CN111442575A - 可调式制冷装置及制冷调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及可调式制冷装置及制冷调节方法。该可调式制冷装置包括热管蒸发机组、蒸发冷凝器以及至少一组冷凝机组，冷凝机组布设在风冷环境区域内，热管蒸发机组与冷凝机组分别通过第一回路和第二回路连接在蒸发冷凝器的两侧，热管蒸发机组还通过第三回路与冷凝机组连接；其中，冷凝机组和热管蒸发机组的机组面积均能调节，以使其分别具有可变化的换热面积。该可调式制冷装置的能耗低、适应性强，并且能够针对室外环境因素而灵活调节运行模式和各机组的换热面积。

Description

可调式制冷装置及制冷调节方法

技术领域

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及可调式制冷装置及制冷调节方法。

背景技术

目前，机房按照规模可以分为数据中心和小型机房，而边缘数据中心作为数据中心的一种，其具有数量大、规模小、能耗低、建设范围广的特性。机房因内部存放有服务器和相关设备，需要保持室内温度恒定，故而在机房内通常配置有制冷系统。

应用于数据中心的常见制冷系统主要有：水冷冷水机组与板换(板换式换热器)组合和风冷冷水机组与干冷器组合两种制冷结构。其中，前者的节能效果优秀，但是耗水量大，需要水源；后者更适合缺水地区使用，但节能效果不显著。

应用于小型机房的常见制冷系统主要有：风冷直接膨胀式系统。该系统适用于水源缺乏的地区和无冷却水系统的场所，但是节能效果一般且会带来其他不利影响如噪声、热岛效应等。

其中，边缘数据中心因上述特性以及考虑到其建设地区的资源分布，还需要保证其配置的制冷系统的机组不间断运行，并且考虑室外环境温度较低的时候的机组运行不受低温阻碍。而现有的制冷系统尚不能做到集能耗低、适应性强的优势于一体。

由此可见，现有的应用于各类机房的制冷系统都无法兼具能耗低、适应性强以及针对室外环境因素(如温度过低或地域差异)而灵活调节的特性。进一步的，现有数据中心制冷机组一旦制冷系统完成布置，后续难以进行容量匹配，从而阻碍了数据中心行业的产业化发展。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种可调式制冷装置，能耗低、适应性强，并且能够针对室外环境因素而灵活调节运行模式和各机组的换热面积。

本发明还提出一种基于可调式制冷装置的制冷调节方法。

根据本发明第一方面实施例的可调式制冷装置，包括热管蒸发机组、蒸发冷凝器以及至少一组冷凝机组，所述冷凝机组布设在风冷环境区域内，所述热管蒸发机组与所述冷凝机组分别通过第一回路和第二回路连接在所述蒸发冷凝器的两侧，所述热管蒸发机组还通过第三回路与所述冷凝机组连接；其中，所述冷凝机组和所述热管蒸发机组的机组面积均能调节，以使其分别具有可变化的换热面积。

根据本发明的一个实施例，所述冷凝机组包括热管冷凝机组和/或机械冷凝机组，所述热管冷凝机组和机械冷凝机组都布设在风冷环境区域内，所述热管蒸发机组与所述机械冷凝机组分别通过第一回路和第二回路连接在所述蒸发冷凝器的两侧，所述热管蒸发机组还通过第三回路与所述热管冷凝机组连接。

根据本发明的一个实施例，所述机械冷凝机组包括一个机械冷凝器或多个并联设置的机械冷凝器，各个所述机械冷凝器的一端通过集气管与所述机械冷凝机组的入口端可拆卸式连接，各个所述机械冷凝器的另一端通过分液管与所述机械冷凝机组的出口端可拆卸式连接；

所述热管冷凝机组包括一个热管冷凝器或多个并联设置的热管冷凝器，各个所述热管冷凝器的一端通过集气管与所述热管冷凝机组的入口端可拆卸式连接，各个所述热管冷凝器的另一端通过分液管与所述热管冷凝机组的出口端可拆卸式连接；

所述热管蒸发机组包括一个热管蒸发器或多个并联设置的热管蒸发器，各个所述热管蒸发器的一端与所述热管蒸发机组的入口端可拆卸式连接，各个所述热管蒸发器的另一端与所述热管蒸发机组的出口端可拆卸式连接。

根据本发明的一个实施例，所述机械冷凝机组与所述热管冷凝机组在规格相同的条件下能互换安装。

根据本发明的一个实施例，所述机械冷凝器、所述热管冷凝器和所述热管蒸发器的两端分别连接有快接接头。

根据本发明的一个实施例，所述第二回路包括压缩机、节流阀、气液分离器和储液罐，所述压缩机安装在所述冷凝机组的入口端与所述蒸发冷凝器之间的管路上，所述节流阀安装在所述冷凝机组的出口端与所述蒸发冷凝器之间的管路上，所述气液分离器安装在所述蒸发冷凝器与所述压缩机之间的管路上，所述储液罐安装在所述冷凝机组的出口端与所述节流阀之间的管路上。

根据本发明的一个实施例，所述第一回路包括增压泵和单向阀，所述增压泵安装在所述热管蒸发机组的入口端与所述蒸发冷凝器之间，所述增压泵的两端并联有旁通管路，所述单向阀安装在所述旁通管路上。

根据本发明的一个实施例，所述风冷环境区域内设有机组区，所述冷凝机组排列在所述风冷环境区域的机组区内，所述风冷环境区域的机组区的一端设有风机。

根据本发明第二方面实施例的基于如上所述的可调式制冷装置的制冷调节方法，包括：

根据室内外温度差，驱动所述可调式制冷装置在多个运行模式之间切换；

通过分别改变热管冷凝机组、机械冷凝机组和热管蒸发机组的机组面积大小，以分别改变所述热管冷凝机组、机械冷凝机组和热管蒸发机组的换热面积。

根据本发明的一个实施例，所述运行模式包括第一模式、第二模式和第三模式；

所述第一模式为：同步开启第一回路和第三回路并关闭第二回路，以使热管蒸发机组和热管冷凝机组同步工作；

所述第二模式为：同步开启所述第一回路、所述第二回路和所述第三回路，以使所述热管蒸发机组、机械冷凝机组以及所述热管冷凝机组同步工作；

所述第三模式为：同步开启所述第一回路和所述第二回路并关闭所述第三回路，以使所述热管蒸发机组和所述机械冷凝机组同步工作。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

本发明实施例所述的可调式制冷装置中，通过将冷凝机组布设在风冷环境区域内，从而为冷凝机组提供风冷环境；通过将热管蒸发机组与冷凝机组分别通过第一回路和第二回路连接在蒸发冷凝器的两侧，从而在蒸发冷凝器的蒸发侧和冷凝侧分别形成两条回路，并且将热管蒸发机组通过第三回路与冷凝机组连接，以使第三回路并联在第一回路上，从而利用各个回路之间的启闭切换，来实现该可调式制冷装置的模式切换；由于冷凝机组和热管蒸发机组的机组面积均能调节，以使其分别具有可变化的换热面积，从而根据环境需要而随时改变各机组的换热面积，以实现制冷装置运行的高适应性和灵活性。本发明实施例所述的可调式制冷装置能够根据室内外环境因素的变化，至少实现三个运行模式的实时切换，并且各机组的换热面积灵活可调，从而既能提高运行灵活性，还能同时兼具热管制冷模式、机械制冷模式以及热管机械组合制冷模式各自的优点，具备能耗低和适应性强的优势。

进一步的，该制冷调节方法能根据室内外温度差确定所需制冷量，从而匹配该可调式制冷装置的运行模式，并且能够根据需要而随时改变各机组的换热面积，从而实现机械制冷和热管制冷的实时切换或两者同时运行，减少压缩机功耗，减轻换热器冗余搭载，最大限度利用自然冷源。

进一步的，该可调式制冷装置的冷凝机组可以根据室外环境温度选择机械冷凝机组、或热管冷凝机组、或同时安装机械冷凝机组和热管冷凝机组，比如在夏季最高温时仅在装置中安装机械冷凝机组，在冬季最低温时仅在装置中安装热管冷凝机组，而在其余时期可同时安装机械冷凝机组和热管冷凝机组，从而进一步提高该装置与室外环境温度的协调性，提高装置的工作效率，实现机械制冷和热管制冷的实时切换或两者同时运行，减少压缩机功耗，减轻换热器冗余搭载。

更进一步的，该可调式制冷装置及制冷调节方法利用快接接头能快速装卸蒸发器和冷凝器，从而实时调节各机组功耗，以使可调式制冷装置的换热面积能根据数据中心的制冷功耗在不同地区量级的区别而实现实时现场调节，从而解决现有制冷机组都属于标准化整机机组，不能实现灵活自由组合，无法实现现场调节的技术问题。

再进一步的，该可调式制冷装置能够保证机组不间断运行，在寒冷季节可以采用热管制冷，从而最大限度利用自然冷源，制冷效率提高；在温度适中的过渡季节可利用回路并联而实现热管制冷与机械制冷的切换或同步运行，减轻换热器冗余搭载；在室外高温条件下也可随时增加冷凝器数量，从而调整冷凝机组的换热面积，降低冷凝温度，减少压缩机功耗，增大利用自然冷源效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的可调制冷装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的可调制冷装置在第一模式下的运行状态示意图；

图3是本发明实施例提供的可调制冷装置在第二模式下的运行状态示意图；

图4是本发明实施例提供的可调制冷装置在第三模式下的运行状态示意图。

附图标记：

1：热管蒸发机组；2：热管冷凝机组；3：机械冷凝机组；4：第一风机；5：第二风机；6：热管冷凝器；7：集气管；8：分液管；9：快接接头；10：机械冷凝器；11：温度传感器；12：压缩机；13：蒸发冷凝器；14：节流阀；15：储液罐；16：气液分离器；17：增压泵；18：单向阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

如图1至图4所示，本实施例提供了一种可调式制冷装置(简称制冷装置)。该制冷装置能够根据室内外环境因素的变化，至少实现三个运行模式的实时切换，从而既能提高运行灵活性，还能同时兼具热管制冷模式、机械制冷模式以及热管机械组合制冷模式各自的优点，具备能耗低和适应性强的优势。此外，各个机组能根据需要随时调节机组面积大小，也就是说，各个机组结构具有尺寸可调的优点，从而使得该装置能够根据需要而随时改变各机组的换热面积。

如图1所示，该制冷装置包括热管蒸发机组1、蒸发冷凝器13以及至少一组冷凝机组，冷凝机组布设在风冷环境区域内，热管蒸发机组1与冷凝机组分别通过第一回路和第二回路连接在蒸发冷凝器13的两侧，热管蒸发机组1还通过第三回路与冷凝机组连接；其中，冷凝机组和热管蒸发机组1的机组面积均能调节，以使其分别具有可变化的换热面积。由于冷凝机组和热管蒸发机组1的机组面积均能调节，以使其分别具有可变化的换热面积，从而根据环境需要而随时改变各机组的换热面积，以实现制冷装置运行的高适应性和灵活性。

在一个实施例中，该可调式制冷装置的冷凝机组可以根据室外环境温度选择机械冷凝机组3、或热管冷凝机组2、或同时安装机械冷凝机组3和热管冷凝机组2，比如在夏季高温时仅在装置中安装机械冷凝机组3，在冬季低温时仅在装置中安装热管冷凝机组2，而在其余时期可同时安装机械冷凝机组3和热管冷凝机组2，从而进一步提高该装置与室外环境温度的协调性，提高装置的工作效率，实现机械制冷和热管制冷的实时切换或两者同时运行，减少压缩机12功耗，减轻换热器冗余搭载。

具体的，如图1所示，该制冷装置包括蒸发冷凝器13、热管蒸发机组1、热管冷凝机组2和机械冷凝机组3。热管冷凝机组2和机械冷凝机组3布设在风冷环境区域内，从而利用风冷环境区域为热管冷凝机组2和机械冷凝机组3同步提供风冷环境。

热管蒸发机组1与机械冷凝机组3分别通过第一回路和第二回路连接在蒸发冷凝器13的两侧，从而在蒸发冷凝器13的蒸发侧和冷凝侧分别形成两条回路，利用蒸发冷凝器13将分别连接在第一回路和第二回路上的热管蒸发机组1与机械冷凝机组3之间耦合连接，实现机械制冷(即利用蒸发冷凝器13实现蒸发冷凝换热)。

热管蒸发机组1通过第三回路与热管冷凝机组2连接，以使第三回路并联在第一回路上，在第三回路开启时，热管蒸发机组1与热管冷凝机组2串联在由第一回路与第三回路串联形成的热管回路上，并且由于热管冷凝机组2处于风冷环境区域内的风冷环境中，则热管冷凝机组2在风冷作用下与热管蒸发机组1共同实现热管制冷。

由此可见，本实施例所述的制冷装置利用各个回路之间的启闭切换，可以实现该可调式制冷装置在多个运行模式之间切换，进而实现热管制冷与机械制冷的实时切换或同步运行，既能提高运行灵活性，还能同时兼具热管制冷模式、机械制冷模式以及热管机械组合制冷模式各自的优点，具备能耗低和适应性强的优势。

热管冷凝机组2、机械冷凝机组3和热管蒸发机组1的机组面积均能调节，以使热管冷凝机组2、机械冷凝机组3和热管蒸发机组1分别具有可变化的换热面积。该装置在空调区域预留空间及结构可调，在运行热管自然冷却模式(即热管制冷模式或第一模式)中调整热管冷凝机组2的换热面积，在运行机械制冷模式(即第三模式)时调整机械冷凝机组3的换热面积，在运行热管机械双启模式(简称为双启模式或第二模式)时可根据需要动态调整热管冷凝机组2和机械冷凝机组3的换热面积，从而降低压缩机12功耗，并能最大限度利用自然冷源。

为了方便现场调解机组换热面积，本实施例所述的机械冷凝机组3包括一个机械冷凝器10或多个并联设置的机械冷凝器10，各个机械冷凝器10的一端通过集气管7与机械冷凝机组3的入口端可拆卸式连接，各个机械冷凝器10的另一端通过分液管8与机械冷凝机组3的出口端可拆卸式连接。同理的，热管冷凝机组2包括一个热管冷凝器6或多个并联设置的热管冷凝器6，各个热管冷凝器6的一端通过集气管7与热管冷凝机组2的入口端可拆卸式连接，各个热管冷凝器6的另一端通过分液管8与热管冷凝机组2的出口端可拆卸式连接。同理的热管蒸发机组1包括一个热管蒸发器或多个并联设置的热管蒸发器，各个热管蒸发器的一端与热管蒸发机组1的入口端可拆卸式连接，各个热管蒸发器的另一端与热管蒸发机组1的出口端可拆卸式连接。

上述的热管蒸发机组1、机械冷凝机组3和热管冷凝机组2的可拆卸式并联可以根据现场需要随时增减机组部件的数量，从而根据供冷需求量而实时改变各机组换热面积，从而使该装置在满足制冷量需求的条件下，最大程度实现制冷性能优化，节能降耗，并且还可以通过增加或减少对应冷凝器的数量而减少制冷功耗，延长利用自然冷源时间。

可理解的是，机械冷凝机组3与热管冷凝机组2在规格相同的条件下能互换安装，机械冷凝机组3与热管冷凝机组2在互换安装后的具体安装和连接结构与互换前的热管冷凝机组2和机械冷凝机组3相同，在此不再赘述。

可理解的是，机械冷凝器10、热管冷凝器6和热管蒸发器的两端分别连接有快接接头9，从而构成上述的可拆卸式连接结构。优选快换接头两端均带自封阀，接头分开后可以自动关闭，防止流体溢出。

以机械冷凝器10为例，该可拆卸式连接结构使得机械冷凝器10的能在机械冷凝机组3上构成机械式快速拔插，并且可以根据环境需要而设置机组结构，只需要保证各个机械冷凝器10之间并联连接即可。可见，快接接头9配合分布式机械拔插安装结构使得机械冷凝机组3可以现场调节，随时改变换热面积大小，实现按需供冷。热管冷凝器6和热管蒸发器的结构与机械冷凝器10的结构设置相近，可以进行冷凝器互换，减少冗余搭载，相同之处在此不再赘述。

优选的，机械冷凝器10可选择翅片管冷凝器、螺旋螺纹冷凝器和微通道冷凝器等中的至少一种。优选的，热管冷凝器6可选择竖直翅片管冷凝器、螺旋螺纹冷凝器和微通道冷凝器等中的至少一种。该设置可加强冷凝器的管接触面积，从而增大空气换热时长、增强换热效果，并且具有平衡末端阻力的作用，能够更好的调节冷媒均匀分配。可理解的，螺旋螺纹冷凝器的结构为内外套管结构，其外管为裸管，内管设有内螺纹。

优选的，蒸发冷凝器13可选择板式换热器和壳管式换热器等中的任一种，以起到增强换热效果，节省空间和成本的作用。

在一个实施例中，风冷环境区域包括机组区，冷凝机组排列在风冷环境区域的机组区内。在冷凝机组为同时安装的机械冷凝机组3和热管冷凝机组2状态下，机械冷凝机组3和热管冷凝机组2依序排列在风冷环境区域的机组区内。风冷环境区域保持常启动状态，从而利用该区域内的气流对机组区内的机械冷凝机组3和热管冷凝机组2进行风冷降温。优选将热管冷凝机组2安装在机械冷凝机组3与风冷环境区域的机组区之间，以保证热管冷凝机组2更容易受到风冷环境区域的气流换热影响。优选在风冷环境区域的机组区的端部设有风机，即如图1所示的位于风冷环境区域换热区的第一风机4和位于风冷环境区域换热区的第二风机5。

可理解的是，为了进一步提高风冷环境区域对各机组的换热效果，优选在风冷环境区域的机组区必须设置第二风机5，则热管冷凝机组2与机械冷凝机组3共用第二风机5及风冷环境区域。第二风机5安装在热管冷凝机组2与机械冷凝机组3的侧方，并且横向(即图1所示的水平方向)吸风，热管冷凝机组2和机械冷凝机组3安装在室外，并且竖直或倾斜设置在第二风机5的吸风侧。热管冷凝机组2与机械冷凝机组3靠外侧的结构均设置为框架式模组安装，可水平横向或纵向搭载机组框架结构，并在该框架结构中可根据对应冷凝器的安装数量及使用需求而增加或减少支撑柱。

可理解的是，本实施例所述的第一风机4和第二风机5均为可调速风机。

在一个实施例中，第二回路包括压缩机12和节流阀14。压缩机12安装在机械冷凝机组3的入口端与蒸发冷凝器13之间的管路上，在压缩机12开启时驱动第二回路内的工质流动，从而驱动第二回路启动。节流阀14安装在机械冷凝机组3的出口端与蒸发冷凝器13之间的管路上，节流阀14能配合压缩机12工作，以对第二回路内的工质流速进行控制，从而调节流经机械冷凝机组3的工质流速和流量，进而能作为机械冷凝机组3的换热量调节的因素之一。第二回路还包括气液分离器16，气液分离器16安装在蒸发冷凝器13与压缩机12之间的管路上，能够将蒸发冷凝器13的冷凝侧流出的工质进行气液分离。第二回路还包括储液罐15，储液罐15安装在机械冷凝机组3的出口端与节流阀14之间的管路上。

在一个实施例中，热管蒸发机组1的入口端和出口端分别连接在第一回路上。机械冷凝机组3的入口端和出口端分别连接在第二回路上。热管冷凝机组2的入口端和出口端分别连接在第三回路上。

在一个实施例中，第一回路包括旁通管路，利用旁通管路实现第一回路的增压。具体的，第一回路包括增压泵17和单向阀18，增压泵17安装在热管蒸发机组1的入口端与蒸发冷凝器13之间，增压泵17的两端并联有旁通管路，单向阀18安装在旁通管路上。变频增压泵17可在高度差及末端阻力不满足要求时为第一回路提供压力。

在一个实施例中，该制冷装置还包括控制器、温度传感器11和开关。控制器分别与温度传感器11和开关连接，开关安装在压缩机12上，温度传感器11安装在位于室外的机械冷凝机组3上。根据温度调节指示来通过控制压缩机12和风机启闭，实现对制冷装置的运行模式进行切换。同时对温度调节设定一定波动阈值，防止蒸发器和冷凝器频繁拔插以及系统模式的频繁切换。

具体的，该制冷装置的运行模式如下所述：假定室内温度为Tn并保持不变，室外温度为Tw。该制冷装置能根据室内外温度差选择不同的运行模式。

在室外温度较低、并能满足制冷量需求时运行热管制冷模式(即第一模式)，如图2中所示的A循环。例如：设定Tw-Tn≤-10℃时，启动第一模式。此时，压缩机12关闭以使第二回路关闭，第一风机4和/或第二风机5保持启动状态以使风冷环境区域处于常启动状态，同时根据热管冷凝机组2的换热面积增减对应配设风机变频。第二回路的工质循环流动停止，而第一回路和第三回路正常工作，旁通管路上的单向阀18关闭，并开启增压泵17。在该设定温差基础上，根据热管蒸发器与热管冷凝器6之间的换热面积比为1:2，来增加原有热管冷凝器6的数量，并将新增热管冷凝器6通过快换接头安装在热管冷凝机组2的集气管7与分液管8上。对应的，将室外的机械冷凝器10全部拆卸或保留一个。

在制冷量满足需求、同时能效比适宜的条件下可运行双启模式，如图3中所示的DC循环、DA循环以及B循环。例如：设定温度范围为-10℃<(Tw-Tn)<-3℃时，室内外温差处于中间温度，则运行双启模式。此时，压缩机12启动，第一风机4和/或第二风机5保持启动状态并相应开启变频模式。第一回路上的单向阀18关闭，增压泵17开启。在该设定温差基础上，同时权衡系统室内负载换热需求以及系统制冷量，可分为第一温度运行区段和第二温度运行区段，其中，第一温度运行区段的温差范围可设为-10℃<(Tw-Tn)<-6℃，第二温度运行区段的温差范围为-6℃<(Tw-Tn)<3。第一温度运行区段以DA循环运行为主进行运行判断，根据热管蒸发器与热管冷凝器6之间的换热面积比为1:1.5，来调整原有热管冷凝器6的数量；根据机械冷凝器10与热管冷凝器6之间的面积比为1:2.5，来调整原有机械冷凝器10的数量。第二温度运行区段以DC、B循环为主进行运行判断，根据热管蒸发器与机械冷凝器10之间的换热面积比为1:1.1，来调整原有机械冷凝器10的数量；根据机械冷凝器10与热管冷凝器6之间的面积比为1:1.5，来调整原有热管冷凝器6的数量。热管冷凝器6与机械冷凝器10可以根据数量进行拆卸，互相调配使用。将对应新增的热管冷凝器6和机械冷凝器10分别使用快换接头安装在对应的机组上即可。

在室外温度较高情况下可运行机械制冷模式，如图4中所示的C循环与B循环。例如设定Tw-Tn≥-3℃时运行机械制冷模式。此时，启动压缩机12，第一风机4和/或第二风机5保持启动状态并相应开启变频模式。则第二回路内的工质循环流动，并在压缩机12动力足够时驱动第三回路内无工质流动。第一回路上的单向阀18开启，增压泵17关闭。在该设定温差基础上，根据热管蒸发器与机械冷凝器10之间的面积比为1:2，来调整原有机械冷凝器10的数量，并将新增的机械冷凝器10使用快换接头安装在机械冷凝机组3的集气管7与分液管8上，并将室外的热管冷凝器6全部拆卸。

由此可见，该制冷装置可以根据室内外温度差选择不同的运行模式，且热管蒸发器、热管冷凝器6、机械冷凝器10的换热面积比例关系可以根据上述比例原则下，根据实际配置模块数量灵活就近调整。室外温度较高情况下运行机械制冷的第三模式，以一定比例增加原有机械制冷冷凝器数量，并将装在室外的所有热管冷凝器6全部拆卸，以减少风道内换热器风阻，增大机械制冷冷凝器面积。在中间温度运行双启模式，以热管冷凝器6与机械制冷冷凝器一定比例调整冷凝器数量，两者可以互相调配，增大冷凝面积，同时结合实际运行情况控制成本。在室外温度较低温时运行热管模式，以一定比例增加原有热管冷凝器6数量，室外机械制冷冷凝器可全部拆卸或保留一个，增大热管冷凝面积。在更低温度，热管模式可以满足制冷量需求时，可保留原有一个热管冷凝器6，其他冷凝器可全部拆卸，减少阻力。

上述的机械冷凝机组3和热管冷凝机组2的换热面积具体控制过程如下：根据室内外温差确定制冷装置所需制冷量；根据所需制冷量选取换热器室内送风、回风的温度区间，并据此将制冷装置调到上述适宜控制模式，根据已知的各机组及蒸发冷凝器13的设计参数求得机组的换热器设计换热量、迎风面积及压降等，最后结合控制模式和设计参数调整对应的蒸发器和冷凝器个数。适当的，在增大各机组换热面积时可根据经验公式调整其中部分机组的蒸发器或冷凝器为大管径。

上述的制冷装置的温度设定具体控制过程如下：根据制冷量与制冷性能系数耦合关系式测算热管制冷模式、双启模式和机械制冷模式相应的最优运行温度区间；测量室外冷风温度，根据系统所需制冷量，设置室内需求送风温度；根据热管冷凝器6与机械冷凝器10的热负荷测算制冷量，调整热管制冷系统与机械制冷系统的结构参数，调到上述适宜控制模式，计算蒸发器和冷凝器所对应的各部件换热面积，使装置在满足制冷量需求的条件下最大程度实现制冷性能优化，节能降耗。

本实施例还提供了一种制冷调节方法，该制冷调节方法是基于上述可调式制冷装置而实现的。该制冷调节方法包括：

根据室内外温度差，驱动可调式制冷装置在多个运行模式之间切换，运行模式包括第一模式、第二模式和第三模式。其中，第一模式为：同步开启风冷环境区域、第一回路和第三回路并关闭第二回路，以使热管蒸发机组1和热管冷凝机组2同步工作；第二模式为：同步开启风冷环境区域、第一回路、第二回路和第三回路，以使热管蒸发机组1、机械冷凝机组3以及热管冷凝机组2同步工作；第三模式为：同步开启第一回路和第二回路并关闭第三回路和风冷环境区域，以使热管蒸发机组1和机械冷凝机组3同步工作。

该制冷调节方法能够实现本实施例中所述的制冷装置的整体控制过程，具体控制过程在此不再赘述。

综上所述，本实施例所述的可调式制冷装置中，通过将热管冷凝机组2和机械冷凝机组3布设在风冷环境区域内，从而为热管冷凝机组2和机械冷凝机组3提供风冷环境；通过将热管蒸发机组1与机械冷凝机组3分别通过第一回路和第二回路连接在蒸发冷凝器13的两侧，从而在蒸发冷凝器13的蒸发侧和冷凝侧分别形成两条回路，并且将热管蒸发机组1通过第三回路与热管冷凝机组2连接，以使第三回路并联在第一回路上，从而利用各个回路之间的启闭切换，来实现该可调式制冷装置的模式切换；热管冷凝机组2、机械冷凝机组3和热管蒸发机组1的机组面积均能调节，以使其分别具有可变化的换热面积，从而根据环境需要而随时改变各机组的换热面积，以实现制冷装置运行的高适应性和灵活性。本发明实施例所述的可调式制冷装置能够根据室内外环境因素的变化，至少实现三个运行模式的实时切换，从而既能提高运行灵活性，还能同时兼具热管制冷模式、机械制冷模式以及热管机械组合制冷模式各自的优点，具备能耗低和适应性强的优势。

进一步的，该可调式制冷调节方法能根据室内外温度差确定所需制冷量，从而匹配该可调式制冷装置的运行模式，并且能够根据需要而随时改变各机组的换热面积，从而实现机械制冷和热管制冷的实时切换或两者同时运行，减少压缩机12功耗，减轻换热器冗余搭载，最大限度利用自然冷源。

更进一步的，该可调式制冷装置及制冷调节方法利用快接接头9能快速装卸蒸发器和冷凝器，从而实时调节各机组功耗，以使可调式制冷装置的换热面积能根据数据中心的制冷功耗在不同地区量级的区别而实现实时现场调节，从而解决现有制冷机组都属于标准化整机机组，不能实现灵活自由组合，无法实现现场调节的技术问题。

再进一步的，该可调式制冷装置能够保证机组不间断运行，在寒冷季节可以采用热管制冷，从而最大限度利用自然冷源，制冷效率提高；在温度适中的过渡季节可利用回路并联而实现热管制冷与机械制冷的切换或同步运行，减轻换热器冗余搭载；在室外高温条件下也可随时增加冷凝器数量，从而调整冷凝机组的换热面积，降低冷凝温度，减少压缩机12功耗，增大利用自然冷源效率。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种可调式制冷装置，其特征在于，包括热管蒸发机组、蒸发冷凝器以及至少一组冷凝机组，所述冷凝机组布设在风冷环境区域内，所述热管蒸发机组与所述冷凝机组分别通过第一回路和第二回路连接在所述蒸发冷凝器的两侧，所述热管蒸发机组还通过第三回路与所述冷凝机组连接；其中，所述冷凝机组和所述热管蒸发机组的机组面积均能调节，以使其分别具有可变化的换热面积。

2.根据权利要求1所述的可调式制冷装置，其特征在于，所述冷凝机组包括热管冷凝机组和/或机械冷凝机组，所述热管冷凝机组和机械冷凝机组都布设在风冷环境区域内，所述热管蒸发机组与所述机械冷凝机组分别通过第一回路和第二回路连接在所述蒸发冷凝器的两侧，所述热管蒸发机组还通过第三回路与所述热管冷凝机组连接。

3.根据权利要求2所述的可调式制冷装置，其特征在于，所述机械冷凝机组包括一个机械冷凝器或多个并联设置的机械冷凝器，各个所述机械冷凝器的一端通过集气管与所述机械冷凝机组的入口端可拆卸式连接，各个所述机械冷凝器的另一端通过分液管与所述机械冷凝机组的出口端可拆卸式连接；

所述热管冷凝机组包括一个热管冷凝器或多个并联设置的热管冷凝器，各个所述热管冷凝器的一端通过集气管与所述热管冷凝机组的入口端可拆卸式连接，各个所述热管冷凝器的另一端通过分液管与所述热管冷凝机组的出口端可拆卸式连接；

所述热管蒸发机组包括一个热管蒸发器或多个并联设置的热管蒸发器，各个所述热管蒸发器的一端与所述热管蒸发机组的入口端可拆卸式连接，各个所述热管蒸发器的另一端与所述热管蒸发机组的出口端可拆卸式连接。

4.根据权利要求3所述的可调式制冷装置，其特征在于，所述机械冷凝器与所述热管冷凝器在规格相同的条件下能互换安装。

5.根据权利要求3所述的可调式制冷装置，其特征在于，所述机械冷凝器、所述热管冷凝器和所述热管蒸发器的两端分别连接有快接接头。

6.根据权利要求1至5任一项所述的可调式制冷装置，其特征在于，所述第二回路包括压缩机、节流阀、气液分离器和储液罐，所述压缩机安装在所述冷凝机组的入口端与所述蒸发冷凝器之间的管路上，所述节流阀安装在所述冷凝机组的出口端与所述蒸发冷凝器之间的管路上，所述气液分离器安装在所述蒸发冷凝器与所述压缩机之间的管路上，所述储液罐安装在所述冷凝机组的出口端与所述节流阀之间的管路上。

7.根据权利要求1至5任一项所述的可调式制冷装置，其特征在于，所述第一回路包括增压泵和单向阀，所述增压泵安装在所述热管蒸发机组的入口端与所述蒸发冷凝器之间，所述增压泵的两端并联有旁通管路，所述单向阀安装在所述旁通管路上。

8.根据权利要求1至5任一项所述的可调式制冷装置，其特征在于，所述风冷环境区域内设有机组区，所述冷凝机组排列在所述风冷环境区域的机组区内，所述风冷环境区域的机组区的一端设有风机。

9.一种基于权利要求1至8任一项所述的可调式制冷装置的制冷调节方法，其特征在于，包括：

根据室内外温度差，驱动所述可调式制冷装置在多个运行模式之间切换；

通过分别改变热管冷凝机组、机械冷凝机组和热管蒸发机组的机组面积大小，以分别改变所述热管冷凝机组、机械冷凝机组和热管蒸发机组的换热面积。

10.根据权利要求9所述的制冷调节方法，其特征在于，所述运行模式包括第一模式、第二模式和第三模式；

所述第一模式为：同步开启第一回路和第三回路并关闭第二回路，以使热管蒸发机组和热管冷凝机组同步工作；

所述第二模式为：同步开启所述第一回路、所述第二回路和所述第三回路，以使所述热管蒸发机组、机械冷凝机组以及所述热管冷凝机组同步工作；

所述第三模式为：同步开启所述第一回路和所述第二回路并关闭所述第三回路，以使所述热管蒸发机组和所述机械冷凝机组同步工作。

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