一種新型可變壓比蒸氣壓縮/熱管一體式機房空調(diào)系統(tǒng)及其控制方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開一種新型可變壓比蒸氣壓縮/熱管一體式機房空調(diào)系統(tǒng)，包括壓縮機、冷凝器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器、室外風(fēng)機、室內(nèi)風(fēng)機和控制器；所述壓縮機、冷凝器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器依次通過管道串聯(lián)在一起；所述室外風(fēng)機設(shè)置在冷凝器一側(cè)；所述室內(nèi)風(fēng)機設(shè)置在蒸發(fā)器一側(cè)；所述控制器通過數(shù)據(jù)傳輸線分別與壓縮機、冷凝器、節(jié)流裝置、室外風(fēng)機、室內(nèi)風(fēng)機、蒸發(fā)器和控制器相連接。本發(fā)明專利技術(shù)還公開了一種新型可變壓比蒸氣壓縮/熱管一體式機房空調(diào)系統(tǒng)的控制方法。本發(fā)明專利技術(shù)系統(tǒng)為蒸氣壓縮制冷功能和熱管冷卻功能的新型可變壓比一體式節(jié)能系統(tǒng)，能夠提供適宜的冷卻溫度和制冷量，實現(xiàn)在全年室外溫度大幅度變化的情況下一體式機房空調(diào)系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行。

A new type of variable ratio steam compression / heat pipe integrated air conditioner system and its control method

The invention discloses a novel variable ratio of vapor compression / heat pipe air conditioning system in one room, including a compressor, a condenser, a throttling device, an evaporator, an outdoor fan, indoor fan and a controller; the compressor, condenser, throttling device and the evaporator sequentially through the pipeline in series; the outdoor fan is set in one side of the condenser; the fan is arranged in the interior side of the evaporator; the controller through the data transmission line are respectively connected with the compressor, a condenser, a throttling device, an outdoor fan, indoor fan, and the controller is connected to the evaporator. The invention also discloses a control method of an air conditioner system with a variable pressure ratio steam compression / heat pipe integrated type machine room. The system of the invention for vapor compression refrigeration and heat pipe cooling function of the new variable than one type energy saving system, can provide cooling temperature and cooling capacity for the realization of efficient and stable computer room air conditioning system in the development of the outdoor temperature changes greatly under the condition of operation.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種新型可變壓比蒸氣壓縮/熱管一體式機房空調(diào)系統(tǒng)及其控制方法
本專利技術(shù)涉及制冷與空調(diào)
更具體地，涉及一種新型可變壓比蒸氣壓縮/熱管一體式機房空調(diào)系統(tǒng)及其控制方法。
技術(shù)介紹
隨著信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，數(shù)據(jù)中心的數(shù)量迅速增加。在全球范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為能源消耗的大戶，數(shù)據(jù)中心總能耗已經(jīng)占到全球總用電量的1.3％。熱管空調(diào)系統(tǒng)具有可以利用室外自然冷源且不引入室外污染物的優(yōu)勢而受到關(guān)注，但是由于熱管自然冷卻在室外溫度較高的季節(jié)無法運行，因此研究開發(fā)同時具有蒸氣壓縮制冷和熱管冷卻功能的一體式機房空調(diào)系統(tǒng)成為必然趨勢?，F(xiàn)有的蒸氣壓縮/熱管一體式空調(diào)系統(tǒng)按其基本原理可以分為蒸氣壓縮/熱管共用式、主動冷源/自然冷源并聯(lián)式、主動冷源/自然冷源串聯(lián)式和基于三介質(zhì)換熱器的蒸氣壓縮/回路熱管一體式空調(diào)系統(tǒng)。蒸氣壓縮/熱管共用式空調(diào)系統(tǒng)一方面由于熱管模式和蒸氣壓縮制冷模式下，制冷劑在蒸發(fā)器和冷凝器中的流動和換熱機理、制冷劑的分布規(guī)律不同，換熱器的優(yōu)化和制冷劑的充注量只能以一種模式為主進行設(shè)計，使得另外一種模式下的性能有所降低；另一方面，系統(tǒng)需要電磁閥來進行模式切換，電磁閥的頻繁切換帶來了較大的可靠性隱患，嚴重制約了系統(tǒng)的實際應(yīng)用。主動冷源/自然冷源并聯(lián)式和串聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)在不同的運行工況下，制冷劑在兩個串聯(lián)或并聯(lián)的冷凝器中存在著不同的制冷劑分布，并且并聯(lián)式系統(tǒng)中電磁閥切換也會帶來可靠性的隱患。因此，需要提供一種基于自由活塞壓縮機可變壓比蒸氣壓縮/熱管一體式機房空調(diào)系統(tǒng)，以解決上述隱患。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的一個目的在于提供一種新型可變壓比蒸氣壓縮/熱管一體式機房空調(diào)系統(tǒng)。本專利技術(shù)的另一個目的在于提供一種新型可變壓比蒸氣壓縮/熱管一體式機房空調(diào)系統(tǒng)的控制方法。為達到上述目的，本專利技術(shù)采用下述技術(shù)方案：一種新型可變壓比蒸氣壓縮/熱管一體式機房空調(diào)系統(tǒng)，包括壓縮機、冷凝器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器、室外風(fēng)機、室內(nèi)風(fēng)機和控制器；壓縮機：既可根據(jù)控制器接收到的冷凝溫度信號，改變壓縮機行程(上止點到下止點的距離)來調(diào)節(jié)壓縮比，適應(yīng)冷凝溫度，避免過壓縮，使得冷凝壓力能隨著室外溫度下降逐漸下降；也可根據(jù)控制器接收到的蒸發(fā)溫度信號，改變壓縮機的運轉(zhuǎn)頻率，控制蒸發(fā)溫度和制冷劑流量，使得其能夠提供適宜的冷卻溫度和制冷量，特別是在室外溫度低于室內(nèi)一定值后，該壓縮機可以以非常小的壓縮比運行(類似于氣泵模式運行)只提供制冷劑循環(huán)流動所需要克服的阻力(尤其是制冷劑氣液高差所提供的重力可以作為制冷劑流動推動力時，壓縮機可停止運行)，系統(tǒng)以回路熱管模式運行，高效利用室外自然冷源，實現(xiàn)在全年室外溫度大幅度變化的情況下一體式機房空調(diào)系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行；冷凝器和蒸發(fā)器為蒸氣壓縮系統(tǒng)和熱管冷卻系統(tǒng)共用；在蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)運行時，冷凝器和蒸發(fā)器為蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的冷凝器和蒸發(fā)器，在熱管冷卻系統(tǒng)運行時，冷凝器和蒸發(fā)器又為該熱管冷卻系統(tǒng)的蒸發(fā)端和冷凝端；節(jié)流裝置為可變節(jié)流面積的節(jié)流裝置，通過改變節(jié)流裝置的節(jié)流面積調(diào)節(jié)以控制壓縮機的吸氣過熱度，保持壓縮機的穩(wěn)定，并滿足蒸氣壓縮模式和熱管模式轉(zhuǎn)化的需求；室外風(fēng)機：可對風(fēng)冷換熱器的風(fēng)量進行調(diào)節(jié)，進而對機組的制冷量進行調(diào)節(jié)，以精確控制室內(nèi)溫度；室內(nèi)風(fēng)機：增強與蒸發(fā)器的熱量傳輸；控制器可以接收來自蒸發(fā)器和冷凝器的溫度信號反饋，并通過控制支路控制壓縮機壓縮比和運轉(zhuǎn)速率、風(fēng)機轉(zhuǎn)速或個數(shù)(水泵轉(zhuǎn)速)、節(jié)流裝置開度。所述壓縮機、冷凝器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器依次通過管道串聯(lián)在一起；所述室外風(fēng)機設(shè)置在冷凝器一側(cè)；所述室內(nèi)風(fēng)機設(shè)置在蒸發(fā)器一側(cè)；所述控制器通過數(shù)據(jù)傳輸線分別與壓縮機、冷凝器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器、室外風(fēng)機和室內(nèi)風(fēng)機相連接。上述系統(tǒng)為風(fēng)冷可變壓比蒸氣壓縮/熱管一體式機房空調(diào)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)也可以為水冷可變壓比蒸氣壓縮/熱管一體式機房空調(diào)系統(tǒng)，即將室外風(fēng)機替換為冷卻水回路水泵，通過冷卻水回路水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)水冷換熱器的水量，進而對機組的制冷量進行調(diào)節(jié)，更為精確的控制室內(nèi)的溫度。進一步，所述壓縮機為自由活塞式壓縮機；進一步，所述節(jié)流裝置為可變節(jié)流面積的節(jié)流裝置，優(yōu)選的為熱力膨脹閥或電子膨脹閥；進一步，所述冷凝器和蒸發(fā)器為微通道換熱器、翅片管式換熱器、套管式換熱器或板式換熱器。進一步，所述室外風(fēng)機為變速風(fēng)機或幾臺風(fēng)機，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速或者開啟的臺數(shù)來調(diào)節(jié)風(fēng)冷換熱器的風(fēng)量。一種新型可變壓比蒸氣壓縮/熱管一體式機房空調(diào)系統(tǒng)的控制方法，包括以下三種模式：1)蒸氣壓縮制冷模式：當(dāng)室外溫度較高，即室外溫度高于熱管回路冷凝溫度時，首先啟動壓縮機，蒸氣壓縮制冷回路內(nèi)的制冷劑經(jīng)壓縮機壓縮后，在冷凝器中冷凝，冷凝放熱后進入節(jié)流裝置，經(jīng)過節(jié)流降壓后再進入蒸發(fā)器，蒸發(fā)吸熱后又回到壓縮機；其中，控制器既可以對冷凝器反饋的冷凝溫度反饋信號進行處理，然后改變壓縮機行程來調(diào)節(jié)壓縮比，進而調(diào)節(jié)冷凝溫度，避免過壓縮，使得冷凝溫度能隨著室外溫度下降逐漸下降；也可對蒸發(fā)器反饋的蒸發(fā)溫度反饋信號進行處理，然后改變壓縮機的運轉(zhuǎn)頻率，適應(yīng)蒸發(fā)溫度和調(diào)節(jié)制冷劑流量，使得能夠提供適宜的制冷溫度和制冷量；2)聯(lián)合制冷模式：當(dāng)室外溫度較低時，即室外溫度低于熱管回路冷凝溫度，但室外溫度與熱管冷凝溫度的差值不足以保持整個數(shù)據(jù)中心的預(yù)定溫度時，控制器適時發(fā)出信號，自動開啟壓縮機，給熱管冷卻系統(tǒng)提供一定的動力，并將節(jié)流裝置的開度開到最大；此時制冷劑在壓縮機提供動力下進入冷凝器，冷凝放熱后流經(jīng)最小阻力的狀態(tài)下的節(jié)流裝置，直接到蒸發(fā)器蒸發(fā)吸熱，最后再回到壓縮機；其中，控制器對蒸發(fā)器傳來的蒸發(fā)溫度反饋信號進行處理，然后再改變壓縮機的運轉(zhuǎn)頻率，適應(yīng)蒸發(fā)溫度和調(diào)節(jié)制冷劑流量，使得其能夠提供適宜的冷卻溫度和制冷量；3)熱管模式：在室外溫度足夠低時，即室外溫度低于熱管冷凝溫度，且室外溫度與熱管回路的冷凝溫度的差值所達到的冷卻效果能滿足整個機房的預(yù)定溫度的保持，控制器適時發(fā)出信號，關(guān)閉壓縮機，但同時開放壓縮機進氣口和出氣口，將節(jié)流裝置的開度開到最大；此時制冷劑在冷凝器中冷凝，冷凝放熱后在重力的作用下進入蒸發(fā)器，蒸發(fā)吸熱后再回到冷凝器；整個系統(tǒng)是在制冷劑在管路回路中所受重力和壓縮機提供的動力的作用下運行。進一步，所述系統(tǒng)可以為風(fēng)冷可變壓比蒸氣壓縮/熱管一體式機房空調(diào)系統(tǒng)，在三種模式下，通過調(diào)節(jié)室外風(fēng)機來調(diào)節(jié)冷凝器的風(fēng)鈴，對機組的制冷量進行調(diào)節(jié)，精確的控制室內(nèi)的溫度。進一步，所述系統(tǒng)可以為水冷可變壓比蒸氣壓縮/熱管一體式機房空調(diào)系統(tǒng)，在三種模式下，通過冷卻水回路水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)冷凝器的水量，對機組的制冷量進行調(diào)節(jié)，精確的控制室內(nèi)的溫度。本專利技術(shù)的有益效果如下：本專利技術(shù)是一種新型可變壓比蒸氣壓縮/熱管一體式數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)，是具有蒸氣壓縮制冷功能和熱管冷卻功能的新型可變壓比一體式節(jié)能系統(tǒng)，能夠提供適宜的冷卻溫度和制冷量，實現(xiàn)在全年室外溫度大幅度變化的情況下一體式機房空調(diào)系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行。相比于傳統(tǒng)的蒸氣壓縮/熱管一體式空調(diào)，既能實現(xiàn)其不需要電磁閥的頻繁開啟來切換模式，也能降低制冷劑分布變化引起的換熱器性能下降的危害。附圖說明下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)的具體實施方式作進一步詳細的說明。圖1示出風(fēng)冷可變壓比蒸氣壓縮/熱管一體式機房空調(diào)系統(tǒng)；其中，1、壓縮機；2、冷凝器；3、節(jié)流裝置；4、蒸發(fā)器；5、室外風(fēng)機；6、室內(nèi)風(fēng)機；7、控制器；本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種新型可變壓比蒸氣壓縮/熱管一體式機房空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，包括：壓縮機（1）、冷凝器（2）、節(jié)流裝置（3）、蒸發(fā)器（4）、室外風(fēng)機（5）、室內(nèi)風(fēng)機（6）和控制器（7）；所述壓縮機（1）、冷凝器（2）、節(jié)流裝置（3）、蒸發(fā)器（4）依次通過管道串聯(lián)在一起；所述室外風(fēng)機設(shè)置在冷凝器（2）一側(cè)；所述室內(nèi)風(fēng)機設(shè)置在蒸發(fā)器（4）一側(cè)；所述控制器（7）通過數(shù)據(jù)傳輸線分別與壓縮機（1）、冷凝器（2）、節(jié)流裝置（3）、蒸發(fā)器（4）、室外風(fēng)機（5）、室內(nèi)風(fēng)機（6）相連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種新型可變壓比蒸氣壓縮/熱管一體式機房空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，包括：壓縮機（1）、冷凝器（2）、節(jié)流裝置（3）、蒸發(fā)器（4）、室外風(fēng)機（5）、室內(nèi)風(fēng)機（6）和控制器（7）；所述壓縮機（1）、冷凝器（2）、節(jié)流裝置（3）、蒸發(fā)器（4）依次通過管道串聯(lián)在一起；所述室外風(fēng)機設(shè)置在冷凝器（2）一側(cè)；所述室內(nèi)風(fēng)機設(shè)置在蒸發(fā)器（4）一側(cè)；所述控制器（7）通過數(shù)據(jù)傳輸線分別與壓縮機（1）、冷凝器（2）、節(jié)流裝置（3）、蒸發(fā)器（4）、室外風(fēng)機（5）、室內(nèi)風(fēng)機（6）相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述室外風(fēng)機（5）可以替換為冷卻水回路水泵（5’）。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述壓縮機（1）為自由活塞式壓縮機。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述節(jié)流裝置（3）為可變節(jié)流面積的節(jié)流裝置，優(yōu)選的為熱力膨脹閥或電子膨脹閥。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述冷凝器（2）和蒸發(fā)器（4）為微通道換熱器、翅片管式換熱器、套管式換熱器或板式換熱器。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述室外風(fēng)機（5）為變速風(fēng)機或幾臺風(fēng)機組合在一起。7.一種如權(quán)利要求1-6任一所述系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下三種模式：1）蒸氣壓縮制冷模式：當(dāng)室外溫度較高，即室外溫度高于熱管回路冷凝溫度時，首先啟動壓縮機（1），蒸氣壓縮制冷回路內(nèi)的制冷劑經(jīng)壓縮機（1）壓縮后，在冷凝器（2）中冷凝，冷凝放熱后進入節(jié)流裝置（3），經(jīng)過節(jié)流降壓后再進入蒸發(fā)器（4），蒸發(fā)吸熱后又回到壓縮機（1）；其中，控制器（7）既可以對冷凝器（2）反饋的冷凝溫度反饋信號進行處理，然后改變壓縮機（1）行程來調(diào)節(jié)壓縮比，進而調(diào)節(jié)冷凝溫度，避免過壓縮，使得冷凝溫度能隨著室外溫度...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：邵雙全，戰(zhàn)斌飛，田長青，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：北京,11