CN103575006A - 一种低温制冷型风冷冷水机组及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低温制冷型风冷冷水机组及其控制方法，包括制冷系统、轴流风机冷却系统和用于控制制冷系统与轴流风机冷却系统的自动控制系统，综合冷凝风机无级调速的冷凝压力控制技术、冷凝压力调节阀的冷凝压力调节技术以及智能的冷凝压力调节方法，设计合理、控制智能，在低温环境适应范围宽广，最低运行环境温度低达-50℃，确保机组长期正常稳定运行，保障机组的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种风冷冷水机，尤其是一种低温制冷型风冷冷水机组及其控制方法。
背景技术
目前的通讯机房，特别是大型的数据中心，一般是采用风冷冷水机作为冷源为通讯机房内的空调设备的室内末端提供冷冻水，从而对通讯机房的室内环境进行制冷降温。由于通讯机房内的通讯设备基本处于全年不间断运行状态，而且发热量非常大，因此，用于通讯机房的风冷冷水机，一般需要全年制冷运行。
目前已有一般的风冷冷水机组，由于该类普通的风冷冷水机在寒冷的冬天仍然需要启动压缩机进行制冷，而当室外环境过低时，压缩机容易出现冷凝压力过低，高低压差偏低，超出压缩机正常运行范围，导致制冷系统供液不足和回油不畅而烧毁压缩机的问题。虽然部分机组采用了风机开停或调速，用于控制制冷系统的冷凝压力的方法，在-10℃或以上环境还有一定作用，但如果处于更低温环境-10~-50℃时，单靠开停或调速根本无法对冷凝压力实现有效的控制，因为此时就算完全停冷凝风机，由于室外温度很低，冷凝压力会非常低，可靠性无法得到保障。
因此，该类普通的风冷冷水机长期运行在低温的室外环境温度运行时，有较大的安全隐患。而应用于数据中心的风冷冷水机组可靠性要求非常高，如果出现故障将导致大量重要通讯无法正常工作，该类普通的风冷冷水机的可靠性一直难以得到有效解决。
申请号为200920241684.9的中国专利《一种可低温环境下运行的风冷冷水机组》，改实用新型利用冷凝压力调节阀、冷凝压力旁通阀和储液器压力调节阀的作用调节通过风冷冷凝器冷凝压力旁通阀通路和储液器压力调节阀旁通路的制冷剂流量来稳定低温环境下运行的风冷冷水机组的冷凝压力和储液器压力，使得风冷冷水机组能够在低温环境下正常工作，但是该发明的风冷冷水机组虽可以在环境温度低于0℃时正常运作，但是对于温度更低时无法很好地调节冷凝压力。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中无法在低温条件下运行，甚至出现故障，无法保证数据中心的运行可靠性问题的技术缺陷，提供一种低温制冷型风冷冷水机组，本发明在低温环境适应范围宽广，最低运行环境温度低达-50℃，且运行稳定可靠，设计合理、控制智能。
本发明的另一个目的是提供所述种低温制冷型风冷冷水机组的控制方法。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
一种低温制冷型风冷冷水机组，包括制冷系统、轴流风机冷却系统和用于控制制冷系统与轴流风机冷却系统的自动控制系统，所述制冷系统设有压缩机、冷凝压力调节阀、旁通电磁阀和液管电磁阀，所述轴流风机冷却系统包括轴流风机调速电机和轴流风机，所述自动控制系统包括智能中央控制系统和轴流风机电机调速器，所述智能中央控制系统智能控制调节压缩机、冷凝压力调节阀、旁通电磁阀和液管电磁阀的开启或关闭，控制所述轴流风机电机调速器无级调节制冷系统的冷凝压力。
本发明采用冷凝风机无级调速的冷凝压力控制技术、冷凝压力调节阀的冷凝压力调节技术以及智能的冷凝压力调节方法，提供一种在低温下制冷运行稳定可靠的低温制冷型风冷冷水机组。
所述制冷系统还包括冷凝器、压力传感器、热气旁通阀、储液器、过滤器、膨胀阀和蒸发器，所述压缩机设有排气管，所述储液器设有进液管，所述冷凝器两端分别与压缩机和冷凝压力调节阀连接，所述冷凝压力调节阀与旁通电磁阀并联后连接储液器，所述储液器与过滤器连接，所述过滤器与液管电磁阀连接，所述液管电磁阀与膨胀阀连接，所述膨胀阀与蒸发器连接，所述蒸发器连接压缩机，所述热气旁通阀两端分别连接压缩机的排气管和储液器的进液管。
所述自动控制系统包括进水温度传感器、出水温度传感器、流量保护器、传感器数据采集系统和显示操作系统，所述智能中央控制系统与传感器数据采集系统和显示操作系统分别连接，所述传感器数据采集系统与进水温度传感器、出水温度传感器和流量保护器分别连接。
所述低温制冷型风冷冷水机组的控制方法，智能中央控制系统根据显示操作系统的进出水温度设定，通过传感器数据采集系统采集实际运行中的进水温度传感器、出水温度传感器、流量保护器及压力传感器的数据和信号自动计算，控制制冷压缩机的开启或停机，控制轴流风机电机调速器无级调节轴流风机调速电机的转速和冷凝散热风量，控制旁通电磁阀和液管电磁阀的开启或关闭，调节进出水温度与设定值相吻合，保护机组在低温下制冷运行的可靠性。
进一步地，根据压力传感器探测到的制冷系统冷凝压力数值，轴流风机转速按照压力传感器的压力值无级调节制冷系统的冷凝压力，在环境温度降低时，无级降低轴流风机的转速，在环境温度升时，无级提升轴流风机的转速，以便控制制冷系统的排气压力高于安全设定值，使排气压力处于压缩机安全范围内，确保制冷压缩机能够在低温下保证高低压压差，正常安全运行。
更进一步地，在低温环境下，在冷凝压力未达到冷凝压力调节阀的安全设定值之前，冷凝压力调节阀将从冷凝器过来的制冷剂阻断在冷凝压力调节阀前面，将大部分制冷剂积累在冷凝器中，占据冷凝器的换热面积，逐步提高制冷剂的冷凝压力，直到冷凝压力达到安全设定值时，打开冷凝压力调节阀让制冷剂通过，控制制冷系统的冷凝压力高于安全设定值。从而控制制冷系统的冷凝压力高于安全设定值，使冷凝压力处于压缩机安全范围内，确保制冷压缩机能够在低温下保证高低压压差，正常安全运行。
更进一步地，由于在刚启动制冷系统时，冷凝压力未达到冷凝压力调节阀的安全设定值，无法打开冷凝压力调节阀让制冷剂通过，因此，在启动时容易出现制冷剂断流，无法建立循环而出现报警问题，故在压缩机启动时，所述液管电磁阀与旁通电磁阀与其同时开启，开启循环并逐渐建立和提升高低压差，直到冷凝压力达到冷凝压力调节阀的安全设定值时，关闭所述旁通电磁阀，然后打开冷凝压力调节阀通过制冷剂，并正常循环运行。
其中，所述旁通电磁阀的开启和关闭采用时间设定或根据冷凝压力控制。
在运行过程中，当冷凝压力较低时，冷凝压力调节阀开度较小或关闭情况下，仅有少量或没有制冷剂通过冷凝压力调节阀，此时，热气旁通阀的前后的压差增大，当压差增大至热气旁通阀设定压差值时，排气的热气从热气旁通阀进入储液器，用于补充制冷系统的循环，防止制冷系统因制冷剂断流而出现低压保护问题，确保制冷系统在低温环境情况下正常运行。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明设计合理、控制智能，在低温环境适应范围宽广，最低运行环境温度低达-50℃，综合冷凝风机无级调速的冷凝压力控制技术、冷凝压力调节阀的冷凝压力调节技术以及智能的冷凝压力调节方法，确保机组长期正常稳定运行，保障机组的可靠性。
说明书附图
图1为本发明制冷和控制系统原理图，其中11、压缩机； 12、逆止阀；13、压力开关；14、压力表；15、冷凝器；16、压力传感器 ；17、冷凝压力调节阀；18、热气旁通阀；19、旁通电磁阀；110、储液器；111、过滤器；112、液管电磁阀；113、膨胀阀；114、蒸发器；115、压力开关；116、逆止阀；117、压力表；21、电气控制箱；22、轴流风机电机调速器；23、进水温度传感器；24、出水温度传感器；25、流量保护器；26、传感器数据采集系统；27、中央控制系统；28、显示操作系统；31、轴流风机调速电机；32、轴流风机；A、冷凝水进水；B、冷却水进水；
图2为本发明电气控制系统的框图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作出进一步地详细阐述，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。
实施例1
如图1、图2所示，本发明包括：制冷系统、轴流风机冷却系统和用于控制制冷系统与轴流风机冷却系统的自动控制系统。
所述制冷系统，包括压缩机11、逆止阀12、压力开关13、压力表14、冷凝器15、压力传感器16、冷凝压力调节阀17、热气旁通阀18、旁通电磁阀19、储液器110、过滤器111、液管电磁阀112、膨胀阀113、蒸发器114、压力开关115、逆止阀116和压力表117。
所述自动控制系统，包括电气控制箱21、轴流风机电机调速器22、进水温度传感器23、出水温度传感器24、流量保护器25、传感器数据采集系统26、中央控制系统27和显示操作系统28。
所述轴流风机冷却系统，包括轴流风机调速电机31和轴流风机32。
如图1所示，所述压缩机11设有排气管，所述储液器110设有进液管，所述冷凝器15两端分别与压缩机11和冷凝压力调节阀17连接，所述冷凝压力调节阀17与旁通电磁阀19并联后连接储液器110，所述储液器110与过滤器111连接，所述过滤器111与液管电磁阀112连接，所述液管电磁阀112与膨胀阀113连接，所述膨胀阀113与蒸发器114连接，所述蒸发器114连接压缩机11，所述热气旁通阀18两端分别连接压缩机11的排气管和储液器110的进液管。
如图1和图2所示，智能中央控制系统27根据显示操作系统28的进出水温度设定，通过传感器数据采集系统26采集实际运行中的进水温度传感器23、出水温度传感器24、流量保护器25及压力传感器16的数据和信号自动计算，控制制冷压缩机11的开启或停机，控制轴流风机电机调速器22无级调节轴流风机调速电机31的转速和冷凝散热风量，控制旁通电磁阀19和液管电磁阀112的开启或关闭，调节进出水温度与设定值相吻合，保护机组在低温下制冷运行的可靠性。
如图1和图2所示，据压力传感器16探测到的制冷系统冷凝压力数值，轴流风机32转速按照压力传感器16的压力值无级调节制冷系统的冷凝压力，在环境温度降低时，无级降低轴流风机的转速，在环境温度升时，无级提升轴流风机的转速，以便控制制冷系统的排气压力高于安全设定值，使排气压力处于压缩机安全范围内，确保制冷压缩机能够在低温下保证高低压压差，正常安全运行。
如图1和图2所示，在低温环境下，在冷凝压力未达到冷凝压力调节阀的安全设定值之前，冷凝压力调节阀17将从冷凝器15过来的制冷剂阻断在冷凝压力调节阀17前面，将大部分制冷剂积累在冷凝器中，占据冷凝器的换热面积，逐步提高制冷剂的冷凝压力，直到冷凝压力达到安全设定值时，打开冷凝压力调节阀让制冷剂通过，从而控制制冷系统的冷凝压力高于安全设定值，使冷凝压力处于压缩机安全范围内，确保制冷压缩机能够在低温下保证高低压压差，正常安全运行。
如图1和图2所示，由于在刚启动制冷系统时，冷凝压力未达到冷凝压力调节阀的安全设定值，无法打开冷凝压力调节阀让制冷剂通过，因此，在启动时容易出现制冷剂断流，无法建立循环而出现报警问题，因此，在压缩机11启动时，液管电磁阀112与旁通电磁阀19与其同时开启，确保在低温环境及刚启动情况下，部分制冷剂能顺利从冷凝器出口进入储液器，保证制冷系统在低温和刚开启情况下旁通电磁阀19能通过制冷剂，开启循环并逐渐建立和提升高低压差，直到冷凝压力达到冷凝压力调节阀的安全设定值时，关闭旁通电磁阀19，进而顺利打开冷凝压力调节阀通过制冷剂，并正常循环运行。旁通电磁阀19开启和关闭可采用时间可设定，也可根据冷凝压力控制。
如图1和图2所示，在运行过程中，当冷凝压力较低时，冷凝压力调节阀开度较小或关闭情况下，仅有少量或没有制冷剂通过冷凝压力调节阀，此时，热气旁通阀18的前后的压差增大，当压差增大至热气旁通阀18设定压差值时，排气的热气从热气旁通阀进入储液器，用于补充制冷系统的循环，防止制冷系统因制冷剂断流而出现低压保护问题，确保制冷系统在低温环境情况下正常运行。
Claims (9)
1.一种低温制冷型风冷冷水机组，包括制冷系统、轴流风机冷却系统和用于控制制冷系统与轴流风机冷却系统的自动控制系统，所述制冷系统设有压缩机(11)、冷凝压力调节阀(17)、旁通电磁阀(19)和液管电磁阀(112)，所述轴流风机冷却系统(3)包括轴流风机调速电机(31)和轴流风机(32)，所述自动控制系统包括智能中央控制系统(27)和轴流风机电机调速器(22)，其特征在于，所述智能中央控制系统(27)智能控制调节压缩机（11）、冷凝压力调节阀(17)、旁通电磁阀(19)和液管电磁阀(112)的开启或关闭，控制所述轴流风机电机调速器(22)无级调节制冷系统的冷凝压力。
2.根据权利要求1所述的一种低温制冷型风冷冷水机组，其特征在于，所述制冷系统还包括冷凝器(15) 、压力传感器(16)、热气旁通阀(18)、储液器(110)、过滤器(111)、膨胀阀(113)和蒸发器(114)，所述压缩机（11）设有排气管，所述储液器（110）设有进液管，所述冷凝器（15）两端分别与压缩机（11）和冷凝压力调节阀(17)连接，所述冷凝压力调节阀(17)与旁通电磁阀(19)并联后连接储液器(110)，所述储液器(110)与过滤器(111)连接，所述过滤器(111)与液管电磁阀(112)连接，所述液管电磁阀(112)与膨胀阀(113)连接，所述膨胀阀(113)与蒸发器(114)连接，所述蒸发器（114）连接压缩机（11），所述热气旁通阀(18)两端分别连接压缩机(11)的排气管和储液器(110)的进液管。
3.根据权利要求1所述的一种低温制冷型风冷冷水机组，其特征在于，所述自动控制系统包括进水温度传感器(23)、出水温度传感器(24)、流量保护器(25)、传感器数据采集系统(26)和显示操作系统(28)，所述智能中央控制系统(27)与传感器数据采集系统(26)和显示操作系统(28)分别连接，所述传感器数据采集系统(26)与进水温度传感器(23)、出水温度传感器(24)和流量保护器(25)分别连接。
4.根据权利要求3所述一种低温制冷型风冷冷水机组的控制方法，其特征在于，智能中央控制系统(27)根据显示操作系统（28）的进出水温度设定，通过传感器数据采集系统(26)采集实际运行中的进水温度传感器(23)、出水温度传感器(24)、流量保护器（25）及压力传感器(16)的数据和信号自动计算，控制制冷压缩机（11）的开启或停机，控制轴流风机电机调速器(22)无级调节轴流风机调速电机(31)的转速和冷凝散热风量，控制旁通电磁阀（19）和液管电磁阀（112）的开启或关闭，调节进出水温度与设定值相吻合。
5.根据权利要求4所述的一种低温制冷型风冷冷水机组的控制方法，其特征在于，根据压力传感器(16)探测到的制冷系统冷凝压力数值，轴流风机(32)转速按照压力传感器(16)的压力值无级调节制冷系统的冷凝压力，在环境温度降低时，无级降低轴流风机的转速，在环境温度升时，无级提升轴流风机的转速。
6.根据权利要求4所述的一种低温制冷型风冷冷水机组的控制方法，其特征在于，在低温环境下，在冷凝压力未达到冷凝压力调节阀(17)的安全设定值之前，冷凝压力调节阀(17)将从冷凝器(15)过来的制冷剂阻断在冷凝压力调节阀(17)前面，将大部分制冷剂积累在冷凝器中，占据冷凝器的换热面积，逐步提高制冷剂的冷凝压力，直到冷凝压力达到安全设定值时，打开冷凝压力调节阀(17)让制冷剂通过，控制制冷系统的冷凝压力高于安全设定值。
7.根据权利要求4所述的一种低温制冷型风冷冷水机组的控制方法，其特征在于，在压缩机(11)启动时，所述液管电磁阀(112)与旁通电磁阀(19)与其同时开启，开启循环并逐渐建立和提升高低压差，直到冷凝压力达到冷凝压力调节阀的安全设定值时，关闭所述旁通电磁阀(19)，然后打开冷凝压力调节阀通过制冷剂，并正常循环运行。
8.根据权利要求7所述的一种低温制冷型风冷冷水机组的控制方法，其特征在于，所述旁通电磁阀(19)的开启和关闭采用时间设定或根据冷凝压力控制。
9.根据权利要求4所述的一种低温制冷型风冷冷水机组的控制方法，其特征在于，当热气旁通阀(18)的前后的压差增大至其设定压差值时，压缩机(11)的排气管排出的热气从热气旁通阀（18）进入储液器。
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