一种工质循环量可调节的复合全年降温冷却系统的制作方法

本发明主要涉及全年降温的冷却技术领域，特别是工质循环量可调节且工作模式可转换的复合全年降温冷却系统，属于换热技术领域。

背景技术：

数据机房或机柜、输变电站等放置设备的空间或设备内部，全年需要冷却降温系统将设备或元器件发热量散到大气中去，来维持机房或机柜内的环境温度，保证设备的正常工作运行。为了使上述冷却降温系统全年高效运行，达到节能减排的目的，中国专利201721170360.1提出了一种可转换工作模式的复合全年降温冷却系统。该专利技术将分离式热管、气泵驱动热管和机械制冷三者合理集成到一套冷却系统中，就可根据气温和负荷的变化，来转换不同的工作模式进行全年冷却，充分发挥各种工作模式的优势，一方面可以减小冷却设备的尺寸和重量，另一方面又可以保证全年运行的能效比最优。

但是，上述的可转换工作模式复合全年降温冷却系统，经过样机实验研究和示范工程应用发现：夏季机械制冷模式和冬季自然冷却模式运行时，其工质循环量差异较大，若以夏季模式的循环量充注工质，该系统按照冬季模式在气温较低时运行则会出现工质循环量严重不足或断流现象，严重恶化了系统性能；若以冬季模式的循环量充注工质，该系统按照夏季模式运行时则会出现工质过剩而大量积聚在室外换热器中，同样也降低了系统性能。另一方面，按照气泵驱动热管模式工作，在气温低于室内温度较小时，工质流经节流元件适度节流能改善系统性能，只有在气温低于室内温度较大时，工质不经过节流元件无节流时系统性能才优越。

为解决上述复合全年降温冷却系统由于工质循环量不可调节带来的性能劣化问题，以及进一步提高该系统的运行能效水平，设计出本发明的技术方案。

技术实现要素：

本发明的目的，是针对上述现有技术中存在的问题，提供一种构造简单、能效水平和可靠性显著改善且工质循环量易于调节的复合全年降温冷却系统。

为了实现上述的发明目的，本发明的技术方案以下方式实现：一种工质循环量可调节的复合全年降温冷却系统，该系统包括气泵1、单向阀a2、带控制阀的油平衡管3、单向阀b4、压缩机5、油分离器6及其回油阀7、室外换热器8、贮液罐9、节流元件10、截止阀a11、截止阀b12、单向阀c13、室内换热器14、气液分离器15和带控制阀的回油管16等。

贮液罐9设有进管9a和出管9b，而进管9a插入罐内的高度要大于其出管9b插入高度，气液分离器15上设有回油口和回液口；它们通过管道依次连接成回路：气泵1出口通过单向阀a2，压缩机5出口通过单向阀b4，单向阀a2和单向阀b4出口汇合后与油分离器6进口连接，带控制阀的油平衡管3将气泵1和压缩机5的油池连接起来；油分离器6出口与室外换热器8进口连接，油分离器6底部出口通过回油阀7与油平衡管3连接；室外换热器8出口分两路，一路通过截止阀a11与节流元件10连接，另一路连接贮液罐9进管9a，贮液罐9出管9b与截止阀b12连接，节流元件10和截止阀b12出口汇合后与室内换热器14进口连接，室内换热器14出口与气液分离器15的进口连接，气液分离器15出口同时与气泵1和压缩机5进口相连，气液分离器15底部的回液口用管道通过单向阀c13接入室内换热器14进口管道上，气液分离器15的回油口通过带控制阀的回油管16接入气液分离器15出口管道上。整个冷却系统密闭后，充注一定量的低沸点介质，并向气泵1和压缩机5的油池中注入适量的润滑油。

若工作温差(室外温度)-ti(室外温度)，t1、t2为分别具体的温差数值(℃)且t1>t2，则该系统的运行模式如下：当时，气泵1停机而压缩机5开启，且截止阀a11打开而截止阀b12关闭，该冷却系统按照机械制冷模式工作；当时，气泵1开启而压缩机5停机，且截止阀a11打开而截止阀b12关闭，该冷却系统按照气泵驱动热管节流模式工作；当时，气泵1开启而压缩机5停机，且截止阀a11关闭而截止阀b12打开，该冷却系统按照气泵驱动热管无节流模式工作。

贮液罐(9)的进管9a靠近罐顶部，而出管9b靠近罐底部，同时出管9b要低于室外换热器(8)出口一定的高度，进管9a与室外换热器(8)进口管路相通，出管9b同时与截止阀a11和截止阀b12进口管路相通。

当ti＝25℃时，t1适宜值为(0±5)℃，t2适宜值为(-20±10)℃。

油分离器6及其回油阀7可以省去，单向阀a2和单向阀b4出口汇合后直接室外换热器8进口连接。

气液分离器15，以及与之相连接的单向阀c13和带控制阀的回油管16可以省去，室内换热器14出口直接与气泵1和压缩机5进口相连。

节流元件10是节流管，或者是手动节流阀、热力膨胀阀、电子膨胀阀或电动膨胀阀等节流阀中的任一种，或者节流孔。

气泵1可以是多台气泵并联的机组，压缩机5可以是多台压缩机并联的机组；气泵1和压缩机5还可以是一台带二套排气系统的机器或者能高效输出二个不同排气压力的机器。

充注的低沸点介质为一种工质，也可以是二种或者多种工质的混合物。

对于上述的工质循环量可调节的复合全年降温冷却系统，夏季气温较高时按照机械制冷模式工作为机房或机柜降温冷却，春秋季气候凉爽季节按照气泵驱动热管节流模式工作。在这二种模式下，系统的工质循环量相对较小，不参与循环的工质积存在贮液器下部。暮秋、初春和冬季气温较低时按照气泵驱动热管无节流模式工作，系统的工质循环量相对较大，积存在贮液器下部的工质流出参与循环。这样，系统根据不同的气温启用相应的高效工作模式，同时工质循环量可调节又保证了系统在各种工作模式下的高效运行，进一步提高了该系统的运行稳定性和能效水平。

附图说明

下面结合附图及具体的实施方式对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例一的系统连接图。

图2是本发明实施例二的系统连接图。

图3是本发明实施例三的系统连接图。

图4是本发明实施例四的系统连接图。

图中：1—气泵，2—单向阀a，3—带控制阀的油平衡管，4—单向阀b，5—压缩机，6—油分离器，7—回油阀，8—室外换热器，9—贮液罐，10—节流元件，11—截止阀a，12—截止阀b，13—单向阀c，14—室内换热器，15—气液分离器，16—带控制阀的回油管。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

实施例一

参考图1，该实施例是可根据气温变化实现机械制冷、气泵驱动热管节流和气泵驱动热管无节流等三种工作模式转换且工质循环量随工作模式而变化的数据机房用全年降温冷却系统。该系统包括气泵1、单向阀a2、带控制阀的油平衡管3、单向阀b4、压缩机5、油分离器6及其回油阀7、室外换热器8、贮液罐9、节流元件10、截止阀a11、截止阀b12、单向阀c13、室内换热器14、气液分离器15、带控制阀的回油管16等组成；贮液罐9设有进管9a和出管9b，而进管9a插入罐内的高度要大于其出管9b插入高度，气液分离器15上设有回油口和回液口；它们通过管道依次连接成回路：气泵1出口通过单向阀a2，压缩机5出口通过单向阀b4，单向阀a和b出口汇合后与油分离器6进口连接，带控制阀的油平衡管3将气泵1和压缩机5的油池连接起来；油分离器6出口与室外换热器8进口连接，油分离器6底部出口通过回油阀7与油平衡管3连接；室外换热器8出口分两路，一路通过截止阀a11与节流元件10连接，另一路连接贮液罐9的进管9a，贮液罐9的出管9b与截止阀b12连接，节流元件10和截止阀b12出口汇合后与室内换热器14进口连接，室内换热器14出口与气液分离器15的进口连接，气液分离器15出口同时与气泵1和压缩机5进口相连，气液分离器15底部的回液口用管道通过单向阀c13接入室内换热器14进口管道上，气液分离器15的回油口通过带控制阀的回油管16接入气液分离器15出口管道上。整个冷却系统密闭后，充注一定量的r32或r22，并向气泵1和压缩机5的油池中注入与工质相配的适量润滑油。

该系统的运行模式如下：

室内温度ti全年保持在25℃，当工作温差(＝室外温度to-ti)>0℃时，气泵1停机而压缩机5开启，且截止阀a11打开而截止阀b12关闭，该冷却系统按照机械制冷模式工作。室内换热器吸收数据机房内的热量后，其内部的液态工质汽化，经气液分离器15后被压缩机5吸入，积存在气液分离器15中的液体和油根据需要分别流到室内换热器4进口和气液分离器15出口的管路中；经压缩机5升压后进入油分离器6，分油后的工质气体再输送至室外换热器8；油分离器底部积存的油，根据需要再经回油阀7和油平衡管3流回压缩机油池；工质在室外换热器8内散热给周围的空气后重新凝结为液态，流出室外换热器8后分为二路：正常循环的工质经节流元件再流回室内换热器；多余的工质经进管9a流入贮液罐9积存下来。重复循环这样的过程，就可以在机房与外界密闭的情况下将其内部的热量散发到大气中。

当时，气泵1开启而压缩机5停机，且截止阀a11打开而截止阀b12关闭，该冷却系统按照气泵驱动热管节流模式工作。其工作过程类似于机械制冷模式，只是节流程度和工质循环量有所不同。

当时，气泵1开启而压缩机5停机，且截止阀a11关闭而截止阀b12打开，该冷却系统按照气泵驱动热管无节流模式工作。气泵1循环工质流经换热器8后，流出工质液体经进管9a流入贮液罐9，在经出管9b流出贮液罐9，经截止阀b12后再流回室内换热器，从而完成了工作循环。由于出管9b靠近罐底部，因此罐内工质可以全部参与循环，满足了此时较大工质循环量的需求。

实施例二

参考图2，该实施例是贮液罐与室外换热器并联的工质循环量可调节复合全年降温冷却系统，与实施例一相比，该系统的贮液罐9结构有所变形，即贮液罐9的进管9a靠近罐顶部，而出管9b靠近罐底部；其安装位置也变化为与室外换热器8并联，且贮液罐9出管9b要低于室外换热器8出口一定的高度，进管9a与室外换热器8进口管路相通，出管9b同时与截止阀a11和截止阀b12进口管路相通。其余部分与实施例一相同。按照机械制冷和气泵驱动热管节流模式工作时，不参与循环的工质首先积存在室外换热器8下部，由于贮液罐9安装位置较低，之后就流到贮液罐9中积存下来；按照气泵驱动热管无节流模式工作时，贮液罐9中积存的工质可以全部参与循环，增大了系统的工质循环量。节流元件10选用电动膨胀阀，回路中充注一定量的r134a或r410a。

实施例三

参考图3，该实施例是不带油分离器的工质循环量可调节复合全年降温冷却系统。与实施例一的主要区别为：省去油分离器6及其回油阀7，这时单向阀a2和单向阀b4出口汇合后直接室外换热器8进口连接。其它部分的系统构成和工作模式转换，与实施例一相同。

实施例四

参考图4，该实施例是是不带气液分离器和油分离器的工质循环量可调节复合全年降温冷却系统。与实施例三相比，省去了气液分离器15，以及与之相连接的单向阀c13和带控制阀的回油管16，室内换热器14出口直接与气泵1和压缩机5进口相连。其它部分的系统构成和工作模式转换，与实施例三相同。