專利名稱：帶自然冷卻的風冷冷水機及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種風冷冷水機，特別是一種帶自然冷卻的風冷冷水機及其控制方法。
背景技術：
目前的通訊機房，特別是大型的數據中心，一般是采用風冷冷水機作為冷源為通訊機房內的空調設備的室內末端提供冷凍水，從而對通訊機房的室內環境進行制冷降溫。 由于通訊機房內的通訊設備基本處于全年不間斷運行狀態，而且發熱量非常大，因此，用于通訊機房的風冷冷水機，一般需要全年制冷運行，運行能耗大，季節能效比低。而且，由于該風冷冷水機在寒冷的冬天仍然需要啟動壓縮機進行工作，當室外環境過低時，壓縮機容易出現冷凝壓力過低而導致供液不足的問題，而此時的通訊機房的熱負荷較小，也會造成壓縮機的頻繁啟停，這種狀況不但造成能源消耗大，而且也會降低壓縮機的使用壽命。因此，該風冷冷水機的可靠性一直難以得到解決。即使配置有冷凝壓力控制系統并把冷凝器設計為多級控制，當風冷冷水機長期運行在零下的室外環境溫度時，仍然有較大的隱患，而且會造成系統成本的增加和控制難度的增大。中國專利文獻號CN 101118076A于2008年2月6日公開了一種節能空調設備及制冷方法，包括室內換熱器、室外換熱器、氣體管路、液體管路和制冷工質；液體管路一端連接所述室內換熱器，另一端連接室外換熱器，氣體管路連接室內換熱器和室外換熱器的另外兩端，形成封閉環路；在封閉環路中注入制冷工質，通過制冷工質的蒸發、冷凝來給通信
基站室內降溫。這種節能空調設備實質上是完全依靠熱管換熱器進行自然對流換熱，其換熱效率非常低，更無法滿足高溫天氣下的散熱需求，實際應用中僅能作為常規壓縮機制冷空調機的一個輔助裝置。而且，此節能空調設備需要存在較大的室內外溫差時才能驅動熱管的蒸發器(室內換熱器)和冷凝器(室外換熱器)之間的吸熱-放熱循環，在大部分時間下實際上是無法正常運行的。因此，這種節能空調設備不但節能效果不明顯，可靠性欠佳，而且投資成本高，回收期很長。中國專利文獻號CN101520223A于2009年9月2日公開了一種空調輔助降溫換熱裝置的節能控制方法，輔助降溫換熱裝置包括室內空氣風機、換熱器和室外空氣風機，室內空氣風機和室外空氣風機分別驅動室內外空氣在換熱器中進行熱交換，把室外空氣的冷量交換給室內空氣，同時把室內的熱量帶出，其節能控制方法包括以下步驟a，選擇進入節能換熱模式山，測量室內空氣溫度和室外空氣溫度，計算室內外溫差；c，根據輔助降溫換熱裝置溫差-能效比圖查出在該室內外溫差時的輔助降溫換熱裝置能效比，根據空調溫差-能效圖查出在該室內外溫差時的空調設備能效比，開啟或關閉輔助降溫換熱裝置。這種空調輔助降溫換熱裝置雖然將熱管換熱器設計為強制對流換熱，其換熱效率和節能能力有一定的提升，但同樣無法滿足高溫高溫天氣下的制冷散熱需求，而僅能作為一種獨立于壓縮機制冷空調機之外的輔助降溫裝置，對于客戶來說無疑是增加了較大的投資成本。另外，該空調輔助降溫換熱裝置的占用空間也較多，對于基站等小空間場合，安裝有一定的難度。另外，這種空調輔助降溫換熱裝置的控制方法需要根據輔助降溫換熱裝置溫差-能效比圖和空調溫差-能效圖進行對比，這就需要投入大量的實驗測試得到每一臺輔助降溫換熱裝置和空調設備的準確的溫差-能效圖，實驗成本將非常高，而且控制上將非常復雜，需要編制大量的程序，控制成本高，可靠性不足。
發明內容
本發明的目的旨在提供一種節能效果顯著、生產成本低、結構緊湊、占地空間小、 控制簡單可靠的帶自然冷卻的風冷冷水機及其控制方法，以克服現有技術中的不足之處。按此目的設計的一種帶自然冷卻的風冷冷水機，包括依次連接的壓縮機、冷凝器、 節流器和蒸發器，冷凝器上設置有冷凝風機，其結構特征是還包括自然冷卻盤管和三通閥， 自然冷卻盤管設置在冷凝器的進風側，三通閥包括第一接口、第二接口和第三接口，三通閥通過第一接口和第二接口串接在蒸發器的進水管上，自然冷卻盤管的進水管與蒸發器的進水管相通，自然冷卻盤管的出水管與三通閥的第三接口相通。所述風冷冷水機還包括冷凍水進水溫度傳感器、冷凍水出水溫度傳感器、室外環境溫度傳感器和控制器；其中，冷凍水進水溫度傳感器設置在蒸發器的進水管上，冷凍水出水溫度傳感器設置在蒸發器的出水管上，壓縮機、冷凝風機、三通閥、冷凍水進水溫度傳感器、冷凍水出水溫度傳感器和室外環境溫度傳感器分別與控制器電連接。所述三通閥為比例調節三通閥或開關三通閥。所述冷凝器的進口管路或出口管路上設置冷凝壓力傳感器，該冷凝壓力傳感器與控制器電連接。所述冷凝風機為調速風機或定速風機。所述蒸發器的進水管或出水管上設置有水泵，該水泵與控制器電連接。一種帶自然冷卻的風冷冷水機的控制方法，其特征是I)當室外環境溫度傳感器所檢測到的溫度高于冷凍水進水溫度傳感器檢測到的溫度時，三通閥把連接自然冷卻盤管的通路關閉，即連通三通閥的第一接口和第二接口、關閉三通閥的第三接口，此時，全部冷凍水不流經自然冷卻盤管而直接進入蒸發器，壓縮機始終根據冷凍水進水溫度傳感器或冷凍水出水溫度傳感器檢測到的溫度進行加載或卸載的控制；2)當室外環境溫度傳感器所檢測到的溫度低于冷凍水進水溫度傳感器檢測到的溫度、但高于壓縮機完全停止運行的溫度時，三通閥把連接自然冷卻盤管的通路打開，即連通三通閥的第一接口和第三接口、關閉三通閥的第二接口，使全部冷凍水先流經自然冷卻盤管后再進入蒸發器，使冷凍水優先通過自然冷卻盤管散熱降溫，壓縮機始終根據冷凍水進水溫度傳感器或冷凍水出水溫度傳感器檢測到的溫度進行加載或卸載的控制；3)當室外環境溫度傳感器所檢測到的溫度低于壓縮機完全停止運行的溫度、但高于冷凝風機按最小風量運行或完全停止運行的溫度時，壓縮機強制停止運行，冷凝風機根據冷凍水進水溫度傳感器或冷凍水出水溫度傳感器檢測到的溫度進行調速或啟停控制；4)當室外環境溫度傳感器所檢測到的溫度低于冷凝風機按最小風量運行或完全停止運行的溫度時，冷凝風機按最小風量運行或完全停止運行，三通閥始終根據冷凍水進水溫度傳感器或冷凍水出水溫度傳感器檢測到的溫度進行調節控制。本發明可以在室外環境溫度比冷凍水進水溫度低時，通過自然冷卻盤管免費獲取部分或全部冷量，減少甚至完全停用機械制冷系統，從而降低機組在低溫環境下的運行能耗，節能效果顯著；而且可以避免室外環境過低時壓縮機容易出現的高壓過低而導致的供液不足和壓縮機頻繁啟停等問題。所謂的機械制冷系統就是由壓縮機、冷凝器、節流器、蒸發器和冷凝風機組合而成，完全依靠電力實現制冷。本發明具有節能效果顯著、運行可靠性高、控制方法簡單、結構緊湊、占用空間小和生產成本低的特點，尤其適用于通訊機房等全年制冷運行的場合。
圖I為本發明一實施例的原理圖。圖中1為壓縮機，2為冷凝器，3為節流器，4為蒸發器，5為冷凝風機，6為自然冷卻盤管，7為三通閥，8為冷凍水進水溫度傳感器，9為冷凍水出水溫度傳感器，10為室外環境溫度傳感器，11為控制器，12為水泵，13為冷凝壓力傳感器。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述。參見圖1，本帶自然冷卻的風冷冷水機，包括依次連接的壓縮機I、冷凝器2、節流器3、蒸發器4、自然冷卻盤管6和三通閥7，冷凝器2上設置有冷凝風機5，自然冷卻盤管6 設置在冷凝器2的進風側，冷凝風機5產生的空氣流先流經自然冷卻盤管6再進入冷凝器 2。三通閥7包括第一接口 a、第二接口 b和第三接口 C，三通閥7通過第一接口 a和第二接口 b串接在蒸發器4的進水管上，自然冷卻盤管6的進水管與蒸發器4的進水管相通，自然冷卻盤管6的出水管與三通閥7的第三接口相通。通過三通閥7分配進入自然冷卻盤管6的冷凍水流量。風冷冷水機還包括冷凍水進水溫度傳感器8、冷凍水出水溫度傳感器9、室外環境溫度傳感器10和控制器11 ;其中，冷凍水進水溫度傳感器8設置在蒸發器4的進水管上， 冷凍水出水溫度傳感器9設置在蒸發器4的出水管上，壓縮機1、冷凝風機5、三通閥7、冷凍水進水溫度傳感器8、冷凍水出水溫度傳感器9和室外環境溫度傳感器10分別與控制器11 電連接。三通閥7為比例調節三通閥或開關三通閥；值得注意的是，選用比例調節三通閥會有更好的調節效果。冷凝器2的進口管路或出口管路上設置冷凝壓力傳感器13，該冷凝壓力傳感器13 與控制器11電連接。冷凝風機5為調速風機或定速風機；值得注意的是，選用調速風機會有更好的節能效果。蒸發器4的進水管或出水管上設置有水泵12，該水泵12與控制器11電連接。
進行帶自然冷卻的風冷冷水機控制時，1)當室外環境溫度傳感器10所檢測到的溫度高于冷凍水進水溫度傳感器8檢測到的溫度時，三通閥7把連接自然冷卻盤管6的通路關閉，即連通三通閥7的第一接口 a和第二接口 b、關閉三通閥7的第三接口 C，此時，全部冷凍水不流經自然冷卻盤管6而直接進入蒸發器4，壓縮機I始終根據冷凍水進水溫度傳感器8或冷凍水出水溫度傳感器9檢測到的溫度進行加載或卸載的控制。2)當室外環境溫度傳感器10所檢測到的溫度低于冷凍水進水溫度傳感器8檢測到的溫度、但高于壓縮機I完全停止運行的溫度時，三通閥7把連接自然冷卻盤管6的通路打開，即連通三通閥7的第一接口 a和第三接口 C、關閉三通閥7的第二接口 b，使全部冷凍水先流經自然冷卻盤管6后再進入蒸發器4，使冷凍水優先通過自然冷卻盤管6散熱降溫， 壓縮機I始終根據冷凍水進水溫度傳感器8或冷凍水出水溫度傳感器9檢測到的溫度進行加載或卸載的控制。通過測試可以得出，壓縮機I完全停止運行的溫度一般是比室外環境溫度小10°C 左右，這個溫度值可以在控制器的預設程序內進行設定和調整。在本實施例中，壓縮機I完全停止運行的溫度可以為比室外環境溫度小10°C。3)當室外環境溫度傳感器10所檢測到的溫度低于壓縮機I完全停止運行的溫度、 但高于冷凝風機5按最小風量運行或完全停止運行的溫度時，壓縮機I強制停止運行，冷凝風機5根據冷凍水進水溫度傳感器8或冷凍水出水溫度傳感器9檢測到的溫度進行調速或啟停控制。冷凝風機5按最小風量運行的溫度一般是低于室外環境溫度20°C，此時，適用于當冷凝風機5為調速風機時，而調速風機本身就有最小風量運行要求。冷凝風機5完全停止運行的溫度一般是低于室外環境溫度25°C，此時，適用于當冷凝風機5為定速風機時，而定速風機只能開機或停機。冷凝風機5按最小風量運行的溫度和冷凝風機5完全停止運行的溫度可以在控制器的預設程序內進行設定和調整。4)當室外環境溫度傳感器10所檢測到的溫度低于冷凝風機5按最小風量運行或完全停止運行的溫度時，冷凝風機5按最小風量運行或完全停止運行，三通閥7始終根據冷凍水進水溫度傳感器8或冷凍水出水溫度傳感器9檢測到的溫度進行調節控制。以下分別說明一、當冷凝風機5為調速風機時，I)當冷凍水進水溫度傳感器8檢測到的溫度為12°C，室外環境溫度傳感器10所檢測到的溫度高于12°C時，三通閥7把連接自然冷卻盤管6的通路關閉，即連通三通閥7的第一接口 a和第二接口 b、關閉三通閥7的第三接口 C，此時，全部冷凍水不流經自然冷卻盤管6而直接進入蒸發器4，壓縮機I始終根據冷凍水進水溫度傳感器8或冷凍水出水溫度傳感器9檢測到的溫度進行加載或卸載的控制；2)當冷凍水進水溫度傳感器8檢測到的溫度為12°C，室外環境溫度傳感器10所檢測到的溫度低于12°C、但高于2V (此時，壓縮機I完全停止運行的溫度=12°C -IO0C = 2V )時，三通閥7把連接自然冷卻盤管6的通路打開，即連通三通閥7的第一接口 a和第三接口 C、關閉三通閥7的第二接口 b，使全部冷凍水先流經自然冷卻盤管6后再進入蒸發器4，使冷凍水優先通過自然冷卻盤管6散熱降溫，壓縮機I始終根據冷凍水進水溫度傳感器8或冷凍水出水溫度傳感器9檢測到的溫度進行加載或卸載的控制；
3)當冷凍水進水溫度傳感器8檢測到的溫度為12°C，室外環境溫度傳感器10所檢測到的溫度低于2°C (此時，壓縮機I完全停止運行的溫度=120C -IO0C= 20C )、但高于-8°C (此時，冷凝風機5按最小風量運行的溫度=12°C-20°C=_8°C)時，壓縮機I強制停止運行，冷凝風機5根據冷凍水進水溫度傳感器8或冷凍水出水溫度傳感器9檢測到的溫度進行調速或啟停控制，4)當冷凍水進水溫度傳感器8檢測到的溫度為12°C，室外環境溫度傳感器10所檢測到的溫度低于-8V (此時，冷凝風機5按最小風量運行的溫度=12°C -20°C= -8°C ) 時，冷凝風機5按最小風量運行，三通閥7始終根據冷凍水進水溫度傳感器8或冷凍水出水溫度傳感器9檢測到的溫度進行調節控制。二、當冷凝風機5為定速風機時，I)當冷凍水進水溫度傳感器8檢測到的溫度為12°C，室外環境溫度傳感器10所檢測到的溫度高于12°C，三通閥7把連接自然冷卻盤管6的通路關閉，即連通三通閥7的第一接口 a和第二接口 b、關閉三通閥7的第三接口 C，此時，全部冷凍水不流經自然冷卻盤管 6而直接進入蒸發器4，壓縮機I始終根據冷凍水進水溫度傳感器8或冷凍水出水溫度傳感器9檢測到的溫度進行加載或卸載的控制；2)當冷凍水進水溫度傳感器8檢測到的溫度為12°C，室外環境溫度傳感器10所檢測到的溫度低于12°C、但高于2V (此時，壓縮機I完全停止運行的溫度=12°C -IO0C = 2°C )時，三通閥7把連接自然冷卻盤管6的通路打開，即連通三通閥7的第一接口 a和第三接口 C、關閉三通閥7的第二接口 b，使全部冷凍水先流經自然冷卻盤管6后再進入蒸發器4，使冷凍水優先通過自然冷卻盤管6散熱降溫，壓縮機I始終根據冷凍水進水溫度傳感器8或冷凍水出水溫度傳感器9檢測到的溫度進行加載或卸載的控制；3)當冷凍水進水溫度傳感器8檢測到的溫度為12°C，室外環境溫度傳感器10所檢測到的溫度低于2°C (此時，壓縮機I完全停止運行的溫度=120C -IO0C= 20C )、但高于-13°C (此時，冷凝風機5完全停止運行的溫度=12°C -25°C= -13°C )時，壓縮機I強制停止運行，冷凝風機5根據冷凍水進水溫度傳感器8或冷凍水出水溫度傳感器9檢測到的溫度進行調速或啟停控制；4)當冷凍水進水溫度傳感器8檢測到的溫度為12°C，室外環境溫度傳感器10所檢測到的溫度低于_13(此時，冷凝風機5完全停止運行的溫度=12°C -25°C=-13°C )時， 冷凝風機5完全停止運行，三通閥7始終根據冷凍水進水溫度傳感器8或冷凍水出水溫度傳感器9檢測到的溫度進行調節控制。
權利要求
1.一種帶自然冷卻的風冷冷水機，包括依次連接的壓縮機(I)、冷凝器(2)、節流器(3) 和蒸發器(4)，冷凝器(2)上設置有冷凝風機(5)，其特征是還包括自然冷卻盤管(6)和三通閥(7)，自然冷卻盤管(6)設置在冷凝器(2)的進風側，三通閥(7)包括第一接口(a)、 第二接口(b)和第三接口(C)，三通閥(7)通過第一接口(a)和第二接口(b)串接在蒸發器(4)的進水管上，自然冷卻盤管￠)的進水管與蒸發器(4)的進水管相通，自然冷卻盤管 (6)的出水管與三通閥(7)的第三接口相通。
2.根據權利要求I所述的帶自然冷卻的風冷冷水機，其特征是所述風冷冷水機還包括冷凍水進水溫度傳感器(8)、冷凍水出水溫度傳感器(9)、室外環境溫度傳感器(10)和控制器(11);其中，冷凍水進水溫度傳感器(8)設置在蒸發器(4)的進水管上，冷凍水出水溫度傳感器(9)設置在蒸發器(4)的出水管上，壓縮機(I)、冷凝風機(5)、三通閥(7)、冷凍水進水溫度傳感器(8)、冷凍水出水溫度傳感器(9)和室外環境溫度傳感器(10)分別與控制器 (11)電連接。
3.根據權利要求2所述的帶自然冷卻的風冷冷水機，其特征是所述三通閥(7)為比例調節三通閥或開關三通閥。
4.根據權利要求3所述的帶自然冷卻的風冷冷水機，其特征是所述冷凝器(2)的進口管路或出口管路上設置冷凝壓力傳感器(13)，該冷凝壓力傳感器(13)與控制器(11)電連接。
5.根據權利要求4所述的帶自然冷卻的風冷冷水機，其特征是所述冷凝風機(5)為調速風機或定速風機。
6.根據權利要求I至5任一所述的帶自然冷卻的風冷冷水機，其特征是所述蒸發器 (4)的進水管或出水管上設置有水泵(12)，該水泵(12)與控制器(11)電連接。
7.一種根據權利要求I所述的帶自然冷卻的風冷冷水機的控制方法，其特征是1)當室外環境溫度傳感器(10)所檢測到的溫度高于冷凍水進水溫度傳感器(8)檢測到的溫度時，三通閥(7)把連接自然冷卻盤管(6)的通路關閉，即連通三通閥(7)的第一接口(a)和第二接口(b)、關閉三通閥(7)的第三接口(C)，此時，全部冷凍水不流經自然冷卻盤管(6)而直接進入蒸發器(4)，壓縮機(I)始終根據冷凍水進水溫度傳感器(8)或冷凍水出水溫度傳感器(9)檢測到的溫度進行加載或卸載的控制；2)當室外環境溫度傳感器(10)所檢測到的溫度低于冷凍水進水溫度傳感器(8)檢測到的溫度、但高于壓縮機(I)完全停止運行的溫度時，三通閥(7)把連接自然冷卻盤管(6) 的通路打開，即連通三通閥(7)的第一接口(a)和第三接口(C)、關閉三通閥(7)的第二接口(b)，使全部冷凍水先流經自然冷卻盤管(6)后再進入蒸發器(4)，使冷凍水優先通過自然冷卻盤管(6)散熱降溫，壓縮機(I)始終根據冷凍水進水溫度傳感器(8)或冷凍水出水溫度傳感器(9)檢測到的溫度進行加載或卸載的控制；3)當室外環境溫度傳感器(10)所檢測到的溫度低于壓縮機⑴完全停止運行的溫度、 但高于冷凝風機(5)按最小風量運行或完全停止運行的溫度時，壓縮機(I)強制停止運行， 冷凝風機(5)根據冷凍水進水溫度傳感器(8)或冷凍水出水溫度傳感器(9)檢測到的溫度進行調速或啟停控制；4)當室外環境溫度傳感器(10)所檢測到的溫度低于冷凝風機(5)按最小風量運行或完全停止運行的溫度時，冷凝風機(5)按最小風量運行或完全停止運行，三通閥(7)始終根據冷凍水進水溫度傳感器(8)或冷凍水出水溫度傳感器(9)檢測到的溫度進行調節控制。
全文摘要
一種帶自然冷卻的風冷冷水機及其控制方法，帶自然冷卻的風冷冷水機，包括依次連接的壓縮機、冷凝器、節流器和蒸發器，冷凝器上設置有冷凝風機，還包括自然冷卻盤管和三通閥，自然冷卻盤管設置在冷凝器的進風側，三通閥包括第一接口、第二接口和第三接口，三通閥通過第一接口和第二接口串接在蒸發器的進水管上，自然冷卻盤管的進水管與蒸發器的進水管相通，自然冷卻盤管的出水管與三通閥的第三接口相通。風冷冷水機還包括冷凍水進水溫度傳感器、冷凍水出水溫度傳感器、室外環境溫度傳感器和控制器。本發明具有節能效果顯著、運行可靠性高、控制方法簡單、結構緊湊、占用空間小和生產成本低的特點。
文檔編號F25B41/00GK102589114SQ20121006570
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者岑敏婷, 李敏華, 林創輝, 邱育群, 黃國斌 申請人:廣東申菱空調設備有限公司