本發(fā)明涉及制冷系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種制冷循環(huán)系統(tǒng)及其制冷方法。

背景技術(shù)：

目前諸多大型數(shù)據(jù)中心中應(yīng)用的雙冷源機(jī)組或者雙盤管機(jī)組，均采用壓縮機(jī)模式和冷凍水模式制冷。

壓縮機(jī)水冷冷卻方案或者冷凍水雙冷源應(yīng)用方案存在以下風(fēng)險：

1、循環(huán)水引入機(jī)房，如果機(jī)房中的盤管、或者焊點(diǎn)亦或水閥法蘭等連接處存在泄露，均會導(dǎo)致循環(huán)水進(jìn)入機(jī)房，引起機(jī)房安全事故，或者造成漏水傳感器頻繁告警；

2、室外低溫情況下，容易造成盤管凍結(jié)無法進(jìn)行正常供水循環(huán)，使壓縮機(jī)水冷冷卻方案制冷機(jī)組無法正常運(yùn)行，會降低機(jī)房內(nèi)空調(diào)機(jī)組制冷能力，存在機(jī)房超溫的風(fēng)險；

3、節(jié)能效果差，不能充分利用室外低溫條件下的自然冷源；

4、現(xiàn)場涉及冷卻水管路或者冷水主機(jī)等循環(huán)系統(tǒng)管路布置，管路布置相對復(fù)雜、配套建造的成本會增高。

隨著數(shù)據(jù)中心的發(fā)展以及國家節(jié)能政策要求越來越高，節(jié)能發(fā)展且高可靠性的應(yīng)用方案將會是綠色大型數(shù)據(jù)中心的首選。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種改進(jìn)的制冷循環(huán)系統(tǒng)及其制冷方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種制冷循環(huán)系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)、第一換熱單元、第二換熱單元、冷源、制冷劑泵、冷卻單元，所述第二換熱單元包括內(nèi)換熱單元、外換熱單元；

所述壓縮機(jī)、第一換熱單元、內(nèi)換熱單元通過管道依次連接形成室內(nèi)制冷循環(huán)回路，所述壓縮機(jī)對冷媒壓縮在所述室內(nèi)制冷循環(huán)回路內(nèi)循環(huán)；所述第一換熱單元與室外對應(yīng)，以使所述第一換熱單元能與室外進(jìn)行熱交換；

所述冷源、制冷劑泵、外換熱單元、冷卻單元通過管道依次連接形成室外制冷循環(huán)回路；

所述冷源用于儲存制冷劑，所述制冷劑泵為室外制冷劑循環(huán)提供動力，在所述制冷劑泵作用下，所述制冷劑流經(jīng)所述外換熱單元與室內(nèi)熱源進(jìn)行熱交換。

優(yōu)選地，所述室外制冷循環(huán)回路還包括與所述外換熱單元并聯(lián)的第一支路，所述第一支路、外換熱單元與所述制冷劑泵之間設(shè)有第一三通閥，所述第一三通閥轉(zhuǎn)換以分別導(dǎo)通所述第一支路、外換熱單元。

優(yōu)選地，所述第一換熱單元包括制冷劑換熱器，所述第一換熱單元為板式換熱器、殼管式換熱器中的一種；或，所述第一換熱單元包括風(fēng)冷冷凝器。

優(yōu)選地，所述外換熱單元和所述冷卻單元之間連接有第二支路，所述第二支路與所述第一換熱單元連通，以和所述第一換熱單元換熱。

優(yōu)選地，所述外換熱單元和所述冷卻單元之間還連接有與所述第二支路并聯(lián)設(shè)置的第三支路，所述第二支路、第三支路與所述外換熱單元之間設(shè)有第二三通閥，所述第二三通閥轉(zhuǎn)換以分別導(dǎo)通所述第二支路、第三支路。

優(yōu)選地，所述第二換熱單元為雙盤管換熱器。

優(yōu)選地，所述冷卻單元包括換熱冷卻裝置、蒸發(fā)冷卻器、風(fēng)機(jī)盤管換熱器中的一種或組合；

所述換熱冷卻裝置包括冷卻塔和冷卻換熱器，所述冷卻換熱器為殼管式換熱器或者板式換熱器，所述冷卻換熱器與所述冷源和所述外換熱單元連接，所述冷卻換熱器與所述冷卻塔連接進(jìn)行冷卻。

優(yōu)選地，所述制冷劑為二氟一氯甲烷、由50％二氟甲烷和50％五氟乙烷組成的混合物、四氟乙烷、由二氟甲烷和五氟乙烷再加上四氟乙烷組成的混合物中的一種。

本發(fā)明還構(gòu)造一種所述制冷循環(huán)系統(tǒng)的制冷方法，包括以下步驟：

s1、對比tout和tset的大小，以及對比cfr和cfset的大小，其中，tout為室外環(huán)境溫度，tset為預(yù)設(shè)制冷目標(biāo)溫度，cfr為制冷需求，cfset為預(yù)設(shè)制冷目標(biāo)；

s2、當(dāng)tout≥tset+deltt1，cfr≥cfset+deltcf時，啟動所述室內(nèi)制冷循環(huán)回路，即室內(nèi)制冷模式，其中，deltt1為設(shè)定的室外環(huán)境溫度可超出預(yù)設(shè)制冷目標(biāo)溫度的上限范圍，deltcf為設(shè)定的制冷需求可超出預(yù)設(shè)制冷目標(biāo)的范圍差值；

當(dāng)tset+deltt1≥tout≥tset-deltt2時，且cfr≥cfset-deltcf時，啟動所述室內(nèi)制冷循環(huán)回路和室外制冷循環(huán)回路，其中，deltt2為設(shè)定的室外環(huán)境溫度可超出預(yù)設(shè)制冷目標(biāo)溫度的下限范圍；

當(dāng)tset+deltt1≥tout≥tset-deltt2時，且cfr≤cfset-deltcf時，啟動室外制冷循環(huán)回路；

當(dāng)tout≤tset-deltt2時，啟動室外制冷循環(huán)回路。

優(yōu)選地，還包括以下步驟，s3、當(dāng)cfr≤0+δ時，關(guān)閉所述制冷循環(huán)系統(tǒng)，其中，δ為預(yù)設(shè)的需要開啟所述制冷循環(huán)系統(tǒng)的最低制冷目標(biāo)。

實(shí)施本發(fā)明的制冷循環(huán)系統(tǒng)及其制冷方法，具有以下有益效果：制冷循環(huán)系統(tǒng)的室外制冷循環(huán)回路采用制冷劑參與換熱，避免循環(huán)水或者冷凍水直接進(jìn)入室內(nèi)機(jī)房，直接避免室內(nèi)機(jī)房漏水的安全風(fēng)險；冬天室外的制冷劑不會存在凍結(jié)風(fēng)險，可以充分利用室外低溫條件下自然冷源進(jìn)行冷卻降溫，提高室內(nèi)機(jī)房數(shù)據(jù)中心的節(jié)能效果；采用制冷劑循環(huán)系統(tǒng)管路布置，管路布置簡單，降低管路布置成本。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中的制冷循環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是將圖1中的制冷循環(huán)系統(tǒng)的第二支路取消時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是將圖1中的制冷循環(huán)系統(tǒng)的第三支路取消時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是將圖1中的制冷循環(huán)系統(tǒng)的第三支路和換熱冷卻裝置取消時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是將圖1中的制冷循環(huán)系統(tǒng)的第三支路和蒸發(fā)冷卻器、風(fēng)機(jī)盤管換熱器取消時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是圖1中的制冷循環(huán)系統(tǒng)的制冷方法的邏輯流程圖。

具體實(shí)施方式

為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

如圖1所示，本發(fā)明一個優(yōu)選實(shí)施例中的制冷循環(huán)系統(tǒng)包括壓縮機(jī)11、第一換熱單元12、第二換熱單元、冷源21、制冷劑泵22、冷卻單元24，第二換熱單元包括內(nèi)換熱單元13、外換熱單元23，通常，第二換熱單元為雙盤管換熱器，在其他實(shí)施例中，第二換熱單元也可為室內(nèi)蒸發(fā)器。

壓縮機(jī)11、第一換熱單元12、內(nèi)換熱單元13通過管道依次連接形成室內(nèi)制冷循環(huán)回路1，壓縮機(jī)11對冷媒壓縮在室內(nèi)制冷循環(huán)回路1內(nèi)循環(huán)，內(nèi)換熱單元13位于機(jī)房等室內(nèi)環(huán)境，將室內(nèi)熱負(fù)荷向室外制冷循環(huán)回路2傳遞。第一換熱單元12位于室內(nèi)且與室外對應(yīng)，以使第一換熱單元12能與室外進(jìn)行熱交換。

室外制冷循環(huán)回路2內(nèi)的冷媒可為水或其他的制冷劑等冷媒工質(zhì)，冷媒通過內(nèi)換熱單元13轉(zhuǎn)化為低壓氣態(tài)冷媒工質(zhì)，再經(jīng)過壓縮機(jī)11壓縮轉(zhuǎn)換成高溫高壓的氣態(tài)冷媒，進(jìn)入第一換熱單元12冷卻放熱，轉(zhuǎn)化為高壓高溫液態(tài)的冷媒工質(zhì)繼續(xù)向下經(jīng)過節(jié)流閥16轉(zhuǎn)化為低溫低壓的氣液混合冷媒工質(zhì)流通至內(nèi)換熱單元13，完成室內(nèi)制冷循環(huán)過程。

在一些實(shí)施例中，在第一換熱單元12和內(nèi)換熱單元13的回路之間還依次設(shè)有干燥過濾器14、視液鏡15、節(jié)流閥16等部件，將高壓高溫液態(tài)的冷媒工質(zhì)轉(zhuǎn)化為低溫低壓的氣液混合冷媒工質(zhì)進(jìn)入內(nèi)換熱單元13。

冷源21、制冷劑泵22、外換熱單元23、冷卻單元24通過管道依次連接形成室外制冷循環(huán)回路2。冷源21用于儲存制冷劑，制冷劑泵22為室外制冷劑循環(huán)提供動力，在制冷劑泵22作用下，制冷劑流經(jīng)外換熱單元23與室內(nèi)的空氣熱源或其他熱源進(jìn)行熱交換，實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)的制冷，或者通過第一換熱單元12對室內(nèi)高溫高壓的氣態(tài)制冷劑進(jìn)行熱交換，將室內(nèi)的熱負(fù)荷帶出到室外，實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)冷卻作用。

第一換熱單元12與外換熱單元23和冷卻單元24之間的管道位置對應(yīng)，以使第一換熱單元12能與室外制冷循環(huán)回路2進(jìn)行熱交換。

室外采用制冷劑參與換熱，避免循環(huán)水或者冷凍水直接進(jìn)入室內(nèi)機(jī)房，直接避免室內(nèi)機(jī)房漏水的安全風(fēng)險；冬天室外的制冷劑不會存在凍結(jié)風(fēng)險，可以充分利用室外低溫條件下自然冷源進(jìn)行冷卻降溫，提高室內(nèi)機(jī)房數(shù)據(jù)中心的節(jié)能效果；采用制冷劑循環(huán)系統(tǒng)管路布置，管路布置簡單，降低管路布置成本。當(dāng)然，制冷循環(huán)系統(tǒng)也可應(yīng)用于其他室內(nèi)需要制冷的環(huán)境。

制冷劑可以為二氟一氯甲烷(簡稱為r22)，也可為由50％二氟甲烷和50％五氟乙烷組成的混合物(簡稱為r410a)，或?yàn)樗姆彝?簡稱為r134a)，也可為由二氟甲烷和五氟乙烷再加上四氟乙烷組成的混合物(簡稱為r407c)，制冷劑可以是以上所列出的一種。

室外制冷循環(huán)回路2還包括與外換熱單元23并聯(lián)的第一支路25，第一支路25、外換熱單元23與制冷劑泵22之間設(shè)有第一三通閥26，第一三通閥26轉(zhuǎn)換以分別導(dǎo)通第一支路25、外換熱單元23。在需要外換熱單元23與室內(nèi)熱負(fù)載換熱時，第一三通閥26將外換熱單元23與室外制冷循環(huán)回路2導(dǎo)通，在不需要外換熱單元23與室內(nèi)熱負(fù)載換熱時，第一三通閥26將第一支路25與室外制冷循環(huán)回路2導(dǎo)通。

第一換熱單元12包括制冷劑換熱器，第一換熱單元12為板式換熱器、殼管式換熱器中的一種。在其他實(shí)施例中，第一換熱單元12也可包括風(fēng)冷冷凝器，能實(shí)現(xiàn)室外制冷循環(huán)回路2與室外的熱交換即可。

進(jìn)一步地，在一些實(shí)施例中，外換熱單元23和冷卻單元24之間連接有第二支路27，第二支路27與第一換熱單元12連通，以和第一換熱單元12換熱。第二支路27可以讓室外循環(huán)回路里的冷卻劑與第一換熱單元12直接進(jìn)行熱交換，提升換熱效率。

第二支路27內(nèi)的冷卻劑做為壓縮機(jī)11冷凝側(cè)的冷卻介質(zhì)對壓縮機(jī)11出口的高溫高壓冷媒工質(zhì)進(jìn)行冷卻，從第一換熱單元12換出來的氣態(tài)制冷劑再經(jīng)過冷卻單元24進(jìn)行放熱，轉(zhuǎn)化成液態(tài)制冷劑，再經(jīng)過冷源21和制冷劑泵22，完成室外制冷劑工質(zhì)的循環(huán)過程。冷源21為裝有制冷劑的儲液罐。

外換熱單元23和冷卻單元24之間還連接有與第二支路27并聯(lián)設(shè)置的第三支路28，第二支路27、第三支路28與外換熱單元23之間設(shè)有第二三通閥29，第二三通閥29轉(zhuǎn)換以分別導(dǎo)通第二支路27、第三支路28。在不要室外制冷循環(huán)回路2與第一換熱單元12進(jìn)行熱交換時，關(guān)閉第二支路27，讓第三支路28連通外換熱單元23和冷卻單元24。

在其他實(shí)施例中，如圖2所示，也可將第二支路27取消，直接讓第三支路28連接在外換熱單元23和冷卻單元24之間，或者如圖3所示，將第三支路28取消，讓第二支路27連接在外換熱單元23和冷卻單元24之間。

在一些實(shí)施例中，冷卻單元24包括并聯(lián)設(shè)置的換熱冷卻裝置241、蒸發(fā)冷卻器242。換熱冷卻裝置241包括冷卻塔2411和冷卻換熱器2412，冷卻換熱器2412與冷源21和外換熱單元23連接，冷卻換熱器2412可以為殼管換熱器或板式換熱器，與冷卻塔2411連接進(jìn)行冷卻。

外換熱單元23出來的制冷劑經(jīng)過第二支路27或第三支路28后進(jìn)入冷卻換熱管2412，與冷卻塔2411內(nèi)的冷卻液熱交換，轉(zhuǎn)化為液態(tài)的制冷劑，進(jìn)入到冷源21。制冷劑經(jīng)過第二支路27或第三支路28后也可進(jìn)入到蒸發(fā)冷卻器242進(jìn)行冷卻，轉(zhuǎn)化為液態(tài)的制冷劑進(jìn)入到冷源21。

在其他實(shí)施例中，冷卻單元24也可包括并聯(lián)設(shè)置的換熱冷卻裝置241、風(fēng)機(jī)盤管換熱器243，將上述實(shí)施例中的蒸發(fā)冷卻器242換為風(fēng)機(jī)盤管換熱器243。制冷劑經(jīng)過第二支路27或第三支路28后也可進(jìn)入到風(fēng)機(jī)盤管換熱器243進(jìn)行冷卻，轉(zhuǎn)化為液態(tài)的制冷劑進(jìn)入到冷源21。換熱冷卻裝置241可以降低風(fēng)機(jī)盤管換熱器243凍結(jié)的風(fēng)險，提高室外冷卻循環(huán)系統(tǒng)的可靠性。

當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，如圖4、圖5所示，冷卻單元24也可只包括換熱冷卻裝置241、蒸發(fā)冷卻器242、風(fēng)機(jī)盤管換熱器243中的一種或其他組合方式。

進(jìn)一步地，可以單獨(dú)由室內(nèi)制冷循環(huán)回路1或室外制冷循環(huán)回路2對室內(nèi)進(jìn)行制冷，也可采用室內(nèi)制冷循環(huán)回路1或室外制冷循環(huán)回路2同時工作的方式對室內(nèi)進(jìn)行制冷，三種制冷模式之間的切換可以根據(jù)室外環(huán)境溫度和室內(nèi)制冷需求或者熱負(fù)載需求進(jìn)行控制和切換。

如圖6所示，本發(fā)明的制冷循環(huán)系統(tǒng)一個優(yōu)選的制冷方法包括以下步驟：

s1、對比tout和tset的大小，以及對比cfr和cfset的大小，其中，tout為室外環(huán)境溫度，tset為預(yù)設(shè)制冷目標(biāo)溫度，cfr為制冷需求，cfset為預(yù)設(shè)制冷目標(biāo)。

s2、當(dāng)tout≥tset+deltt1，cfr≥cfset+deltcf時，啟動室內(nèi)制冷循環(huán)回路1，即室內(nèi)制冷模式，其中，deltt1為設(shè)定的室外環(huán)境溫度可超出預(yù)設(shè)制冷目標(biāo)溫度的上限范圍，deltcf為設(shè)定的制冷需求可超出預(yù)設(shè)制冷目標(biāo)的范圍差值；

當(dāng)tset+deltt1≥tout≥tset-deltt2時，且cfr≥cfset-deltcf時，啟動室內(nèi)制冷循環(huán)回路1和室外制冷循環(huán)回路2，其中，deltt2為設(shè)定的室外環(huán)境溫度可超出預(yù)設(shè)制冷目標(biāo)溫度的下限范圍；

當(dāng)tset+deltt1≥tout≥tset-deltt2時，且cfr≤cfset-deltcf時，啟動室外制冷循環(huán)回路2；

當(dāng)tout≤tset-deltt2時，啟動室外制冷循環(huán)回路2。

進(jìn)一步地，為了更加的節(jié)能，還包括以下步驟：

s3、當(dāng)cfr≤0+δ時，關(guān)閉制冷循環(huán)系統(tǒng)，其中，δ為預(yù)設(shè)的需要開啟制冷循環(huán)系統(tǒng)的最低制冷目標(biāo)。

可以理解地，上述各技術(shù)特征可以任意組合使用而不受限制。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。