一种热管型蓄冷制冷机及其运行方法

本发明涉及一种热管型蓄冷制冷机及其运行方法，属于蓄冷制冷。

背景技术：

1、随着5g移动通信、大数据等应用的快速发展，全球数据爆发式增长，推动了数据中心产业的飞速发展。数据中心内大量服务器运行过程中放出大量热量，需要及时冷却，而且这种冷却是全年不间断性的，以保障其正常运行。传统的电动空调冷却可以实现数据中心机房冷却，但是需要消耗大量的电能，因此，数据中心的节能需求非常紧迫。室外环境温度较低时，利用室外自然冷源如新风等可以节约制冷能耗，在机房冷却中已得到应用。传统的热管型制冷机通过制冷剂在蒸发器中的蒸发吸收机房的热量，再在冷凝器中凝结散发到环境中，实现制冷，运行中不需要压缩机，可以节省大量的电能。但是，仍然存在以下问题：

2、首先，单纯依靠重力在蒸发器和冷凝器及其组成的回路中流动，驱动力小，产生的冷量较少。

3、其次，由于环境温度的变化，机房负荷不是恒定的，而是不断变化的，传统的热管型制冷机由于无法调节回路中的制冷剂量导致其无法实现冷量的动态调节，无法保证机房高精度的温湿度控制要求。

4、再次，由于传统的热管型制冷机在环境温度更低时冷凝器散热效果更好，能够得到的制冷量也更大，但机房在低环境温度下负荷更低，会导致制冷量大于负荷的情况发生，需要采取蓄冷方式实现冷量的移峰填谷。

5、另外，当采用气-气（水）热交换器对数据中心进行制冷时，直接引入新风易导致数据中心空气污染，严重时会导致故障，采用滤网虽然可以缓解新风对数据中心的影响，但频繁更换滤网会提高制冷成本。采用气-气（水）热交换器还会破坏建筑的围护结构，且换热面积大、成本高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述已有技术的不足而提出了一种热管型蓄冷制冷机及其运行方法。

2、本发明提供的技术方案如下：一种热管型蓄冷制冷机，其包括制冷系统，其特征在于还包括蓄冷系统，所述制冷系统包括压缩机，压缩机的出气口通过第一阀门分别与第二阀门和翅片式冷凝器的进气口相连，第二阀门与第三阀门相连，翅片式冷凝器的出液口通过流量表分别与第四阀门和第五阀门相连，第五阀门通过工质泵分别与第六阀门、第八阀门相连；第四阀门和第六阀门与工质调节器的进口相连，工质调节器的出口通过第七阀门与节流阀相连，节流阀与第八阀门均与蒸发器的制冷剂进口相连，蒸发器的制冷剂出口通过第三阀门与压缩机的进气口相连；所述蓄冷系统包括溶液泵，溶液泵分别与蒸发器的载冷剂出口、第十四阀门和第十六阀门相连；蓄冷罐的进液口通过第十阀门分别与第十四阀门和第十一阀门相连，蓄冷罐的出液口与第十五阀门相连，第十六阀门、第十五阀门和第十三阀门与水泵相连，水泵与用户相连，蒸发器的载冷剂进口通过第九阀门分别与用户和第十二阀门相连，第十二阀门分别与第十一阀门和第十三阀门相连。

3、进一步地，所述的翅片式冷凝器内与进气口以及出液口相连的冷凝器换热管倾斜布置，进气口的位置高于出液口。

4、进一步地，所述的冷凝器换热管的倾斜角度为10°~85°。

5、进一步地，所述的蒸发器内的蒸发器换热管倾斜布置，蒸发器换热管上的制冷剂出口的位置高于制冷剂进口，载冷剂出口的位置高于载冷剂进口。

6、进一步地，所述的蒸发器换热管的倾斜角度为10°~85°。

7、一种热管型蓄冷制冷机的运行方法，其特征在于其包括：

8、一、制冷：

9、1、蒸气压缩制冷：

10、此时打开第一阀门、第四阀门、第七阀门和第三阀门，其余阀门均保持关闭；

11、制冷剂在压缩机中高温高压的制冷剂气体通过第一阀门进入翅片式冷凝器，冷凝后的制冷剂液体依次进入流量表、第四阀门、工质调节器和第七阀门中，而后经过第七阀门进入节流阀中降压节流，低温低压的制冷剂进入蒸发器中，蒸发器排出的制冷剂气体通过第三阀门进入压缩机中进行压缩，完成制冷循环；

12、2、热管回路制冷：

13、此时压缩机处于关闭状态，打开第二阀门、第五阀门和第八阀门，其余阀门均保持关闭；

14、制冷剂液体在蒸发器中吸热成为制冷剂气体，制冷剂气体经第二阀门进入翅片式冷凝器，冷凝后的制冷剂液体进入流量表中，经过第五阀门、工质泵到达第八阀门，再通过回到蒸发器中吸热，完成热管回路循环；

15、当所需制冷量较小时，打开第六阀门，使制冷剂液体流入工质调节器中；所需制冷量较大时，打开第六阀门和第七阀门，使工质调节器中的制冷剂液体经第七阀门和节流阀进入蒸发器中进行吸热；

16、二、为用户供冷：

17、1、蒸发器供冷：

18、此时，打开第十四阀门、第十一阀门、第十三阀门和第九阀门，其余阀门均保持关闭状态，溶液泵和水泵均处于运行状态；

19、载冷剂在蒸发器中放热，蒸发器排出后的载冷剂通过进入溶液泵、第十阀门、第十一阀门和第十三阀门后进入水泵中，通过水泵向用户进行供冷，载冷剂在用户处吸收热量后通过第九阀门回到蒸发器中，完成蒸发器供冷循环，为用户提供冷量；

20、2、蓄冷罐蓄冷

21、此时打开第十四阀门、第十阀门、第十五阀门、第九阀门、第十二阀门和第十三阀门，溶液泵处于运行状态，水泵处于不运行状态，其余阀门均保持关闭；

22、载冷剂在蒸发器中放热，蒸发器排出后的载冷剂进入溶液泵、第十四阀门和第十阀门进入蓄冷罐中，载冷剂与蓄冷罐中的蓄冷介质进行换热，在蓄冷罐中将冷量蓄存起来，换热后的载冷剂由蓄冷罐的出液口排出，依次经过第十五阀门、第十三阀门、第十二阀门和第九阀门回到蒸发器中，完成蓄冷循环，为蓄冷罐蓄冷；

23、3、蓄冷罐供冷：

24、此时打开第十阀门、第十一阀门、第十二阀门和第十五阀门，其余阀门均保持关闭，水泵处于运行状态，溶液泵处于不运行状态；

25、蓄冷罐中的蓄冷介质由蓄冷罐的出液口排出，通过第十五阀门进入水泵中，通过水泵向用户进行供冷，吸热后的蓄冷介质依次经过第十二阀门、第十一阀门和第十阀门回到蓄冷罐中，完成蓄冷罐供冷循环，为用户提供冷量；

26、4、蒸发器和蓄冷罐同时供冷：

27、此时打开第十六阀门、第十五阀门、第十二阀门、第十一阀门、第十阀门和第九阀门，其余阀门均保持关闭，溶液泵和水泵均处于运行状态；

28、载冷剂在蒸发器中放热，由蒸发器排出通过溶液泵进入第十六阀门中；蓄冷罐中的蓄冷介质由出液口排出，进入第十五阀门中，第十五阀门中的蓄冷介质与第十六阀门中的载冷剂一起通过水泵向用户供冷；蓄冷介质和载冷剂在用户处吸收热量，为用户提供冷量；吸热后的蓄冷介质通过第十二阀门、第十一阀门和第十阀门回到蓄冷罐中；吸热后的载冷剂通过第九阀门回到蒸发器，完成蒸发器和蓄冷罐同时供冷循环。

29、本发明的有益效果是：本发明包括制冷系统和蓄冷系统，通过蒸气压缩制冷和热管回路制冷提供冷量，通过蓄冷罐将冷量蓄存起来，实现蒸气压缩制冷、热管回路制冷两种方式，为用户供冷时可采用蒸发器供冷、蓄冷罐蓄冷、蓄冷罐供冷以及蒸发器和蓄冷罐同时供冷4种方式。本发明将热管技术和蓄冷技术结合起来，不仅可以保障数据中心机房稳定持续工作，确保房间内部空气品质，而且能够大幅降低系统的能耗，同时提高能量的利用率，达到节能减排的效果。

30、首先，本发明通过压缩机、翅片式冷凝器、工质调节器、节流阀、蒸发器实现蒸气压缩制冷循环，还可以通过蒸发器、翅片式冷凝器、工质调节器以及附属阀门实现热管循环，通过制冷剂在翅片式冷凝器中放出热量和在蒸发器中吸收热量向外界供冷，系统稳定运行的同时更高效节能。热管运行时工质泵耗电远小于压缩机，节能效果更优。

31、第二，本发明通过工质调节器、工质泵和阀门开关实现了热管运行过程中制冷剂的流量调节、压力调节，最终实现蒸发器出水温度控制，通过精确控制热管循环中制冷剂的流动量，确保了热管制冷循环中制冷剂流量的控制，满足机房变负荷要求，实现机房精度的准确控制。

32、第三，本发明中的蒸发器和翅片式冷凝器内的换热管倾斜布置，翅片式冷凝器的进气口的位置高于出液口，蒸发器的制冷剂出口的位置高于制冷剂进口，载冷剂出口的位置高于载冷剂进口，倾斜角度为10°~85°，方便气体上升和液体向下流动，与传统一个回路通过弯管连接多个换热器管相比，本发明这种设置方式克服了弯管可能导致的换热器回路中制冷剂液体堵塞，制冷剂分配更均匀，能够减少制冷剂流动阻力，实现制冷剂在两个换热器中的顺畅流动，最大可能降低制冷剂回路阻力，减少工质泵能耗，提高循环效率。

33、第四，本发明通过蓄冷罐、水泵以及附属阀门等部件实现了蓄冷罐的蓄冷和供冷，通过蓄冷罐将冷量储存起来，而在需要冷量时为用户单独或与蒸发器联合进行供冷，增强了整个系统的灵活性和稳定性，提高了能量利用率，降低能源费用，达到冷量移峰填谷、节能减排的效果。

34、第五，本发明通过节流阀、水泵、阀门等设置可以实现多功能运行，完成蒸气压缩制冷循环、热管循环制冷、蒸发器供冷、蓄冷罐蓄冷和供冷等功能。