一种全年冷却用空气制冷系统及其冷量调节方法与流程

1.本发明主要涉及全年降温的冷却技术领域，特别是全年冷却用空气制冷系统及其冷量调节方法，属于制冷技术领域。


背景技术：

2.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，维持机房或机柜内的环境温度符合设备要求，保证设备正常工作运行。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，在夏季和冬季运行模式时工质循环量差异较大，很难保证其在夏、冬季工况运行时均能取得良好的性能，为此，中国专利201920112331.2又提出了一种工质循环量可调节的复合全年降温冷却系统，工质循环量可以根据工作模式进行调节，显著改善了其运行得能效水平和可靠性。
3.但是，上述的复合全年降温冷却系统构造复杂且成本较高，特别是内部循环的工质是温室效应潜能(gwp)较高的温室气体，是《蒙特利尔议定书》基加利修正案中逐步限制使用的物质。所有这些问题，均影响到了上述复合全年降温冷却系统的推广应用。
4.为解决上述复合全年降温冷却系统存在的问题，设计出本发明的技术方案。


技术实现要素：

5.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采用空气为工质的全年降温冷却系统及其冷量调节方法。
6.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：一种全年冷却用空气制冷系统及其冷量调节方法，该制冷系统由压缩机1及其驱动电机2、压缩器31与膨胀器32共轴的压缩膨胀机3、冷却器4、回热器5、中间冷却器6、旁通风阀a7、旁通风阀b8及连接管道9等组成，压缩机1出口通过管道接到冷却器4进口，冷却器4出口接到回热器5的压缩空气进口，回热器5的压缩空气出口接到压缩膨胀机3的膨胀器32进口，膨胀器32出口接入数据机房的送风系统，冷却器4出口通过旁通风阀b8也接入数据机房的送风系统；来自于数据机房的热风管道接到回热器5的常压空气进口，而回热器5的常压空气出口接到压缩膨胀机3的压缩器31进口，压缩器31出口接到中间冷却器6进口，中间冷却器6出口接到压缩机1进口，在压缩器31进口与中间冷却器6出口之间通过管道接入旁通风阀a7。设c0为给定数值，当室外大气温度t0≧c0时，旁通风阀a7和旁通风阀b8关闭；当室外大气温度t0＜c0时，旁通风阀a7和旁通风阀b8打开。
7.一种全年冷却用空气制冷系统及其冷量调节方法，该制冷系统的中间冷却器6可
以省去。
8.进一步地，该制冷系统的回热器5可以省去。
9.进一步地，该制冷系统的冷却器4、和中间冷却器6可以是风冷换热器，也可以是蒸发式换热器，还可以是水冷式换热器或其它介质冷却的换热器。
10.进一步地，该制冷系统的压缩机1可以是涡轮式压缩机、也可是涡旋式压缩机、还可以是罗茨式或其它型式压缩机。
11.进一步地，该制冷系统的压缩膨胀机3可以是涡轮式压缩膨胀机、也可是涡旋式压缩膨胀机、还可以是罗茨式或其它型式的压缩膨胀机；压缩膨胀机3的压缩器31与膨胀器32可以是一种型式的机器，也可以是不同型式的机器。
12.进一步地，该制冷系统控制旁通风阀a7和旁通风阀b8开/闭的c0赋值范围通常在5℃到15℃之间。
13.进一步地，该制冷系统的驱动电机2可以用柴油机、有机朗肯循环动力机等其它型式的原动机取代。
14.对于上述的全年冷却用空气制冷系统及其冷量调节方法，采用空气作为工质，完全符合环保要求，有利于其推广应用。夏季气温较高时压缩机和压缩膨胀机协同运行，按照双级压缩的空气制冷模式工作为机房或机柜降温冷却，同时回收膨胀功，改善了系统的能效水平；春秋季气候凉爽季节压缩机单独运行，以室外大气为冷源进行自然冷却，有效降低系统运行的耗能量。
附图说明
15.下面结合附图及具体的实施方式对本发明作进一步说明。
16.图1是本发明实施例一的系统图。
17.图2是本发明实施例二的系统图。
18.图3是本发明实施例三的系统图。
19.图中：1—压缩机，2—驱动电机，3—压缩膨胀机，4—冷却器，5—回热器，6—中间冷却器，7—旁通风阀a，8—旁通风阀b，9—连接管道，31—压缩器，32—膨胀器。
具体实施方式
20.以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
21.实施例一
22.参考图1，该实施例是可根据气温变化实现空气制冷、自然冷却等二种工作模式转换的数据机房全年冷却用空气制冷系统及其冷量调节方法。该制冷系统包括压缩机1及其驱动电机2、压缩器31与膨胀器32共轴的压缩膨胀机3、冷却器4、回热器5、中间冷却器6、旁通风阀a7、旁通风阀b8及连接管道9等，冷却器4和中间冷却器6均为风冷式，压缩机1和压缩膨胀3均为涡轮式。压缩机1出口通过管道接到冷却器4进口，冷却器4出口接到回热器5的压缩空气进口，回热器5的压缩空气出口接到压缩膨胀机3的膨胀器32进口，膨胀器32出口接入数据机房的送风系统，冷却器4出口通过旁通风阀b8也接入数据机房的送风系统；来自于数据机房的热风管道接到回热器5的常压空气进口，而回热器5的常压空气出口接到压缩膨胀机3的压缩器31进口，压缩器31出口接到中间冷却器6进口，中间冷却器6出口接到压缩机
1进口，在压缩器31进口与中间冷却器6出口之间通过管道接入旁通风阀a7。
23.当室外大气温度t0≧12.5℃时，旁通风阀a7和旁通风阀b8关闭。数据机房出来的空气经回热器5与即将进入压缩膨胀机3膨胀器32的压缩空气进行换热后，被压缩膨胀机3压缩器31吸入，压缩器31由膨胀器32驱动，经过一级压缩后进入中间冷却器6并散热给环境大气；之后被压缩机1吸入，压缩机由电机2驱动，经过二级压缩后进入冷却器4并散热给环境大气，离开冷却器4的压缩空气经回热器5，与机房出来的空气换热后进入膨胀器32，在膨胀器32中压缩空气膨胀为常压的低温空气，之后送入机房的送风系统，冷却机房内的设备。本系统采用双级压缩，且膨胀器32的膨胀功被压缩器31回收，因此，其能效水平得以大幅度提高。
24.当室外大气温度t0＜12.5℃时，旁通风阀a7和旁通风阀b8打开，这时压缩膨胀机3不再运行。数据机房出来的空气经回热器5和旁通风阀a7后，直接被压缩机1吸入，压缩机由电机2驱动，经过压缩后空气进入冷却器4并散热给环境大气，被冷却器4冷却后的空气经过旁通风阀b8后，直接送入机房的送风系统，冷却机房内的设备。这时本系统运行在自然冷却工作模式下，用低温的环境大气作为冷源来冷却机房内温度较高的空气，压缩机1此时仅起鼓风机的作用，因此，其能耗得以大幅度降低。
25.实施例二
26.参考图2，该实施例是无中间冷却器的数据机房全年冷却用空气制冷系统及其冷量调节方法。与实施例一相比，该系统省去了中间冷却器5，冷却器4为喷水蒸发式换热器，压缩机1为涡旋式，压缩膨胀3为涡轮式。其它部分的系统构成和工作模式转换，与实施例一相同。
27.实施例三
28.参考图3，该实施例是无中间冷却器和回热器的数据机房全年冷却用空气制冷系统及其冷量调节方法。与实施例二相比，该系统又省去了回热器5，冷却器4为喷水蒸发式换热器，压缩机1为罗茨式，压缩膨胀3为涡轮式。其它部分的系统构成和工作模式转换，与实施例二相同。