雙模式復(fù)合冷水機(jī)組及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于空調(diào)設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種雙模式復(fù)合冷水機(jī)組及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國城鎮(zhèn)化和信息化的推進(jìn)，具有全年供冷需求的建筑空間在種類和數(shù)量上都在迅速增長，包括數(shù)據(jù)機(jī)房、移動基站等高發(fā)熱密度空間，大型公共建筑內(nèi)區(qū)，工藝車間、生產(chǎn)廠房等特殊工業(yè)空間等。這些建筑空間不僅在夏季需冷卻降溫，在過渡季甚至冬季，由于其負(fù)荷特性或功能需求，也需要向其供給冷量。目前這些建筑空間目前絕大部分均采用傳統(tǒng)的蒸氣壓縮方式供冷，其全年供冷能耗普遍偏高。
[0003]近年來，為了降低全年供冷能耗，很多利用過渡季和冬季自然冷源的自然供冷技術(shù)得到了推廣，比較典型的有冷卻塔自然供冷、空冷器自然供冷等。通常情況下，自然供冷技術(shù)作為一套單獨(dú)設(shè)備與原來的主制冷設(shè)備中(蒸氣壓縮制冷)并聯(lián)設(shè)置，當(dāng)外溫較高時，主制冷設(shè)備運(yùn)行保證安全可靠，當(dāng)外溫較低時，自然供冷設(shè)備運(yùn)行保證節(jié)能。自然供冷設(shè)備的加入，雖然降低了制冷運(yùn)行能耗，但是增加了初投資、占地面積，同時帶來了耦合控制困難、運(yùn)行維護(hù)工作量大等問題。
[0004]1985年日本大金工業(yè)株式會社提出了將分離式熱管循環(huán)融入機(jī)械壓縮式制冷循環(huán)的機(jī)房空調(diào)器(參加:孫麗穎，馬最良.冷劑自然循環(huán)空調(diào)機(jī)的特性與應(yīng)用.哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)2004，20:929-732)，通過增設(shè)壓縮機(jī)旁通支路和節(jié)流裝置旁通支路，形成分離式熱管循環(huán)。當(dāng)外溫較低時，機(jī)組運(yùn)行于分離式熱管循環(huán)，節(jié)約了壓縮機(jī)功耗；當(dāng)外溫較高時，機(jī)組運(yùn)行于常規(guī)的蒸氣壓縮制冷循環(huán)。該技術(shù)方案不僅可以節(jié)能制冷運(yùn)行能耗，而且具有節(jié)材、節(jié)地、節(jié)省初投資和維護(hù)費(fèi)用的優(yōu)勢，因此得到了不斷的改進(jìn)和發(fā)展。申請?zhí)枮?00910249714.5的中國專利提出了一種復(fù)合空調(diào)器的氣相模式切換裝置，申請?zhí)枮?01010134287.9的中國專利改進(jìn)了復(fù)合空調(diào)器的蒸發(fā)器。然而，該技術(shù)還停留在冷風(fēng)型空調(diào)器階段，難以在大型冷水機(jī)組中應(yīng)用，主要存在以下困難:
[0005]1、重力熱管高差限制和不穩(wěn)定問題。重力型分離式熱管的動力來源于冷凝器4和蒸發(fā)器I之間的液位高差，循環(huán)驅(qū)動力通常較小(假設(shè)高差為2m，則循環(huán)驅(qū)動力最大僅為約20kPa) ο然而大型冷水機(jī)組中制冷劑循環(huán)量大，循環(huán)阻力較大，因此需要更大的循環(huán)驅(qū)動力。然而在實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)時，冷凝器和蒸發(fā)器的高度差不可能過大，這就需要尋找另一種熱管循環(huán)驅(qū)動力。另一方面，很多研宄表明，重力型分離式熱管由于驅(qū)動力小且相變傳熱，在運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象(例如制冷劑阻滯，制冷量突然消失)，這將影響機(jī)組的安全可靠性。在出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象時，需要一種“外擾”來克服這種不穩(wěn)定性，恢復(fù)正常運(yùn)行。
[0006]2、機(jī)組頻繁啟停問題。在現(xiàn)有小型復(fù)合空調(diào)器中，當(dāng)室外溫度溫和，機(jī)組運(yùn)行在重力熱管和蒸氣壓縮交界面附近時，熱管模式的COP高，但是制冷量不足，此時為了節(jié)能，熱管模式優(yōu)先運(yùn)行，制冷量不足的部分由蒸氣壓縮模式補(bǔ)充，這就導(dǎo)致壓縮機(jī)可能頻繁啟停，這在大型冷水機(jī)組中是不允許的。因此需要尋找一種可連續(xù)調(diào)節(jié)、平滑過渡階段連接重力熱管和蒸氣壓縮模式，在室外溫度溫和的情況下既能充分節(jié)能，又能保證滿足制冷需求，同時避免壓縮機(jī)頻繁啟停。
[0007]3、潤滑油的問題。在傳統(tǒng)的蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)中，潤滑油起著潤滑、密封和降溫的作用，是制冷系統(tǒng)不可或缺的一部分，尤其在大型冷水機(jī)組中，機(jī)組含油量大，對回油可靠性要求高。然而在熱管運(yùn)行時，油的存在會阻礙傳熱、增加流動阻力，進(jìn)而抑制熱管傳熱性能，另外熱管運(yùn)行可能改變潤滑油的分布，為下一次壓縮機(jī)安全啟動帶來潛在危險(xiǎn)。另一方面，為了保證熱管運(yùn)行時阻力較小，給壓縮機(jī)回油設(shè)計(jì)也帶來了諸多困難，例如在干式蒸發(fā)器中為了降低阻力應(yīng)盡可能減少管程數(shù)，但減少管程將降低制冷劑流速，不能保證順利回油；在滿液式機(jī)組中，需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的回油系統(tǒng)，且難以設(shè)置油分離器。
[0008]申請?zhí)枮镃N00200740.1的中國專利提出了在熱管的氣相或者液相加壓，構(gòu)成機(jī)械驅(qū)動的動力式熱管“熱環(huán)”的思想，這種動力式熱管可以解決傳統(tǒng)的重力式熱管高差不足、不穩(wěn)定性等問題，但是它只解決了有正向溫差情況下的傳熱問題，無法解決沒有溫差或者負(fù)向溫差情況下的傳熱問題。另外因?yàn)檫@種技術(shù)對于增壓裝置要求很高，比如小壓比?1.5)連續(xù)調(diào)節(jié)，無油運(yùn)行，密封好等，因此并未提出實(shí)質(zhì)的實(shí)施方案，且沒有提出相應(yīng)的控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]因此，本發(fā)明提供一種能夠根據(jù)不同的室外溫度和不同的機(jī)組及安裝的高度差充分利用自然冷源的雙模式復(fù)合冷水機(jī)組及其控制方法。
[0010]一種雙模式復(fù)合冷水機(jī)組，包括依次串聯(lián)形成制冷劑回路的壓縮機(jī)、單向閥、冷凝器、干燥過濾器、節(jié)流裝置和蒸發(fā)器以及氣體旁通支路和液體旁通支路，所述冷凝器的水平高度高于所述蒸發(fā)器的水平高度，所述氣體旁通支路上設(shè)置有氣體控制閥，且并聯(lián)于所述壓縮機(jī)吸氣口和所述單向閥出口處，所述液體旁通支路上設(shè)置有液體控制閥，且并聯(lián)于所述干燥過濾器入口和所述節(jié)流裝置出口處。
[0011]所述壓縮機(jī)為無油直流變頻磁懸浮壓縮機(jī)，且所述壓縮機(jī)配有液泵冷卻系統(tǒng)。
[0012]所述蒸發(fā)器為滿液式蒸發(fā)器或降膜式蒸發(fā)器。
[0013]所述冷凝器為風(fēng)冷冷凝器或蒸發(fā)冷冷式冷凝器。
[0014]還包括用于給所述冷凝器降溫的噴淋裝置、循環(huán)水泵和接水盤，所述噴淋裝置設(shè)置于所述冷凝器上側(cè)，所述接水盤設(shè)置于所述冷凝器下側(cè)，所述循環(huán)水泵與噴淋裝置和所述接水盤連通。
[0015]一種雙模式復(fù)合冷水機(jī)組的控制方法，包括:
[0016]測量得到室外溫度ta和冷凍水溫度t w;
[0017]根據(jù)冷水機(jī)組設(shè)定控制溫度a，并計(jì)算所述冷凍水溫度^與所述控制溫度a的差值t1;
[0018]當(dāng)室外溫度t/J、于差值t i時，關(guān)閉所述氣體控制閥，打開所述液體控制閥，并根據(jù)所述室外溫度ta調(diào)節(jié)所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，使所述冷凝器壓力高于所述蒸發(fā)器壓力，所述冷凝器內(nèi)的液態(tài)制冷劑在重力和所述壓縮機(jī)的壓力下通過所述液體控制閥流至所述蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)行換熱，并通過所述壓縮機(jī)的壓力回流至所述冷凝器中。
[0019]還包括:測量得到室外溫度ta和冷凍水溫度t w;
[0020]根據(jù)冷水機(jī)組設(shè)定控制溫度a，并計(jì)算所述冷凍水溫度^與所述控制溫度a的差值t1;
[0021]當(dāng)室外溫度ta大于所述差值t ^寸，關(guān)閉所述氣體控制閥和所述液體控制閥，并根據(jù)所述室外溫度tjf節(jié)所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，所述冷凝器內(nèi)的液態(tài)制冷劑在重力和所述壓縮機(jī)的壓力下通過所述節(jié)流裝置流至所述蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)行換熱，并通過所述壓縮機(jī)的壓力回流至所述冷凝器中。
[0022]所述壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速與所述室外溫度&成正比。
[0023]本發(fā)明提供的雙模式復(fù)合冷水機(jī)組及其控制方法，把氣相驅(qū)動的動力熱管巧妙的融入到重力熱管和蒸氣壓縮復(fù)合技術(shù)中，構(gòu)建了可連續(xù)調(diào)節(jié)的雙模復(fù)合型冷水機(jī)組，這種機(jī)組不僅能充分利用自然冷源，具有良好的節(jié)能效果，而且可靠性高、初投資少、占地面積小，在大型機(jī)房冷卻等方面具有良好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明提供的雙模式復(fù)合冷水機(jī)組的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是本發(fā)明提供的雙模式復(fù)合冷水機(jī)組的控制方法邏輯圖；
[0026]圖3是本發(fā)明提供的雙模式復(fù)合冷水機(jī)組的壓差、制冷量、輸入功率與室外溫度的變化關(guān)系圖；
[0027]圖4是本發(fā)明提供的雙模式復(fù)合冷水機(jī)組在氣相驅(qū)動動力式熱管模式下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖5是本發(fā)明提供的雙模式復(fù)合冷水機(jī)組在氣相驅(qū)動動力式熱管模式下的壓焓圖；
[0029]圖6是本發(fā)明提供的雙模式復(fù)合冷水機(jī)組在蒸氣壓縮制冷模式下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖7是本發(fā)明提供的雙模式復(fù)合冷水機(jī)組在蒸氣壓縮制冷模式下的壓焓圖。
[0031]圖8是本發(fā)明提供的雙模式復(fù)合冷水機(jī)組的噴淋裝置、循環(huán)水泵和接水盤的結(jié)構(gòu)示意圖。