，二次侧二氧化碳冷却循环120的冷媒为二氧化碳。

氨冷凝用冷却循环130中拥有蒸发式冷凝器131，在一次侧氨冷冻循环110中的氨冷凝用串级冷凝器112处，与一次侧氨冷冻循环110组合。蒸发式冷凝器131有冷凝盘管131a，风机131b，水泵131c，喷射器131d，空气进气口131e，空气排气口131f。

其中，冷凝盘管131a内部通过作为冷媒的二氧化碳。

另外，为进一步提高冷凝效率，可以将冷凝盘管131a对于水平方向，空气流动方向及喷射器131d的喷射方向倾斜放置，内部的二氧化碳沿着倾斜朝下流淌。

另外氨冷凝用冷却循环130的盘管，由于利用二氧化碳的潜热，所以可以使用口径比较小的盘管。

风机131b，确保从空气进气口131e流入的空气通过冷凝盘管131a从空气排气口131f排出，形成蒸发式冷凝器的内部气流。

水泵131c，将蒸发式冷凝器131的底部存储水提升到上方喷射器131d。

喷射器131d将由水泵131c送出的水朝冷凝盘管131a喷射，因气化现象吸取蒸发潜热，冷却盘管131a得到冷却。因此，冷凝盘管131a内部通过的气体二氧化碳被冷却液化。

此外，本实施例中的氨冷凝用冷却循环130的冷媒为二氧化碳。

本实施例中，如上所述，氨冷凝用冷却循环130拥有将二氧化碳冷媒冷却并液化的蒸发式冷凝器131.

因此，在蒸发式冷凝器131中充分冷却、冷凝的液体二氧化碳从氨中吸热蒸发的同时，氨被冷却，氨的冷凝温度比传统的使用冷却水冷却时低。

即是说，与传统的由冷却塔和冷却水泵组成的氨冷凝用冷却循环相比小型化的同时，还可以提高效率。

进一步的一步的，比如即使湿球温度27°时，如图2所示，未达到二氧化碳气体及液体同时存在的临界温度31.1度时，即可满足降低氨冷凝用冷却循环130的二氧化碳温度，在蒸发式冷凝器内部二氧化碳液化。

即是说，一次侧氨冷冻循环110的氨冷却效率提高。

另外，在本实施例中，蒸发式冷凝器131设置于氨冷凝用串级冷凝器112的上方。

因此在氨冷凝用串级冷凝器112其他的气体二氧化碳，和蒸发式冷凝器131中液化的液体二氧化碳的密度差及液压差，使循环经路中液体二氧化碳向下，气体二氧化碳向上自然移动。即是说，在氨冷凝用冷却循环130处，二氧化碳无泵循环。

如图3到图5所示，作为氨冷冻装置的一例，可以冷却服务器机房sr的服务器。氨冷凝用冷却循环130的蒸发式冷凝器131，水泵131c等，设置于服务器机房sr的上层或屋顶。

二次侧二氧化碳冷却循环120的二氧化碳蒸发器123及服务器机架rk，设置于服务器室sr内。服务器机架rk的配置形成热岛hi，冷岛ci。

在此，热岛hi即是服务器机架rk的列和壁板wl所分割出来的服务器机房sr空间中，只汇集服务器排热的空间。

冷岛ci即是汇集从二氧化碳蒸发器123（空调机）送出来的服务器吸引进去的冷气的空间。热岛hi中的热空气因热对流上升，流入吊顶风管cd，经循环风机fn送往二氧化碳蒸发器123.热空气通过二氧化碳蒸发器123时，二氧化碳蒸发器123中的液体二氧化碳吸热冷却变成冷空气。冷空气因热对流下降流入地板夹层风管fd，被送到冷岛ci，冷却服务器机架rk中的服务器。

本实施例中，如上述，二氧化碳蒸发器123设置于服务器室sr的内部，一次侧氨冷冻循环110设置在与服务器室sr不同的密闭机房140内部。

因此，一次侧氨冷冻循环110的盘管没有必要设置在机房140外部。

即是说，万一氨泄漏，对人的危害也可以回避，对服务器室内也可以避免氨的影响。

进一步的，一次侧氨冷冻循环110的高压侧和低压侧的配管在机房140的内部密闭，不需要配备主任管理员。

将气体氨检测传感器设置于机房140的天花板，喷射二氧化碳的喷射器设置于机房140的外部。传感器检测到氨时，利用机房上方设置的风管将氨排至机房140外，喷射器再喷射出二氧化碳的结构也可以。

因此万一氨泄漏，氨气体会上升并被检测出，并与喷射器中喷出的二氧化碳气体中和。

由此得来的第一实施例的氨冷冻装置100，氨冷凝用冷却循环130中，拥有用来冷却、液化，用来冷却氨并使用自然冷媒或非破坏臭氧层冷媒的运转冷媒的蒸发式冷凝器131，因此比传统的用冷却塔及冷却水泵来冷却氨的冷却循环，实现更加小型化的同时，更加效率化，可以更高效的冷却一次侧氨冷冻循环110中的氨。

进一步的，蒸发式冷凝器131设置在所述氨冷凝用串级冷凝器112的上方，因此在氨冷凝用冷却循环130中，二氧化碳冷媒不需要液泵即可实现循环。

另外，二氧化碳蒸发器123设置在作为制冷房间的服务器室sr的内部，一次侧氨冷冻循环110设置于与服务器室sr不同的密闭机房140内，因此万一氨发生泄漏，也可以最大程度防止对人发生危害，并不对服务器室sr造成氨的不良影响。用户可以安心运行氨冷冻装置100，效果甚大。

实施例2：

本发明的第二实施例，氨冷冻装置200由图6展示。

图6是展示作为本发明第二实施例的氨冷却装置的概念图。

第二实施例的氨冷冻装置200为将第一实施例氨冷冻装置100的蒸发冷凝器131的设置位置做出改变，很多要素都与第一实施例的氨冷冻装置100相通，故省略共通事项，数字200后的后两位数字即为共通符号。

如图6所示，氨冷凝用冷却循环230由，蒸发式冷凝器231，二氧化碳储液器232，向氨冷凝用串级冷凝器212中强制输送液体二氧化碳的二氧化碳液泵233组成。

蒸发冷凝器231设置位置比一次侧氨冷冻循环210中的氨冷凝用串级冷凝器212位置低也可以。

二氧化碳储液器232储存经蒸发冷凝器231液化的液体二氧化碳。

液体二氧化碳液泵233将二氧化碳储液器232内部的液体二氧化碳强制输送到氨冷凝用串级冷凝器212.

因此，氨冷凝用冷却循环230的循环经路上液体二氧化碳通过液泵233循环。由此得来的第二实施例的氨冷冻装置200，氨冷凝用冷却循环230中，拥有向氨冷凝用串级冷凝器212强制输送液体二氧化碳的作为冷媒液泵的二氧化碳液泵233，因此对于氨冷凝用串级冷凝器212，蒸发式冷凝器231的设置位置可以自由决定，效果甚大。

实施例3：

本发明的第三实施例，氨冷冻装置300由图7展示。

图7是展示作为本发明第三实施例的氨冷却装置重要部分的概念图。

第三实施例的氨冷冻装置300为将第一实施例氨冷冻装置100的氨冷凝用冷却循环130中，追加了气体送风机和流量调整阀。很多要素都与第一实施例的氨冷冻装置100相通，故省略共通事项，数字300后的后两位数字即为共通符号。

如图7所示，氨冷凝用冷却循环330由蒸发式冷凝器331，作为压缩机的气体送风机334，调整液体二氧化碳流量的同时将二氧化碳气体减压并送往氨冷凝用串级冷凝器312的流量调整阀335组成。

气体送风机334用于在一次侧氨冷冻循环310的氨冷凝用串级冷凝器312中，将变成气体的二氧化碳强制送往蒸发冷凝器331。

因此，氨冷凝用串级冷凝器312为基准，氨冷凝用串级冷凝器侧的而压力下降的同时温度也下降，送往氨冷凝用串级冷凝器312中二氧化碳的温度也下降。比如，闷热的东京湿球温度达到27°，二氧化碳的温度也未达到二氧化碳企业共存的临界温度31.1°。

本实施例中，循环经路上，氨冷凝用串级冷凝器312和气体送风机334间，氨冷凝用串级冷凝器312和流量调整阀335之间未设置任何装置，在这里设置气液分离器也可以。

这个气液分离器是从流量调整阀335向氨冷凝用串级冷凝器312输送液体二氧化碳，分离返回的气液共存冷媒，并只将气体二氧化碳输送到气体送风机334.

气体送风机334是为使气液分离器内部压力和温度下降，将气液分离器内部的二氧化碳温度确实的保持在低于二氧化碳临界温度31.1°。

气液分离器内部设置有压力和温度传感器，当测试数值达到二氧化碳临界温度31.1°时的物性值时，气体送风机334启动，测试数值不满时气体送风机334停止。

由此得来的本发明第三实施例的氨冷冻装置300，在氨冷凝用冷却循环330中，氨冷凝用串级冷凝器312的运转冷媒出口和蒸发式冷凝器331的运转冷媒入口间设置作为压缩机的气体送风机334，氨冷凝用串级冷凝器312的运转冷媒入口和蒸发式冷凝器331的运转冷媒出口间设置流量调整阀335，因此将液体二氧化碳送往氨冷凝用串级冷凝器312可以将氨冷却到更低温，效果甚大。