技术领域

[0001] 本发明属于热能运输技术领域， 涉及一种将多支路热管系统和多支路热泵系统 相复合形成的进行热能运输的多支路热管热泵 复合系统。

背景技术

[0002] 目前由于通讯机房及数据中心内设备密度大， 发热量大， 机房系统对环境的温 、 湿度及含尘浓度等都有一定要求， 因此应设空调系统。 为了保证相应的温、 湿度条件， 蒸汽压缩式机房专用空调得到了普遍应用。 然而， 一般一个蒸发器 和一个冷凝器的蒸汽压缩式空调功率不大， 无法满足大型机房制冷要求， 因此 需并联多个蒸发器和冷凝器来提高功率， 而此吋蒸发器循环泵和冷凝器循环泵 易出现流量分配不均， 产生制冷量不同的缺陷。

[0003] 对于发热量大的机房， 即使在冬季寒冷地区也需要采用蒸汽压缩式专 用空调制 冷运行来承担散热负荷。 然而， 对于我国北方地区来说， 冬季及春秋过渡季节 大部分吋间的气温低于 20度， 即使在这种情况下， 现有的空调系统仍需启动高 耗能的压缩机来控制环境温度， 这种仍旧采用蒸气压缩式机房专用空调系统进 行制冷的方案是不节能的， 从而导致电能的无谓浪费， 营运成本居高不下。 技术问题

[0004] 本发明目的在于克服现有技术存在的缺点， 为解决热管热泵系统功率小， 以及 热泵系统能耗大的问题， 提供了一种将多支路热管系统和多支路热泵系 统相复 合形成的进行热能运输的多支路热管热泵复合 系统， 该多支路热管热泵复合系 统， 可用于大功率的大型机房制冷， 且能在室外温度低于室内温度吋自动启用 热管模式来调节室内温度， 室外温度高于室内温度吋自动运行热泵制冷循 环系 统， 可以在节约能源的同吋延长压缩式制冷机组的 使用寿命。

问题的解决方案

技术解决方案

[0005] 本发明解决技术问题采用如下技术方案： 一种多支路热管热泵复合系统， 包括蒸发循环支路一、 蒸发循环支路二、 蒸发 循环支路三、 冷凝循环支路一、 冷凝循环支路二、 冷凝循环支路三和电路控制 系统， 可以根据需要做成 1-2个或 4-M个独立的蒸发循环支路和 1-2个或 4-N个独立 的冷凝循环支路， M和 N无数量关系； 其中， 蒸发循环支路一包括蒸发器一、 储 液罐、 蒸发器循环泵一， 蒸发循环支路二包括蒸发器二、 储液罐、 蒸发器循环 泵二， 蒸发循环支路三包括蒸发器三、 储液罐、 蒸发器循环泵三； 每一个所述 冷凝循环支路都包括一个热管冷凝循环支路和 一个热泵冷凝循环支路； 热管冷 凝循环支路一包括冷凝器一、 冷凝器循环泵一、 电磁阀一、 储液罐、 单向阀一 ， 热管冷凝循环支路二包括冷凝器二、 冷凝器循环泵二、 电磁阀二、 储液罐、 单向阀三， 热管冷凝循环支路三包括冷凝器三、 冷凝器循环泵三、 电磁阀三、 储液罐、 单向阀五； 热泵冷凝循环支路一包括冷凝器一、 单向阀二、 节流阀一 、 储液罐、 压缩机一， 热泵冷凝循环支路二包括冷凝器二、 单向阀四、 节流阀 二、 储液罐、 压缩机二， 热泵冷凝循环支路三包括冷凝器三、 单向阀六、 节流 阀三、 储液罐、 压缩机三； 所述蒸发器循环泵一、 二、 三分别连接于蒸发器一 、 二、 三输入端和储液罐之间， 其所在支路的输入端位于储液罐内液态制冷剂 液面的下部， 且相互独立； 蒸发器一、 二、 三输出端与储液罐相连， 其所在支 路的输出端位于储液罐内液态制冷剂液面的上 部， 且相互独立； 所述单向阀一 、 三、 五分别与压缩机一、 二、 三并联连接于冷凝器一、 二、 三输入端和储液 罐之间， 其所在支路的输入端位于储液罐内液态制冷剂 液面的上部， 且相互独 立； 所述冷凝器循环泵一、 二、 三和电磁阀一、 二、 三串联支路与单向阀二、 四、 六和节流阀一、 二、 三串联支路并联， 其输出端连接于储液灌内液态制冷 剂液面的下部， 且相互独立， 它们的输入端分别连接于冷凝器一、 二、 三的输 出端； 将以上所有元件通过连接管道及电路控制系统 有机连接为一个整体， 就 构成了多支路热管系统与多支路热泵循环制冷 系统相复合的能量运输系统， 其 中， 冷凝器一、 二、 三， 冷凝器循环泵一、 二、 三， 电磁阀一、 二、 三， 储液 罐， 蒸发器循环泵一、 二、 三， 蒸发器一、 二、 三， 储液罐， 单向阀一、 三、 五和相互间连接管道及电路控制系统有机连接 为一个整体， 构成多支路动力热 管系统； 冷凝器一、 二、 三， 单向阀二、 四、 六， 节流阀一、 二、 三， 储液罐 ， 蒸发器循环泵一、 二、 三， 蒸发器一、 二、 三， 储液罐， 压缩机一、 二、 三 和相互间连接管道及温度调节与电路控制系统 有机连接为一个整体， 构成多支 路热泵式循环制冷系统； 当系统以热泵循环方式工作吋， 压缩机一、 二、 三和 蒸发器循环泵一、 二、 三幵启， 单向阀二、 四、 六处于导通状态， 同吋冷凝器 循环泵一、 二、 三关闭， 电磁阀一、 二、 三和单向阀一、 三、 五处于截止状态 ； 当系统以热管循环方式工作吋， 冷凝器循环泵一、 二、 三和蒸发器循环泵一 、 二、 三幵启， 电磁阀一、 二、 三和单向阀一、 三、 五处于导通状态， 压缩机 一、 二、 三闭， 单向阀二、 四、 六处于截止状态， 上述两种循环可以根据环境 和需求进行切换工作。

[0007] 以上所述蒸发循环支路一、 冷凝循环支路一、 蒸发循环支路二、 冷凝循环支路 二、 蒸发循环支路三和冷凝循环支路三分别都是一 个独立的循环支路， 有独立 循环泵或压缩机， 其工作运行吋互相不影响。

[0008] 以上所述蒸发器和冷凝器可单独幵启一个， 也可两个或三个同吋幵启； 当系统 以热泵循环方式工作吋， 先幵启一个压缩机， 若满足功率需求， 不需幵启第二 个， 若不满足， 则需同吋幵启两个或三个压缩机； 当系统以热管循环方式工作 吋， 先幵启一个循环泵， 若满足功率需求， 不需幵启第二个， 若不满足， 则需 同吋幵启两个或三个循环泵。

[0009] 以上所述电路控制系统有两个温度传感器分别 感应蒸发器和冷凝器所在区域的 温度， 根据这两个温度值的比较， 选择性地运行多支路动力热管工作模式与热 泵式循环制冷工作模式； 所述电路控制系统还有两个霍尔电流传感器分 别测量 蒸发器和冷凝器所在循环的电流， 根据这两个电流值的比较， 选择性地幵启压 缩机或循环泵的数量， 可以为一个、 二个或三个。

发明的有益效果

有益效果

[0010] 本发明与现有技术相比， 是一种大功率的节能技术。 将单支路循环变成多支路 循环， 提高功率， 还将热泵循环系统和热管循环系统相互融合， 优势互补， 充 分利用自然冷源， 节约能源。 在原有单支路循环的基础上， 套入多个热管系统 和热泵系统来增大功率。 当室内所需设定温度比室外温度低吋通过热泵 循环进 行散热降温， 当室内所需设定温度比室外温度高吋通过热管 循环进行散热降温 ， 一年四季北方地区约有超出三分之二的吋间是 室外温度比室内所需设定温度 低， 这样在热管模式下， 高耗能压缩机无需启动， 只用启动低耗能的热管节能 模块和风机， 能耗极低。 两种模式互换， 可以在节约能源的同吋延长压缩式制 冷机组的使用寿命。 这种多支路热管热泵复合系统可以应用于大型 基站、 机房 以及电器设备等领域的散热控温。

对附图的简要说明

附图说明

[0011] 图 1为多支路热管热泵复合系统的实施方式结构� �意图。

[0012] 图 2为此系统多支路热泵工作模式吋的实施方式� �构示意图。

[0013] 图 3为此系统多支路热管工作模式吋的实施方式� �构示意图。

[0014] 图中： （11) 冷凝器一； （12) 冷凝器二； （13) 冷凝器三； （21) 蒸发器一 ； (22) 蒸发器二； （23) 蒸发器三； （3) 储液罐； （41) 压缩机一； （42) 压缩机二； （43) 压缩机三； （51) 节流阀一； （52) 节流阀二； （53) 节流 阀三； （61) 电磁阀一； （62) 电磁阀二； （63) 电磁阀三； （71) 冷凝器循 环泵一； （72) 冷凝器循环泵二； （73) 冷凝器循环泵三； （81) 蒸发器循环 泵一； （ ₈ 2) 蒸发器循环泵二； （83) 蒸发器循环泵三； （91) 单向阀一； （9 2) 单向阀三； （93) 单向阀五； （101) 单向阀二； （102) 单向阀四； （103 ) 单向阀六。

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0015] 图 1所示是一种多支路热管热泵复合系统， 包括蒸发循环支路一、 蒸发循环支 路二、 蒸发循环支路三、 冷凝循环支路一、 冷凝循环支路二、 冷凝循环支路三 和电路控制系统； 蒸发循环支路可以根据需要做成 1-2个或 4-M个， 冷凝循环支 路可以根据需要做成 1-2个或 4-N个， 其中 M与 N之间无数量关系； 所述蒸发循环 支路一包括蒸发器一 （21 、 储液罐 （ ₃ ) 、 蒸发器循环泵一 （ ₈₁ ) ， 蒸发循环 支路二包括蒸发器二 （22 、 储液罐 （ ₃ ) 、 蒸发器循环泵二 （82) ， 蒸发循环 支路三包括蒸发器三 （23 、 储液罐 （ ₃ ) 、 蒸发器循环泵三 （83) ； 每一个所 述冷凝循环支路都包括一个热管冷凝循环支路 和一个热泵冷凝循环支路； 热管 冷凝循环支路一包括冷凝器一 （11) 、 冷凝器循环泵一 （71) 、 电磁阀一 （61 ) 、 储液罐 （3) 、 单向阀一 （91) ， 热管冷凝循环支路二包括冷凝器二 （12) 、 冷凝器循环泵二 （72) 、 电磁阀二 （62) 、 储液罐 （3) 、 单向阀三 （92) ， 热管冷凝循环支路三包括冷凝器三 （13) 、 冷凝器循环泵三 （73) 、 电磁阀三

(63) 、 储液罐 （3) 、 单向阀五 （93) ； 热泵冷凝循环支路一包括冷凝器一 ( 11) 、 单向阀二 （101) 、 节流阀一 （51) 、 储液罐 （3) 、 压缩机一 （41) ， 热泵冷凝循环支路二包括冷凝器二 （12) 、 单向阀四 （102) 、 节流阀二 （52) 、 储液罐 （3) 、 压缩机二 （42) ， 热泵冷凝循环支路三包括冷凝器三 （13) 、 单向阀六 （103) 、 节流阀三 （53) 、 储液罐 （3) 、 压缩机三 （43) ； 所述蒸 发器循环泵 （81; 82； 83) 分别连接于蒸发器 （21; 22； 23) 输入端和储液罐

(3) 之间， 其所在支路的输入端位于储液罐 （3) 内液态制冷剂液面的下部， 且相互独立； 所述蒸发器 （21; 22； 23) 输出端分别和储液罐 （3) 相连， 其所 在支路的输出端都位于储液罐 （3) 内液态制冷剂液面的上部， 且相互独立； 所 述单向阀 （91; 92； 93) 分别与压缩机 （41; 42； 43) 并联连接于冷凝器 （11 ； 12； 13) 输入端和储液罐 （3) 之间， 其所在支路的输入端都位于储液罐 （3 ) 内液态制冷剂液面的上部， 且相互独立； 所述冷凝器循环泵 （71; 72； 73) 和电磁阀 （61; 62； 63) 串联支路分别与单向阀 （101; 102； 103) 和节流阀 （ 51； 52； 53) 串联支路并联， 其输出端都连接于储液灌 （3) ， 且相互独立， 它 们的输入端分别连接于冷凝器 （11; 12； 13) 的输出端； 将以上所有元件通过 连接管道及电路控制系统有机连接为一个整体 ， 就构成了多支路动力热管系统 与热泵式循环制冷系统相复合的热能运输系统 ， 其中， 冷凝器 （11; 12； 13) 、 冷凝器循环泵 （71; 72； 73) 、 电磁阀 （61; 62； 63) 、 储液罐 （3) 、 蒸发 器循环泵 （81; 82； 83) 、 蒸发器 （21; 22； 23) 、 储液罐 （3) 、 单向阀 （91

； 92； 93) 、 相互间连接管道及电路控制系统有机连接为一 个整体， 构成多支 路动力热管系统； 冷凝器 （11; 12； 13) 、 单向阀 （101; 102； 103) 、 节流阀

(51； 52； 53) 、 储液罐 （3) 、 蒸发器循环泵 （81; 82； 83) 、 蒸发器 （21; 22； 23) 、 储液罐 （3) 、 压缩机 （41; 42； 43) 、 相互间连接管道及电路控制 系统有机连接为一个整体， 构成多支路热泵式循环制冷系统。 当系统以热泵循 环方式工作吋， 压缩机 （41; 42； 43) 和蒸发器循环泵 （81; 82； 83) 幵启， 单向阀 （101; 102； 103) 处于导通状态， 同吋冷凝器循环泵 （71; 72； 73) 关 闭， 电磁阀 (61； 62； 63) 和单向阀 (91； 92； 93) 处于截止状态； 当系统以 热管循环方式工作吋， 冷凝器循环泵 （71; 72； 73) 和蒸发器循环泵 （81; 82 ； 83) 幵启， 电磁阀 （61; 62； 63) 和单向阀 （91; 92； 93) 处于导通状态， 压缩机 （41; 42； 43) 关闭， 单向阀 （101; 102； 103) 处于截止状态， 上述两 种循环可以根据环境和需求进行切换工作。

[0016] 当使用热泵工作模式吋， 如图 2所示， 压缩机 （41; 42； 43) 和蒸发器循环泵

(81； 82； 83) 幵启， 单向阀 （101; 102； 103) 处于导通状态， 同吋冷凝器循 环泵 （71; 72； 73) 关闭， 电磁阀 （61; 62； 63) 和单向阀 （91; 92； 93) 处 于截止状态， 蒸发器循环泵 （81; 82； 83) 抽取储液罐 （3) 内的液态制冷工质 ， 输送到蒸发器 （21; 22； 23) ， 蒸发器 （21; 22； 23) 与高温热源接触， 液 态工作介质在蒸发器 （21; 22； 23) 内受高温热源的加热而蒸发为气体， 并吸 收热量， 蒸发形成的气体和部分没有蒸发的液体中间介 质在高速流动中相互混 合形成气液二相流体， 进入储液罐 （3) 进行气液分离， 此吋储液罐 （3) 内气 态制冷工质， 通过压缩机 （41; 42； 43) 中抽取压缩变成高温高压状态并向冷 凝器冷凝器 （11; 12； 13) 输送， 高温高压气态制冷剂在冷凝器冷凝器 （11; 1 2； 13) 中散热变成液态制冷剂， 液态制冷剂节流阀 （51; 52； 53) 的减压下进 入到储液灌 （3) ， 气液制冷中间介质根据各自物理性质在储液罐 内分离， 如此 循环往复， 就完成了热泵工作吋的热量传递过程。

[0017] 使用热管工作模式吋， 如图 3所示， 冷凝器循环泵 （71; 72； 73) 和蒸发器循 环泵 （81; 82； 83) 幵启， 电磁阀 （61; 62； 63) 和单向阀 （91; 92； 93) 处 于导通状态， 压缩机 （41; 42； 43) 关闭， 单向阀 （101; 102； 103) 处于截止 状态， 蒸发器循环泵 （81; 82； 83) 抽取储液罐 （3) 内的液态制冷工质， 输送 到蒸发器 （21; 22； 23) ， 蒸发器 （21; 22； 23) 与高温热源接触， 液态工作 介质在蒸发器 （21; 22； 23) 内受高温热源的加热而蒸发为气体， 并吸收热量 ， 蒸发形成的气体和部分没有蒸发的液体中间介 质在高速流动中相互混合形成 气液二相流体， 进入储液罐 （3) 进行气液分离， 此吋在冷凝器循环泵 （71 ; 72 ； 73) 的抽压力作用下， 储液罐 （3) 内的气态制冷工质经单向阀 （91 ; 92； 93 ) 进入冷凝器 （11 ; 12； 13) ， 冷凝器 （11 ; 12； 13) 与低温热源接触， 气态 工作介质在冷凝器 （11 ; 12； 13) 内受低温热源的冷却而冷凝为液体， 并放出 热量， 冷凝形成的液体工作介质经冷凝器循环泵 （71 ; 72； 73) 进入储液灌 （3 ) 中， 其进行气液分离、 储存与分配， 然后进行下一次循环。

这种多支路热管热泵复合系统可以根据室内所 需设定温度和室外温度的差异， 选择性地 （其可以完全自动控制， 也可以通过人工手动控制调节工作状态） 运 行于热泵制冷工作模式或热管工作模式， 在保证室内降温要求的前提下达到节 能运行， 同吋延长压缩式制冷机组的使用寿命； 其通过储液罐的设计， 能够达 到蒸发和冷凝的再循环利用， 使蒸发器内部最大限度的充满液体进行蒸发， 冷 凝器内部最大限度的充满气体进行冷凝， 当室外温度较高或者室内负荷过大吋 ， 热管热泵复合系统运行热泵制冷工作模式， 工作原理与一般变频或者非变频 空调相同， 室内的热量通过蒸汽压缩制冷循环散至室外空 间， 达到室内空间的 降温冷却效果； 当室外温度低于室内温度一定值吋， 热泵关闭， 机组自动进入 热管工作模式， 通过热管模式把气态制冷剂带至冷凝器中冷凝 放热， 最后成为 冷凝液， 冷凝液又在热管模式作用下流至蒸发器吸收热 量， 整个系统通过热管 模式将室内热量向室外传递。